লেজার কোয়েনচিং প্রযুক্তির জন্য উপযুক্ত উপাদানের প্রকারভেদ ও বৈশিষ্ট্যের বিশ্লেষণ

১. লৌহঘটিত ধাতব পদার্থ (বর্তমানে সর্বাধিক প্রচলিত প্রয়োগ)

১. মাঝারি ও উচ্চ কার্বন ইস্পাত (কার্বনের পরিমাণ ০.৩%~০.৮%), সাধারণ উপাদানসমূহ:

৪৫ ইস্পাত (উচ্চ-মানের মাঝারি-কার্বন কাঠামোগত ইস্পাত), যা JIS স্ট্যান্ডার্ড, ASTM 1045/080M46, এবং DIN C45-এ S45C হিসাবে চিহ্নিত, হলো একটি প্রিমিয়াম কার্বন কাঠামোগত ইস্পাত যার রাসায়নিক গঠন নিম্নরূপ: ০.৪২-০.৫০% কার্বন (C), ০.১৭-০.৩৭% সিলিকন (Si), ০.৫০-০.৮০% ম্যাঙ্গানিজ (Mn), এবং ≤০.২৫% ক্রোমিয়াম (Cr)। এই বহুমুখী উপাদানটি চমৎকার ঠান্ডা/গরম কার্যক্ষমতা, উন্নত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, সাশ্রয়ী মূল্য এবং ব্যাপক সহজলভ্যতা প্রদর্শন করে, যা এটিকে শিল্পক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত করে। তবে, এর প্রধান সীমাবদ্ধতা হলো এর কম কাঠিন্যযোগ্যতা, যা এটিকে বড় প্রস্থচ্ছেদ বা উচ্চ নির্ভুলতার মান প্রয়োজন এমন উপাদান তৈরির জন্য অনুপযুক্ত করে তোলে।

টি৮ ইস্পাত: এটি একটি ইউটেকটয়েড কার্বন টুল স্টিল যা কোয়েনচিং এবং টেম্পারিং-এর পর উচ্চ কাঠিন্য এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদর্শন করে, যদিও এর কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যার মধ্যে কম হট হার্ডেনাবিলিটি, দুর্বল হার্ডেনাবিলিটি এবং মেশিনিং-এর সময় অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে বিকৃতির প্রবণতা অন্যতম। এই উপাদানটি GB/T 1298 সিরিজের মান মেনে চলে এবং এতে ০.৭৫% থেকে ০.৮৪% পর্যন্ত কার্বন থাকে, যা এটিকে সরল আকৃতির কোল্ড-ফর্মিং ডাই এবং কাটিং টুল তৈরির জন্য উপযুক্ত করে তোলে। কোয়েনচিং প্রক্রিয়ায় ৭৮০-৮০০℃ তাপমাত্রায় জল দিয়ে শীতল করার প্রয়োজন হয়, এবং ২৫০℃-এর উপরে টেম্পারিং করলে এর মাত্রিক স্থিতিশীলতা নিশ্চিত হয়। তবে, যেসব ক্ষেত্রে অভিঘাত লোড প্রতিরোধের প্রয়োজন হয়, সেসব ক্ষেত্রে এটি ব্যবহারের সুপারিশ করা হয় না।

