विस्तृत और गहन जानकारी! इस्पात शमन की संपूर्ण जानकारी!

शमन की परिभाषा और उद्देश्य
इस्पात को क्रांतिक बिंदु Ac3 (हाइपोयूटेक्टॉइड इस्पात) या Ac1 (हाइपरयूटेक्टॉइड इस्पात) से ऊपर के तापमान तक गर्म किया जाता है, इसे कुछ समय के लिए पूर्णतः या आंशिक रूप से ऑस्टेनाइज़्ड होने तक रखा जाता है, और फिर क्रांतिक शमन गति से अधिक गति पर ठंडा किया जाता है। अतिशीतित ऑस्टेनाइट को मार्टेन्साइट या निम्न बेनाइट में परिवर्तित करने वाली ऊष्मा उपचार प्रक्रिया को शमन कहा जाता है।

शमन प्रक्रिया का उद्देश्य अतिशीतित ऑस्टेनाइट को मार्टेन्साइट या बेनाइट में परिवर्तित करना है, जिससे मार्टेन्साइट या निम्न बेनाइट संरचना प्राप्त होती है। फिर इसे विभिन्न तापमानों पर तापमानीकरण के साथ मिलाकर इस्पात की मजबूती, कठोरता और प्रतिरोधकता में काफी सुधार किया जाता है। इससे विभिन्न यांत्रिक भागों और उपकरणों की अलग-अलग उपयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इसकी घिसाव प्रतिरोधकता, थकान प्रतिरोध और मजबूती आदि में वृद्धि होती है। शमन प्रक्रिया का उपयोग कुछ विशेष इस्पातों के विशेष भौतिक और रासायनिक गुणों, जैसे कि पराचुंबकत्व और संक्षारण प्रतिरोध, को पूरा करने के लिए भी किया जा सकता है।

जब इस्पात के पुर्जों को भौतिक अवस्था में परिवर्तन के साथ शमन माध्यम में ठंडा किया जाता है, तो शीतलन प्रक्रिया को आम तौर पर निम्नलिखित तीन चरणों में विभाजित किया जाता है: वाष्प फिल्म चरण, क्वथन चरण और संवहन चरण।

इस्पात की कठोरता
कठोरता और मजबूती दो ऐसे प्रदर्शन संकेतक हैं जो इस्पात की शमन प्रक्रिया से गुजरने की क्षमता को दर्शाते हैं। ये सामग्री के चयन और उपयोग के लिए भी महत्वपूर्ण आधार हैं।

1. कठोरता और कठोरता की अवधारणाएँ

आदर्श परिस्थितियों में शमन और कठोरीकरण प्रक्रिया द्वारा इस्पात की अधिकतम कठोरता प्राप्त करने की क्षमता को कठोरताकरण कहते हैं। इस्पात की कठोरताकरण क्षमता को निर्धारित करने वाला मुख्य कारक इस्पात में कार्बन की मात्रा है। अधिक सटीक रूप से कहें तो, यह शमन और तापन के दौरान ऑस्टेनाइट में घुले कार्बन की मात्रा है। कार्बन की मात्रा जितनी अधिक होगी, इस्पात की कठोरताकरण क्षमता उतनी ही अधिक होगी। इस्पात में मिश्रधातु तत्वों का कठोरताकरण क्षमता पर नगण्य प्रभाव पड़ता है, लेकिन इनका इस्पात की कठोरताकरण क्षमता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

कठोरता से तात्पर्य उन विशेषताओं से है जो विशिष्ट परिस्थितियों में इस्पात की कठोरता की गहराई और कठोरता वितरण को निर्धारित करती हैं। अर्थात्, इस्पात को ठंडा करने पर प्राप्त होने वाली कठोर परत की गहराई। यह इस्पात का एक अंतर्निहित गुण है। कठोरता वास्तव में यह दर्शाती है कि इस्पात को ठंडा करने पर ऑस्टेनाइट कितनी आसानी से मार्टेन्साइट में परिवर्तित हो जाता है। यह मुख्यतः इस्पात के अतिशीतित ऑस्टेनाइट की स्थिरता या इस्पात की क्रांतिक शीतलन दर से संबंधित है।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि विशिष्ट शमन स्थितियों के अंतर्गत इस्पात के पुर्जों की प्रभावी कठोरता गहराई को इस्पात की कठोरता क्षमता से अलग समझना आवश्यक है। इस्पात की कठोरता क्षमता इस्पात का अंतर्निहित गुण है। यह केवल उसके आंतरिक कारकों पर निर्भर करती है और इसका बाहरी कारकों से कोई संबंध नहीं है। इस्पात की प्रभावी कठोरता गहराई न केवल इस्पात की कठोरता क्षमता पर निर्भर करती है, बल्कि प्रयुक्त सामग्री पर भी निर्भर करती है। यह शीतलन माध्यम और वर्कपीस के आकार जैसे बाहरी कारकों से संबंधित है। उदाहरण के लिए, समान ऑस्टेनाइजिंग स्थितियों के अंतर्गत, समान इस्पात की कठोरता समान होती है, लेकिन जल शमन की प्रभावी कठोरता गहराई तेल शमन की तुलना में अधिक होती है, और छोटे पुर्जों की प्रभावी कठोरता गहराई तेल शमन की तुलना में कम होती है। इससे यह नहीं कहा जा सकता कि जल शमन की कठोरता तेल शमन की कठोरता से अधिक है। यह देखा जा सकता है कि इस्पात की कठोरता का मूल्यांकन करने के लिए, वर्कपीस के आकार, माप, शीतलन माध्यम आदि जैसे बाहरी कारकों के प्रभाव को समाप्त करना आवश्यक है।

