संक्षिप्त में

था बोरॉन स्टील हॉट स्टैम्पिंग प्रक्रिया (जिसे प्रेस हार्डनिंग के रूप में भी जाना जाता है) एक ऊष्मीय आकृति निर्माण विधि है जो कम-मिश्र धातु बोरॉन स्टील—आमतौर पर 22MnB5 —को फेराइटिक-पर्लिटिक सूक्ष्मसंरचना (~600 MPa) से पूर्ण मार्टेंसिटिक अवस्था (~1500 MPa) में बदल देती है। यह रूपांतरण ब्लैंक को ऑस्टेनाइटीकरण तापमान तक गर्म करके ( 900–950°C ) और उसके बाद एक जल-शीतलित डाई के भीतर 27°C/सेकंड से अधिक की दर से आकृति प्रदान कर और शीतलित करके प्राप्त किया जाता है। 27°C/s । यह प्रक्रिया बी-पिलर और छत रेल जैसे जटिल, हल्के भार वाले ऑटोमोटिव घटकों के उत्पादन को संभव बनाती है जिनमें अत्यधिक उच्च शक्ति और शून्य स्प्रिंगबैक होता है।

हॉट स्टैम्पिंग की भौतिकी: प्रत्यक्ष बनाम अप्रत्यक्ष विधियाँ

हॉट स्टैम्पिंग एक समान प्रक्रिया नहीं है; इसे दो अलग-अलग विधियों में वर्गीकृत किया गया है— सीधा और अप्रत्यक्ष —इसे थर्मल चक्र के संबंध में फॉर्मिंग के समय के आधार पर परिभाषित किया गया है। विशिष्ट भाग ज्यामिति के लिए उपकरण चुनते समय प्रक्रिया इंजीनियरों के लिए इस अंतर को समझना महत्वपूर्ण है।

डायरेक्ट हॉट स्टैम्पिंग

अधिकांश संरचनात्मक घटकों के लिए सीधी विधि उद्योग का मानक है क्योंकि यह कुशल है। इस क्रम में, एक सपाट ब्लैंक को पहले लगभग 900–950°C एक समरूप ऑस्टेनाइटिक संरचना प्राप्त करने के लिए एक भट्ठी में गर्म किया जाता है। फिर गर्म ब्लैंक को दबाव मशीन में तेजी से स्थानांतरित किया जाता है (आमतौर पर 3 सेकंड से कम समय में), जहाँ इसे एक साथ फॉर्म और क्वेंच किया जाता है एक ठंडे उपकरण में। यह विधि लागत-प्रभावी है लेकिन उच्च तापमान पर सामग्री की फॉर्मेबिलिटी द्वारा सीमित है; अत्यधिक ड्रॉ गहराई के कारण पतलेपन या दरार हो सकती है।

अप्रत्यक्ष हॉट स्टैम्पिंग

उन भागों के लिए जिनकी ज्यामिति अत्यधिक जटिल होती है और जो स्टील की गर्म फॉर्मेबिलिटी सीमा से आगे निकल जाती है, अप्रत्यक्ष विधि का उपयोग किया जाता है। यहाँ, ब्लैंक को ठंडा फॉर्म किया जाता है गर्म करने से पहले लगभग-नेट आकार (90–95% पूर्ण) तक। प्री-फॉर्म्ड भाग को फिर एक विशेष भट्ठी में ऑस्टेनिटाइज़ किया जाता है और अंतिम कैलिब्रेशन और शीतलन चरण के लिए प्रेस में स्थानांतरित किया जाता है। यह अधिक जटिल आकृतियों की अनुमति देता है, लेकिन अतिरिक्त ठंडे स्टैम्पिंग चरण और 3D-आकार वाली भट्ठी हैंडलिंग प्रणालियों की आवश्यकता के कारण चक्र समय और पूंजी निवेश में काफी वृद्धि होती है।

धातुकर्म परिवर्तन: 22MnB5 को मार्टेंसाइट में बदलना

हॉट स्टैम्पिंग का मूल मूल्य उसके सूक्ष्म संरचना के चरण परिवर्तन में निहित है 22MnB5 इस्पात। जैसे-कि वितरित अवस्था में, यह बोरान-मिश्र इस्पात एक फेराइटिक-पर्लाइटिक सूक्ष्म संरचना प्रदर्शित करता है जिसकी यील्ड ताकत लगभग 350–550 MPa और तन्य ताकत लगभग 600 MPa होती है। प्रक्रिया इंजीनियरिंग इस संरचना को बदलने के लिए तीन महत्वपूर्ण चरों को संशोधित करने पर केंद्रित होती है।

