সংক্ষেপে

The বোরন স্টিল হট স্ট্যাম্পিং প্রক্রিয়া (যা প্রেস হার্ডেনিং নামেও পরিচিত) একটি তাপীয় ফরমিং পদ্ধতি যা কম খাদ যুক্ত বোরন ইস্পাত—সাধারণত 22MnB5 —কে ফেরিটিক-পিয়ারলিটিক সূক্ষ্মগঠন (~600 MPa) থেকে সম্পূর্ণ মার্টেনসিটিক অবস্থায় (~1500 MPa) রূপান্তরিত করে। এই রূপান্তর খালি অংশটিকে অস্টেনিটাইজেশন তাপমাত্রায় ( 900–950°C ) পর্যন্ত উত্তপ্ত করে এবং পরবর্তীতে জল-শীতল ডাইয়ের মধ্যে গঠন ও শীতল করার মাধ্যমে ঘটে, যেখানে শীতলকরণের হার 27°C/s এর বেশি হয়। এই প্রক্রিয়াটি অত্যন্ত জটিল, হালকা ওজনের অটোমোটিভ উপাদান যেমন B-পিলার এবং ছাদের রেল তৈরি করতে সাহায্য করে যার অত্যন্ত উচ্চ শক্তি এবং কোনও স্প্রিংব্যাক নেই।

হট স্ট্যাম্পিংয়ের পদার্থবিজ্ঞান: সরাসরি বনাম পরোক্ষ পদ্ধতি

হট স্ট্যাম্পিং একক প্রক্রিয়া নয়; এটিকে দুটি আলাদা পদ্ধতিতে ভাগ করা হয়— সরাসরি এবং পরোক্ষ —উত্তাপীয় চক্রের সাপেক্ষে কোন সময়ে আকৃতি গঠন ঘটে তার উপর ভিত্তি করে এটি নির্ধারিত। নির্দিষ্ট যন্ত্রাংশের জ্যামিতির জন্য প্রক্রিয়া প্রকৌশলীদের যন্ত্রপাতি নির্বাচনের ক্ষেত্রে এই পার্থক্য বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

সরাসরি হট স্ট্যাম্পিং

অধিকাংশ কাঠামোগত উপাদানের ক্ষেত্রে সরাসরি পদ্ধতিটি শিল্প মান হিসাবে প্রচলিত, কারণ এটি কার্যকর। এই ধারাবাহিকতায়, একটি সমতল খালি প্রথমে একটি চুল্লীতে প্রায় 900–950°C একটি সমগ্র অস্টেনিটিক গঠন অর্জনের জন্য উত্তপ্ত করা হয়। তারপর উত্তপ্ত খালিটি দ্রুত প্রেসে (সাধারণত 3 সেকেন্ডের কম সময়ে) স্থানান্তরিত করা হয়, যেখানে এটি একটি শীতল টুলে একসাথে আকৃতি দেওয়া হয় এবং কুইঞ্চ করা হয়। এই পদ্ধতিটি খরচ-কার্যকর হলেও উচ্চ তাপমাত্রায় উপাদানের ফরমেবিলিটি দ্বারা সীমিত; অত্যধিক আকর্ষণ গভীরতা পাতলা হয়ে যাওয়া বা ফাটলের কারণ হতে পারে।

পরোক্ষ হট স্ট্যাম্পিং

যে অংশগুলির অত্যন্ত জটিল জ্যামিতি ইস্পাতের গরম ফরমেবিলিটির সীমা অতিক্রম করে, সেগুলির জন্য পরোক্ষ পদ্ধতি ব্যবহৃত হয়। এখানে, খালিটি ঠান্ডা আকৃতি দেওয়া হয় তাপ প্রয়োগের আগে প্রায়-নেট আকৃতিতে (90–95% সম্পূর্ণ)। তারপর একটি বিশেষ চুল্লিতে পূর্ব-গঠিত অংশটি অস্টেনিটাইজড করা হয় এবং চূড়ান্ত ক্যালিব্রেশন ও কোয়েঞ্চিং পদক্ষেপের জন্য প্রেসে স্থানান্তরিত করা হয়। যদিও এটি আরও জটিল আকৃতি তৈরি করার অনুমতি দেয়, কিন্তু অতিরিক্ত কোল্ড স্ট্যাম্পিং পর্যায় এবং 3D-আকৃতির চুল্লি হ্যান্ডলিং সিস্টেমের প্রয়োজনীয়তার কারণে এটি চক্র সময় এবং মূলধন বিনিয়োগ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।

