उपकरण इस्पात

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Tool steels, data and tables appertaining to electric tool steels (1918) (14597078767).jpg
Steels
Разливка жидкого чугуна.jpg
Phases
Microstructures
Classes
Other iron-based materials

उपकरण इस्पात विभिन्न कार्बन इस्पात और मिश्र धातु इस्पात में से एक है जो विशेष रूप से उपकरण और उपकरणींग में बनाने के लिए उपयुक्त है, जिसमें काटने के उपकरण (मशीनिंग), डाई (निर्माण), हाथ उपकरण, चाकू और अन्य सम्मिलित हैं। उनकी उपयुक्तता उनकी विशिष्ट कठोरता, घर्षण और विरूपण के प्रतिरोध और ऊंचे तापमान पर अत्याधुनिक पकड़ रखने की उनकी क्षमता से आती है। परिणामस्वरूप, उपकरण इस्पात अन्य सामग्रियों को आकार देने में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं, उदाहरण के लिए काटने, मशीनिंग, मुद्रांकन (धातु का काम), या लोहारी में प्रयोग किया जाता हैं।

0.5% और 1.5% के बीच कार्बन सामग्री के साथ, आवश्यक गुणवत्ता का उत्पादन करने के लिए उपकरण इस्पात को सावधानीपूर्वक नियंत्रित परिस्थितियों में निर्मित किया जाता है। उनके मैट्रिक्स में कार्बाइड्स की उपस्थिति टूल इस्पात के गुणों में प्रमुख भूमिका निभाती है हाथ का उपकरण इस्पात में कार्बाइड बनाने वाले चार प्रमुख मिश्र धातु तत्व हैं: टंगस्टन, क्रोमियम, वैनेडियम और मोलिब्डेनम। लोहे के ऑस्टेनाईट रूप में विभिन्न कार्बाइड के विघटन की दर इस्पात के उच्च तापमान प्रदर्शन को निर्धारित (धीमी गति से उत्तम है, गर्मी प्रतिरोधी इस्पात के लिए) करती है। पर्याप्त प्रदर्शन के लिए इन इस्पात का उचित ताप उपचार महत्वपूर्ण है।[1] जल शमन के समय दरार पड़ने की संभावना को कम करने के लिए मैंगनीज की मात्रा को अधिकांश कम रखा जाता है।

उपकरण इस्पात के छह समूह हैं जल-सख्त, शीत-कार्य, आघात-प्रतिरोधी, उच्च-गति, गर्म-कार्य और विशेष प्रयोजन। चयन करने के लिए समूह की पसंद लागत, कार्य तापमान, आवश्यक सतह कठोरता, ताकत, सदमे प्रतिरोध और क्रूरता आवश्यकताओं पर निर्भर करती है।[2] सेवा की स्थिति जितनी अधिक गंभीर (उच्च तापमान, घर्षण, संक्षारकता, लोडिंग) होती है, उच्च मिश्र धातु की मात्रा उतनी ही अधिक होती है और उपकरण इस्पात के लिए आवश्यक कार्बाइड की मात्रा अधिक होती है।

उपकरण इस्पात का उपयोग धातुओं और अन्य सामग्रियों को काटने, दबाने, बाहर निकालने और सिक्का बनाने (मेटलवर्किंग) के लिए किया जाता है। उपकरणींग में उनका उपयोग आवश्यक है; उदाहरण के लिए अंतः क्षेपण ढलाई मोल्ड्स को मोल्ड स्थायित्व के लिए एक महत्वपूर्ण मानदंड घर्षण के प्रतिरोध के लिए टूल इस्पात की आवश्यकता होती है जो अपने जीवनकाल में सैकड़ों हजारों मोल्डिंग संचालन को सक्षम बनाता है।

