निर्माण प्रक्रम: ढलाई, धातु-कर्म, संधान, चूर्ण धातुकर्म व अविनाशी परीक्षण

GATE धातुकर्म अभियांत्रिकी (MT) पेपर का खंड 7, एक अध्याय में और पाठ्यक्रम के पाँच शीर्षकों सहित। धातु ढलाई: पूरण, गेटिंग व राइज़रण हेतु साँचा अभिकल्प, ढलाई पद्धतियाँ, तथा ढलाई दोष। उष्ण, ऊष्म व शीत कर्म: बेल्लन, गढ़ाई, बहिर्वेधन, तार कर्षण व चादर-धातु रूपण के मूल, तथा रूपण के दोष। धातु संधान: सोल्डरन, ब्रेज़िंग व वेल्डन के सिद्धांत, वेल्डन धातुकर्म, तथा इस्पातों व ऐलुमिनियम मिश्रधातुओं में वेल्डित जोड़ों के दोष। चूर्ण धातुकर्म: चूर्णों का उत्पादन, संहनन व सिंटरन। और अविनाशी परीक्षण: रंजक-भेदी, पराश्रव्य, विकिरण-चित्रण, भँवर धारा, ध्वनिक उत्सर्जन व चुंबकीय कण निरीक्षण। धातुकर्मी का दृष्टिकोण इसमें सर्वत्र है — राइज़र को अंत में क्यों जमना चाहिए, शीत कर्म सूक्ष्म-संरचना के साथ क्या करता है, वेल्ड का ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र कठोरणीय इस्पात में क्यों चटकता है और आयु-कठोरित ऐलुमिनियम मिश्रधातु में क्यों नरम होता है, सिंटरन घनत्व के साथ क्या करता है — मशीन-औज़ार अभ्यास के बजाय।

1. धातु ढलाई: गेटिंग, राइज़रण, पद्धतियाँ व दोष

बालू साँचा ऐसे प्रतिरूप (पैटर्न) के चारों ओर बनता है जो ढलाई से संकुचन छूट (ठोस संकुचन) जितना बड़ा है, निकाले जा सकने हेतु ढाल छूट से शंक्वाकार है, और जहाँ पृष्ठ परिष्कृत होने हैं वहाँ मशीनन छूट से बड़ा है; कोर आंतरिक गुहाएँ बनाते हैं। गेटिंग तंत्र — ढलान कुंड, स्प्रू, स्प्रू-कूप, रनर व इनगेट — को साँचा इतनी तेज़ी से भरना चाहिए कि अपूर्ण ढलाई व शीत-संधि न हों, पर ऐसे विक्षोभ के बिना जो ऑक्साइड व बालू फँसाए। इसकी द्रवगतिकी बर्नूली व सांतत्य है। कुंड से मुक्त गिरती धातु त्वरित होती है, अतः सीधा स्प्रू धारा को दीवार से अलग होकर वायु खींचने देता है; स्प्रू को धारा के अनुसार शंक्वाकार बनाया जाता है, A_top/A_bottom = √(h_bottom/h_top)। h ऊँचाई के स्प्रू के आधार पर वेग v = √(2gh) है, अतः शीर्ष-गेटित साँचे का भरण-समय t = V/(A_g√(2gh)); तल-गेटिंग में गुहा भरने के साथ प्रभावी शीर्ष घटता है और समय अधिक है, t = (A_m/A_g)(1/√(2g))·2(√h_t − √(h_t − h_m))। इनगेटों पर एक से अधिक गेटिंग अनुपात (स्प्रू : रनर : इनगेट क्षेत्रफल) (उदाहरणार्थ 1 : 2 : 2) अदाबित व सौम्य है; इनगेटों पर संकुचित (उदाहरणार्थ 1 : 0.75 : 0.5) दाबित है, तंत्र भरा रखता है और उच्चतर वेग देता है।

अधिकांश मिश्रधातुएँ तीन चरणों में संकुचित होती हैं — द्रवरेखा तक ठंडा होते हुए द्रव संकुचन, ठोसीकरण संकुचन (सामान्य मिश्रधातुओं हेतु आयतन से लगभग 3-7%; धूसर लोहे में शून्य के निकट हो सकता है क्योंकि ग्रेफ़ाइट फैलता है), और ठोस संकुचन। प्रतिरूप छूट तीसरे को सँभालती है; राइज़र (पूरक) दूसरे हेतु द्रव देते हैं। राइज़र तभी काम करता है जब वह अपने द्वारा पूरित ढलाई-खंड के बाद जमे। शिवोरिनोव नियम इसे मात्रात्मक बनाता है: ठोसीकरण समय t_s = B(V/A)ⁿ, n ≈ 2 सहित, जहाँ V/A, मापांक, आयतन बटा शीतलन पृष्ठ-क्षेत्रफल है और B साँचा-स्थिरांक। अतः राइज़र ढलाई-खंड के लगभग 1.2 गुना मापांक (ताकि वह लगभग 1.44 गुना देर से जमे), संकुचन की आपूर्ति हेतु पर्याप्त आयतन, और अपनी पूरण-दूरी के भीतर स्थिति सहित अभिकल्पित होता है। H = D वाले बेलन हेतु मापांक D/6 है — गोले के बाद सबसे दक्ष सरल आकृति। विद्युतरोधी या ऊष्माक्षेपी आवरण राइज़र का प्रभावी मापांक बढ़ाते हैं; शीतक (चिल) भारी खंड का स्थानीय मापांक घटाकर राइज़र की ओर दिशात्मक ठोसीकरण बाध्य करते हैं।