ধাতুবিদ্যার রূপান্তর: 22MnB5-কে মার্টেনসাইটে রূপান্তর

হট স্ট্যাম্পিং-এর মূল মূল্য হল এর সূক্ষ্ম গঠনগত পর্যায় রূপান্তর 22MnB5 ইস্পাত। সরবরাহকৃত অবস্থায়, এই বোরন-সংকর ইস্পাতের একটি ফেরিটিক-পিয়ারলিটিক সূক্ষ্ম গঠন থাকে যার প্রায় 350–550 MPa প্রসার্য শক্তি এবং প্রায় 600 MPa টান শক্তি রয়েছে। এই গঠন পরিবর্তনের জন্য তিনটি গুরুত্বপূর্ণ চলরাশিকে নিয়ন্ত্রণ করার উপর প্রক্রিয়া প্রকৌশল কেন্দ্রিভূত।

1. অস্টেনিটাইজেশন

ইস্পাতকে এর ঊর্ধ্ব সংকট তাপমাত্রার (Ac3) উপরে উত্তপ্ত করতে হবে, সাধারণত 850°C , যদিও প্রক্রিয়ার সেটপয়েন্ট প্রায়শই 900°C থেকে 950°C সম্পূর্ণ রূপান্তর নিশ্চিত করার জন্য। ধারণ সময়কালে (সাধারণত 4–10 মিনিট, পুরো বা চুল্লির ধরনের উপর নির্ভর করে), কার্বন একটি কঠিন দ্রবণে প্রবেশ করে, অস্টেনাইট তৈরি করে। এই ফেস-সেন্টারড কিউবিক (FCC) গঠন নমনীয়, যা ঠান্ডা স্ট্যাম্পিংয়ের তুলনায় কম টনেজে জটিল আকৃতি তৈরির অনুমতি দেয়।

2. বোরন এবং শীতলকরণের হারের ভূমিকা

ঠান্ডা হওয়ার সময় ফেরাইট এবং পিয়ারলাইটের গঠনকে বিলম্বিত করার জন্য খাদটিতে (0.002–0.005%) বোরন যোগ করা হয়। এই শক্তকারক উপাদানটি ইস্পাতকে একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য হারে কোয়েঞ্চ করার অনুমতি দেয়—সাধারণত >27°C/s (গুরুত্বপূর্ণ শীতলকরণ হার)—বেইনাইট বক্ররেখার নাক এড়িয়ে সরাসরি মার্টেনসাইট এ রূপান্তরিত হওয়ার জন্য। যদি শীতলকরণের হার এই সীমার নীচে নেমে যায়, তবে বেইনাইটের মতো নরম পর্যায়গুলি তৈরি হয়, যা চূড়ান্ত শক্তিকে ক্ষুণ্ন করে।

3. Al-Si কোটিং সমাধান

700°C এর বেশি তাপমাত্রায়, খোলা ইস্পাত দ্রুত জারিত হয়, একটি কঠিন স্কেল তৈরি করে যা ডাইগুলি ক্ষতিগ্রস্ত করে এবং পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের জন্য শট ব্লাস্টিংয়ের প্রয়োজন হয়। এই ঝুঁকি কমাতে, Usibor 1500P এর মতো শিল্প-আদর্শ উপকরণগুলি অ্যালুমিনিয়াম-সিলিকন (Al-Si) কোটিং আগে থেকে প্রয়োগ করে। তাপনের সময়, এই কোটিং সাবস্ট্রেটের সাথে সংমিশ্রিত হয়ে Fe-Al-Si ডিফিউশন স্তর তৈরি করে, যা স্কেলিং এবং ডিকার্বুরাইজেশন রোধ করে। এই উদ্ভাবনের ফলে সুরক্ষিত চুলার বায়ুমণ্ডল এবং পরবর্তী পরিষ্কারের পদক্ষেপের প্রয়োজন ঘটে না, উৎপাদন লাইনকে সরলীকৃত করে।

