लौह ढलाई के प्रकार

लौह ढलाई के प्रकार

इस अध्याय में विभिन्न प्रकार की लौह ढलाई पर चर्चा की जाएगी।

ग्रे आयरन कास्टिंग

ग्रे कास्ट आयरन की विशेषता ग्राफिक माइक्रोस्ट्रक्चर है, जो सामग्री में फ्रैक्चर पैदा करने में सक्षम है और ग्रे रंग की दिखती है। यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कास्ट आयरन है और वजन के आधार पर आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली कास्ट सामग्री भी है। अधिकांश ग्रे कास्ट आयरन में 2.5 प्रतिशत से 4 प्रतिशत कार्बन, 1 प्रतिशत से 3 प्रतिशत सिलिकॉन और बाकी लोहे की संरचना होती है।

इस प्रकार के कच्चे लोहे में स्टील की तुलना में कम तन्य शक्ति और कम आघात प्रतिरोध होता है। इसकी संपीड़न शक्ति निम्न और मध्यम कार्बन स्टील के बराबर है।

ये सभी यांत्रिक गुण ग्रेफाइट फ्लेक के आकार और ग्रेफाइट फ्लेक्स के आकार द्वारा नियंत्रित होते हैं, जो ग्रे कास्ट आयरन की सूक्ष्म संरचना में मौजूद होते हैं।

सफेद लोहे की ढलाई

इस प्रकार के लोहे में फ्रैक्चर वाली सतह होती है जो सीमेंटाइट नामक आयरन कार्बाइड अवक्षेप की उपस्थिति के कारण सफेद होती है। सफेद कच्चे लोहे में मौजूद कार्बन पिघले हुए पदार्थ से ग्रेफाइट के बजाय स्थिर चरण सीमेंटाइट के रूप में निकलता है। यह ग्रेफाइटाइजिंग एजेंट के रूप में कम सिलिकॉन सामग्री और तेजी से आपूर्ति की गई शीतलन दर के साथ प्राप्त किया जाता है। इस अवक्षेपण के बाद, सीमेंटाइट बड़े कणों के रूप में बनता है।

आयरन कार्बाइड के अवक्षेपण के दौरान, अवक्षेप मूल पिघले हुए पदार्थ से कार्बन को खींचता है, इस प्रकार मिश्रण को यूटेक्टिक के करीब ले जाता है। शेष चरण में आयरन को कार्बन ऑस्टेनाइट में बदला जाता है, जो ठंडा होने पर मार्टेंसाइट में बदल जाता है।

इनमें मौजूद यूटेक्टिक कार्बाइड अवक्षेपण कठोरता का लाभ प्रदान करने के लिए बहुत बड़े हैं। कुछ स्टील में बहुत छोटे सीमेंटाइट अवक्षेप हो सकते हैं जो शुद्ध लौह फेराइट मैट्रिक्स के माध्यम से विस्थापन की गति को बाधित करके प्लास्टिक के विरूपण को ले जा सकते हैं। उनका एक फायदा यह है कि वे अपनी कठोरता और आयतन अंश के कारण कच्चे लोहे की थोक कठोरता को बढ़ाते हैं। इसके परिणामस्वरूप मिश्रण के नियम द्वारा थोक कठोरता का अनुमान लगाया जा सकता है।

यह कठोरता किसी भी मामले में कठोरता की कीमत पर पेश की जाती है। सफेद कच्चा लोहा आम तौर पर सीमेंट के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, क्योंकि कार्बाइड सामग्री का एक बड़ा हिस्सा बनाता है। सफेद लोहा संरचनात्मक घटकों में उपयोग करने के लिए बहुत भंगुर है, लेकिन इसकी अच्छी कठोरता, घर्षण के प्रतिरोध और कम लागत के कारण, इसे घोल पंपों की पहनने वाली सतह के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

मोटी ढलाई को तेज़ गति से ठंडा करना कठिन है जो पिघले हुए पदार्थ को सफ़ेद कच्चे लोहे के रूप में ठोस बनाने के लिए पर्याप्त है, हालाँकि सफ़ेद कच्चे लोहे को ठोस बनाने के लिए तेज़ ठंडा करने का उपयोग किया जा सकता है और इसके बाद इसका शेष भाग धीमी गति से ठंडा हो जाएगा जिससे ग्रे कास्ट आयरन का कोर बन जाएगा। इस परिणामी ढलाई को ठंडा ढलाई कहा जाता है, और इसमें कठोर सतह होने के लाभ होते हैं लेकिन अंदर से कठोर होता है।

उच्च क्रोमियम सफेद लोहे के मिश्रधातु में लगभग 10 टन के प्ररित करनेवाला की विशाल ढलाई को रेत में ढालने की क्षमता थी। यह इस तथ्य के कारण है कि क्रोमियम सामग्री की अधिक मोटाई के माध्यम से कार्बाइड का उत्पादन करने के लिए आवश्यक शीतलन दर को कम करता है। उत्कृष्ट घर्षण प्रतिरोध वाले कार्बाइड भी क्रोमियम तत्वों द्वारा उत्पादित किए जाते हैं।