इसके अलावा, चूंकि कठोरता और कठोरता दो अलग-अलग अवधारणाएं हैं, इसलिए शमन के बाद उच्च कठोरता वाले इस्पात में जरूरी नहीं कि उच्च कठोरता हो; और कम कठोरता वाले इस्पात में भी उच्च कठोरता हो सकती है।

2. कठोरता को प्रभावित करने वाले कारक

इस्पात की कठोरता ऑस्टेनाइट की स्थिरता पर निर्भर करती है। कोई भी कारक जो अतिशीतित ऑस्टेनाइट की स्थिरता को बेहतर बना सकता है, C वक्र को दाईं ओर स्थानांतरित कर सकता है, और इस प्रकार क्रांतिक शीतलन दर को कम कर सकता है, उच्च इस्पात की कठोरता को बढ़ा सकता है। ऑस्टेनाइट की स्थिरता मुख्य रूप से इसकी रासायनिक संरचना, कण आकार और संरचना की एकरूपता पर निर्भर करती है, जो इस्पात की रासायनिक संरचना और तापन स्थितियों से संबंधित हैं।

3. कठोरता मापने की विधि

इस्पात की कठोरता को मापने के कई तरीके हैं, जिनमें सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले तरीके क्रांतिक व्यास मापन विधि और अंतिम कठोरता परीक्षण विधि हैं।

(1) क्रांतिक व्यास मापन विधि

किसी विशेष माध्यम में इस्पात को ठंडा करने के बाद, जब कोर में पूर्णतः मार्टेन्साइट या 50% मार्टेन्साइट संरचना बन जाती है, तो उस अधिकतम व्यास को क्रांतिक व्यास कहा जाता है, जिसे Dc से दर्शाया जाता है। क्रांतिक व्यास मापने की विधि यह है कि विभिन्न व्यासों वाली कई गोल छड़ें बनाई जाती हैं, और ठंडा करने के बाद, प्रत्येक नमूने के व्यास के अनुदिश वितरित कठोरता U वक्र को मापा जाता है, और केंद्र में अर्ध-मार्टेन्साइट संरचना वाली छड़ का पता लगाया जाता है। यही व्यास क्रांतिक व्यास कहलाता है। क्रांतिक व्यास जितना अधिक होगा, इस्पात की कठोरता उतनी ही अधिक होगी।

(2) अंत शमन परीक्षण विधि

एंड-क्वेंचिंग परीक्षण विधि में मानक आकार के एंड-क्वेंच्ड नमूने (Ф25mm×100mm) का उपयोग किया जाता है। ऑस्टेनाइजेशन के बाद, नमूने के एक सिरे पर विशेष उपकरण की सहायता से पानी का छिड़काव करके उसे ठंडा किया जाता है। ठंडा होने के बाद, कठोरता को अक्ष की दिशा में - पानी से ठंडे किए गए सिरे से मापा जाता है। यह परीक्षण विधि दूरी संबंध वक्र के लिए भी उपयोगी है। एंड-हार्डनिंग परीक्षण विधि इस्पात की कठोरता निर्धारित करने की विधियों में से एक है। इसके लाभ हैं सरल संचालन और व्यापक अनुप्रयोग क्षेत्र।

4. तनाव, विरूपण और दरार को कम करना

(1) शमन के दौरान वर्कपीस का आंतरिक तनाव

जब किसी वर्कपीस को शमन माध्यम में तेजी से ठंडा किया जाता है, तो वर्कपीस के एक निश्चित आकार और तापीय चालकता गुणांक के एक निश्चित मान के कारण, शीतलन प्रक्रिया के दौरान वर्कपीस के आंतरिक भाग में एक निश्चित तापमान प्रवणता उत्पन्न होती है। सतह का तापमान कम और आंतरिक भाग का तापमान अधिक होता है, और सतह एवं आंतरिक भाग के तापमान में अंतर होता है। वर्कपीस की शीतलन प्रक्रिया के दौरान दो भौतिक घटनाएँ घटित होती हैं: एक है तापीय विस्तार, तापमान गिरने पर वर्कपीस की लंबाई कम हो जाती है; दूसरी है ऑस्टेनाइट का मार्टेन्साइट में रूपांतरण, जब तापमान मार्टेन्साइट रूपांतरण बिंदु तक गिर जाता है, जिससे विशिष्ट आयतन बढ़ जाता है। शीतलन प्रक्रिया के दौरान तापमान अंतर के कारण, वर्कपीस के अनुप्रस्थ काट के विभिन्न भागों में तापीय विस्तार की मात्रा भिन्न-भिन्न होती है, और वर्कपीस के विभिन्न भागों में आंतरिक तनाव उत्पन्न होता है। वर्कपीस के भीतर तापमान अंतर के कारण, कुछ ऐसे भाग भी हो सकते हैं जहाँ तापमान मार्टेन्साइट बनने की तुलना में अधिक तेजी से गिरता है। रूपांतरण के दौरान, आयतन बढ़ता है, और उच्च तापमान वाले भाग अभी भी उस बिंदु से ऊपर होते हैं और ऑस्टेनाइट अवस्था में रहते हैं। इन विभिन्न भागों में विशिष्ट आयतन परिवर्तन में अंतर के कारण आंतरिक तनाव भी उत्पन्न होता है। इसलिए, शमन और शीतलन प्रक्रिया के दौरान दो प्रकार के आंतरिक तनाव उत्पन्न हो सकते हैं: एक तापीय तनाव; दूसरा ऊतकीय तनाव।