ढलाई पद्धतियाँ
प्रक्रमसिद्धांतविशिष्ट उपयोग
हरित-बालू साँचनमृत्तिका-बंधित नम बालू, व्ययशील साँचासभी आकारों की लोहा व इस्पात ढलाइयाँ
कोश साँचनगरम प्रतिरूप पर उपचारित पतला रेज़िन-बंधित बालू कोशपरिशुद्ध छोटी ढलाइयाँ, कोर
निवेश (लुप्त-मोम) ढलाईसिरेमिक घोल से लेपित मोम प्रतिरूप, पिघलाकर निकाला, कोश पकायाटरबाइन ब्लेड, आभूषण, जटिल पतले खंड
गुरुत्व व दाब डाई ढलाईस्थायी धातु साँचा; दाब डाई ढलाई में धातु दाब से अंतःक्षिप्तउच्च-मात्रा Al, Zn व Mg अवयव
अपकेंद्री ढलाईघूर्णी साँचा धातु को बाहर फेंकता है; सघन बाहरी दीवार, अशुद्धियाँ छिद्र की ओरनलियाँ, अस्तर, बेयरिंग बुश
लुप्त-फेन ढलाईअबंधित बालू में पॉलिस्टाइरीन प्रतिरूप धातु से वाष्पितइंजन ब्लॉक, जटिल लोहा व Al ढलाइयाँ

ढलाई दोष परिवारों में आते हैं। संकुचन दोष — अपर्याप्त पूरित खंड के नीचे संकुचन गुहा या पाइप, दीर्घ हिमीकरण-परास मिश्रधातुओं में बिखरी संकुचन सरंध्रता, धँसाव — राइज़रण, शीतकों व दिशात्मक ठोसीकरण से ठीक होते हैं। गैस दोष — साँचा-गैस या घुली गैस से ब्लोहोल व पिनहोल, तथा ऐलुमिनियम मिश्रधातुओं की हाइड्रोजन सरंध्रता (हाइड्रोजन ठोस की अपेक्षा द्रव ऐलुमिनियम में कहीं अधिक विलेय है) — द्रव के विगैसन, सूखे साँचों व पर्याप्त वातन से ठीक होते हैं। उष्ण विदर (हॉट टियर) ठोसरेखा के निकट बनी अंतरकणीय दरारें हैं जब संकुचन साँचे या कोरों से बाधित हो; ये संकुच्य कोरों, उदार गोलाइयों व लघु हिमीकरण-परास मिश्रधातुओं से ठीक होते हैं। अपूर्ण ढलाई व शीत-संधि बहुत ठंडी धातु या बहुत धीमे भरण से आते हैं। साँचा-संबंधी दोषों में स्कैब व रैट-टेल (बालू प्रसार), धातु भेदन, विभाजन-रेखा पर फ़िन, कोर-विस्थापन व असंगति, तथा बालू या धातुमल अंतर्वेश सम्मिलित हैं।

2. उष्ण, ऊष्म व शीत कर्म: बेल्लन, गढ़ाई, बहिर्वेधन, कर्षण व चादर रूपण

उष्ण कर्म पुनःक्रिस्टलन ताप से ऊपर (मोटे तौर पर 0.6 T_m से ऊपर) किया जाता है: धातु गतिक रूप से या पासों के बीच पुनःक्रिस्टलित होती है, अतः प्रवाह प्रतिबल निम्न है, बड़ी विकृतियाँ संभव हैं, ढली संरचना व सरंध्रता टूटती है, पर पृष्ठ-ऑक्सीकरण व विमीय नियंत्रण खराब है। शीत कर्म, लगभग 0.3 T_m से नीचे, धातु को विकृति-कठोरित करता है, उसकी सामर्थ्य बढ़ाता है, तन्यता घटाता है, अच्छा पृष्ठ-परिष्कार व सह्यता देता है, और कणों को तंतु-गठन में दीर्घित करता है; चरणों के बीच तापानुशीतन तन्यता लौटाता है। ऊष्म कर्म (लगभग 0.3-0.5 T_m) बीच में है। प्रति इकाई आयतन विरूपण का आदर्श कार्य w = σ̄ε है, जिस पर नीचे के आदर्श रूपण भार बने हैं; घर्षण व अतिरिक्त कार्य वास्तविक भार बढ़ाते हैं।

रूपण प्रक्रम व उनके प्रमुख परिणाम
प्रक्रमप्रमुख संबंधविशिष्ट दोष
समतल बेल्लनड्राफ़्ट Δh = h₀ − h_f; अधिकतम ड्राफ़्ट μ²R; संपर्क-लंबाई L = √(RΔh); बेलन-बल ≈ σ̄ w L (घर्षण के अतिरिक्त)किनारा दरारें, लहरदार किनारे, केंद्रीय उभार, एलिगेटरिंग
खुली-डाई गढ़ाई (बेलन का अपसेटन)माध्य दाब p̄ ≈ σ̄(1 + 2μr/(3h)): घर्षण पहाड़ीबैरलन, लैप व शीत-संधि, आंतरिक दरारें
बहिर्वेधन (प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष)आदर्श दाब p = σ̄ ln R, R = A₀/A_f बहिर्वेधन अनुपातकेंद्र-विस्फोट (शेवरॉन दरारें), पृष्ठ (फ़र-वृक्ष) दरारें, पाइपिंग
तार व छड़ कर्षणआदर्श कर्षण प्रतिबल σ_d = σ̄ ln(A₀/A_f); आदर्श सीमा ln(A₀/A_f) = 1, प्रति पास 63% अपचयनकेंद्र-विस्फोट, सीवन, डाई चिह्न
चादर रूपण: ब्लैंकिंग, बंकन, गहन कर्षण, ताननब्लैंकिंग बल = अपरूपण सामर्थ्य × परिधि × मोटाई; सीमांत कर्षण अनुपात लगभग 2; बंकन के बाद स्प्रिंगबैककर्णन (तलीय विषमदैशिकता), झुर्री, फटन, नारंगी-छिलका, तानक विकृतियाँ (ल्यूडर्स पट्टियाँ)

