Carburizing اور Case Hardening: بنیادیات

بنیادی خیال

کچھ پرزوں کو دو متضاد خصوصیات درکار ہوتی ہیں: ایک سطح جو گھساؤ اور contact fatigue کی مزاحمت کرے، اور ایک core جو جھٹکے کو بغیر ٹوٹے جذب کرے۔ Carburizing low-carbon steel کے ایک ہی ٹکڑے سے دونوں فراہم کرتی ہے۔ پرزے کو carbon سے بھرپور ماحول میں تقریباً 880–950 °C پر رکھا جاتا ہے؛ carbon سطح میں سرایت کرتا ہے، اور اس کے بعد کی quench صرف اسی افزودہ پرت — case — کو سخت کرتی ہے، جبکہ low-carbon core نسبتاً نرم اور سخت جان رہتا ہے۔

Case depth

Case depth کو اس گہرائی کے طور پر متعین کیا جاتا ہے جہاں سختی ایک مقررہ سطح تک گر جاتی ہے — یورپی عمل میں عام طور پر 550 HV (CHD, case hardening depth)۔ دو گہرائیاں اہم ہیں:

• Effective case depth (to 550 HV): gears اور shafts کے لیے عام طور پر تقریباً 0.3–2.5 mm، جو gear کے contact stress اور module کے مطابق رکھی جاتی ہے۔
• Total case depth: مکمل diffusion zone، جو ہمیشہ effective depth سے زیادہ گہری ہوتی ہے۔

زیادہ گہرے cases کو غیر متناسب طور پر زیادہ furnace وقت درکار ہوتا ہے، کیونکہ diffusion depth وقت کے square root کے ساتھ بڑھتی ہے — گہرائی دگنی کرنے میں تقریباً چار گنا زیادہ وقت لگتا ہے۔

Carbon potential

Furnace کے ماحول کو ایک carbon potential پر کنٹرول کیا جاتا ہے — سطح کے carbon کی وہ مقدار جو ماحول درجہ حرارت پر خالص iron میں پیدا کرے گا۔ اسے عام طور پر eutectoid-to-saturation علاقے سے ذرا نیچے یا اس کے قریب چلایا جاتا ہے، boost stage میں سطح پر اکثر تقریباً 0.8–1.0% C۔ بہت زیادہ potential سے soot، carbide networks اور ضرورت سے زیادہ retained austenite بنتی ہے؛ بہت کم سے اتھلا، نرم case بنتا ہے۔ Production cycles اکثر boost–diffuse پیٹرن استعمال کرتے ہیں: carbon کو تیزی سے اندر بھیجنے کے لیے زیادہ potential، پھر آخری سطح کے carbon اور gradient کو طے کرنے کے لیے کم potential والا مرحلہ۔

Quenching کے بعد core بمقابلہ case

Carburizing کے بعد، پرزے کو quench کیا جاتا ہے (براہ راست، یا grain refinement کے لیے دوبارہ گرم کرنے کے بعد) اور کم درجہ حرارت پر، تقریباً 150–200 °C پر، temper کیا جاتا ہے۔ زیادہ carbon والا case سخت martensite میں تبدیل ہو جاتا ہے، سطح پر عام طور پر تقریباً 58–62 HRC۔ Core — جس میں اب بھی صرف تقریباً 0.15–0.25% carbon ہوتا ہے — صرف اسی حد تک سخت ہوتا ہے جتنی اس کی hardenability اجازت دیتی ہے، بہت نرم رہتا ہے اور وہ toughness فراہم کرتا ہے جس کے گرد پرزہ ڈیزائن کیا گیا ہوتا ہے۔

Carburizing کے لیے ڈیزائن کی گئی اسٹیلز

Case-hardening steels ڈیزائن کے اعتبار سے low-carbon ہوتی ہیں، core کی مضبوطی اور hardenability کے لیے ملاوٹ شدہ:

• 8620 (AISI): عام مقصد کی شمالی امریکہ کی gear steel، Ni-Cr-Mo core۔
• 20CrMnTi (GB): معیاری چینی gear steel؛ titanium طویل carburizing cycles کے دوران grain کو قابو میں رکھتا ہے۔
• 16MnCr5 (EN 1.7131): چھوٹے اور درمیانے gears کے لیے یورپی workhorse۔
• زیادہ duty والی اقسام میں nickel شامل ہوتا ہے (مثال کے طور پر 18CrNiMo7-6) جہاں بڑے سیکشنز میں core کی مضبوطی اہم ہوتی ہے۔

کسی carburized پرزے کو متعین کرنے کا مطلب ہے case depth، surface hardness اور core hardness کو ایک ساتھ متعین کرنا — ان میں سے کوئی ایک اکیلا نامکمل ضرورت ہے۔

Gas، pack اور low-pressure اقسام

ٹھوس carbon compound میں روایتی pack carburizing اب بڑی حد تک تاریخی ہو چکی ہے۔ جدید production میں atmosphere furnaces میں gas carburizing استعمال ہوتی ہے، جہاں carbon potential مسلسل ناپا اور کنٹرول کیا جاتا ہے، یا low-pressure (vacuum) carburizing، جہاں vacuum furnace میں hydrocarbon gas کی pulses پیچیدہ gear geometries پر بغیر surface oxidation کے بہت یکساں cases دیتی ہیں — جس کے بعد عام طور پر high-pressure gas quenching کی جاتی ہے۔ ڈیزائنر جو metallurgy متعین کرتا ہے وہ تینوں میں ایک ہی ہوتی ہے؛ جو بدلتا ہے وہ یکسانیت، صفائی، cycle economics اور distortion کا رویہ ہے جسے gear finishing کو جذب کرنا ہوتا ہے۔