आंतरिक तनाव की समय-समय पर निर्भरता के आधार पर, इसे तात्कालिक तनाव और अवशिष्ट तनाव में विभाजित किया जा सकता है। शीतलन प्रक्रिया के दौरान किसी निश्चित क्षण में वर्कपीस द्वारा उत्पन्न आंतरिक तनाव को तात्कालिक तनाव कहा जाता है; वर्कपीस के ठंडा होने के बाद, वर्कपीस के भीतर शेष तनाव को अवशिष्ट तनाव कहा जाता है।

थर्मल स्ट्रेस से तात्पर्य उस तनाव से है जो किसी वस्तु को गर्म (या ठंडा) करने पर उसके विभिन्न भागों में तापमान के अंतर के कारण होने वाले असमान थर्मल विस्तार (या कोल्ड कॉन्ट्रैक्शन) से उत्पन्न होता है।

अब एक ठोस सिलेंडर के उदाहरण से शीतलन प्रक्रिया के दौरान आंतरिक तनाव के निर्माण और परिवर्तन के नियमों को समझाते हैं। यहाँ केवल अक्षीय तनाव पर चर्चा की गई है। शीतलन की शुरुआत में, सतह तेजी से ठंडी होती है, इसलिए तापमान कम होता है और वह बहुत सिकुड़ती है, जबकि आंतरिक भाग ठंडा होने पर तापमान अधिक होता है और संकुचन कम होता है। परिणामस्वरूप, सतह और आंतरिक भाग परस्पर एक दूसरे को रोकते हैं, जिससे सतह पर तन्य तनाव उत्पन्न होता है, जबकि आंतरिक भाग दाब के अधीन होता है। जैसे-जैसे शीतलन आगे बढ़ता है, आंतरिक और बाहरी तापमान का अंतर बढ़ता जाता है और आंतरिक तनाव भी उसी के अनुसार बढ़ता जाता है। जब तनाव इस तापमान पर उपज सामर्थ्य से अधिक हो जाता है, तो प्लास्टिक विरूपण होता है। चूंकि आंतरिक भाग की मोटाई सतह की मोटाई से अधिक होती है, इसलिए आंतरिक भाग हमेशा पहले अक्षीय रूप से सिकुड़ता है। प्लास्टिक विरूपण के परिणामस्वरूप, आंतरिक तनाव में वृद्धि रुक ​​जाती है। एक निश्चित समय तक ठंडा होने के बाद, सतह के तापमान में गिरावट धीरे-धीरे कम हो जाती है और उसका संकुचन भी धीरे-धीरे घटने लगता है। इस समय, कोर अभी भी सिकुड़ रहा है, इसलिए सतह पर तनाव और कोर पर संपीडन तनाव धीरे-धीरे कम होते जाएंगे और अंत में समाप्त हो जाएंगे। हालांकि, जैसे-जैसे शीतलन जारी रहता है, सतह की नमी कम होती जाती है, और सिकुड़न की मात्रा कम होती जाती है, या सिकुड़न रुक भी जाती है। चूंकि कोर का तापमान अभी भी अधिक है, इसलिए यह सिकुड़ता रहेगा, और अंत में वर्कपीस की सतह पर संपीडन तनाव उत्पन्न होगा, जबकि कोर में तनाव रहेगा। हालांकि, चूंकि तापमान कम है, इसलिए प्लास्टिक विरूपण आसानी से नहीं होता है, इसलिए शीतलन के साथ यह तनाव बढ़ता जाएगा। यह लगातार बढ़ता रहता है और अंत में वर्कपीस के अंदर अवशिष्ट तनाव के रूप में रह जाता है।

यह देखा जा सकता है कि शीतलन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न ऊष्मीय तनाव के कारण प्रारंभ में सतही परत खिंच जाती है और भीतरी भाग संकुचित हो जाता है, और शेष अवशिष्ट तनाव के कारण सतही परत संकुचित हो जाती है और भीतरी भाग खिंच जाता है।

संक्षेप में, शमन शीतलन के दौरान उत्पन्न ऊष्मीय तनाव शीतलन प्रक्रिया के दौरान अनुप्रस्थ काट के तापमान अंतर के कारण होता है। शीतलन दर जितनी अधिक होगी और अनुप्रस्थ काट का तापमान अंतर जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक ऊष्मीय तनाव उत्पन्न होगा। समान शीतलन माध्यम की स्थितियों में, वर्कपीस का तापन तापमान जितना अधिक होगा, आकार जितना बड़ा होगा, स्टील की ऊष्मीय चालकता जितनी कम होगी, वर्कपीस के भीतर तापमान अंतर जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक ऊष्मीय तनाव उत्पन्न होगा। यदि वर्कपीस को उच्च तापमान पर असमान रूप से ठंडा किया जाता है, तो उसमें विकृति और विरूपण आ जाएगा। यदि वर्कपीस की शीतलन प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न तात्कालिक तन्यता तनाव सामग्री की तन्यता सामर्थ्य से अधिक है, तो शमन दरारें उत्पन्न होंगी।

चरण रूपांतरण तनाव से तात्पर्य ऊष्मा उपचार प्रक्रिया के दौरान वर्कपीस के विभिन्न भागों में चरण रूपांतरण के अलग-अलग समय के कारण उत्पन्न होने वाले तनाव से है, जिसे ऊतक तनाव के रूप में भी जाना जाता है।