1. ऑस्टेनिटीकरण

इस्पात को ऊपरी क्रांतिक तापमान (Ac3) से ऊपर गर्म किया जाना चाहिए, आमतौर पर लगभग 850°C , हालांकि प्रक्रिया सेटपॉइंट अक्सर 900°C से 950°C पूर्ण परिवर्तन सुनिश्चित करने के लिए। धारण समय के दौरान (आमतौर पर मोटाई और भट्ठी के प्रकार के आधार पर 4–10 मिनट), कार्बन एक ठोस घोल में प्रवेश करता है, ऑस्टेनाइट बनाता है। यह फेस-सेंटर्ड क्यूबिक (FCC) संरचना लचीली होती है, जो ठंडे टॉम्पिंग की तुलना में कम टन भार के साथ जटिल आकृति देने में सक्षम बनाती है।

2. बोरॉन और शीतलन दर की भूमिका

ठंडा होने के दौरान फेराइट और पर्लाइट के निर्माण को विलंबित करने के लिए मिश्र धातु में बोरॉन (0.002–0.005%) जोड़ा जाता है। यह कठोरता एजेंट इस्पात को एक प्रबंधनीय दर पर तेजी से ठंडा करने की अनुमति देता है—आमतौर पर >27°C/s (महत्वपूर्ण शीतलन दर)—बेनाइट वक्र के नोज़ से बचने और सीधे मार्टेनसाइट में परिवर्तित होने के लिए। यदि शीतलन दर इस दहलीज से नीचे गिर जाती है, तो बेनाइट जैसी नरम चरण बनती हैं, जिससे अंतिम स्थिरता कमजोर हो जाती है।

3. एल-एसआई (Al-Si) लेपन समाधान

700°C से अधिक तापमान पर, शुद्ध इस्पात तेजी से ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे एक कठोर ऑक्साइड परत बन जाती है जो डाई को नुकसान पहुँचाती है और प्रक्रिया के बाद शॉट ब्लास्टिंग की आवश्यकता होती है। इसे कम करने के लिए, उद्योग-मानक सामग्री जैसे Usibor 1500P एल्युमीनियम-सिलिकॉन (Al-Si) कोटिंग का उपयोग पहले से लगाया जाता है। गर्म करने के दौरान, यह कोटिंग सब्सट्रेट के साथ मिलकर Fe-Al-Si डिफ्यूजन परत बनाती है, जो ऑक्सीकरण और डीकार्बुरीकरण को रोकती है। इस नवाचार से संरक्षित भट्ठी वातावरण और बाद की सफाई प्रक्रियाओं की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे उत्पादन लाइन सरल हो जाती है।

उत्पादन लाइन: महत्वपूर्ण उपकरण और पैरामीटर

हॉट स्टैम्पिंग लाइन लागू करने के लिए चरम तापीय प्रवणता और उच्च टनेज को संभालने में सक्षम विशेष मशीनरी की आवश्यकता होती है। पूंजीगत निवेश उल्लेखनीय होता है, जिसके कारण अक्सर प्रोटोटाइपिंग और अतिरिक्त उत्पादन के लिए रणनीतिक साझेदारियों की आवश्यकता होती है।

• भट्ठी प्रौद्योगिकी: रोलर हर्थ भट्ठियाँ उच्च मात्रा में सीधे हॉट स्टैम्पिंग के लिए मानक हैं। वे ±5°C के भीतर तापमान एकरूपता बनाए रखने के लिए होती हैं ताकि यांत्रिक गुणों में स्थिरता बनी रहे। परोक्ष प्रक्रियाओं या कम मात्रा के लिए, कक्ष भट्ठियों का उपयोग किया जा सकता है। कुल धारण समय ब्लैंक की मोटाई का एक फलन है, जिसे आमतौर पर इस प्रकार गणना की जाती है t = (मोटाई × स्थिरांक) + आधार समय , जो मानक गेज के लिए अक्सर 4–6 मिनट का परिणाम देता है।
• हाइड्रोलिक और सर्वो प्रेस: ठंडी स्टैम्पिंग के विपरीत, प्रेस को ठंडी डाई सतहों के खिलाफ भाग को धारण करने के लिए स्ट्रोक के निचले छोर पर धारण करना चाहिए। हाइड्रोलिक या सर्वो-हाइड्रोलिक प्रेस को आवश्यक शीतलन समय (5–10 सेकंड) के लिए अधिकतम भार (अक्सर 800–1200 टन) लगाने और धारण करने की क्षमता के कारण प्राथमिकता दी जाती है। कुल चक्र समय आमतौर पर 10 से 30 सेकंड के बीच होता है।
• उपकरण और शीतलन चैनल: डाई एक ऊष्मा विनिमयक है। इसमें उच्च प्रवाह दर पर पानी के संचरण के लिए जटिल आंतरिक शीतलन चैनल (अक्सर ड्रिल किए गए या 3D मुद्रित) शामिल होने चाहिए। लक्ष्य ताप को तेजी से निकालना है, जिससे उपकरण की सतह का तापमान 200°C से कम बना रहे, ताकि कुशल शीतलन सुनिश्चित हो सके।
• लेजर ट्रिमिंग: चूंकि तैयार भाग की तन्य शक्ति लगभग 1500 MPa होती है, पारंपरिक यांत्रिक ट्रिमिंग डाई तुरंत घिस जाती है। इसलिए, लेजर ट्रिमिंग (आमतौर पर 5-अक्ष फाइबर लेज़र) फॉर्मिंग के बाद छेद और अंतिम परिधि काटने की मानक विधि है।