नम्य लौह ढलाई

आघातवर्ध्य कच्चा लोहा, सफेद लोहे की ढलाई के रूप में शुरू होता है, फिर इसे दो या एक दिन के लिए लगभग 950°C के तापमान पर गर्म किया जाता है, और फिर इसे समान अवधि के लिए ठंडा किया जाता है।

आयरन कार्बाइड में मौजूद कार्बन इस हीटिंग और कूलिंग प्रक्रिया के कारण ग्रेफाइट और फेराइट प्लस कार्बन में बदल जाता है। यह एक कम प्रक्रिया है, लेकिन यह सतह के तनाव को ग्रेफाइट को गुच्छों के बजाय गोलाकार कणों में बदलने में सक्षम बनाता है।

गोलाकार अपेक्षाकृत छोटे होते हैं और उनके कम पहलू अनुपात के कारण एक दूसरे से दूर होते हैं। उनमें एक कम क्रॉस-सेक्शन, प्रोपेगेटिंग क्रैक और एक फोटॉन भी होता है। गुच्छों के विपरीत, उनमें कुंद सीमाएँ होती हैं जो तनाव सांद्रता की समस्याओं को कम करने में भाग लेती हैं जो ग्रे कास्ट आयरन में पाई जाती हैं। कुल मिलाकर, निंदनीय कच्चा लोहा में शामिल गुण स्टील के समान हैं जो प्रकृति में हल्का होता है।

तन्य लौह कास्टिंग

कभी-कभी इसे नोड्यूलर कास्ट आयरन के रूप में संदर्भित किया जाता है, इस कास्ट आयरन में ग्रेफाइट बहुत छोटे नोड्यूल के रूप में होता है, जिसमें ग्रेफाइट परतों के रूप में होता है जो संकेंद्रित होते हैं और इस प्रकार नोड्यूल बनाते हैं। इसके कारण, इसके गुणनमनीय कच्चा लोहायह एक स्पंजी स्टील है जिस पर ग्रेफाइट के गुच्छों द्वारा उत्पन्न कोई तनाव सांद्रता प्रभाव नहीं होता है।

इसमें कार्बन की सांद्रता लगभग 3 प्रतिशत से 4 प्रतिशत है, और सिलिकॉन की सांद्रता लगभग 1.8 प्रतिशत से 2.8 प्रतिशत है। मैग्नीशियम की 0.02 प्रतिशत से 0.1 प्रतिशत की छोटी मात्रा, और केवल 0.02 प्रतिशत से 0.04 प्रतिशत सेरियम जब इन मिश्र धातुओं में मिलाया जाता है, तो ग्रेफाइट के किनारों पर बंधन के माध्यम से ग्रेफाइट अवक्षेपण की दर धीमी हो जाती है।

प्रक्रिया के दौरान अन्य तत्वों के सावधानीपूर्वक नियंत्रण और उचित समय के कारण, कार्बन को पदार्थ के ठोस होने पर गोलाकार कणों के रूप में अलग होने का मौका मिल सकता है। परिणामी कण लचीले कच्चे लोहे के समान होते हैं, लेकिन भागों को बड़े खंडों के साथ ढाला जा सकता है।

मिश्र धातु तत्व

कच्चे लोहे के गुणों को बदला जाता है और कच्चे लोहे में विभिन्न मिश्रधातु तत्वों या मिश्रधातुओं में जोड़ा जाता है। कार्बन के अनुरूप तत्व सिलिकॉन है क्योंकि इसमें कार्बन को घोल से बाहर निकालने की क्षमता होती है। सिलिकॉन का एक छोटा प्रतिशत इसे पूरी तरह से प्राप्त करने में सक्षम नहीं हो सकता है क्योंकि यह कार्बन को घोल में रहने देता है, इस प्रकार आयरन कार्बाइड बनाता है और सफेद कच्चा लोहा भी बनाता है।

सिलिकॉन का एक बड़ा प्रतिशत या सांद्रता कार्बन को घोल से बाहर निकालने में सक्षम है और फिर ग्रेफाइट बनाता है और ग्रे कास्ट आयरन भी बनाता है। अन्य मिश्र धातु एजेंट जिनका उल्लेख नहीं किया गया है उनमें मैंगनीज, क्रोमियम, टाइटेनियम और फिर वैनेडियम शामिल हैं। ये सिलिकॉन का प्रतिकार करते हैं, वे कार्बन के प्रतिधारण को भी बढ़ावा देते हैं और इस प्रकार कार्बाइड के निर्माण को भी बढ़ावा देते हैं। निकेल और तत्व तांबा का एक फायदा यह है कि वे ताकत और मशीनीकरण को बढ़ाते हैं, लेकिन वे तब बनने वाले कार्बन की मात्रा को बदलने में सक्षम नहीं होते हैं।