शमन और तीव्र शीतलन के दौरान, जब सतह परत Ms बिंदु तक ठंडी हो जाती है, तो मार्टेन्सिटिक रूपांतरण होता है और आयतन में वृद्धि होती है। हालांकि, अभी तक रूपांतरित न हुए कोर की रुकावट के कारण, सतह परत संपीडन तनाव उत्पन्न करती है, जबकि कोर में तन्य तनाव होता है। जब तनाव काफी अधिक हो जाता है, तो यह विरूपण का कारण बनता है। जब कोर Ms बिंदु तक ठंडा हो जाता है, तो यह भी मार्टेन्सिटिक रूपांतरण से गुजरता है और आयतन में वृद्धि करता है। हालांकि, कम प्लास्टिसिटी और उच्च शक्ति वाली रूपांतरित सतह परत की बाधाओं के कारण, इसका अंतिम अवशिष्ट तनाव सतह तनाव के रूप में होता है, और कोर दबाव में रहता है। यह देखा जा सकता है कि चरण रूपांतरण तनाव की परिवर्तन और अंतिम स्थिति ऊष्मीय तनाव के बिल्कुल विपरीत होती है। इसके अलावा, चूंकि चरण परिवर्तन तनाव कम प्लास्टिसिटी वाले कम तापमान पर होता है, इसलिए इस समय विरूपण मुश्किल होता है, और चरण परिवर्तन तनाव से वर्कपीस में दरार पड़ने की संभावना अधिक होती है।

चरण रूपांतरण तनाव के आकार को प्रभावित करने वाले कई कारक हैं। मार्टेन्साइट रूपांतरण तापमान सीमा में स्टील की शीतलन दर जितनी तेज़ होगी, स्टील के टुकड़े का आकार जितना बड़ा होगा, स्टील की तापीय चालकता जितनी कम होगी, मार्टेन्साइट का विशिष्ट आयतन जितना अधिक होगा, चरण रूपांतरण तनाव उतना ही अधिक होगा। इसके अलावा, चरण रूपांतरण तनाव स्टील की संरचना और उसकी कठोरता से भी संबंधित है। उदाहरण के लिए, उच्च कार्बन मिश्र धातु स्टील में उच्च कार्बन सामग्री के कारण मार्टेन्साइट का विशिष्ट आयतन बढ़ जाता है, जिससे स्टील का चरण रूपांतरण तनाव बढ़ना चाहिए। हालांकि, कार्बन सामग्री बढ़ने के साथ, Ms बिंदु घट जाता है, और शमन के बाद बड़ी मात्रा में अवशिष्ट ऑस्टेनाइट बचता है। इसका आयतन विस्तार कम हो जाता है और अवशिष्ट तनाव कम होता है।

(2) शमन के दौरान वर्कपीस का विरूपण

शमन प्रक्रिया के दौरान, वर्कपीस में दो मुख्य प्रकार के विरूपण होते हैं: पहला वर्कपीस के ज्यामितीय आकार में परिवर्तन, जो आकार और आकृति में परिवर्तन के रूप में प्रकट होता है, जिसे अक्सर विरूपण कहा जाता है, और यह शमन तनाव के कारण होता है; दूसरा आयतन विरूपण, जो वर्कपीस के आयतन के आनुपातिक विस्तार या संकुचन के रूप में प्रकट होता है, और यह चरण परिवर्तन के दौरान विशिष्ट आयतन में परिवर्तन के कारण होता है।

विरूपण में आकार विरूपण और मरोड़ विरूपण भी शामिल हैं। मरोड़ विरूपण मुख्य रूप से भट्टी में वर्कपीस को गर्म करने के दौरान अनुचित तरीके से रखने, शमन से पहले विरूपण सुधार के बाद आकार देने की प्रक्रिया न करने, या वर्कपीस के ठंडा होने पर उसके विभिन्न भागों के असमान रूप से ठंडा होने के कारण होता है। इस विरूपण का विश्लेषण किया जा सकता है और विशिष्ट परिस्थितियों में इसका समाधान किया जा सकता है। आगे मुख्य रूप से आयतन विरूपण और आकार विरूपण पर चर्चा की गई है।

1) शमन विरूपण के कारण और उसके परिवर्तन के नियम

संरचनात्मक परिवर्तन के कारण आयतन विरूपण। शमन से पहले वर्कपीस की संरचनात्मक अवस्था सामान्यतः पर्लाइट होती है, अर्थात् फेराइट और सीमेंटाइट की मिश्रित संरचना, और शमन के बाद यह मार्टेन्सिटिक संरचना बन जाती है। इन ऊतकों के अलग-अलग विशिष्ट आयतन के कारण शमन से पहले और बाद में आयतन में परिवर्तन होता है, जिसके परिणामस्वरूप विरूपण होता है। हालांकि, यह विरूपण केवल वर्कपीस के आनुपातिक विस्तार और संकुचन का कारण बनता है, इसलिए यह वर्कपीस के आकार को नहीं बदलता है।

इसके अतिरिक्त, ऊष्मा उपचार के बाद संरचना में मार्टेन्साइट की मात्रा जितनी अधिक होगी, या मार्टेन्साइट में कार्बन की मात्रा जितनी अधिक होगी, उसका आयतन विस्तार उतना ही अधिक होगा, और अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की मात्रा जितनी अधिक होगी, आयतन विस्तार उतना ही कम होगा। इसलिए, ऊष्मा उपचार के दौरान मार्टेन्साइट और अवशिष्ट मार्टेन्साइट की सापेक्ष मात्रा को नियंत्रित करके आयतन परिवर्तन को नियंत्रित किया जा सकता है। यदि इसे ठीक से नियंत्रित किया जाए, तो आयतन न तो बढ़ेगा और न ही घटेगा।