उपकरण इस्पात के अमेरिकन आयरन एंड इस्पात इंस्टीट्यूट-सोसायटी ऑफ ऑटोमोटिव इंजीनियर्स श्रेणी उपकरण इस्पात के विभिन्न श्रेणी की पहचान करने के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे सामान्य मापदंड है। एक श्रेणी के अन्दर भिन्न-भिन्न मिश्र धातुओं को एक संख्या दिया जाता है; उदाहरण के लिए: A2, O1, आदि।

जल-सख्त समूह

डब्ल्यू-समूह उपकरण इस्पात को इसका नाम पानी की बुझती होने की परिभाषित गुण से मिलता है। डब्ल्यू-श्रेणी इस्पात अनिवार्य रूप से उच्च कार्बन सादे कार्बन इस्पात है। उपकरण इस्पात का यह समूह दूसरों की तुलना में कम लागत के कारण सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला टूल इस्पात है। वे भागों और अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से काम करते हैं जहां उच्च तापमान 150 °C (302 °F) से ऊपर नहीं होता है, यह ध्यान देने योग्य डिग्री तक नरम होना प्रारंभ हो जाता है। इसकी कठोरता कम है, इसलिए डब्ल्यू-समूह टूल इस्पात को तेजी से शमन के अधीन होना चाहिए, जिसके लिए पानी के उपयोग की आवश्यकता होती है। ये इस्पात उच्च कठोरता (रॉकवेल स्केल 66 से ऊपर) प्राप्त कर सकते हैं और अन्य उपकरण इस्पात की तुलना में भंगुर हैं। डब्ल्यू-इस्पात अभी भी बेचे जाते हैं, विशेष रूप से स्प्रिंग्स के लिए, किन्तु 19वीं और 20वीं सदी के प्रारंभ की तुलना में बहुत कम व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यह आंशिक रूप से इसलिए है क्योंकि डब्ल्यू-इस्पात तेल-बुझाए गए या वायु सख्त इस्पात की तुलना में शमन के समय बहुत अधिक अनियमता और दरार करते हैं।

मैंगनीज, सिलिकॉन और मोलिब्डेनम के साथ मिश्रित करके डब्ल्यू-समूह उपकरण इस्पात की कठोरता को बढ़ाया जाता है। गर्मी अनुकूलन के समय ठीक दाना के आकार को बनाए रखने के लिए वैनेडियम का 0.20% तक उपयोग किया जाता है।

विभिन्न कार्बन रचनाओं के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग डब्ल्यू-इस्पात के लिए हैं:

  • 0.60–0.75% कार्बन: मशीन के पुर्जे, छेनी, सेटस्क्रू; गुणों में अच्छी क्रूरता और सदमे प्रतिरोध के साथ मध्यम कठोरता सम्मिलित है।
  • 0.76–0.90% कार्बन: फोर्जिंग डाई, हथौड़े और स्लेज।
  • 0.91–1.10% कार्बन: सामान्य प्रयोजन के उपकरणिंग अनुप्रयोग जिन्हें पहनने के प्रतिरोध और क्रूरता के अच्छे संतुलन की आवश्यकता होती है, जैसे कि रैस्प्स, ड्रिल, कटर और कतरनी ब्लेड।
  • 1.11–1.30% कार्बन: फाइलें, छोटे ड्रिल, खराद उपकरण, रेजर ब्लेड, और अन्य हल्के-ड्यूटी अनुप्रयोग जहां अधिक कठोरता के बिना अधिक पहनने के प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। लगभग 0.8% C का इस्पात अधिक कार्बन के साथ इस्पात जितना कठोर हो जाता है, किन्तु 1% या 1.25% कार्बन इस्पात में मुक्त आयरन कार्बाइड के कण इसे उत्तम बनाते हैं। चूंकि, यदि इसका उपयोग अम्लीय या नमकीन सामग्री को काटने के लिए किया जाता है, तो महीन धार संभवतः पहले की तुलना में तेजी से जंग खा जाती है।

