প্রেস হার্ডেনিং স্টিলের বৈশিষ্ট্য: শক্তি ও ফরমেবিলিটির প্রযুক্তিগত গাইড

সংক্ষেপে

প্রেস হারডেনিং স্টিল (PHS), যা হট-স্ট্যাম্পড বা বোরন স্টিল নামেও পরিচিত, অটোমোটিভ নিরাপত্তা উপাদানগুলির জন্য ডিজাইন করা একটি আল্ট্রা-হাই-স্ট্রেন্থ খাদ (সাধারণত 22MnB5)। এটি একটি নমনীয় ফেরিটিক-পারলিটিক অবস্থায় (~300–600 MPa প্রবাহ শক্তি) সরবরাহ করা হয় কিন্তু ~900°C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে ঠাণ্ডা ডাইয়ে কোয়েঞ্চ করার পর এটি অসাধারণভাবে শক্ত মার্টেনসিটিক গঠনে (1300–2000 MPa টান শক্তি) পরিণত হয়। এই প্রক্রিয়াটি স্প্রিংব্যাক দূর করে, জটিল জ্যামিতি অর্জনের অনুমতি দেয় এবং A-পিলার ও বাম্পারের মতো গুরুত্বপূর্ণ ক্র্যাশ স্ট্রাকচারে উল্লেখযোগ্য ওজন হ্রাসের সুযোগ করে দেয়।

প্রেস হারডেনিং স্টিল (PHS) কী?

প্রেস হারডেনিং স্টিল (PHS), যা অটোমোটিভ শিল্পে প্রায়শই হট-স্ট্যাম্পড স্টিল বা হট-ফর্মড স্টিল নামে পরিচিত, এটি বোরন-মিশ্রিত ইস্পাতের একটি শ্রেণি যা একটি বিশেষ তাপীয় এবং যান্ত্রিক গঠন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। ঘরের তাপমাত্রায় গঠিত প্রচলিত কোল্ড-স্ট্যাম্পড ইস্পাতের বিপরীতে, PHS কে অস্টেনিটিক অবস্থায় উত্তপ্ত করা হয় এবং তারপর একটি শীতল টুলের মধ্যে একসঙ্গে গঠন ও শীতল করা হয়।

এই প্রক্রিয়ার জন্য প্রমিত গ্রেড হল 22MnB5 , একটি কার্বন-ম্যাঙ্গানিজ-বোরন খাদ। বোরনের উপস্থিতি (সাধারণত 0.002–0.005%) অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি ইস্পাতের হারডেনেবিলিটি উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে, এমনকি মাঝারি শীতল হারেও সম্পূর্ণ মার্টেনসিটিক কাঠামো অর্জন করতে সক্ষম করে। বোরন ছাড়া, কুইঞ্চিং পর্বে উপাদানটি বেনিট বা পিয়ারলাইটের মতো নরম পর্যায়ে রূপান্তরিত হতে পারে, যা লক্ষ্যমাত্রা শক্তি অর্জন করতে ব্যর্থ হয়।

PHS-এর মূল্য নির্ধারণে যে মৌলিক রূপান্তর ঘটে তা হল সূক্ষ্ম গঠনগত। একটি নরম ফেরিটিক-পার্লিটিক শীট হিসাবে সরবরাহিত হলে, উপাদানটি কাটা এবং পরিচালনা করা সহজ। হট স্ট্যাম্পিং প্রক্রিয়ার সময়, এটি এর অস্টেনিটাইজেশন তাপমাত্রার উপরে (সাধারণত প্রায় 900–950°C) উত্তপ্ত হয়। যখন গরম ব্লাঙ্কটি ডাই-এ আটকানো হয়, তখন এটি দ্রুত ঠান্ডা করা হয় (27°C/s এর বেশি হারে)। এই দ্রুত শীতলীকরণ নরম সূক্ষ্ম গঠন তৈরি এড়িয়ে অস্টেনিটকে সরাসরি মার্টেনসাইট এ-এ রূপান্তরিত করে, যা ইস্পাতের গঠনের কঠিনতম রূপ।

যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য: সরবরাহকৃত অবস্থা বনাম কঠিনীভূত

ইঞ্জিনিয়ার এবং ক্রয় বিশেষজ্ঞদের জন্য, প্রেস হার্ডেনিং ইস্পাতের বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিকটি হল এর প্রাথমিক এবং চূড়ান্ত অবস্থার মধ্যে চমকপ্রদ পার্থক্য। এই দ্বৈততা জটিল আকৃতি দেওয়ার (নরম থাকাকালীন) এবং চরম কর্মদক্ষতা (কঠিন হওয়ার পর) অনুমোদন করে।

নিচের টেবিলটি প্রেস হার্ডেনিং প্রক্রিয়ার আগে এবং পরে 22MnB5 গ্রেডের সাধারণ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির তুলনা করে:

উৎপাদন শক্তি বিশ্লেষণ: প্রক্রিয়াকরণের সময় উৎপাদন শক্তি সাধারণত তিনগুণ হয়। প্রারম্ভিক অবস্থায় উপাদানটি সাধারণ গাঠনিক ইস্পাতের মতো আচরণ করলেও, চূড়ান্ত উপাদানটি কঠোর এবং বিকৃতির বিরুদ্ধে প্রতিরোধী হয়ে ওঠে, যা অননুপ্রবেশ নিরাপত্তা ক্যাজগুলির জন্য আদর্শ হিসাবে প্রমাণিত হয়।

কঠোরতা এবং যন্ত্রচালনার সহজতা: 470–510 HV চূড়ান্ত কঠোরতা যান্ত্রিক ট্রিমিং বা পাঞ্চিংকে অত্যন্ত কঠিন এবং যন্ত্রপাতির ক্ষয়ের প্রবণ করে তোলে। ফলস্বরূপ, চূড়ান্ত PHS অংশগুলির উপর অধিকাংশ ট্রিমিং অপারেশন লেজার কাটিং ব্যবহার করে করা হয় (দেখুন SSAB প্রযুক্তিগত তথ্য ) অথবা অংশটি সম্পূর্ণভাবে ঠান্ডা হওয়ার ঠিক আগে বিশেষ হার্ড-ট্রিমিং ডাই ব্যবহার করে।

সাধারণ PHS গ্রেড এবং রাসায়নিক গঠন

22MnB5 এখনও শিল্পের প্রধান উপাদান হিসাবে রয়ে গেলেও, আরও হালকা এবং শক্তিশালী উপাদানের চাহিদা বেশ কয়েকটি পরিবর্তিত সংস্করণের উন্নয়নের দিকে নিয়ে গেছে। প্রকৌশলীরা সাধারণত চূড়ান্ত শক্তি এবং শক্তি শোষণের জন্য প্রয়োজনীয় নমনীয়তার মধ্যে ভারসাম্যের উপর ভিত্তি করে গ্রেডগুলি নির্বাচন করেন।

• PHS1500 (22MnB5): প্রায় 1500 MPa টেনসাইল শক্তি সহ আদর্শ গ্রেড। এতে প্রায় 0.22% কার্বন, 1.2% ম্যাঙ্গানিজ এবং অল্প পরিমাণ বোরন রয়েছে। বেশিরভাগ নিরাপত্তা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যথেষ্ট দৃঢ়তা সহ শক্তির ভারসাম্য বজায় রাখে।
• PHS1800 / PHS2000: নতুন আলট্রা-হাই স্ট্রেন্থ গ্রেড যা টেনসাইল শক্তি 1800 বা 2000 MPa পর্যন্ত নিয়ে যায়। এই গ্রেডগুলি সামান্য বৃদ্ধি পাওয়া কার্বন সামগ্রী বা পরিবর্তিত খাদ (যেমন সিলিকন/নিওবিয়াম) এর মাধ্যমে উচ্চতর শক্তি অর্জন করে কিন্তু দৃঢ়তা হ্রাস পেতে পারে। এগুলি বাম্পার বিম বা ছাদের রেলের মতো অংশগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে প্রবেশের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ একমাত্র অগ্রাধিকার।
• নমনীয় গ্রেড (PHS1000 / PHS1200): যা প্রেস কোয়েঞ্চড স্টিল (PQS) নামেও পরিচিত, এই গ্রেডগুলি (যেমন PQS450 বা PQS550) শক্ত হওয়ার পরে উচ্চতর এলংগেশন (10–15%) ধরে রাখার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। তাদের বাম্পার বিম বা ছাদের রেলের মতো অংশগুলিতে ব্যবহৃত হয় যেখানে প্রবেশের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ একমাত্র অগ্রাধিকার।