हर प्रक्रम की सीमाएँ उतनी ही धातुकर्मीय हैं जितनी यांत्रिक। कर्षण में खींचे उत्पाद को बिना पराभवित हुए कर्षण प्रतिबल वहन करना चाहिए, अतः प्रति पास आदर्श अपचयन वहाँ सीमित है जहाँ σ_d = σ̄। गहन कर्षण में दीवार को फ़्लैंज के भीतर खींचने का भार वहन करना चाहिए; उच्च अभिलंब विषमदैशिकता r̄ (तनन परीक्षण में चौड़ाई-विकृति बटा मोटाई-विकृति) पतलेपन का प्रतिरोध करती है और सीमांत कर्षण अनुपात बढ़ाती है, जबकि r का तलीय परिवर्तन कर्णन करता है। तानक विकृतियाँ तब प्रकट होती हैं जब पराभव-बिंदु दीर्घीकरण वाला निम्न-कार्बन इस्पात रूपित हो; टेम्पर बेल्लन (हल्का स्किन पास) उन्हें कुछ समय हेतु हटाता है, जब तक विकृति-वृद्धन पराभव बिंदु वापस न ले आए। रूपण-सीमा आरेख उन मुख्य व गौण पृष्ठ विकृतियों को आलेखित करते हैं जिन पर चादर ग्रीवित होती है, और प्रेस-शाला अपनी विकृतियाँ उस वक्र से नीचे रखती है।

⚠️ अधिकतम ड्राफ़्ट μ²R है, μR नहीं
पट्टी बेलन-अंतराल में तभी खिंचती है जब घर्षण उसे भीतर खींच सके: दंश-कोण α को tan α ≤ μ संतुष्ट करना चाहिए, और छोटे कोणों हेतु Δh = Rα² से Δh_max = μ²R। μ = 0.1 व R = 300 mm सहित यह 3 mm है — μR लेना 30 mm का दावा करेगा।

3. संधान: सोल्डरन, ब्रेज़िंग, वेल्डन व वेल्डन धातुकर्म

सोल्डरन व ब्रेज़िंग आधार-धातु को पिघलाए बिना जोड़ते हैं: निम्नतर गलनांक वाला पूरक पृष्ठों को आर्द्र करता है और केशिकत्व से संकरे जोड़-अंतराल में खिंचता है, और पतली अंतर्विसरण या अंतर्धात्विक परत बनाकर बंध बनाता है। परिपाटी से सोल्डरन 450 °C से नीचे पिघलने वाले पूरक (टिन-आधारित सोल्डर, ऐतिहासिक रूप से टिन-सीसा, अब सीसा-मुक्त Sn-Ag-Cu) और ब्रेज़िंग 450 °C से ऊपर पर आधार-धातु की ठोसरेखा से नीचे पिघलने वाले पूरक (ताम्र, पीतल, रजत व ऐलुमिनियम-सिलिकॉन पूरक) प्रयोग करता है। गालक ऑक्साइड घोलते व रोकते हैं ताकि पूरक आर्द्र कर सके। वेल्डन संगलन (आर्क, गैस, लेसर, इलेक्ट्रॉन पुंज, विद्युतधातुमल, प्रतिरोध) या ठोस अवस्था (घर्षण, घर्षण-विलोडन, विसरण, विस्फोटक) से जोड़ता है। आर्क प्रक्रम इसमें भिन्न हैं कि वे कुंड को कैसे ढकते हैं: परिरक्षित धातु आर्क (गालक-लेपित इलेक्ट्रोड), गैस धातु आर्क (MIG/MAG, अक्रिय या सक्रिय गैस सहित उपभोज्य तार), गैस टंग्स्टन आर्क (TIG, अनुपभोज्य टंग्स्टन इलेक्ट्रोड), तथा निमग्न आर्क (दानेदार गालक, उच्च निक्षेपण)। प्रति इकाई लंबाई ऊष्मा-निवेश, H = ηVI/v, पूर्वतापन व प्लेट-मोटाई के साथ, वेल्ड व ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र की शीतलन-दर तय करता है।

