জ্ঞান

 

ধাতুবিদ্যা প্রক্রিয়ার একটি প্রধান ত্রুটি হিসেবে ইস্পাতে ধাতব অন্তর্ভুক্তি কেবল ধাতব ম্যাট্রিক্সের ধারাবাহিকতা ব্যাহত করে না বরং চাপ ঘনত্বের প্রভাব, ফাটল সূচনা প্রক্রিয়া এবং অন্যান্য পথের মাধ্যমে উপাদানের কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। তাদের রূপগত বৈশিষ্ট্য এবং গঠন প্রক্রিয়া অনুসারে, ধাতব অন্তর্ভুক্তিগুলিকে তিনটি প্রধান বিভাগে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: বিদেশী ধাতুর টুকরো, ঢালাই প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্তি এবং ঢালাই নির্দিষ্ট কাঠামো। তাদের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং বিতরণ ধরণ সরাসরি ইস্পাতের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, প্রক্রিয়াকরণ কর্মক্ষমতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা নির্ধারণ করে।

I. ধাতু অন্তর্ভুক্তির শ্রেণীবিভাগ ব্যবস্থা

(১) বিদেশী ধাতুর টুকরো

এই ধরণের অন্তর্ভুক্তি মূলত অবশিষ্ট লোহার সংকর ধাতু থেকে উদ্ভূত হয় যা ইস্পাত তৈরির প্রক্রিয়ার সময় সম্পূর্ণরূপে গলে না। সাধারণ রূপবিদ্যা হল অনিয়মিত কৌণিক কণা, যার প্রধান উপাদানগুলি হল উচ্চ-গলনাঙ্কের ধাতু যেমন টাংস্টেন এবং মলিবডেনাম। যখন সংকর ধাতুর আকার 30 মিমি অতিক্রম করে, তখন অসম্পূর্ণ গলে যাওয়ার ঝুঁকি উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, উচ্চ-গতির ইস্পাতের ভ্যাকুয়াম ইন্ডাকশন গলানোর সময়, যদি ফেরোভানাডিয়ামের আকার 20 মিমি এর নিচে নিয়ন্ত্রণ না করা হয়, তাহলে অবশিষ্ট ভ্যানাডিয়াম কণাগুলি কাটিয়া সরঞ্জামের প্রান্তটি ভেঙে ফেলবে। বিপদগুলি নিম্নরূপ:

1. অস্বাভাবিক মাইক্রোহার্ডনেস: টাংস্টেন অন্তর্ভুক্তির ভিকারস কঠোরতা 800-1200HV পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, যা বেস উপাদানের (200-300HV) 3-4 গুণ বেশি।

2. ক্লান্তি ফাটলের উৎস: পর্যায়ক্রমে লোডের অধীনে, কৌণিক কণাগুলি 3-5 গুণ চাপ ঘনত্ব সহগ সৃষ্টি করে, যা ফাটলের বিস্তারকে ত্বরান্বিত করে।

৩. প্রক্রিয়াকরণ কর্মক্ষমতার অবনতি: ঘূর্ণায়মান প্রক্রিয়ার সময়, এটি পৃষ্ঠের উপর ফাটল সৃষ্টি করে, যার ফলে ফলনের হার ১৫-৩০% কমে যায়।

 

 

(২) ঢালাই প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্তি

১. টাংস্টেন ইনক্লুশন ডিফেক্ট: টাংস্টেন ইনার্ট গ্যাস ওয়েল্ডিং (TIG) -এ, যখন কারেন্ট ১২০A এর নিচে থাকে, তখন টাংস্টেন ইলেক্ট্রোড টিপ ফোঁটাগুলি সম্পূর্ণরূপে গলিত পুলে প্রবেশ করতে পারে না, যার ফলে ০.২ থেকে ১.৫ মিমি ব্যাসের সাদা উজ্জ্বল গোলাকার কণা তৈরি হয়। একটি অ্যারো-ইঞ্জিন টারবাইন ডিস্কের উপর একটি ওয়েল্ডিং পরীক্ষায় দেখা গেছে যে টাংস্টেন ইনক্লুশন ডিফেক্ট ক্লান্তি জীবনকে ৬২% কমিয়ে দেয়।