कोल्ड-वर्क समूह

कोल्ड-वर्क उपकरण इस्पात में O शृंखला (तेल-सख्त), A शृंखला (वायु-सख्त) और D शृंखला (हाई कार्बन-क्रोमियम) सम्मिलित हैं। ये ऐसे इस्पात हैं जिनका उपयोग कम तापमान पर सामग्री को काटने या बनाने के लिए किया जाता है। इस समूह में उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध, और औसत क्रूरता और गर्मी नरमी प्रतिरोध है। उनका उपयोग बड़े भागों या भागों के उत्पादन में किया जाता है जिन्हें सख्त होने के समय न्यूनतम विरूपण की आवश्यकता होती है। तेल शमन और वायु-कठोरता का उपयोग विकृति को कम करने में सहायता करता है, पानी के तेज शमन के कारण होने वाले उच्च तनाव से बचता है। इन इस्पात में जल-सख्त वर्ग की तुलना में अधिक मिश्र धातु तत्वों का उपयोग किया जाता है। ये मिश्र धातु इस्पात की कठोरता को बढ़ाते हैं, और इस प्रकार कम गंभीर शमन प्रक्रिया की आवश्यकता होती है और परिणामस्वरूप दरार की संभावना कम होती है। उनके पास उच्च सतह कठोरता है और अधिकांश चाकू ब्लेड बनाने के लिए उपयोग की जाती है। तेल सख्त श्रेणी की यंत्रीकरण अधिक है किन्तु उच्च कार्बन-क्रोमियम प्रकार के लिए कम है।

तेल सख्त: ओ श्रृंखला

इस श्रृंखला में एक O1 प्रकार, एक O2 प्रकार, एक O6 प्रकार और एक O7 प्रकार सम्मिलित हैं। इस समूह के सभी इस्पात को सामान्यतः 800 °C तेल पर कठोर किया जाता है और फिर < 200 °C पर संस्कारित किया जाता है।[3][4][5][6][7]

श्रेणी संघटन टिप्पणियाँ
O1 0.90% C, 1.0–1.4% Mn, 0.50% Cr, 0.50% W, 0.30% Si, 0.20% V एक कोल्ड वर्क स्टील का उपयोग गेज काटने के उपकरण, लकड़ी के उपकरण और चाकू के लिए किया जाता है। इसे 66 एचआरसी तक कठोर किया जा सकता है, सामान्यतः आरसी 61-63 में उपयोग किया जाता है। वैनेडियम वैकल्पिक है। आर्नी एसकेएस3 1.2510 और 100MnCrW4 के रूप में भी बेचा गया।
O2 0.90% C, 1.5–2.0% Mn, 0.30% Cr, 0.30% Si, 0.15% V एक कोल्ड वर्क स्टील का उपयोग गेज काटने के उपकरण, लकड़ी के उपकरण और चाकू के लिए किया जाता है। इसे सामान्यतः Rc61-63 में उपयोग होने वाले 66 एचआरसी तक कठोर किया जा सकता है। 1.2842 और 90MnCrV8 के रूप में भी बेचा गया।[8]
O6 1.45% C, 1.0% Mn, 1.0% Si, 0.3% Mo धातु से धातु स्लाइडिंग वियर और गैलिंग के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध के साथ एक कोल्ड वर्क ग्रेफाइटिक इस्पात। सामान्यतः कैम, बुशिंग, स्लीव्स, आर्बर्स, रोल बनाने, शीयर ब्लेड, पंच, डाई और गाइड के लिए उपयोग किया जाता है।[9]


वायु-सख्त: श्रृंखला

पहला वायु-सख्त-श्रेणी उपकरण इस्पात मशेत इस्पात था, जिसे उस समय वायु-सख्त इस्पात के रूप में जाना जाता था।

आधुनिक वायु-सख्त इस्पात को उनके उच्च-क्रोमियम सामग्री के कारण गर्मी उपचार के समय कम विरूपण की विशेषता है। उनकी यंत्रीकरण अच्छी है और उनके पास पहनने के प्रतिरोध और क्रूरता (अर्थात् डी और शॉक-प्रतिरोधी श्रेणी के बीच) का संतुलन है।[10]