উচ্চতর শক্তির গ্রেডগুলিতে হাইড্রোজেন ভঙ্গুরতা এর মতো সমস্যা প্রতিরোধের জন্য রাসায়নিক গঠনকে কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা হয়। যুক্তিসঙ্গত ওয়েল্ডেবিলিটি বজায় রাখার জন্য কার্বন সামগ্রী সাধারণত 0.30% এর নিচে রাখা হয়।

প্রলেপ এবং ক্ষয় প্রতিরোধের ক্ষমতা

অ-প্রলিপ্ত ইস্পাত 900°C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হলে দ্রুত জারিত হয়, যার ফলে একটি কঠিন আবরণ তৈরি হয় যা স্ট্যাম্পিং ডাইগুলি ক্ষতিগ্রস্ত করে এবং ফর্মিংয়ের পরে ঘর্ষণজনিত পরিষ্কার (শট ব্লাস্টিং) প্রয়োজন হয়। এই সমস্যা এড়ানোর জন্য, আধুনিক অধিকাংশ PHS আবেদনে প্রি-কোটেড শীট ব্যবহার করা হয়।

অ্যালুমিনিয়াম-সিলিকন (AlSi): এটি সরাসরি হট স্ট্যাম্পিংয়ের জন্য প্রধান প্রলেপ। উত্তাপনের সময় এটি আবরণ তৈরি হওয়া থেকে রোধ করে এবং বাধা ক্ষয় প্রতিরোধের সুরক্ষা প্রদান করে। উত্তাপনের সময় AlSi স্তরটি ইস্পাতের লৌহের সাথে একটি খাদ তৈরি করে, যা ডাইয়ের পিছলে যাওয়া ঘর্ষণ সহ্য করার জন্য একটি দৃঢ় পৃষ্ঠ তৈরি করে। জিঙ্কের বিপরীতে, এটি গ্যালভানিক (স্ব-নিরাময়) সুরক্ষা প্রদান করে না।

জিঙ্ক (Zn) প্রলেপ: জিঙ্ক-ভিত্তিক প্রলেপ (গ্যালভানাইজড বা গ্যালভানিজড) ক্যাথোডিক ক্ষয় সুরক্ষার উত্কৃষ্ট সুবিধা দেয়, যা ভিজা পরিবেশে উন্মুক্ত অংশগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ (যেমন রকারগুলির ক্ষেত্রে)। তবে, আদর্শ হট স্ট্যাম্পিং করতে পারে তরল ধাতব ভঙ্গুরতা (LME) , যেখানে তরল জিঙ্ক ইস্পাতের শস্য সীমানায় প্রবেশ করে মাইক্রো-ফাটল তৈরি করে। জিঙ্ক-প্রলিপ্ত PHS নিরাপদে পরিচালনার জন্য প্রায়শই বিশেষ "পরোক্ষ" প্রক্রিয়া বা "পূর্ব-শীতল" কৌশল প্রয়োজন হয়।

প্রধান প্রকৌশল সুবিধাগুলি

যানবাহন ডিজাইনে নির্দিষ্ট প্রকৌশল চ্যালেঞ্জগুলির কারণে প্রেস হারডেনিং স্টিল বৈশিষ্ট্যগুলি গৃহীত হয়েছে। এই উপাদানটি সেই সমাধানগুলি প্রদান করে যা ঠান্ডা-স্ট্যাম্পড হাই-স্ট্রেন্থ লো-অ্যালয় (HSLA) বা ডুয়াল-ফেজ (DP) ইস্পাতের সাথে তুলনা করা যায় না।