২. গোলাকার অন্তর্ভুক্তির ঘটনা: গলিত পুল দ্বারা গঠিত গোলাকার অন্তর্ভুক্তি, যা মূলত আয়রন অক্সাইড দ্বারা গঠিত। চাপবাহী জাহাজের ঢালাইয়ে, গোলাকার অন্তর্ভুক্তি ওয়েল্ড প্রভাবের দৃঢ়তা 40% হ্রাস করে এবং একাধিক গ্রাইন্ডিং পাসের মাধ্যমে এগুলি নির্মূল করতে হয়।

(৩) বিশেষ কাঠামো ঢালাই

১. কোল্ড স্ল্যাগ ত্রুটি: ঢালাই প্রক্রিয়ার সময় পৃষ্ঠ-জারণকৃত ধাতব পিণ্ডগুলি (০.৫-৩ মিমি আকারের) গলিত ইস্পাতে আটকে যায়, যার ফলে পৃষ্ঠ-থেকে-কেন্দ্র রচনা গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয়। অটোমোটিভ ক্র্যাঙ্কশ্যাফ্টের ঢালাইতে, ঠান্ডা স্ল্যাগ পৃষ্ঠের কঠোরতা ৫০HRC পর্যন্ত ওঠানামা করে, যার ফলে অকাল ক্ষয় হয়।

২. অন্তর্ভুক্তি: স্থানীয় রচনা পৃথকীকরণের ফলে অস্বাভাবিক ইউটেকটিক কাঠামো তৈরি হয়, যেমন Cr-Mo স্টিলে (Cr,Mo)6C টাইপ কার্বাইড। গ্যাস টারবাইন ব্লেডের ঢালাইয়ে, অন্তর্ভুক্তি উচ্চ-তাপমাত্রার ক্রিপ শক্তি ২৮% হ্রাস করে।

II. ইস্পাত বৈশিষ্ট্যের উপর ধাতু অন্তর্ভুক্তির বহুমাত্রিক প্রভাব

(১) যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের অবক্ষয়ের প্রক্রিয়া

১. শক্তির ওঠানামা:

আণুবীক্ষণিক অন্তর্ভুক্তি (<১ μm ) দানা সূক্ষ্মকরণের মাধ্যমে ফলন শক্তি ৫-১০% বৃদ্ধি করতে পারে।

ম্যাক্রোস্কোপিক ইনক্লুশন (>১০০ μm ) টেনসাইল স্ট্রেংথ ১৫-২০ % হ্রাস করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি নির্দিষ্ট বেয়ারিং স্টিলে ১৫০ μm আকারের Al₂O₃ ইনক্লুশন কন্টাক্ট ফ্যাটিগ লাইফ ৭৩% কমিয়ে দিয়েছিল।

2. দৃঢ়তা হ্রাস:

সালফাইড অন্তর্ভুক্তি (MnS) হাইড্রোজেন-প্ররোচিত ফাটল সৃষ্টি করে, যা -২০ ℃ তাপমাত্রায় অভিঘাত শক্তি ১২০ জুল থেকে ৩৫ জুলে কমিয়ে দেয় ।

  - অ্যালুমিনা অন্তর্ভুক্তির তীক্ষ্ণ কোণার প্রভাব ফ্র্যাকচার শক্তপোক্ততা KIC মান 40% হ্রাস করে। অন্তর্ভুক্তির কারণে একটি নির্দিষ্ট চাপবাহী জাহাজের স্টিলের ভঙ্গুর ফ্র্যাকচার দুর্ঘটনার হার তিনগুণ বৃদ্ধি পায়।

৩. প্লাস্টিকতা হ্রাস:

• অন্তর্ভুক্তি উপাদানের পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রসারণ সূচকীয়ভাবে হ্রাস পায়। যখন অন্তর্ভুক্তি উপাদানের ক্ষেত্রফলীয় ভগ্নাংশ ০.৫% অতিক্রম করে, তখন প্রসারণ ৫০% কমে যায়।