ऊष्मीय तनाव के कारण आकार में विकृति उच्च तापमान वाले क्षेत्रों में होती है जहाँ इस्पात के पुर्जों की उपज सामर्थ्य कम होती है, प्लास्टिसिटी अधिक होती है, सतह शीघ्रता से ठंडी होती है, और वर्कपीस के अंदर और बाहर के तापमान में अंतर सबसे अधिक होता है। इस समय, तात्कालिक ऊष्मीय तनाव सतही तन्य तनाव और आंतरिक संपीडन तनाव होता है। चूंकि इस समय आंतरिक तापमान अधिक होता है, इसलिए उपज सामर्थ्य सतह की तुलना में बहुत कम होती है, अतः यह बहु-दिशात्मक संपीडन तनाव के प्रभाव में विकृति के रूप में प्रकट होती है, अर्थात् घन का आकार दिशा में भिन्न होता है। परिणामस्वरूप, बड़ा घन सिकुड़ता है, जबकि छोटा घन फैलता है। उदाहरण के लिए, एक लंबा सिलेंडर लंबाई की दिशा में सिकुड़ता है और व्यास की दिशा में फैलता है।

ऊतक तनाव के कारण आकार में विकृति ऊतक तनाव के अधिकतम होने के प्रारंभिक क्षण में भी होती है। इस समय, अनुप्रस्थ काट के तापमान में अंतर अधिक होता है, कोर का तापमान अधिक होता है, यह अभी भी ऑस्टेनाइट अवस्था में होता है, प्लास्टिसिटी अच्छी होती है, और उपज सामर्थ्य कम होती है। तात्कालिक ऊतक तनाव सतही संपीडन तनाव और कोर तन्य तनाव होता है। इसलिए, विकृति बहु-दिशात्मक तन्य तनाव की क्रिया के तहत कोर के विस्तार के रूप में प्रकट होती है। परिणामस्वरूप, ऊतक तनाव की क्रिया के तहत, वर्कपीस का बड़ा पक्ष लंबा हो जाता है, जबकि छोटा पक्ष छोटा हो जाता है। उदाहरण के लिए, एक लंबे सिलेंडर में ऊतक तनाव के कारण होने वाली विकृति लंबाई में विस्तार और व्यास में कमी है।

तालिका 5.3 विभिन्न विशिष्ट इस्पात भागों के शमन विरूपण नियमों को दर्शाती है।

2) शमन विरूपण को प्रभावित करने वाले कारक

शमन विरूपण को प्रभावित करने वाले कारक मुख्य रूप से इस्पात की रासायनिक संरचना, मूल संरचना, भागों की ज्यामिति और ऊष्मा उपचार प्रक्रिया हैं।

3) शमन दरारें

पुर्जों में दरारें मुख्यतः शमन और शीतलन के अंतिम चरण में उत्पन्न होती हैं, अर्थात् मार्टेन्सिटिक रूपांतरण के लगभग पूर्ण होने के बाद या पूर्ण शीतलन के बाद। इस दौरान, पुर्जों में तनाव बल इस्पात की विखंडन क्षमता से अधिक हो जाता है, जिसके कारण भंगुर विफलता होती है। दरारें आमतौर पर अधिकतम तनाव विरूपण की दिशा के लंबवत होती हैं, इसलिए पुर्जों में दरारों के विभिन्न रूप मुख्यतः तनाव वितरण की स्थिति पर निर्भर करते हैं।

शमन दरारों के सामान्य प्रकार: अनुदैर्ध्य (अक्षीय) दरारें मुख्य रूप से तब उत्पन्न होती हैं जब स्पर्शरेखीय तन्यता तनाव पदार्थ की विखंडन क्षमता से अधिक हो जाता है; अनुप्रस्थ दरारें तब बनती हैं जब भाग की आंतरिक सतह पर उत्पन्न उच्च अक्षीय तन्यता तनाव पदार्थ की विखंडन क्षमता से अधिक हो जाता है; नेटवर्क दरारें सतह पर द्वि-आयामी तन्यता तनाव की क्रिया के तहत बनती हैं; छिलने वाली दरारें बहुत पतली कठोर परत में होती हैं, जो तनाव में तीव्र परिवर्तन और रेडियल दिशा में अत्यधिक तन्यता तनाव के कार्य करने पर हो सकती हैं। दरार का प्रकार।

अनुदैर्ध्य दरारों को अक्षीय दरारें भी कहा जाता है। ये दरारें भाग की सतह के पास अधिकतम तनाव वाले स्थान पर उत्पन्न होती हैं और केंद्र की ओर इनकी गहराई निश्चित होती है। दरारों की दिशा सामान्यतः अक्ष के समानांतर होती है, लेकिन भाग में तनाव संकेंद्रण या आंतरिक संरचनात्मक दोषों की स्थिति में दिशा बदल सकती है।

वर्कपीस को पूरी तरह से ठंडा करने के बाद, अनुदैर्ध्य दरारें पड़ने की संभावना रहती है। इसका कारण ठंडे किए गए वर्कपीस की सतह पर मौजूद उच्च स्पर्शरेखीय तनाव है। स्टील में कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ-साथ अनुदैर्ध्य दरारें पड़ने की प्रवृत्ति भी बढ़ती जाती है। कम कार्बन स्टील में मार्टेन्साइट का विशिष्ट आयतन कम होता है और ऊष्मीय तनाव प्रबल होता है। सतह पर अवशिष्ट संपीडन तनाव अधिक होता है, इसलिए इसे ठंडा करना आसान नहीं होता। कार्बन की मात्रा बढ़ने के साथ-साथ सतह का संपीडन तनाव कम होता जाता है और संरचनात्मक तनाव बढ़ता जाता है। साथ ही, अधिकतम तनाव सतह की ओर स्थानांतरित हो जाता है। इसलिए, उच्च कार्बन स्टील को अधिक गर्म करने पर अनुदैर्ध्य दरारें पड़ने की संभावना अधिक होती है।