৬৫Mn ইস্পাত: তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ এবং কোল্ড ড্রয়িং হার্ডেনিং-এর পর উচ্চ শক্তি সম্পন্ন একটি স্প্রিং স্টিল পণ্য, যা ভালো নমনীয়তা এবং প্লাস্টিকতা প্রদান করে। একই রকম পৃষ্ঠতলের অবস্থা এবং সম্পূর্ণ হার্ডেনিং-এর অধীনে, এর ক্লান্তি সীমা ফাইভ-কালার অ্যালয় স্প্রিং-এর সাথে মিলে যায়। তবে, দুর্বল হার্ডেনাবিলিটির কারণে, এটি প্রধানত ছোট আকারের স্প্রিং যেমন চাপ-সমন্বয়কারী/গতি-নিয়ন্ত্রক স্প্রিং, বল-পরিমাপক স্প্রিং, সাধারণ যান্ত্রিক বৃত্তাকার/আয়তাকার হেলিকাল স্প্রিং, বা ছোট যন্ত্রপাতির জন্য ওয়্যার-ড্রন স্টিল স্প্রিং-এ ব্যবহৃত হয়। হার্ডেনিং প্রভাব: পৃষ্ঠতলের কঠোরতা ৫৫-৬৫ HRC-তে পৌঁছায় এবং হার্ডেনড স্তরের গভীরতা ০.২~১.৫ মিমি হয়, যা একটি অভিন্ন মার্টেনসিটিক কাঠামো এবং উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদর্শন করে (যেমন, কোয়েনচিং-এর পর ৪৫ স্টিলের পরিধান জীবন ৪-৬ গুণ বৃদ্ধি পায়)। গিয়ার, পিন এবং শ্যাফট উপাদানের জন্য উপযুক্ত। প্রক্রিয়া: পর্যাপ্ত কার্বন উপাদান প্রচুর পরিমাণে মার্টেনসাইট তৈরি করে, যা দ্রুত লেজার হিটিং-এর সময় সম্পূর্ণ অস্টেনাইজেশন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায় এবং সেলফ-কুলিং কোয়েনচিং-এর মাধ্যমে পূর্ণ ফেজ রূপান্তর অর্জন করে।

২. সংকর কাঠামোগত ইস্পাত (Cr, Ni, Mo এবং অন্যান্য উপাদান সংযোজিত), সাধারণ উপাদানসমূহ:

৪০Cr: (GB3077-এ সংজ্ঞায়িত "অ্যালয় স্ট্রাকচারাল স্টিল" বিভাগের অধীনে 40Cr পড়ে। এই স্টিলে ০.৩৭%-০.৪৪% কার্বন থাকে, যা 45 স্টিলের চেয়ে সামান্য কম, এবং এতে সিলিকন (Si) ও ম্যাঙ্গানিজ (Mn)-এর পরিমাণ তুলনীয়। এতে ০.৮০%-১.১০% ক্রোমিয়াম (Cr) থাকে। হট-রোল্ড প্রয়োগের ক্ষেত্রে, এই ১% ক্রোমিয়ামের পরিমাণ মূলত অকার্যকর, কারণ উভয় গ্রেডই প্রায় একই রকম যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। যেহেতু 40Cr-এর দাম 45 স্টিলের প্রায় অর্ধেক, তাই অর্থনৈতিক বিবেচনার কারণে সম্ভব হলে এর পরিবর্তে প্রায়শই 45 স্টিল ব্যবহার করা হয়।)

35CrMo: 35CrMo হলো অ্যালয় স্ট্রাকচারাল স্টিল (অ্যালয় কোয়েনচড অ্যান্ড টেম্পার্ড স্টিল)-এর একটি স্পেসিফিকেশন কোড, যা জার্মান স্ট্যান্ডার্ড 1.7220, ব্রিটিশ স্ট্যান্ডার্ড 708A37, ফরাসি স্ট্যান্ডার্ড 35CD4 ইত্যাদির অনুরূপ এবং GB/T 3077-2015-এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। এতে ০.৭২% কার্বন ইকুইভ্যালেন্ট রয়েছে এবং এর ঝালাইযোগ্যতা দুর্বল হওয়ায় প্রি-হিটিং ব্যবস্থা প্রয়োজন হয়। এই স্টিলটি উচ্চ স্ট্যাটিক স্ট্রেংথ এবং ইমপ্যাক্ট টাফনেস প্রদর্শন করে, যার টেনসাইল স্ট্রেংথ ≥৯৮৫MPa এবং ইল্ড স্ট্রেংথ ≥৮৩৫MPa এবং এটি ৫০০℃ পর্যন্ত দীর্ঘমেয়াদী অপারেটিং তাপমাত্রা সহ্য করতে সক্ষম। এটি রোলিং মিলে গিয়ারবক্স, ক্র্যাঙ্কশ্যাফট, কানেক্টিং রড এবং স্টিম টারবাইন স্পিন্ডলের মতো উচ্চ-ভার বহনকারী যান্ত্রিক উপাদান তৈরির জন্য উপযুক্ত।