संगलन वेल्ड विशाल शीतक पर छोटी ढलाई है। संगलन क्षेत्र आधार-धातु के आंशिक पिघले कणों से अधिस्तरीय रूप से ठोस होता है और केंद्ररेखा की ओर स्तंभाकार कणों के रूप में बढ़ता है, उनके बीच विसंयोजन सहित। इसके बाहर, ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) भिन्न परासों तक तापित आधार-धातु है: इस्पात में, संगलन रेखा के निकट स्थूल-कण क्षेत्र (उच्च शिखर ताप पर कण-वृद्धि), सूक्ष्म-कण सामान्यीकृत क्षेत्र, अंतर-क्रांतिक क्षेत्र व उप-क्रांतिक पायित क्षेत्र। कठोरणीय इस्पात में स्थूल-कण HAZ का तेज़ शीतलन मार्टेन्साइट बनाता है; नम उपभोज्यों से हाइड्रोजन व अवरोध-प्रतिबलों सहित, यह हाइड्रोजन-प्रेरित (शीत) विदरण का नुस्ख़ा है, जो वेल्डन के घंटों बाद प्रकट हो सकता है। संवेदनशीलता कार्बन तुल्यांक से आँकी जाती है, CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 (IIW); लगभग 0.4-0.45 से ऊपर पूर्वतापन व निम्न-हाइड्रोजन अभ्यास चाहिए। पूर्वतापन शीतलन-दर घटाता है, और वेल्डोत्तर ऊष्मा उपचार मार्टेन्साइट को पायित कर प्रतिबल मुक्त करता है।

वेल्डित जोड़ों में दोष
दोषइस्पातऐलुमिनियम मिश्रधातुएँ
शीत (हाइड्रोजन) विदरणकठोरणीय इस्पातों में मुख्य जोखिम: HAZ मार्टेन्साइट + हाइड्रोजन + प्रतिबलसमस्या नहीं: मार्टेन्साइट नहीं
ठोसीकरण (उष्ण) विदरणनिम्न-गलनांक परतें बनाते S व P से बढ़ता; Mn, S को MnS के रूप में बाँधता हैउपयुक्त पूरक (Al-Si या Al-Mg) के बिना वेल्डित 6xxx व 2xxx मिश्रधातुओं में गंभीर
सरंध्रतादुर्बल परिरक्षण या नम उपभोज्यों से CO, N₂ या H₂हाइड्रोजन सरंध्रता, सर्वाधिक सामान्य दोष: नमी, तेल, जलयोजित ऑक्साइड
HAZ गुण-हानिकठोरीकरण व भंगुरता; कण-स्थूलनकृति-कठोरित व आयु-कठोरित मिश्रधातुओं का नरमन (अतिवृद्धन, अवक्षेपों का विलयन)
अन्यमोटाई-पार प्रतिबल में बेल्लित प्लेट में पटलीय विदर; धातुमल अंतर्वेश; संगलन-अभाव; अंडरकटऑक्साइड परत अंतर्वेश व संगलन-अभाव (दृढ़ Al₂O₃, उच्च चालकता)

4. चूर्ण धातुकर्म: चूर्ण, संहनन व सिंटरन

धातु चूर्ण परमाणुकरण से बनते हैं — पिघली धारा को जल-जेटों (अनियमित कण, सस्ते, लोहे व इस्पात हेतु) या गैस-जेटों (गोलाकार कण, अति-मिश्रधातुओं व टाइटेनियम हेतु) से तोड़कर — ऑक्साइडों के रासायनिक अपचयन से (स्पंज लोह चूर्ण, हाइड्रोजन अपचयन से टंग्स्टन व मॉलिब्डेनम), विद्युत-अपघटन से (उच्च शुद्धता के द्रुमाकार ताम्र व लोहा), कार्बोनिलों के विघटन से (सूक्ष्म गोलाकार निकल व लोहा), तथा यांत्रिक चूर्णन व यांत्रिक मिश्रण से (भंगुर पदार्थों व ऑक्साइड-परिक्षेपण-सुदृढ़ मिश्रधातुओं हेतु)। चूर्णों का अभिलक्षणन कण-आकार व वितरण, आकृति, आभासी व टैप घनत्व, प्रवाह-दर (हॉल प्रवाहमापी) व संपीड्यता से होता है। उन्हें प्रायः ज़िंक स्टियरेट जैसे स्नेहक सहित मिश्रित कर संहनित किया जाता है: दृढ़ डाई में एक-अक्षीय दाबन (तेज़, पर डाई-दीवार से घर्षण घनत्व-प्रवणताएँ छोड़ता है, अतः ऊँचाई-व्यास अनुपात सीमित है), तरल दाब के अधीन लचीले साँचे में शीत समस्थैतिक दाबन (एकसमान घनत्व), या उष्ण समस्थैतिक दाबन, जो एक साथ संहनन व सिंटरन कर पूर्ण घनत्व तक पहुँचाता है। हरित संहत में केवल सँभालने योग्य सामर्थ्य होती है।

सिंटरन संहत को मुख्य घटक के गलनांक से नीचे (मोटे तौर पर 0.7-0.9 T_m) तापित करता है, प्रायः रक्षक या अपचायक वायुमंडल में, और चालक बल पृष्ठ-ऊर्जा में कमी है। आरंभिक चरण में कणों के बीच ग्रीवाएँ बनती व बढ़ती हैं, पृष्ठ विसरण, कण-सीमा विसरण, आयतन विसरण व वाष्पन-संघनन से; केवल वे क्रियाविधियाँ जो कण-संपर्कों से पदार्थ हटाती हैं (कण-सीमा व आयतन विसरण) केंद्रों को निकट लाकर संहत को सिकोड़ती हैं। मध्यवर्ती चरण में छिद्र कण-किनारों के अनुदिश परस्पर-संबद्ध जाल बनाते हैं और अधिकांश सघनन होता है; अंतिम चरण में छिद्र पृथक व गोलाकार होते हैं, और सघनन धीमा पड़ता है। द्रव-प्रावस्था सिंटरन (कोबाल्ट बंधक सहित सीमेंटित कार्बाइड, टंग्स्टन भारी मिश्रधातुएँ, कांस्य बेयरिंग) ठोस को आर्द्र करने वाली थोड़ी निम्न-गलनांक प्रावस्था जोड़ता है, पुनर्व्यवस्था व विलयन-पुनःअवक्षेपण तेज़ करता है, और लगभग पूर्ण घनत्व देता है। संकुचन घनत्वों को जोड़ता है: समदैशिक संकुचन हेतु (1 − ΔL/L₀)³ = ρ_green/ρ_sintered। नियंत्रित सरंध्रता स्व-स्नेहक बेयरिंगों व छन्नों में गुण है, दोष नहीं।