पुर्जों का आकार अवशिष्ट तनाव के आकार और वितरण को सीधे प्रभावित करता है, और इसकी शमन दरार की प्रवृत्ति भी भिन्न होती है। खतरनाक अनुप्रस्थ काट आकार सीमा के भीतर शमन द्वारा अनुदैर्ध्य दरारें आसानी से बन जाती हैं। इसके अलावा, इस्पात कच्चे माल में अवरोध अक्सर अनुदैर्ध्य दरारों का कारण बनता है। चूंकि अधिकांश इस्पात पुर्जे रोलिंग द्वारा बनाए जाते हैं, इसलिए इस्पात में गैर-धात्विक समावेशन, कार्बाइड आदि विरूपण दिशा के अनुदिश वितरित होते हैं, जिससे इस्पात विषमदैशिक हो जाता है। उदाहरण के लिए, यदि उपकरण इस्पात में बैंड जैसी संरचना है, तो शमन के बाद इसकी अनुप्रस्थ विखंडन शक्ति अनुदैर्ध्य विखंडन शक्ति से 30% से 50% कम होती है। यदि इस्पात में गैर-धात्विक समावेशन जैसे कारक तनाव संकेंद्रण का कारण बनते हैं, तो स्पर्शरेखीय तनाव अक्षीय तनाव से अधिक होने पर भी, कम तनाव की स्थिति में अनुदैर्ध्य दरारें आसानी से बन जाती हैं। इस कारण, इस्पात में गैर-धात्विक समावेशन और शर्करा के स्तर पर कड़ा नियंत्रण शमन दरारों को रोकने में एक महत्वपूर्ण कारक है।

अनुप्रस्थ और चापाकार दरारों की आंतरिक तनाव वितरण विशेषताएँ इस प्रकार हैं: सतह पर संपीडन तनाव होता है। सतह से एक निश्चित दूरी पर जाने के बाद, संपीडन तनाव तीव्र तनाव में बदल जाता है। दरार तीव्र तनाव वाले क्षेत्र में उत्पन्न होती है, और फिर जब आंतरिक तनाव भाग की सतह पर फैलता है, तो यह केवल तभी पुनर्वितरित होता है या इस्पात की भंगुरता और बढ़ जाती है।

रोलर, टरबाइन रोटर या अन्य शाफ्ट भागों जैसे बड़े शाफ्ट भागों में अक्सर अनुप्रस्थ दरारें पाई जाती हैं। इन दरारों की विशेषता यह है कि ये अक्ष की दिशा के लंबवत होती हैं और अंदर से बाहर की ओर टूटती हैं। ये अक्सर सख्त होने से पहले ही बन जाती हैं और ऊष्मीय तनाव के कारण उत्पन्न होती हैं। बड़े फोर्जिंग में अक्सर छिद्र, अशुद्धियाँ, फोर्जिंग दरारें और सफेद धब्बे जैसे धातुकर्म संबंधी दोष होते हैं। ये दोष फ्रैक्चर के प्रारंभिक बिंदु के रूप में कार्य करते हैं और अक्षीय तन्यता तनाव के कारण टूट जाते हैं। चापाकार दरारें ऊष्मीय तनाव के कारण होती हैं और आमतौर पर भाग के आकार में परिवर्तन वाले स्थानों पर चापाकार रूप में वितरित होती हैं। यह मुख्य रूप से वर्कपीस के अंदर या नुकीले किनारों, खांचों और छेदों के पास होती है और चापाकार रूप में वितरित होती है। जब 80 से 100 मिमी या उससे अधिक व्यास या मोटाई वाले उच्च कार्बन स्टील भागों को बुझाया नहीं जाता है, तो सतह पर संपीडन तनाव और केंद्र में तन्यता तनाव होता है। अधिकतम तन्यता तनाव सख्त परत से गैर-सख्त परत में संक्रमण क्षेत्र में होता है, और इन क्षेत्रों में चापाकार दरारें उत्पन्न होती हैं। इसके अलावा, नुकीले किनारों और कोनों पर शीतलन दर तेज़ होती है और सभी को ठंडा किया जाता है। जब नरम भागों, यानी बिना कठोर किए गए क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं, तो अधिकतम तनाव क्षेत्र यहीं दिखाई देता है, इसलिए चापाकार दरारें पड़ने की संभावना रहती है। वर्कपीस के पिन होल, ग्रूव या सेंटर होल के पास शीतलन दर धीमी होती है, संबंधित कठोर परत पतली होती है, और कठोर संक्रमण क्षेत्र के पास तनाव से चापाकार दरारें आसानी से उत्पन्न हो सकती हैं।

जालीदार दरारें, जिन्हें सतही दरारें भी कहा जाता है, सतह पर पाई जाने वाली दरारें होती हैं। इनकी गहराई कम होती है, आमतौर पर 0.01 से 1.5 मिमी के आसपास। इस प्रकार की दरारों की मुख्य विशेषता यह है कि इनकी दिशा किसी भी हो सकती है और इनका भाग के आकार से कोई संबंध नहीं होता। कई दरारें आपस में जुड़कर एक जाल बनाती हैं और व्यापक रूप से फैली होती हैं। जब दरार की गहराई अधिक होती है, जैसे कि 1 मिमी से अधिक, तो जाल की विशेषताएँ गायब हो जाती हैं और दरारें अनियमित रूप से उन्मुख या अनुदैर्ध्य रूप से वितरित हो जाती हैं। जालनुमा दरारें सतह पर द्वि-आयामी तन्यता तनाव की स्थिति से संबंधित होती हैं।