• চরম ওজন হ্রাস: 1500 MPa বা তার বেশি শক্তি ব্যবহার করে, প্রকৌশলীরা নিরাপত্তা নষ্ট না করেই অংশের পুরুত্ব কমাতে পারেন (ডাউনগেজিং)। যে অংশটি আগে স্ট্যান্ডার্ড ইস্পাতে 2.0mm পুরু ছিল, তা PHS-এ 1.2mm পর্যন্ত কমানো যেতে পারে, যা উল্লেখযোগ্য ওজন সাশ্রয় করে।
• জিরো স্প্রিংব্যাক: ঠান্ডা স্ট্যাম্পিং-এ, ডাই খোলার পরে উচ্চ-শক্তির ইস্পাতগুলি তাদের মূল আকৃতির দিকে "ফিরে আসতে" প্রবণতা দেখায়, যা মাত্রার নির্ভুলতা অর্জনকে কঠিন করে তোলে। PHS গরম এবং নরম (অস্টেনাইট) হয়ে গঠিত হয় এবং ডাই-এ সীমাবদ্ধ থাকাকালীন কঠিন হয়ে যায়। এটি জ্যামিতিক আকৃতিকে স্থির করে রাখে, যার ফলে প্রায় শূন্য স্প্রিংব্যাক এবং অসাধারণ মাত্রার নির্ভুলতা পাওয়া যায়।
• জটিল জ্যামিতি: যেহেতু গঠনকরণ তখন ঘটে যখন ইস্পাত নমনীয় (~900°C), একক স্ট্রোকে গভীর আকর্ষণ এবং কঠিন ব্যাসার্ধ সহ জটিল আকৃতি তৈরি করা যায়—যে জ্যামিতিগুলি ঠান্ডা অতি-উচ্চ-শক্তির ইস্পাত দিয়ে চেষ্টা করলে ফাটল ধরবে বা ভেঙে যাবে।

সাধারণ অটোমোটিভ অ্যাপ্লিকেশন

PHS আধুনিক যানগুলির "নিরাপত্তা ক্যাজ"-এর জন্য পছন্দের উপাদান—এমন কঠিন কাঠামো যা দুর্ঘটনার সময় ক্যাবিনে ঢোকার পথ বন্ধ করে দিয়ে যাত্রীদের রক্ষা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

সমালোচনামূলক উপাদান

স্ট্যান্ডার্ড অ্যাপ্লিকেশনগুলি হল A-পিলার, B-পিলার, ছাদের রেল, টানেল রিইনফোর্সমেন্ট, রকার প্যানেল এবং দরজার আক্রমণ বীম সম্প্রতি, বৈদ্যুতিক যানবাহনের ব্যাটারি আবদ্ধকরণগুলিতে PHS একীভূত করা শুরু করেছে যাতে মডিউলগুলিকে পার্শ্বীয় আঘাত থেকে রক্ষা করা যায়।

অভিযোজিত বৈশিষ্ট্য

উন্নত উৎপাদন পদ্ধতি "অভিযোজিত টেম্পারিং"-এর অনুমতি দেয়, যেখানে একটি একক অংশের (যেমন B-স্তম্ভের নীচের অংশ) নির্দিষ্ট অঞ্চলগুলি ধীরে ধীরে ঠাণ্ডা করা হয় যাতে সেগুলি নরম ও নমনীয় থাকে, যখন উপরের অংশটি সম্পূর্ণ কঠিন হয়ে যায়। এই সমন্বয় অংশটিকে উভয় ক্ষেত্রেই অনুকূলিত করে—আক্রমণ প্রতিরোধ এবং শক্তি শোষণের জন্য।