श्रेणी संघटन टिप्पणियाँ
A2[11] 1.0% C, 1.0% Mn, 5.0% Cr, 0.3% Ni, 1.0% Mo, 0.15–0.50% V एक सामान्य सामान्य प्रयोजन उपकरण स्टील; यह एयर-हार्डनिंग स्टील की सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली किस्म है। यह सामान्यतः पंचिंग को काटने और बनाने के लिए उपयोग किया जाता है, ट्रिमिंग डाइस, थ्रेड रोलिंग डाइस और इंजेक्शन मोल्डिंग डाइस।[10]
A3[12] 1.25% C, 0.5% Mn, 5.0% Cr, 0.3% Ni, 0.9–1.4% Mo, 0.8–1.4% V
A4[13] 1.0% C, 2.0% Mn, 1.0% Cr, 0.3% Ni, 0.9–1.4% Mo
A6[14] 0.7% C, 1.8–2.5% Mn, 0.9–1.2% Cr, 0.3% Ni, 0.9–1.4% Mo इस प्रकार का टूल स्टील अपेक्षाकृत कम तापमान (लगभग तेल-सख्त प्रकार के समान तापमान) पर वायु-कठोर होता है और आयामी रूप से स्थिर होता है। इसलिए, यह सामान्यतः डाइस के लिए उपयोग किया जाता है, उपकरण और गेज बनाने के लिए अत्यधिक पहनने के प्रतिरोध की आवश्यकता नहीं होती है लेकिन उच्च स्थिरता की आवश्यकता होती है।[10]
A7[15] 2.00–2.85% C, 0.8% Mn, 5.00–5.75% Cr, 0.3% Ni, 0.9–1.4% Mo, 3.9–5.15% V, 0.5–1.5 W
A8[16] 0.5–0.6% C, 0.5% Mn, 4.75–5.50% Cr, 0.3% Ni, 1.15–1.65% Mo, 1.0–1.5 W
A9[17] 0.5% C, 0.5% Mn, 0.95–1.15% Si, 4.75–5.00% Cr, 1.25–1.75% Ni, 1.3–1.8% Mo, 0.8–1.4% V
A10[18] 1.25–1.50% C, 1.6–2.1% Mn, 1.0–1.5% Si, 1.55–2.05% Ni, 1.25–1.75% Mo इस श्रेणी में मशीनीकरण बढ़ाने और स्व-चिकनाई गुण प्रदान करने के लिए ग्रेफाइट कणों का एक समान वितरण होता है। यह सामान्यतः गेज, आर्बर्स, कैंची और पंच के लिए उपयोग किया जाता है।[19]


उच्च कार्बन-क्रोमियम: डी श्रृंखला

उपकरण इस्पात के कोल्ड-वर्क क्लास की डी शृंखला, जिसमें मूल रूप से D2, D3, D6 और D7 प्रकार सम्मिलित थे, में 10% और 13% क्रोमियम (जो असामान्य रूप से उच्च है) के बीच होता है। ये इस्पात के तापमान तक अपनी कठोरता बनाए रखते हैं 425 °C (797 °F). इन उपकरण इस्पात के सामान्य अनुप्रयोगों में फोर्जिंग डाई, डाई-कास्टिंग डाई ब्लॉक और ड्राइंग डाई सम्मिलित हैं। उनकी उच्च क्रोमियम सामग्री के कारण, कुछ डी-टाइप उपकरण इस्पात को अधिकांश स्टेनलेस स्टील या अर्ध-स्टेनलेस माना जाता है, चूंकि कार्बाइड के रूप में उनके अधिकांश क्रोमियम और कार्बन घटकों की वर्षा के कारण उनका संक्षारण प्रतिरोध बहुत सीमित है।