उच्च कार्बन या कार्बराइज्ड स्टील के पुर्जे जिनकी सतह पर डीकार्बराइज्ड परत होती है, क्वेंचिंग के दौरान नेटवर्क क्रैक बनने की संभावना रखते हैं। इसका कारण यह है कि सतह की परत में कार्बन की मात्रा कम होती है और भीतरी मार्टेन्साइट परत की तुलना में इसका विशिष्ट आयतन छोटा होता है। क्वेंचिंग के दौरान, कार्बाइड की सतह परत पर तनाव बल लगता है। जिन पुर्जों की डीफॉस्फोराइजेशन परत यांत्रिक प्रक्रिया के दौरान पूरी तरह से नहीं हटाई गई है, उनमें भी उच्च आवृत्ति या ज्वाला सतह क्वेंचिंग के दौरान नेटवर्क क्रैक बन जाते हैं। ऐसे क्रैक से बचने के लिए, पुर्जों की सतह की गुणवत्ता को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए और ऊष्मा उपचार के दौरान ऑक्सीकरण वेल्डिंग को रोका जाना चाहिए। इसके अलावा, फोर्जिंग डाई के एक निश्चित अवधि तक उपयोग के बाद, गुहा में पट्टियों या नेटवर्क में दिखाई देने वाले थर्मल थकान क्रैक और क्वेंच किए गए पुर्जों की ग्राइंडिंग प्रक्रिया में बनने वाले क्रैक, सभी इसी प्रकार के होते हैं।

सतही परत के बहुत ही संकीर्ण क्षेत्र में छिलने जैसी दरारें उत्पन्न होती हैं। संपीडन बल अक्षीय और स्पर्शरेखीय दिशाओं में कार्य करता है, जबकि तन्य बल त्रिज्यीय दिशा में कार्य करता है। ये दरारें भाग की सतह के समानांतर होती हैं। सतह शमन और कार्बराइजिंग के बाद भागों के ठंडा होने पर कठोर परत का छिलना इसी प्रकार की दरारों में से एक है। इसका कारण कठोर परत की असमान संरचना है। उदाहरण के लिए, मिश्र धातु कार्बराइज्ड स्टील को एक निश्चित गति से ठंडा करने के बाद, कार्बराइज्ड परत की संरचना इस प्रकार होती है: बाहरी परत अत्यंत महीन पर्लाइट + कार्बाइड की होती है, और इसके नीचे की परत मार्टेन्साइट + अवशिष्ट ऑस्टेनाइट की होती है, जबकि भीतरी परत महीन पर्लाइट या अत्यंत महीन पर्लाइट संरचना की होती है। चूंकि उप-परत मार्टेन्साइट का विशिष्ट आयतन सबसे अधिक होता है, इसलिए आयतन विस्तार के परिणामस्वरूप सतह परत पर अक्षीय और स्पर्शरेखीय दिशाओं में संपीडन बल और त्रिज्या दिशा में तन्य बल लगता है। इस प्रकार, आंतरिक भाग में बल परिवर्तन होता है, जिससे संपीडन बल की स्थिति उत्पन्न होती है और अत्यंत पतले क्षेत्रों में, जहां बल परिवर्तन तीव्र होता है, दरारें पड़ जाती हैं। सामान्यतः, ये दरारें सतह के समानांतर अंदर की ओर बढ़ती हैं और गंभीर मामलों में सतह के छिलने का कारण बन सकती हैं। यदि कार्बराइज्ड भागों की शीतलन दर को बढ़ाया या घटाया जाए, तो कार्बराइज्ड परत में एक समान मार्टेन्साइट संरचना या अति सूक्ष्म पर्लाइट संरचना प्राप्त की जा सकती है, जो ऐसी दरारों को बनने से रोक सकती है। इसके अतिरिक्त, उच्च आवृत्ति या ज्वाला सतह शमन के दौरान, सतह अक्सर अत्यधिक गर्म हो जाती है और कठोर परत के साथ संरचनात्मक असमानता के कारण ऐसी सतह दरारें आसानी से बन सकती हैं।

ऊपर वर्णित चार प्रकार की दरारों से सूक्ष्म दरारें इस मायने में भिन्न होती हैं कि ये सूक्ष्म तनाव के कारण उत्पन्न होती हैं। उच्च कार्बन वाले औजार इस्पात या कार्बराइज्ड वर्कपीस को बुझाने, अधिक गर्म करने और पीसने के बाद दिखाई देने वाली अंतरकणीय दरारें, साथ ही बुझाई गई भागों को समय पर टेम्परिंग न करने के कारण उत्पन्न दरारें, ये सभी इस्पात में सूक्ष्म दरारों के अस्तित्व और उसके बाद के विस्तार से संबंधित हैं।

सूक्ष्म दरारों की जांच सूक्ष्मदर्शी से की जानी चाहिए। ये आमतौर पर मूल ऑस्टेनाइट कण सीमाओं पर या मार्टेन्साइट परतों के जोड़ पर होती हैं। कुछ दरारें मार्टेन्साइट परतों को भेद देती हैं। शोध से पता चलता है कि परतदार ट्विन मार्टेन्साइट में सूक्ष्म दरारें अधिक आम हैं। इसका कारण यह है कि परतदार मार्टेन्साइट उच्च गति से बढ़ते समय आपस में टकराते हैं और उच्च तनाव उत्पन्न करते हैं। हालांकि, ट्विन मार्टेन्साइट स्वयं भंगुर होता है और प्लास्टिक विरूपण उत्पन्न नहीं कर सकता जिससे तनाव कम हो, इस प्रकार आसानी से सूक्ष्म दरारें उत्पन्न हो जाती हैं। ऑस्टेनाइट कण मोटे होते हैं और सूक्ष्म दरारों की संभावना बढ़ जाती है। स्टील में सूक्ष्म दरारों की उपस्थिति से बुझाई गई भागों की मजबूती और प्लास्टिसिटी में काफी कमी आ जाती है, जिससे भागों को जल्दी नुकसान (टूटना) हो सकता है।