উৎপাদন লাইন: গুরুত্বপূর্ণ সরঞ্জাম ও প্যারামিটার

হট স্ট্যাম্পিং লাইন বাস্তবায়নের জন্য চরম তাপীয় প্রবণতা এবং উচ্চ টনেজ পরিচালনার ক্ষমতা সম্পন্ন বিশেষ মেশিনারির প্রয়োজন। মূলধন বিনিয়োগ উল্লেখযোগ্য, প্রায়শই প্রোটোটাইপিং এবং অতিরিক্ত উৎপাদনের জন্য কৌশলগত অংশীদারিত্বের প্রয়োজন হয়।

• চুলা প্রযুক্তি: রোলার হার্থ ফার্নেসগুলি উচ্চ-পরিমাণ সরাসরি হট স্ট্যাম্পিংয়ের জন্য আদর্শ। অবশ্যই ±5°C এর মধ্যে তাপমাত্রা সমতা বজায় রাখতে হবে যাতে ধাতব বৈশিষ্ট্যগুলি সামঞ্জস্যপূর্ণ থাকে। পরোক্ষ প্রক্রিয়া বা কম পরিমাণের ক্ষেত্রে, কক্ষ চুলাগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে। মোট অবস্থান সময় ব্লাঙ্কের পুরুত্বের উপর নির্ভর করে, সাধারণত হিসাব করা হয় t = (পুরুত্ব × ধ্রুবক) + ভিত্তি সময় , যা সাধারণত প্রমিত গেজের জন্য 4–6 মিনিটের ফলাফল দেয়।
• হাইড্রোলিক এবং সার্ভো প্রেস: ঠান্ডা স্ট্যাম্পিংয়ের বিপরীতে, প্রেসটি শীতল ঢালাই পৃষ্ঠের বিরুদ্ধে অংশটি ধরে রাখার জন্য স্ট্রোকের নীচে অবস্থান করতে হবে। হাইড্রোলিক অথবা সার্ভো-হাইড্রোলিক প্রেসগুলি পছন্দের কারণ হল তাদের প্রয়োজনীয় কোয়েঞ্চিং সময়ের (5–10 সেকেন্ড) জন্য সর্বোচ্চ টনেজ (সাধারণত 800–1200 টন) প্রয়োগ এবং ধরে রাখার ক্ষমতা। মোট চক্র সময় সাধারণত 10 থেকে 30 সেকেন্ডের মধ্যে হয়।
• টুলিং এবং শীতলকরণ চ্যানেল: ডাইটি একটি তাপ বিনিময়ক। এর জটিল অভ্যন্তরীণ শীতলীকরণ চ্যানেল (প্রায়শই ড্রিল করা বা 3D প্রিন্ট করা) থাকতে হবে যাতে উচ্চ প্রবাহের হারে জল পরিচালনা করা যায়। লক্ষ্য হল দ্রুত তাপ নিষ্কাশন করা, যাতে দ্রুত শীতলীকরণ নিশ্চিত করা যায় এবং যন্ত্রের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা 200°C এর নিচে রাখা যায়।
• লেজার ট্রিমিং: যেহেতু সম্পূর্ণ করা অংশটির টান সামর্থ্য ~1500 MPa, তাই ঐতিহ্যবাহী যান্ত্রিক ট্রিমিং ডাইগুলি প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে ক্ষয় হয়ে যায়। তাই লেজার ট্রিমিং (সাধারণত 5-অক্ষ ফাইবার লেজার) হল গঠনের পরে ছিদ্র এবং চূড়ান্ত পরিধি কাটার আদর্শ পদ্ধতি।