5. अविनाशी परीक्षण

अविनाशी परीक्षण विधियाँ
विधिसिद्धांतक्या पाती हैसीमाएँ
रंजक-भेदीनिम्न-श्यानता रंजक केशिकत्व से पृष्ठ-भेदी दरारों में रिसता है; सफ़ाई के बाद विकासक उसे बाहर खींचता हैकिसी भी असरंध्र पदार्थ में पृष्ठ-भेदी दरारें, सरंध्रता, लैपकेवल पृष्ठ-खुले दोष; सरंध्र अवयवों हेतु नहीं
चुंबकीय कणचुंबकित अवयव में दरार चुंबकीय अभिवाह का रिसाव करती है जो लौह कण एकत्र करता हैपृष्ठ व पृष्ठ-निकट दरारेंकेवल लौहचुंबकीय पदार्थ; दरार अभिवाह के आर-पार होनी चाहिए
भँवर धाराAC कुंडली धाराएँ प्रेरित करती है जिनकी प्रतिबाधा में परिवर्तन दोष, चालकता या मोटाई-परिवर्तन प्रकट करता हैपृष्ठ व पृष्ठ-निकट दरारें, मिश्रधातु-छँटाई, लेप-मोटाई, नली निरीक्षणकेवल चालक; गहराई त्वक्-गहराई δ = 1/√(πfμσ) से सीमित
पराश्रव्य1-10 MHz ध्वनि के स्पंद अंतरापृष्ठों से परावर्तित होते हैं; स्पंद-प्रतिध्वनि में गहराई = vt/2आंतरिक तलीय दोष (दरारें, पटलन, संगलन-अभाव), मोटाईयुग्मक व कुशल व्याख्या चाहिए; स्थूल-कण ढली संरचनाएँ पुंज प्रकीर्णित करती हैं
विकिरण-चित्रण (एक्स-किरण, गामा)भेदी विकिरण का विभेदी अवशोषण फ़िल्म या संसूचक पर अंकितआयतनिक दोष: सरंध्रता, संकुचन, अंतर्वेशविकिरण जोखिम; तलीय दरारें केवल पुंज से संरेखित होने पर दिखती हैं; संवेदनशीलता प्रतिबिंब-गुणता सूचक से जाँची जाती है
ध्वनिक उत्सर्जनसंवेदक भार में बढ़ती दरारों, पराभव या प्रावस्था-परिवर्तन से मुक्त प्रत्यास्थ तरंगें पकड़ते हैंबड़ी संरचना में कहीं भी सक्रिय, बढ़ते दोष (प्रमाण परीक्षण के दौरान दाब-पात्र)निष्क्रिय: केवल वही दोष पाता है जो संरचना के भारित रहते बढ़ रहे हों; उनका आकार नहीं बताता
🧠 पृष्ठ, पृष्ठ-निकट या आयतनिक?
विधि को दोष-स्थिति व पदार्थ से मिलाएँ। पृष्ठ-खुले: भेदी (कोई भी असरंध्र ठोस)। पृष्ठ व पृष्ठ-निकट: चुंबकीय कण (केवल लौहचुंबकीय) या भँवर धारा (केवल चालक)। दबे हुए: तलीय त्रुटियों हेतु पराश्रव्य व आयतनिक हेतु विकिरण-चित्रण। ऑस्टेनाइटी स्टेनलेस इस्पात, जो अचुंबकीय है, हेतु चुंबकीय कण परीक्षण वर्जित है।

मुख्य बिंदु

  • शिवोरिनोव t_s = B(V/A)²; राइज़र को ढलाई-मापांक का लगभग 1.2 गुना चाहिए (H = D बेलन का मापांक D/6)। शीर्ष-गेटित भरण-समय V/(A_g√(2gh)); स्प्रू √(h) के अनुसार शंक्वाकार।
  • उष्ण कर्म पुनःक्रिस्टलन से ऊपर, शीत कर्म विकृति-कठोरित करता है। बेल्लन Δh_max = μ²R, L = √(RΔh); कर्षण σ_d = σ̄ ln(A₀/A_f), आदर्श सीमा 63%; बहिर्वेधन p = σ̄ ln R; ब्लैंकिंग F = τ × परिधि × t।
  • सोल्डरन 450 °C से नीचे, ब्रेज़िंग 450 °C से ऊपर पर आधार-धातु ठोसरेखा से नीचे; ऊष्मा-निवेश H = ηVI/v; CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 पूर्वतापन की आवश्यकता तय करता है।
  • इस्पात वेल्ड शीत (HAZ मार्टेन्साइट + H + प्रतिबल) या उष्ण (S, P) चटकते हैं; ऐलुमिनियम वेल्ड हाइड्रोजन सरंध्रता, पूरक बिना उष्ण विदरण व HAZ नरमन झेलते हैं।
  • चूर्ण परमाणुकरण, अपचयन, विद्युत-अपघटन, कार्बोनिल से; सिंटरन पृष्ठ-ऊर्जा से चालित, सीमा व आयतन विसरण से सघन; (1 − ΔL/L₀)³ = ρ_green/ρ_sintered। NDT: भेदी पृष्ठ-खुले, MPI लौहचुंबकीय, भँवर धारा चालक, UT तलीय, RT आयतनिक, AE बढ़ती दरारें।