Grade संघटन टिप्पणियाँ
D2 1.5% C, 11.0–13.0% Cr; additionally 0.45% Mn, 0.030% P, 0.030% S, 1.0% V, 0.9% Mo, 0.30% Si D2 बहुत घिसाव प्रतिरोधी है लेकिन कम मिश्रधातु वाले स्टील जितना कठोर नहीं है। D2 के यांत्रिक गुण ऊष्मा उपचार के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। यह व्यापक रूप से कतरनी ब्लेड, प्लानर ब्लेड और औद्योगिक काटने के उपकरण के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है; कभी-कभी चाकू ब्लेड के लिए प्रयोग किया जाता है।


सदमा प्रतिरोधी समूह

Main article: शॉक प्रतिरोधी इस्पात

उच्च सदमे प्रतिरोध और अच्छी कठोरता क्रोमियम-टंगस्टन, सिलिकॉन-मोलिब्डेनम, सिलिकॉन-मैंगनीज मिश्र धातु द्वारा प्रदान की जाती है। शॉक-रेज़िस्टेंट समूह उपकरण इस्पात (S) को कम और उच्च तापमान दोनों पर झटके का विरोध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आवश्यक कठोरता (लगभग 0.5% कार्बन) के लिए कम कार्बन सामग्री की आवश्यकता होती है। कार्बाइड बनाने वाली मिश्र धातुएं आवश्यक घर्षण प्रतिरोध, कठोरता और गर्म काम की विशेषताएं प्रदान करती हैं। इस्पात का यह परिवार बहुत उच्च प्रभाव क्रूरता और अपेक्षाकृत कम घर्षण प्रतिरोध प्रदर्शित करता है और अपेक्षाकृत उच्च कठोरता (रॉकवेल स्केल 58/60) प्राप्त कर सकता है। यूएस में, कठोरता सामान्यतः 1 से 2% सिलिकॉन और 0.5-1% मोलिब्डेनम सामग्री से प्राप्त होती है। यूरोप में, शॉक इस्पात में अधिकांश 0.5-0.6% कार्बन और लगभग 3% निकल होता है। 1.75% से 2.75% निकल की सीमा अभी भी कुछ झटके प्रतिरोधी और उच्च शक्ति वाले कम मिश्र धातु इस्पात (एचएसएलए) में उपयोग की जाती है, जैसे L6, 4340 और स्वीडिश सॉ स्टील, किन्तु यह अपेक्षाकृत महंगा है। इसके उपयोग का एक उदाहरण जैकहैमर बिट्स के उत्पादन में है।

हाई-स्पीड समूह

Main article: उच्च गति इस्पात

हॉट-वर्किंग समूह

हॉट-वर्किंग इस्पात स्टील का एक समूह है जिसका उपयोग उच्च तापमान पर सामग्री को काटने या आकार देने के लिए किया जाता है। उच्च तापमान के लंबे समय तक संपर्क के समय ताकत और कठोरता के लिए एच-समूह उपकरण इस्पात विकसित किए गए थे। ये उपकरण स्टील कम कार्बन और मध्यम से उच्च मिश्र धातु हैं जो पर्याप्त मात्रा में कार्बाइड के कारण अच्छी गर्म कठोरता और क्रूरता और उचित पहनने के प्रतिरोध प्रदान करते हैं।[1] H1 से H19 5% क्रोमियम सामग्री पर आधारित हैं; H20 से H39 9-18% की टंगस्टन सामग्री और 3–4% की क्रोमियम सामग्री पर आधारित हैं; H40 से H59 मोलिब्डेनम आधारित हैं।

उदाहरणों में डीआईएन 1.2344 उपकरण स्टील (H13) सम्मिलित हैं।

विशेष प्रयोजन समूह

  • प्लास्टिक मोल्ड इस्पात के लिए पी-प्रकार उपकरण इस्पात छोटा है। वे जिंक डाई कास्टिंग और प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग डाई की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।
  • एल-प्रकार उपकरण स्टील कम मिश्र धातु विशेष प्रयोजन स्टील के लिए छोटा है। L6 अत्यंत कठिन है।
  • एफ-टाइप उपकरण स्टील पानी कठोर है और डब्ल्यू-टाइप उपकरण स्टील की तुलना में काफी अधिक प्रतिरोधी है।