প্রোটোটাইপ থেকে ভর উৎপাদনে যাওয়ার পথে যারা নির্মাতা তাদের জন্য, এই সরঞ্জাম শৃঙ্খলের জটিলতা একটি বাধা হয়ে দাঁড়াতে পারে। শাওয়ি মেটাল টেকনোলজির ব্যাপক স্ট্যাম্পিং সমাধানগুলি এই ফাঁক পূরণ করতে পারে। তাদের ক্ষমতা, যার মধ্যে 600 টন পর্যন্ত নির্ভুল প্রেস কাজ এবং IATF 16949 মানদণ্ড মেনে চলা অন্তর্ভুক্ত, প্রক্রিয়ার প্যারামিটারগুলি যাচাই করতে এবং তাৎক্ষণিক ভারী মূলধন ব্যয় ছাড়াই উৎপাদন বাড়াতে প্রয়োজনীয় প্রকৌশল অবকাঠামো সরবরাহ করে।

উন্নত অ্যাপ্লিকেশন: টেইলার্ড বৈশিষ্ট্য এবং সফট জোন

আধুনিক যানবাহনের নিরাপত্তা নকশার জন্য প্রায়শই একটি একক উপাদানে দ্বৈত বৈশিষ্ট্য প্রয়োজন: উচ্চ আগ্রাসন প্রতিরোধ (কঠিন) এবং উচ্চ শক্তি শোষণ (নরম)। হট স্ট্যাম্পিং-এর মাধ্যমে এটি সম্ভব হয় অভিযোজিত বৈশিষ্ট্য .

সফট জোন প্রযুক্তি

ডাইয়ের নির্দিষ্ট অঞ্চলে শীতল হওয়ার হার নিয়ন্ত্রণ করে, প্রকৌশলীরা স্থানীয় অঞ্চলগুলিতে মার্টেনসাইটিক রূপান্তর প্রতিরোধ করতে পারেন। উদাহরণস্বরূপ, একটি B-পিলারের আরোহীদের মাথা রক্ষার জন্য সম্পূর্ণ মার্টেনসাইটিক ঊর্ধ্ব অংশ (1500 MPa) প্রয়োজন হতে পারে, কিন্তু পাশের আঘাতের সময় শক্তি শোষণের জন্য একটি নরম, নমনীয় নিম্ন অংশ (500–700 MPa) প্রয়োজন। এটি টুলের নির্দিষ্ট অংশগুলি নিরোধক করে বা ডাইয়ের তাপমাত্রা মার্টেনসাইট স্টার্ট (Ms) তাপমাত্রার উপরে রাখার জন্য তাপ উপাদান ব্যবহার করে অর্জন করা হয়, যার ফলে বেইনাইট বা ফেরাইট গঠিত হয়।

টেইলার ওয়েল্ডেড ব্লাঙ্ক (TWBs)

আরেকটি পদ্ধতি হল হট স্ট্যাম্পিং প্রক্রিয়ার আগে দুটি ভিন্ন ইস্পাত গ্রেড বা পুরুত্বকে লেজার ওয়েল্ডিংয়ের মাধ্যমে যুক্ত করা। একটি ব্লাঙ্ক বোরন ইস্পাতের শীটকে HSLA ইস্পাতের নমনীয় শীটের সাথে যুক্ত করতে পারে। হট স্ট্যাম্পিংয়ের সময়, বোরন দিকটি কঠিন হয়ে ওঠে এবং HSLA দিকটি নমনীয়তা বজায় রাখে, ফলে জটিল ডাই হিটিং সিস্টেম ছাড়াই ভিন্ন কর্মদক্ষতা অঞ্চল সহ একটি অংশ তৈরি হয়।

কৌশলগত বিশ্লেষণ: সুবিধা, অসুবিধা এবং খরচ

হট স্ট্যাম্পিং প্রয়োগ করার সিদ্ধান্ত নেওয়া নিরাপত্তা এবং খরচের মধ্যে একটি জটিল তুলনামূলক বিশ্লেষণ। নিম্নলিখিত বিশ্লেষণটি অটোমোটিভ প্রকৌশলীদের জন্য প্রধান সিদ্ধান্ত নেওয়ার কারণগুলি তুলে ধরে।