अभ्यास प्रश्न (17)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. 60 mm घन ढलाई 4 min में ठोस होती है। शिवोरिनोव नियम (घातांक 2) से, उसी साँचा-पदार्थ में उसी मिश्रधातु का 120 mm घन कितने मिनट लेगा?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 16

    घन हेतु V/A = a³/(6a²) = a/6, अतः मापांक 10 mm व 20 mm। t ∝ (V/A)², जिससे t = 4 × (20/10)² = 16 min। समतुल्यतः B = 4/10² = 0.04 min/mm² व 0.04 × 20² = 16। आयतन (आठ गुना) से अनुपात लेने पर 32 min; केवल आकार से 8 min आता है।

  2. ऊँचाई व्यास के बराबर वाले बेलनाकार पार्श्व राइज़र से 60 mm घन ढलाई पूरित करनी है। यदि राइज़र मापांक ढलाई-मापांक का 1.2 गुना होना चाहिए, तो कितना राइज़र व्यास, mm में, चाहिए? (राइज़र के सभी पृष्ठों को शीतलन पृष्ठ मानें।)

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 72

    ढलाई-मापांक = a/6 = 10 mm, अतः राइज़र को 12 mm चाहिए। H = D हेतु V = πD³/4 व A = πD²/2 + πD² = 3πD²/2, अतः V/A = D/6। D/6 = 12 से D = 72 mm। जाँच: V/A = (π × 72³/4)/(1.5π × 72²) = 72/6 = 12 mm, और यह घन से (1.2)² = 1.44 गुना देर से जमता है। D/4 लेने (सिरा-फलक भूलने) पर 48 mm आता है, जो बहुत जल्दी जमेगा।

  3. 0.006 m³ की साँचा-गुहा 4 cm² क्षेत्रफल के इनगेट से, 0.2 m स्प्रू-ऊँचाई सहित, शीर्ष-गेटित है। हानियाँ नगण्य मानकर भरण-समय कितना है, सेकंड में (एक दशमलव स्थान तक)? g = 9.81 m/s² लें।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 7.6

    v = √(2gh) = √(2 × 9.81 × 0.2) = 1.981 m/s; Q = A_g v = 4 × 10⁻⁴ × 1.981 = 7.924 × 10⁻⁴ m³/s; t = V/Q = 0.006/7.924 × 10⁻⁴ = 7.57 s। शीर्ष-गेटित साँचे में गेट पर शीर्ष स्थिर रहता है, इसीलिए सूत्र इतना सरल है; तल-गेटिंग अधिक समय लेगी। क्षेत्रफल cm² में छोड़ने पर समय 10⁴ गुना छोटा आता है।

  4. ढलाई दोषों के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. उष्ण विदर ठोसरेखा के निकट बनते हैं जब संकुचन साँचे या कोरों से बाधित हो
    2. ऐलुमिनियम ढलाइयों में हाइड्रोजन सरंध्रता इसलिए होती है कि हाइड्रोजन द्रव की अपेक्षा ठोस में बहुत कम विलेय है
    3. अपूर्ण ढलाई (मिसरन) बड़े राइज़र से होती है
    4. भारी खंड पर रखे शीतक राइज़र की ओर दिशात्मक ठोसीकरण को बढ़ावा देने में सहायक हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — उष्ण विदर ठोसरेखा के निकट बनते हैं जब संकुचन साँचे या कोरों से बाधित हो; B — ऐलुमिनियम ढलाइयों में हाइड्रोजन सरंध्रता इसलिए होती है कि हाइड्रोजन द्रव की अपेक्षा ठोस में बहुत कम विलेय है; D — भारी खंड पर रखे शीतक राइज़र की ओर दिशात्मक ठोसीकरण को बढ़ावा देने में सहायक हैं

    उष्ण विदर दुर्बल, लगभग ठोस पंक में संकुचन दरारें हैं (A); जमते समय निष्कासित हाइड्रोजन ऐलुमिनियम में छिद्र बनाती है (B); शीतक स्थानीय मापांक घटाते हैं ताकि भारी खंड राइज़र से पहले जमे (D)। C गलत है: अपूर्ण ढलाई गुहा भरने से पहले धातु का जम जाना है — बहुत निम्न ढलान-ताप, बहुत धीमा ढलान या बहुत पतला खंड — और राइज़र-आकार का इससे कोई संबंध नहीं।

  5. 0.1 घर्षण गुणांक होने पर 300 mm त्रिज्या के बेलनों से पट्टी बेल्लित करते समय अधिकतम संभव ड्राफ़्ट कितना है, mm में?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 3

    पट्टी तभी पकड़ी जाती है जब दंश-कोण tan α ≤ μ संतुष्ट करे। दोनों बेलन मिलकर मोटाई Δh = 2R(1 − cos α) ≈ Rα² घटाते हैं, अतः α ≈ μ सहित Δh_max = μ²R = 0.01 × 300 = 3 mm। कोण की जाँच: α ≈ √(Δh/R) = √(0.01) = 0.1 rad, जिसकी स्पर्शज्या लगभग 0.1 = μ है। μR लेने पर 30 mm आता है।