प्रोटोटाइप से बड़े पैमाने पर उत्पादन की ओर बढ़ रहे निर्माताओं के लिए, इस उपकरण श्रृंखला की जटिलता एक बाधा हो सकती है। शाओयी मेटल टेक्नोलॉजी के व्यापक स्टैम्पिंग समाधान इस अंतराल को पाटने में सक्षम हैं। उनकी क्षमताओं में 600 टन तक की परिशुद्धता प्रेस वर्क और IATF 16949 मानकों का पालन शामिल है, जो प्रक्रिया पैरामीटर को मान्य करने और तुरंत भारी पूंजी व्यय के बिना उत्पादन को बढ़ाने के लिए आवश्यक इंजीनियरिंग बुनियादी ढांचा प्रदान करता है।

उन्नत अनुप्रयोग: अनुकूलित गुण और सॉफ्ट ज़ोन

आधुनिक वाहन सुरक्षा डिज़ाइन में अक्सर एक ही घटक में दोहरे गुणों की आवश्यकता होती है: उच्च घुसपैठ प्रतिरोध (कठोर) और उच्च ऊर्जा अवशोषण (मृदु)। गर्म स्टैम्पिंग इसे संभव बनाती है सुरूचित प्रॉपर्टीज .

सॉफ्ट ज़ोन तकनीक

डाई के विशिष्ट क्षेत्रों में शीतलन दर को नियंत्रित करके, इंजीनियर स्थानीय क्षेत्रों में मार्टेंसाइटिक रूपांतरण को रोक सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक B-पिलर को यात्री के सिर की सुरक्षा हेतु पूर्ण मार्टेंसाइटिक ऊपरी भाग (1500 MPa) की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन एक पार्श्व प्रभाव के दौरान ऊर्जा अवशोषण के लिए एक मृदु, तन्य निचला भाग (500–700 MPa) की भी आवश्यकता होती है। यह उपकरण के विशिष्ट खंडों को इन्सुलेट करके या हीटिंग तत्वों का उपयोग करके डाई तापमान को मार्टेंसाइट स्टार्ट (Ms) तापमान से ऊपर रखकर प्राप्त किया जाता है, जिससे बेनाइट या फेराइट के निर्माण की अनुमति मिलती है।

टेलर वेल्डेड ब्लैंक्स (TWBs)

एक अन्य दृष्टिकोण में हॉट स्टैम्पिंग प्रक्रिया से पहले दो अलग-अलग इस्पात ग्रेड या मोटाई को लेजर वेल्डिंग द्वारा जोड़ना शामिल है। एक ब्लैंक बोरॉन इस्पात शीट और तन्य HSLA इस्पात शीट को जोड़ सकता है। जब हॉट स्टैम्पिंग की जाती है, तो बोरॉन वाली तरफ कठोर हो जाती है जबकि HSLA वाली तरफ तन्यता बनाए रखती है, जिससे बिना जटिल डाई हीटिंग प्रणाली के विभिन्न प्रदर्शन क्षेत्रों वाला भाग बन जाता है।

रणनीतिक विश्लेषण: लाभ, नुकसान और लागत

हॉट स्टैम्पिंग को लागू करने का निर्णय लेते समय प्रदर्शन और लागत के बीच एक जटिल समझौता होता है। निम्नलिखित विश्लेषण ऑटोमोटिव इंजीनियरों के लिए मुख्य निर्णय कारकों पर प्रकाश डालता है।