20CrMnTi: ০.১৭%-০.২৪% কার্বনযুক্ত একটি কার্বুরাইজড স্টিল, যা সাধারণত মোটরগাড়ি উৎপাদনে ট্রান্সমিশন গিয়ারের জন্য ব্যবহৃত হয়। একটি মাঝারি-কঠিনীভূত কার্বুরাইজড স্টিল (Cr-Mn-Ti) হিসেবে, এটি উচ্চ নিম্ন-তাপমাত্রার অভিঘাত সহনশীলতা বজায় রেখে অসাধারণ কাঠিন্য প্রদর্শন করে। বিশেষভাবে পৃষ্ঠতল কার্বুরাইজেশন দ্বারা কঠিনীভূত করার জন্য তৈরি হওয়ায়, এই স্টিলটি ন্যূনতম বিকৃতিসহ চমৎকার যন্ত্রকৌশলযোগ্যতা এবং অসামান্য ক্লান্তি প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদর্শন করে। এর প্রধান প্রয়োগগুলোর মধ্যে রয়েছে মোটরগাড়ি এবং বিমানের জন্য শ্যাফটের উপাদান, পিস্টনের অংশ এবং বিশেষায়িত যন্ত্রাংশ তৈরি করা।

নির্বাপণ প্রভাব: কঠোরতা ৬০~৭০ HRC পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, কঠিন স্তরের গভীরতা ০.৩~২ মিমি, সংকর উপাদানগুলো কঠিনীকরণযোগ্যতা এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে (যেমন ৩৫CrMo গিয়ার কোয়েনচিং-এর পর ক্লান্তি শক্তি ৩০% বৃদ্ধি পায়)।

দ্রষ্টব্য: সংকর ধাতুর উচ্চ পরিমাণ লেজার শোষণ হার কমিয়ে দিতে পারে, তাই কৃষ্ণকরণ প্রক্রিয়ার (যেমন ফসফেটিং এবং কোটিং) মাধ্যমে শক্তি শোষণ দক্ষতা বৃদ্ধি করা প্রয়োজন।

৩. ঢালাই লোহা (ধূসর ঢালাই লোহা, নমনীয় ঢালাই লোহা), সাধারণ উপাদানসমূহ:

HT300: এটি পার্লাইট ধরনের উচ্চ শক্তির ধূসর ঢালাই লোহা, যা জাতীয় মান GB 9439-88 মেনে চলে। এর নামের "HT" অংশটি ধূসর ঢালাই লোহাকে বোঝায় এবং "300" সংখ্যাটি নির্দেশ করে যে ৩০ মিমি ব্যাসের একটি পরীক্ষামূলক দণ্ডের সর্বনিম্ন টান শক্তি হলো ৩০০ মেগাপ্যাসকেল।

QT600-3: QT600-3 হলো একটি পারলাইটিক বডি ডাকটাইল আয়রন, যার শক্তি মাঝারি ও উচ্চ, দৃঢ়তা ও নমনীয়তা মাঝারি, সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উচ্চ, ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা ও কম্পন প্রশমন ক্ষমতা ভালো এবং ঢালাই প্রক্রিয়ার বৈশিষ্ট্য উত্তম। বিভিন্ন তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে এর বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করা যায়।