  6. 500 mm चौड़ी पट्टी 300 mm त्रिज्या के बेलनों पर 4 mm ड्राफ़्ट से बेल्लित होती है। बेलन-अंतराल में माध्य प्रवाह प्रतिबल 200 MPa लेकर व घर्षण नगण्य मानकर, बेलन-पृथक्करण बल कितना है, MN में (दो दशमलव स्थानों तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 3.46

    प्रक्षेपित संपर्क-लंबाई L = √(RΔh) = √(300 × 4) = √1200 = 34.64 mm। F = σ̄ w L = 200 × 500 × 34.64 = 3.464 × 10⁶ N = 3.46 MN। इकाई-जाँच: MPa × mm² = N। संपर्क-लंबाई के रूप में स्वयं ड्राफ़्ट लेना सामान्य त्रुटि है; घर्षण वास्तविक बल को इस आदर्श मान से ऊपर ले जाएगा।

  7. एक तार 10 mm से 8 mm व्यास तक कर्षित होता है। यदि माध्य प्रवाह प्रतिबल 300 MPa है, तो आदर्श कर्षण प्रतिबल कितना है, MPa में (एक दशमलव स्थान तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 133.9

    σ_d = σ̄ ln(A₀/A_f) = 300 × ln(10²/8²) = 300 × ln 1.5625 = 300 × 0.4463 = 133.9 MPa। समतुल्यतः 2σ̄ ln(D₀/D_f) = 600 × ln 1.25 = 600 × 0.2231 = 133.9। क्षेत्रफल-अपचयन 36% है, 63% की आदर्श सीमा के भीतर। 2 के गुणक बिना व्यास-अनुपात लेने पर 66.9 MPa आता है।

  8. 2 mm मोटी, 300 MPa अपरूपण सामर्थ्य वाली चादर में 50 mm व्यास का छिद्र ब्लैंक करना है। ब्लैंकिंग बल कितना है, kN में (एक दशमलव स्थान तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 94.2

    F = τ × (π d) × t = 300 × π × 50 × 2 = 94 248 N = 94.2 kN। अपरूपित क्षेत्रफल परिधि गुणा मोटाई, 314.2 mm², है, वृत्ताकार फलक-क्षेत्रफल πd²/4 = 1963 mm² नहीं, जो 589 kN देगा।

  9. 100 mm व्यास का बेलन समतल डाइयों के बीच 25 mm ऊँचाई तक अपसेटित होता है। प्रवाह प्रतिबल 100 MPa व घर्षण गुणांक 0.2 है। p̄ = σ̄(1 + 2μr/(3h)) प्रयोग कर, उस ऊँचाई पर गढ़ाई-भार कितना है, MN में (दो दशमलव स्थानों तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 0.99

    r = 50 mm, h = 25 mm: p̄ = 100 × (1 + 2 × 0.2 × 50/(3 × 25)) = 100 × (1 + 20/75) = 126.7 MPa। क्षेत्रफल = π × 50² = 7854 mm², अतः F = 126.7 × 7854 = 9.95 × 10⁵ N = 0.99 MN। घर्षण के बिना भार 0.785 MN होता; घर्षण पहाड़ी 27% जोड़ती है। r हेतु व्यास लेना घर्षण-पद दोगुना कर 1.20 MN देता है।

  10. बहिर्वेधन व कर्षण में केंद्र-विस्फोट (शेवरॉन विदरण) सबसे अधिक संभावित है जब:

    1. डाई-कोण उच्च और प्रति पास अपचयन छोटा हो
    2. डाई-कोण निम्न और प्रति पास अपचयन बड़ा हो
    3. बिलेट को उसके पुनःक्रिस्टलन ताप से काफ़ी ऊपर तापित किया जाए
    4. डाई व कार्यखंड के बीच स्नेहन उत्कृष्ट हो
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    उत्तर: A — डाई-कोण उच्च और प्रति पास अपचयन छोटा हो

    बड़े डाई-कोण व छोटे अपचयन सहित विरूपण क्षेत्र उथला होता है और केंद्र तक नहीं पहुँचता, जो द्रवस्थैतिक तनाव में छूटकर आंतरिक शंकुओं की शृंखला में फटता है। डाई-कोण घटाना या प्रति पास अपचयन बढ़ाना विरूपण को अक्ष तक पहुँचाकर इसे ठीक करता है। तापन व अच्छा स्नेहन वह तनन केंद्र नहीं बनाते जो इसका कारण है।

  11. एक आर्क वेल्ड 25 V व 200 A पर 5 mm/s यात्रा-चाल व 0.8 आर्क दक्षता से बनाया जाता है। ऊष्मा-निवेश कितना है, kJ/mm में?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 0.8

    H = ηVI/v = 0.8 × 25 × 200/5 = 4000/5 = 800 J/mm = 0.8 kJ/mm। दक्षता के बिना आर्क ऊर्जा 1.0 kJ/mm है; 0.8 गुणक कार्यखंड तक पहुँचने से पहले आर्क से खोई ऊष्मा का हिसाब है। 800 बताना J/mm में उत्तर है।

  12. एक इस्पात में 0.20% C, 1.20% Mn, 0.50% Cr, 0.20% Mo, 0.30% Ni व 0.15% Cu है। उसका IIW कार्बन तुल्यांक कितना है (दो दशमलव स्थानों तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 0.57

    CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 = 0.20 + 0.20 + 0.70/5 + 0.45/15 = 0.20 + 0.20 + 0.14 + 0.03 = 0.57। लगभग 0.45 से ऊपर इस्पात को HAZ शीत विदरण से बचने हेतु पूर्वतापन व निम्न-हाइड्रोजन अभ्यास चाहिए। Ni व Cu को Cr व Mo के साथ 5 से भाग देने पर 0.63 आता है।