तुलना

एआईएसआई-एसएई उपकरण इस्पात श्रेणीयां[20]
गुण को परिभाषित करना एआईएसआई-एसएई श्रेणी महत्वपूर्ण विशेषताएं
वॉटर-हार्डिंग डब्लू
कोल्ड-वर्किंग ओ आयल-हार्डिंग
ए एयर-हार्डिंग; मध्यम मिश्र धातु
डी उच्च कार्बन; उच्च क्रोमियम
शॉक विरोध एस
उच्च गति टी टंगस्टन बेस
एम मोलिब्डेनम बेस
हॉट-वर्किंग एच एच1–एच19: क्रोमियम बेस
एच20–एच39: टंगस्टन बेस
एच40–एच59: मोलिब्डेनम बेस
प्लास्टिक मोल्ड पी
विशेष प्रयोजन एल निम्न मिश्र धातु
एफ कार्बन टंगस्टन


यह भी देखें

उद्धरण

  1. ↑ 1.0 1.1 Verhoeven, John (2007). गैर-धातुकर्मवादी के लिए इस्पात धातुकर्म. ASM International. p. 159. ISBN 978-0-87170-858-8. Retrieved 9 November 2014..
  2. ↑ Baumeister, Avallone, Baumeister (1978). "6". Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 8th ed. McGraw Hill. pp. 33, 34. ISBN 9780070041233.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  3. ↑ "Carpenter O6 Graphitic Tool Steel (AISI O6)". www.matweb.com. Retrieved 2017-11-20.
  4. ↑ "Crucible Steel KETOS® Tool Steel, AISI O1". www.matweb.com. Retrieved 2017-11-20.
  5. ↑ "AISI Type O2 Oil-hardening Tool Steel, oil quenched at 800°C, tempered at 260°C". www.matweb.com. Retrieved 2017-11-20.
  6. ↑ "AISI Type O7 Tool Steel". www.matweb.com. Retrieved 2017-11-20.
  7. ↑ www.roberidesigns.com. "The Sousa Corp | Tool Steel Composition". www.sousacorp.com. Retrieved 2017-11-20.
  8. ↑ "1.2842 / 90MnCrV8 - Tool Steel". steel-bar.com. 16 July 2022.
  9. ↑ "High Speed Steel - Tool Steel - O6 - O6 Technical Data". www.hudsontoolsteel.com.
  10. ↑ 10.0 10.1 10.2 Oberg et al. 2004, pp. 466–467.
  11. ↑ AISI A2, Efunda, archived from the original on 2012-04-02, retrieved 2010-12-25.
  12. ↑ AISI A3, Efunda, archived from the original on 2012-04-02, retrieved 2010-12-25.
  13. ↑ AISI A4, Efunda, archived from the original on 2012-04-02, retrieved 2010-12-25.
  14. ↑ AISI A6, Efunda, archived from the original on 2011-08-19, retrieved 2010-12-25.
  15. ↑ AISI A7, Efunda, archived from the original on 2011-09-16, retrieved 2010-12-25.
  16. ↑ AISI A8, Efunda, archived from the original on 2011-09-09, retrieved 2010-12-25.
  17. ↑ AISI A9, Efunda, archived from the original on 2012-04-02, retrieved 2010-12-25.
  18. ↑ AISI A10, Efunda, archived from the original on 2012-04-02, retrieved 2010-12-25.
  19. ↑ A-10 Tool Steel Material Information, archived from the original on 2004-04-04, retrieved 2010-12-25.
  20. ↑ Oberg et al. 2004, p. 452.


सामान्य और उद्धृत संदर्भ

बाहरी संबंध

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