নির্বাপণ প্রভাব: পৃষ্ঠের কাঠিন্য ৪৫~৫৫ HRC পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, কঠিন স্তরের গভীরতা ০.১~০.৮ মিমি, এবং গ্রাফাইট দশার চারপাশে মার্টেনসাইট + অবশিষ্ট অস্টেনাইট কাঠামো গঠিত হয়, যা ঘর্ষণ-রোধী ক্ষমতা বৃদ্ধি করে (উদাহরণস্বরূপ, শোধনের পর মেশিন টুল গাইড রেলের ঘর্ষণ সহগ ২০% হ্রাস পায়)।

২. অলৌহ ধাতু এবং তাদের সংকর (উদীয়মান প্রয়োগ ক্ষেত্র)

১. টাইটানিয়াম সংকর ধাতু (Ti-6Al-4V, ইত্যাদি)

টাইটানিয়াম অ্যালয় বলতে টাইটানিয়াম এবং অন্যান্য ধাতু দিয়ে তৈরি বিভিন্ন ধরণের সংকর ধাতুকে বোঝায়। টাইটানিয়াম ১৯৫০-এর দশকে উদ্ভাবিত একটি গুরুত্বপূর্ণ কাঠামোগত ধাতু। টাইটানিয়াম অ্যালয়ের শক্তি, ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং উচ্চ তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে।

কঠিন হওয়ার বৈশিষ্ট্য: লেজার হিটিং পৃষ্ঠতলে অতি-সম্পৃক্ত মার্টেনসাইট গঠনে সহায়তা করে এবং এর কাঠিন্য ৩০০ এইচভি থেকে ৫০০~৬০০ এইচভি পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, একই সাথে ভালো দৃঢ়তাও বজায় থাকে (যা উড়োজাহাজের ইঞ্জিনের ব্লেড শক্তিশালীকরণের জন্য উপযুক্ত)।

  প্রযুক্তিগত অসুবিধা: টাইটানিয়াম অ্যালয়ের লেজার প্রতিফলন ক্ষমতা অনেক বেশি (প্রায় ৭০%), তাই পৃষ্ঠতলের প্রাক-প্রক্রিয়াকরণ (যেমন স্যান্ডব্লাস্টিং) অথবা অতিবেগুনি লেজার (তরঙ্গদৈর্ঘ্য ৩৫৫ ন্যানোমিটার, প্রতিফলন ক্ষমতা ৩০%-এর নিচে) ব্যবহার করা উচিত।

২. অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতু (2xxx সিরিজ, 7xxx সিরিজ)

এটি একটি অ্যালুমিনিয়াম-ভিত্তিক সংকর ধাতু, যাতে তামা, সিলিকন, ম্যাগনেসিয়াম, জিঙ্ক এবং ম্যাঙ্গানিজের মতো অতিরিক্ত উপাদান যোগ করা হয়। উপাদানের অনুপাত সমন্বয়ের মাধ্যমে এটি 1XXX থেকে 8XXX সিরিজ গঠন করে, যা শিল্পক্ষেত্রে ব্যবহৃত বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়াম-তামার সংকর ধাতুকে অন্তর্ভুক্ত করে। এর স্টেট কোড সিস্টেমটি F (ফ্রি মেশিনিং) এবং O (অ্যানিলিং) সহ পাঁচটি মৌলিক অবস্থার উপর ভিত্তি করে গঠিত, যেখানে T6-এর মতো বিস্তারিত কোডগুলো শক্তি এবং ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতার বৈশিষ্ট্যগুলোর উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে।

নির্বাপণ প্রক্রিয়া: লেজারের দ্রুত উত্তাপের মাধ্যমে সলিড সলিউশন স্ট্রেংদেনিং অর্জন করা হয়, এবং স্বতঃস্ফূর্ত শীতলীকরণের পর মেটাস্টেবল অধঃক্ষিপ্ত দশা গঠিত হয় (উদাহরণস্বরূপ, কোয়েনচিং-এর পর 7075 অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়ের কাঠিন্য 150 HV থেকে 220 HV-তে বৃদ্ধি পায়)।