  13. वेल्डन धातुकर्म व वेल्ड दोषों के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. हाइड्रोजन-प्रेरित शीत विदरण को एक साथ संवेदनशील सूक्ष्म-संरचना, हाइड्रोजन व तनन प्रतिबल चाहिए
    2. कठोरणीय इस्पात का पूर्वतापन HAZ की शीतलन-दर घटाता है
    3. शिखर-वृद्धित ऐलुमिनियम मिश्रधातु का HAZ प्रायः आधार-धातु से कठोर होता है
    4. गंधक व फ़ॉस्फ़ोरस इस्पात वेल्डों में ठोसीकरण (उष्ण) विदरण बढ़ाते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — हाइड्रोजन-प्रेरित शीत विदरण को एक साथ संवेदनशील सूक्ष्म-संरचना, हाइड्रोजन व तनन प्रतिबल चाहिए; B — कठोरणीय इस्पात का पूर्वतापन HAZ की शीतलन-दर घटाता है; D — गंधक व फ़ॉस्फ़ोरस इस्पात वेल्डों में ठोसीकरण (उष्ण) विदरण बढ़ाते हैं

    शीत विदरण को तीनों कारक एक साथ चाहिए — कोई एक हटाएँ और यह नहीं होता (A)। पूर्वतापन ताप-प्रवणता और अतः शीतलन-दर घटाता है, कठोर मार्टेन्साइट से बचाते हुए (B)। S व P जमती वेल्ड-धातु की कण-सीमाओं पर निम्न-गलनांक परतें बनाते हैं (D)। C उलटा है: वेल्ड तापीय चक्र सुदृढ़कारी अवक्षेपों को अतिवृद्धित या विलीन करता है, अतः आयु-कठोरित मिश्रधातु का HAZ आधार-धातु से नरम होता है।

  14. वह प्रक्रम जिसमें 450 °C से ऊपर पर आधार-धातुओं की ठोसरेखा से नीचे पिघलने वाली पूरक धातु केशिका क्रिया से जोड़ में खिंचती है, है:

    1. ब्रेज़िंग
    2. सोल्डरन
    3. संगलन वेल्डन
    4. घर्षण वेल्डन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — ब्रेज़िंग

    ब्रेज़िंग की परिभाषा 450 °C से ऊपर व आधार-धातु ठोसरेखा से नीचे पूरक द्रवरेखा, अंतराल में केशिका प्रवाह सहित, है। सोल्डरन 450 °C से नीचे के पूरक प्रयोग करता है; संगलन वेल्डन आधार-धातु पिघलाता है; घर्षण वेल्डन बिना किसी पूरक का ठोस-अवस्था प्रक्रम है।

  15. एक लोह चूर्ण संहत का हरित घनत्व 6.0 g/cm³ है और वह 7.2 g/cm³ तक सिंटरित होता है। समदैशिक संकुचन व शून्य द्रव्यमान-हानि मानकर, रैखिक संकुचन कितना है, प्रतिशत में (दो दशमलव स्थानों तक)?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 5.90

    द्रव्यमान संरक्षित है, अतः V_s/V_g = ρ_g/ρ_s = 6.0/7.2 = 0.8333। समदैशिक संकुचन हेतु L_s/L_g = 0.8333^(1/3) = 0.9410, अतः रैखिक संकुचन 1 − 0.9410 = 5.90%। जाँच: 0.9410³ = 0.8333। आयतनिक संकुचन 16.7% है; उसे तीन से भाग देना (5.56%) केवल लघु-विकृति सन्निकटन है।

  16. इस्पात (अनुदैर्ध्य तरंग वेग 5900 m/s) के स्पंद-प्रतिध्वनि पराश्रव्य परीक्षण में दोष-प्रतिध्वनि प्रारंभिक स्पंद के 10 µs बाद लौटती है। दोष कितनी गहराई पर है, mm में?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 29.5

    स्पंद दोष तक जाकर लौटता है, अतः d = vt/2 = 5900 × 10 × 10⁻⁶/2 = 0.0295 m = 29.5 mm। आने-जाने की यात्रा भूलने पर 59 mm आता है, वास्तविक गहराई का दोगुना।

  17. मोटी ऑस्टेनाइटी स्टेनलेस इस्पात प्लेट के पृष्ठ से लगभग 5 mm नीचे स्थित दरार का पता लगाने हेतु कौन-सी NDT विधियाँ प्रयोग की जा सकती हैं?

    1. पराश्रव्य परीक्षण
    2. दरार-तल से संरेखित पुंज सहित विकिरण-चित्रण
    3. चुंबकीय कण निरीक्षण
    4. रंजक-भेदी परीक्षण
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पराश्रव्य परीक्षण; B — दरार-तल से संरेखित पुंज सहित विकिरण-चित्रण

    दबी तलीय दरार पराश्रव्य से (A) और विकिरण-चित्रण से पाई जाती है जब पुंज दरार-तल के अनुदिश चले, ताकि दरार अपनी पूरी गहराई पुंज के सामने रखे (B)। चुंबकीय कण निरीक्षण को लौहचुंबकीय पदार्थ चाहिए, और ऑस्टेनाइटी स्टेनलेस इस्पात नहीं है (C बाहर); रंजक-भेदी केवल पृष्ठ-भेदी दोष पाता है (D बाहर)।