उच्च कार्बन इस्पात के पुर्जों में सूक्ष्म दरारों से बचने के लिए, शमन तापन तापमान को कम करना, महीन मार्टेन्साइट संरचना प्राप्त करना और मार्टेन्साइट में कार्बन की मात्रा को कम करना जैसे उपाय अपनाए जा सकते हैं। इसके अलावा, शमन के बाद समय पर टेम्परिंग करना आंतरिक तनाव को कम करने का एक प्रभावी तरीका है। परीक्षणों से यह सिद्ध हुआ है कि 200°C से अधिक तापमान पर पर्याप्त टेम्परिंग के बाद, दरारों पर अवक्षेपित कार्बाइड दरारों को "वेल्डिंग" करने का प्रभाव डालते हैं, जिससे सूक्ष्म दरारों का खतरा काफी हद तक कम हो जाता है।

ऊपर दरारों के वितरण पैटर्न के आधार पर दरारों के कारणों और रोकथाम विधियों पर चर्चा की गई है। वास्तविक उत्पादन में, स्टील की गुणवत्ता, पुर्जे का आकार और गर्म एवं ठंडी प्रसंस्करण तकनीक जैसे कारकों के कारण दरारों का वितरण भिन्न होता है। कभी-कभी दरारें ऊष्मा उपचार से पहले ही मौजूद होती हैं और शमन प्रक्रिया के दौरान और फैल जाती हैं; कभी-कभी एक ही पुर्जे में एक साथ कई प्रकार की दरारें दिखाई दे सकती हैं। ऐसे में, दरार की आकारिकी विशेषताओं, विखंडन सतह के स्थूल विश्लेषण, धातुकर्म परीक्षण और आवश्यकता पड़ने पर रासायनिक विश्लेषण और अन्य विधियों के आधार पर, सामग्री की गुणवत्ता, संगठनात्मक संरचना से लेकर ऊष्मा उपचार तनाव के कारणों तक का व्यापक विश्लेषण करके दरार के मुख्य कारणों का पता लगाना चाहिए और फिर प्रभावी निवारक उपाय निर्धारित करने चाहिए।

दरारों का विखंडन विश्लेषण दरारों के कारणों का विश्लेषण करने की एक महत्वपूर्ण विधि है। किसी भी विखंडन का एक आरंभिक बिंदु होता है। शमन के कारण उत्पन्न दरारें आमतौर पर त्रिज्या दरारों के अभिसरण बिंदु से शुरू होती हैं।

यदि दरार का उद्गम भाग की सतह पर है, तो इसका अर्थ है कि दरार सतह पर अत्यधिक तनाव के कारण उत्पन्न हुई है। यदि सतह पर अशुद्धियाँ, जैसे कि अशुद्धियाँ, मौजूद नहीं हैं, लेकिन तनाव संकेंद्रण कारक, जैसे कि चाकू के निशान, ऑक्साइड परत, इस्पात भागों के नुकीले कोने, या संरचनात्मक रूप से विकृत भाग, मौजूद हैं, तो दरारें उत्पन्न हो सकती हैं।

यदि दरार का उद्गम भाग के अंदर है, तो यह सामग्री की खराबी या अत्यधिक आंतरिक अवशिष्ट तनाव से संबंधित है। सामान्य शमन प्रक्रिया में टूटी हुई सतह धूसर और महीन चीनी मिट्टी जैसी होती है। यदि टूटी हुई सतह गहरे धूसर रंग की और खुरदरी है, तो यह अत्यधिक गर्मी या मूल ऊतक की मोटाई के कारण होती है।

सामान्य तौर पर, शमन के दौरान बनी दरार के कांच वाले हिस्से पर ऑक्सीकरण का निशान नहीं होना चाहिए और दरार के आसपास कार्बन डाइऑक्साइड का रिसाव भी नहीं होना चाहिए। यदि दरार के आसपास कार्बन डाइऑक्साइड का रिसाव हो या दरार वाले हिस्से पर ऑक्सीकरण का निशान हो, तो इसका मतलब है कि शमन से पहले ही पुर्जे में दरारें थीं और ऊष्मा उपचार के तनाव के कारण ये दरारें और बढ़ गईं। यदि पुर्जे की दरारों के पास कार्बाइड के अलग-अलग कण और अशुद्धियाँ दिखाई देती हैं, तो इसका अर्थ है कि दरारें कच्चे माल में कार्बाइड के अत्यधिक जमाव या अशुद्धियों की उपस्थिति से संबंधित हैं। यदि दरारें केवल पुर्जे के नुकीले कोनों या आकार में परिवर्तन वाले हिस्सों पर ही दिखाई देती हैं और ऊपर बताई गई कोई घटना नहीं होती है, तो इसका अर्थ है कि दरार पुर्जे के अनुचित संरचनात्मक डिजाइन, दरारों को रोकने के लिए किए गए अनुचित उपायों या अत्यधिक ऊष्मा उपचार तनाव के कारण हुई है।

इसके अतिरिक्त, रासायनिक ताप उपचार और सतह शमन प्रक्रियाओं द्वारा तैयार किए गए भागों में दरारें अधिकतर कठोर परत के पास ही दिखाई देती हैं। कठोर परत की संरचना में सुधार और ताप उपचार के दौरान उत्पन्न तनाव को कम करना सतही दरारों से बचने के महत्वपूर्ण उपाय हैं।