প্রয়োগের সীমাবদ্ধতা: অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতুর তাপ পরিবাহিতা অনেক বেশি (তাপ পরিবাহিতা প্রায় ২০০ ওয়াট/মিটার কেলভিন), উত্তাপের কার্যকারিতা নিশ্চিত করতে উচ্চ ক্ষমতার লেজার (≥২ কিলোওয়াট) প্রয়োজন হয় এবং এতে সহজেই তাপীয় পীড়নজনিত বিকৃতি ঘটে।

৩. টিনের সংকর ধাতু (পিতল, ব্রোঞ্জ)

এটি বিশুদ্ধ তামার সাথে এক বা একাধিক অতিরিক্ত উপাদান দিয়ে গঠিত একটি সংকর ধাতু। এর প্রয়োগ: ক্ষয়-প্রতিরোধী যন্ত্রাংশের (যেমন, বিয়ারিং, ভালভ) পৃষ্ঠকে শক্ত করা। লেজার কোয়েনচিং-এর পর, পৃষ্ঠে একটি ন্যানোক্রিস্টালাইন কাঠামো তৈরি হয়, যা কাঠিন্য ১৫% থেকে ৩০% পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়। তবে, তামার ম্যাট্রিক্স নরম হয়ে যাওয়া রোধ করতে উত্তাপের তাপমাত্রা অবশ্যই নিয়ন্ত্রণ করতে হবে।

III. বিশেষ কার্যকরী উপকরণ

১. পাউডার মেটালার্জি উপকরণ (যেমন, লোহা-ভিত্তিক এবং তামা-ভিত্তিক পাউডার মেটালার্জিক্যাল উপাদান) সুবিধাসমূহ: এর ছিদ্রযুক্ত কাঠামো লুব্রিকেটিং তেল সংরক্ষণ করতে পারে এবং লেজার কোয়েনচিং-এর পর এর পৃষ্ঠতল আরও ঘন হয়ে ওঠে। কাঠিন্য ২০-৩০ HRC থেকে বেড়ে ৫০-৫৫ HRC হয়, যা এগুলিকে স্ব-লুব্রিকেটিং বিয়ারিং-এর জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

২. পৃষ্ঠতল আবরণী উপকরণ (যেমন, থার্মাল স্প্রে কোটিং এবং ক্ল্যাডিং স্তর) সাধারণ প্রয়োগ: কার্বন স্টিলের পৃষ্ঠে স্প্রে করা WC-Co কোটিং লেজার কোয়েনচিং করার পর একটি "মার্টেনসাইট ম্যাট্রিক্স + সিমেন্টেড কার্বাইড ফেজ" যৌগিক কাঠামো গঠিত হয়, যা ১০০০ HV-এর বেশি কাঠিন্য অর্জন করে। এই উপকরণগুলি খনির যন্ত্রপাতির ক্ষয়-প্রতিরোধী উপাদানগুলিতে ব্যবহৃত হয়।

৪. লেজার কোয়েনচিং-এর জন্য অনুপযুক্ত উপকরণ

নিম্ন-কার্বন ইস্পাত (কার্বনের পরিমাণ অপর্যাপ্ত কার্বন উপাদানের কারণে, মার্টেনসিটিক রূপান্তর ন্যূনতম হয়, ফলে কাঠিন্য বৃদ্ধির প্রভাব দুর্বল হয় (কঠোরতা বৃদ্ধি

বিশুদ্ধ অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল (যেমন, 316L): মার্টেনসিটিক রূপান্তরের ক্ষমতা নেই। লেজার উত্তাপের ফলে শুধুমাত্র ওয়ার্ক হার্ডেনিং ঘটে এবং কাঠিন্যের উন্নতি সীমিত (প্রায় ১৫% - ২০%)।