• ক্ষেত্রফলের হ্রাস অন্তর্ভুক্তিগুলোর আকারের উপর নির্ভরশীল। ১০ μm গ্রেডের অন্তর্ভুক্তি ক্ষেত্রফলের হ্রাস ২৫% কমিয়ে দেয়, অপরদিকে ১০০ μm গ্রেডের অন্তর্ভুক্তি ৪৫ % হ্রাস ঘটায়।

(২) যন্ত্রের কর্মক্ষমতার উপর সীমাবদ্ধতা

১. কাটার কর্মক্ষমতার অবনতি:

   - শক্ত অন্তর্ভুক্তি (যেমন TiN) টুলের পরিধানের হার 3 থেকে 5 গুণ বৃদ্ধি করে। একটি নির্ভুল গিয়ার প্রক্রিয়াকরণে, অন্তর্ভুক্তির কারণে, টুলের আয়ু প্রতি প্রান্তে 800 পিস থেকে কমে 150 পিসে নেমে আসে।

প্লাস্টিক অন্তর্ভুক্তি (MnS) বিল্ট-আপ এজ সৃষ্টি করে, যা পৃষ্ঠের অমসৃণতা Ra-এর মান 0.8 μm থেকে 3.2 μm পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয় ।

2. সীমিত গঠনযোগ্যতা:

• ডিপ ড্রয়িং স্টিল প্লেটে, ০.৫ মাইক্রোমিটার মাত্রার অন্তর্ভুক্তি কাপিং মান ২০% কমিয়ে দেয়, যার ফলে ইয়ারিং হার ১৫% বৃদ্ধি পায়।

• ফোর্জিং প্রক্রিয়ার সময় ইনক্লুশন বা অন্তর্ভুক্তি ফাটল সৃষ্টি করে। ইনক্লুশন নিয়ন্ত্রণের ফলে একটি নির্দিষ্ট শ্যাফট অংশের ফোর্জিং স্ক্র্যাপের হার ৮% থেকে কমে ১.২%-এ নেমে এসেছে।

(3) ক্ষয় প্রতিরোধের অবক্ষয়ের পথ

১. গ্যালভানিক ক্ষয়ের ত্বরণ:

   - ভিন্ন ধাতুর (যেমন Cu কণা) অন্তর্ভুক্তি বেস ধাতুর সাথে মাইক্রোকোষ তৈরি করে, যা পিটিং ক্ষয়ের হারকে 2-3 মাত্রার মাত্রা বৃদ্ধি করে।

   - একটি নির্দিষ্ট অফশোর প্ল্যাটফর্মে ব্যবহৃত একটি ইস্পাত, 0.1% ঘনক অন্তর্ভুক্তির কারণে, এর বার্ষিক ক্ষয় হার 0.02 মিমি থেকে 0.15 মিমি পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে।

2. স্ট্রেস জারা সংবেদনশীলতা:

• ক্লোরাইড পরিবেশে, ইনক্লুশনগুলির অগ্রভাগে পীড়ন কেন্দ্রীভূত হওয়ার কারণে পীড়ন-ক্ষয়জনিত সংকটপূর্ণ পীড়ন σth ৬০% হ্রাস পায়।

• পারমাণবিক বিদ্যুৎ কেন্দ্রের সরঞ্জামের স্টিলে, ইনক্লুশনের কারণে সৃষ্ট স্ট্রেস করোশন ক্র্যাকিং দুর্ঘটনার অনুপাত ৪২%।

III. সাধারণ কেস এবং নিয়ন্ত্রণ কৌশল বিশ্লেষণ

(১) বিমান ইঞ্জিনের ব্লেড ফ্র্যাকচারের ঘটনা

১,২০০ ঘন্টা পরিষেবা দেওয়ার পরে একটি নির্দিষ্ট ধরণের বিমান ইঞ্জিনের টারবাইন ব্লেড ভেঙে যায়। ব্যর্থতা বিশ্লেষণে নিম্নলিখিত বিষয়গুলি প্রকাশিত হয়েছে:

১. অন্তর্ভুক্তির বৈশিষ্ট্য: ০.৮ মিমি আকারের TiN কণা যার কঠোরতা ২২০০HV।

২. ফাটলের প্রক্রিয়া: অন্তর্ভুক্তির অগ্রভাগে পীড়ন কেন্দ্রীভূত হওয়ার ফলে ক্লান্তিজনিত ফাটলের সৃষ্টি হয়, যা ৮২০ ° সেলসিয়াস তাপমাত্রায় দ্রুত প্রসারিত হয়েছিল।

৩. নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা:

   - ভ্যাকুয়াম ইন্ডাকশন গলানোর একটি দ্বৈত প্রক্রিয়া বাস্তবায়ন করুন এবং তারপরে ইলেকট্রোস্ল্যাগ রিমেল্টিং করুন।

   - কাঁচামালের প্রাক-প্রক্রিয়াজাতকরণ: টিআই অ্যালয়কে ১৫ মিমি-এর কম কণা আকারে চূর্ণ করুন।

গলন নিয়ন্ত্রণ: TiN-এর সম্পূর্ণ দ্রবণ নিশ্চিত করতে ১২০ ° সেলসিয়াস অতি-উত্তাপ বজায় রাখুন।

(২) অটোমোটিভ গিয়ারের ক্লান্তি ব্যর্থতার উন্নতি

একটি ভারী-শুল্ক ট্রাক ট্রান্সমিশনের গিয়ার ৩০০,০০০ কিলোমিটার পরে পৃষ্ঠ থেকে ছিটকে পড়ে। মূল কারণ বিশ্লেষণ:

১. অন্তর্ভুক্তির প্রভাব: ০.৩ মিমি আকারের Al₂O₃ অন্তর্ভুক্তির ফলে সংস্পর্শজনিত ক্লান্তি শক্তি ৫৫% হ্রাস পায় ।

২. উন্নয়ন পরিকল্পনা:

   - ডিঅক্সিডেশন প্রক্রিয়াটি অপ্টিমাইজ করুন: আল-সিএ কম্পোজিট ডিঅক্সিডাইজার ব্যবহার করুন।

   - পরিশোধন চিকিৎসা: RH ভ্যাকুয়াম সঞ্চালন ডিগ্যাসিং [O] 30ppm থেকে 15ppm এ কমাতে।

   - ক্রমাগত ঢালাই সুরক্ষা: 3.0 এবং 3.5 এর মধ্যে টুন্ডিশ কভার এজেন্টের মৌলিকতা নিয়ন্ত্রণ করুন।

৩. প্রভাব যাচাইকরণ: গিয়ারের ক্লান্তি জীবন ৮০০,০০০ কিলোমিটারে বৃদ্ধি করা হয়েছে, যা নকশার প্রয়োজনীয়তার ২.৬ গুণে পৌঁছেছে।

IV. সীমান্ত সনাক্তকরণ প্রযুক্তি এবং নিয়ন্ত্রণ দিকনির্দেশনা

(১) মাল্টি-মডেল ডিটেকশন টেকনোলজি

১. আল্ট্রাসনিক সনাক্তকরণ: ২ মিমি বা তার চেয়ে বড় ধাতব অন্তর্ভুক্তি সনাক্তকরণের হার ৯৫%, যার বৈশিষ্ট্যসূচক সংকেত হলো উচ্চ-বিস্তারের নিম্ন তরঙ্গ ক্ষয়।

২. ব্যাকস্ক্যাটার্ড ইলেকট্রন ইমেজিং: গঠনগত পার্থক্যের মাধ্যমে টাংস্টেন ইনক্লুশন (W কন্টেন্ট > ৯৫%) শনাক্ত করে, যার স্থানিক রেজোলিউশন ০.১ μm ।

৩. সম্পূর্ণ স্বয়ংক্রিয় ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি বিশ্লেষণ: পার্টিকেলএক্স সিস্টেম প্রতি ঘন্টায় ৩০০টি অন্তর্ভুক্তির স্বয়ংক্রিয় পরিসংখ্যান সক্ষম করে, যা ম্যানুয়াল পদ্ধতির তুলনায় দক্ষতা ২০ গুণ বৃদ্ধি করে।