ग्रेफाइट के रूप में मौजूद कार्बन के कारण लोहा नरम हो जाता है, जिससे सिकुड़न का प्रभाव कम हो जाता है, ताकत कम हो जाती है और घनत्व कम हो जाता है। सल्फर ज़्यादातर संदूषक होता है, और यह आयरन सल्फाइड बनाता है जो ग्रेफाइट के निर्माण को रोकता है और कठोरता को भी बढ़ाता है।

सल्फर से होने वाला नुकसान यह है कि यह पिघले हुए कच्चे लोहे को चिपचिपा बना देता है, जिससे दोष उत्पन्न होते हैं। सल्फर के प्रभावों को कम करने और खत्म करने के लिए, घोल में मैंगनीज मिलाया जाता है। ऐसा इसलिए किया जाता है क्योंकि जब दोनों को मिलाया जाता है तो वे आयरन सल्फाइड के बजाय मैंगनीज सल्फाइड बनाते हैं। परिणामी मैंगनीज सल्फाइड पिघले हुए पदार्थ से हल्का होता है और पिघले हुए पदार्थ से बाहर निकलकर स्लैग में चला जाता है।

सल्फर के प्रभाव को खत्म करने के लिए आवश्यक मैंगनीज की अनुमानित मात्रा 1.7 यूनिट सल्फर सामग्री और ऊपर से 0.3 प्रतिशत अतिरिक्त है। मैंगनीज की इस मात्रा से अधिक जोड़ने से मैंगनीज कार्बाइड का निर्माण होता है और इससे कठोरता और ठंडक बढ़ जाती है, सिवाय ग्रे आयरन के जहां 1 प्रतिशत तक मैंगनीज ताकत और निहित घनत्व को बढ़ा सकता है। निकेल सबसे सामान्य मिश्र धातु तत्वों में से एक है क्योंकि इसमें पर्लाइट और ग्रेफाइट की संरचना को परिष्कृत करने की प्रवृत्ति होती है, जिससे कठोरता में सुधार होता है, और अनुभाग मोटाई के बीच कठोरता के अंतर को भी बराबर करता है।

मुक्त ग्रेफाइट को कम करने और ठंड पैदा करने के लिए क्रोमियम को थोड़ी मात्रा में मिलाया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि क्रोमियम एक शक्तिशाली कार्बाइड स्टेबलाइज़र है, और कुछ मामलों में यह निकल के साथ मिलकर काम कर सकता है। क्रोमियम के लिए भी, टिन की एक छोटी मात्रा को जोड़ा जा सकता है। कम ठंड, ग्रेफाइट को परिष्कृत करने और तरलता में वृद्धि प्राप्त करने के लिए 0.5 प्रतिशत से 2.5 प्रतिशत के क्रम में करछुल या भट्टी में तांबा मिलाया जाता है। मोलिब्डेनम को भी 0.3 प्रतिशत से 1 प्रतिशत के क्रम में जोड़ा जा सकता है ताकि ठंड को भी बढ़ाया जा सके, ग्रेफाइट को परिष्कृत किया जा सके और पर्लाइट संरचना को परिष्कृत किया जा सके।

इसे आमतौर पर निकेल, कॉपर और क्रोमियम के साथ मिलकर उच्च शक्ति वाले लोहे का उत्पादन करने के लिए मिलाया जाता है। टाइटेनियम तत्व को डीगैसर और डीऑक्सीडाइज़र के रूप में काम करने और तरलता बढ़ाने के लिए मिलाया जाता है। वैनेडियम तत्व के 0.15 प्रतिशत से 0.5 प्रतिशत के अनुपात को कच्चे लोहे में मिलाया जाता है और सीमेंटाइट को स्थिर करने, कठोरता बढ़ाने और घिसाव और गर्मी के प्रभावों का प्रतिरोध करने में मदद करता है।

ज़िरकोनियम ग्रेफाइट बनाने में मदद करता है और इसे लगभग 0.1 प्रतिशत से 0.3 प्रतिशत के अनुपात में मिलाया जाता है। यह तत्व डीऑक्सीडाइज़िंग और तरलता बढ़ाने में भी मदद करता है। निंदनीय लोहे के पिघले हुए पदार्थ में, सिलिकॉन की मात्रा बढ़ाने के लिए, बिस्मथ को 0.002 प्रतिशत से 0.01 प्रतिशत के पैमाने पर डाला जाता है। सफ़ेद लोहे में, तत्व बोरॉन मिलाया जाता है, जो निंदनीय लोहे के उत्पादन में सहायता करता है, और यह तत्व बिस्मथ के मोटे होने के प्रभाव को कम करता है।