এই উন্নত উপকরণগুলি প্রয়োগ করতে চাইলে বিশেষজ্ঞ নির্মাতাদের সাথে অংশীদারিত্ব করা অপরিহার্য। যেমন শাওয়াই মেটাল টেকনোলজি iATF 16949 মানদণ্ড অনুযায়ী দ্রুত প্রোটোটাইপিং থেকে শুরু করে বৃহৎ উৎপাদন পর্যন্ত জটিল অটোমোটিভ উপাদানগুলির জন্য উচ্চ-টনেজ প্রয়োজনীয়তা (600 টন পর্যন্ত) এবং নির্ভুল যন্ত্রপাতির প্রয়োজনীয়তা পরিচালনা করার সক্ষমতা সহ সম্পূর্ণ অটো স্ট্যাম্পিং পার্টস সমাধান প্রদান করে।

সংক্ষিপ্ত বিবরণ

প্রেস হার্ডেনিং ইস্পাতের ধর্মগুলি ধাতুবিদ্যা এবং উৎপাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ সমন্বয় নির্দেশ করে। ফেরাইট থেকে মার্টেনসাইটে দশা রূপান্তরের সুবিধা নেওয়ার মাধ্যমে, প্রকৌশলীরা এমন একটি উপাদান অর্জন করেন যা জটিল ডিজাইনের জন্য যথেষ্ট পরিমাণে আকৃতিযোগ্য এবং জীবন রক্ষার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী। যতই গ্রেডগুলি 2000 MPa এবং তার বেশির দিকে এগিয়ে যায়, PHS অটোমোটিভ নিরাপত্তা এবং হালকা করার কৌশলের একটি প্রধান ভিত্তি হিসাবে থাকবে।

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী

হট স্ট্যাম্পিং এবং প্রেস হার্ডেনিং-এর মধ্যে পার্থক্য কী?

কোনও পার্থক্য নেই; শব্দগুলি একইভাবে ব্যবহৃত হয়। "প্রেস হার্ডেনিং" প্রেসে ঘটা ধাতুবিদ্যার হার্ডেনিং প্রক্রিয়াকে নির্দেশ করে, যেখানে "হট স্ট্যাম্পিং" আকৃতি প্রদানের পদ্ধতিকে নির্দেশ করে। উভয়ই উচ্চ-শক্তির মার্টেনসাইটিক ইস্পাত অংশ উত্পাদনের জন্য ব্যবহৃত একই উৎপাদন ক্রমকে বর্ণনা করে।

প্রেস হার্ডেনিং ইস্পাতে বোরন কেন যুক্ত করা হয়?

ইস্পাতের কঠিনতা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে খুব কম পরিমাণে (0.002–0.005%) বোরন যোগ করা হয়। শীতল করার সময় ফেরাইট এবং পিয়ারলাইটের মতো নরম কাঠামোর গঠনকে এটি বিলম্বিত করে, এমনকি শিল্প স্ট্যাম্পিং ডাইগুলিতে অর্জিত শীতল করার হারেও ইস্পাত সম্পূর্ণরূপে কঠিন মার্টেনসাইটে রূপান্তরিত হয় তা নিশ্চিত করে।

3. প্রেস কঠিন ইস্পাত কি ওয়েল্ড করা যায়?

হ্যাঁ, PHS ওয়েল্ডযোগ্য, কিন্তু এর জন্য নির্দিষ্ট প্যারামিটারের প্রয়োজন। যেহেতু উপাদানটির কার্বন সামগ্রী সাধারণত প্রায় 0.22% হয়, তাই এটি রেজিস্ট্যান্স স্পট ওয়েল্ডিং (RSW) এবং লেজার ওয়েল্ডিং-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তবে, ওয়েল্ডিং HAZ (তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল)-কে কিছুটা নরম করে দেয়, যা নকশাতে বিবেচনা করা আবশ্যিক। AlSi-প্রলিপ্ত ইস্পাতের ক্ষেত্রে, ওয়েল্ড পুলের দূষণ রোধ করতে প্রলেপটি সরানো (লেজার এব্লেশনের মাধ্যমে) বা ওয়েল্ডিংয়ের সময় সতর্কতার সাথে পরিচালনা করা আবশ্যিক।