(II) প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ উদ্ভাবন

১. তড়িৎচৌম্বকীয় পরিশোধন প্রযুক্তি: গলিত ইস্পাতে একটি বিকল্প চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগের মাধ্যমে, অন্তর্ভুক্তিগুলি বৃহত্তর কণায় একত্রিত হয় এবং উপরে ভেসে ওঠে। একটি নির্দিষ্ট বিশেষ ইস্পাত কারখানা এই প্রযুক্তি গ্রহণ করার পরে, অন্তর্ভুক্তির মোট পরিমাণ ৪২% কমে যায়।

2. ছাঁচ প্রবাহ ক্ষেত্রের অপ্টিমাইজেশন: একটি টার্বুলেন্স দমনকারী + বাঁধ কাঠামো ব্যবহার করে, অন্তর্ভুক্তি ভাসমান হার 68% থেকে 89% এ বৃদ্ধি পেয়েছে।

৩. ক্রমাগত ঢালাই প্রতিরক্ষামূলক ঢালাই: দীর্ঘ নোজেল + ডুবো প্রবেশ নোজেল সিলিং সিস্টেম সেকেন্ডারি জারণ অক্সিজেন বৃদ্ধি ০.৫ পিপিএমের মধ্যে রাখে।

ভি. উপসংহার এবং দৃষ্টিভঙ্গি

ইস্পাতের বৈশিষ্ট্যের উপর ধাতব অন্তর্ভুক্তির প্রভাব একটি উল্লেখযোগ্য আকারের প্রভাব এবং গঠন নির্ভরতা দেখায়:

১. যখন অন্তর্ভুক্ত কণার আকার ৫০ μm-এর চেয়ে বেশি হয় , তখন ক্লান্তিজনিত আয়ু হ্রাসের হার আকারের সাথে রৈখিকভাবে সম্পর্কিত (R² = ০.৯২)।

২. ভঙ্গুর অন্তর্ভুক্তি (Al₂O₃ ) দ্বারা সৃষ্ট দৃঢ়তার ক্ষতি প্লাস্টিক অন্তর্ভুক্তি (MnS) দ্বারা সৃষ্ট ক্ষতির চেয়ে ২.৩ গুণ বেশি।

৩. সম্মিলিত ডিঅক্সিডেশন + ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক পরিশোধন + টুন্ডিশ প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি গ্রহণের মাধ্যমে, পরিচ্ছন্নতা ASTM E45 স্ট্যান্ডার্ড গ্রেড A (মোট অন্তর্ভুক্তি এলাকা < 0.05%) এ পৌঁছাতে পারে।

ভবিষ্যতের উন্নয়নের দিকনির্দেশনাগুলি নিম্নলিখিত বিষয়গুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা উচিত:

১. ইস্পাত তৈরির প্রক্রিয়ার রিয়েল-টাইম নিয়ন্ত্রণ অর্জনের জন্য একটি বুদ্ধিমান অন্তর্ভুক্তি পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা তৈরি করা।

২. ন্যানো-স্কেল অন্তর্ভুক্তির নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি নিয়ে গবেষণা করা এবং তাদের শক্তিশালীকরণ প্রক্রিয়া অন্বেষণ করা।

৩. সুনির্দিষ্ট গলানোর জন্য একটি মেশিন লার্নিং-ভিত্তিক অন্তর্ভুক্তি-কর্মক্ষমতা পূর্বাভাস মডেল প্রতিষ্ঠা করা।

একটি সিস্টেমের মাধ্যমে ধাতব অন্তর্ভুক্তির রূপবিদ্যা, আকার এবং বন্টন নিয়ন্ত্রণ করে, ইস্পাতের নির্ভরযোগ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করা যেতে পারে, যা উচ্চমানের সরঞ্জাম তৈরির জন্য উপাদান সহায়তা প্রদান করে।

 

কাস্টিং এবং ডাই-ফোর্জিং প্রক্রিয়ায় ভিগরের ২০ বছরেরও বেশি অভিজ্ঞতা এবং একটি পেশাদার দল রয়েছে। আপনার কোনো প্রশ্ন থাকলে বা কোনো পণ্য তৈরির প্রয়োজন হলে, অনুগ্রহ করে info@castings-forging.com- এ আমাদের সাথে নির্দ্বিধায় যোগাযোগ করুন।