Case-hardening
केस-सख्त या सतह सख्त एक धातु वस्तु की सतह को सख्त करने की प्रक्रिया है, जबकि धातु को नीचे की ओर नरम रहने देता है, इस प्रकार सतह पर कठोर धातु की एक पतली परत बनती है। कम कार्बन सामग्री वाले लोहे या इस्पात के लिए, जिसकी अपनी कोई कठोरता नहीं है, केस-सख्त प्रक्रिया में सतह परत में अतिरिक्त कार्बन या नाइट्रोजन डालना शामिल है। केस-सख्त आमतौर पर भाग के अंतिम आकार में बनने के बाद किया जाता है, लेकिन एक पैटर्न वेल्डिंग या इसी तरह की प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले सलाखों की सख्त तत्व सामग्री को बढ़ाने के लिए भी किया जा सकता है। आधुनिक कवच पर चर्चा करते समय इस तकनीक का वर्णन करने के लिए चेहरे की कठोरता शब्द का भी उपयोग किया जाता है। कठोरता उन धातु घटकों के लिए वांछनीय है जो कठोर या अपघर्षक सामग्री के साथ फिसलने वाले संपर्क के अधीन हैं, क्योंकि कठोर धातु सतह के घिसने के लिए अधिक प्रतिरोधी है। हालांकि, क्योंकि कठोर धातु आमतौर पर नरम धातु की तुलना में अधिक भंगुर होती है, इसलिए कठोरता (यानी पूरे टुकड़े में धातु को समान रूप से कठोर करना) हमेशा एक उपयुक्त विकल्प नहीं होता है। ऐसी परिस्थितियों में, केस-सख्त एक ऐसे घटक का उत्पादन कर सकता है जो टूट नहीं सकता है (नरम कोर के कारण जो बिना दरार के तनाव को अवशोषित कर सकता है), लेकिन कठोर सतह पर पर्याप्त पहनने का प्रतिरोध भी प्रदान करता है। प्रारंभिक लोहे के गलाने में खिलने के कारखानों का उपयोग किया जाता था जो धातु की दो परतों का उत्पादन करते थेः एक बहुत कम कार्बन सामग्री के साथ जो लोहे में काम किया जाता है, और एक उच्च कार्बन बाहरी परत के साथ। चूँकि उच्च कार्बन लोहा गर्म छोटा होता है, जिसका अर्थ है कि यह जाली बनने पर टूट जाता है और टूट जाता है, इसलिए यह अधिक पिघलने के बिना उपयोगी नहीं था। नतीजतन, यह पश्चिम में काफी हद तक अप्रयुक्त हो गया जब तक कि महीन जाली को लोकप्रिय नहीं किया गया। गढा लोहा, जिसमें लगभग कोई कार्बन नहीं था, बहुत लचीला और लचीला था लेकिन बहुत कठोर नहीं था। केस-सख्त बनाने में कार्बन में उच्च पदार्थ के भीतर कम कार्बन वाले लोहे को पैक करना शामिल है, फिर लोहे की सतह में कार्बन के प्रवास को प्रोत्साहित करने के लिए इस पैक को गर्म करना शामिल है। यह उच्च कार्बन इस्पात की एक पतली सतह परत बनाता है, जिसमें कार्बन की मात्रा धीरे-धीरे सतह से गहराई तक कम हो जाती है। परिणामी उत्पाद बाहरी उच्च-कार्बन स्टील की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध के साथ कम-कार्बन वाले स्टील कोर की अधिकांश कठोरता को जोड़ता है। लोहे की सतह पर कार्बन लगाने की पारंपरिक विधि में लोहे को जमीन की हड्डी और लकड़ी के कोयले के मिश्रण में या चमड़े, खुर, नमक और मूत्र के संयोजन में पैक करना शामिल था, जो सभी एक अच्छी तरह से सील किए गए डिब्बे ("केस") के अंदर थे। इस कार्बुराइजिंग पैकेज को फिर उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है लेकिन फिर भी लोहे के पिघलने के बिंदु के नीचे और उस तापमान पर लंबे समय तक छोड़ दिया जाता है। पैकेज को उच्च तापमान पर जितना अधिक समय तक रखा जाएगा, कार्बन सतह में उतना ही गहरा फैल जाएगा। अलग-अलग उद्देश्यों के लिए कठोरता की अलग-अलग गहराई वांछनीय हैः तेज उपकरणों को नरम कोर को उजागर किए बिना पीसने और फिर से आकार देने की अनुमति देने के लिए गहरी कठोरता की आवश्यकता होती है, जबकि गियर जैसे मशीन के हिस्सों को पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए केवल उथले कठोरता की आवश्यकता हो सकती है। परिणामस्वरूप केस-कठोर भाग अलग सतह मलिनकिरण दिखा सकता है, यदि कार्बन सामग्री मिश्रित कार्बनिक पदार्थ है जैसा कि ऊपर वर्णित है। स्टील काफी गहरा हो जाता है, और हड्डी और लकड़ी के कोयले में अशुद्धियों से बने विभिन्न यौगिकों के कारण काले, नीले और बैंगनी रंग का एक चित्तीदार पैटर्न दिखाता है। यह ऑक्साइड सतह ब्लूइंग के समान काम करती है, जो कुछ हद तक जंग प्रतिरोध के साथ-साथ एक आकर्षक परिष्करण भी प्रदान करती है। केस कलरिंग इस पैटर्न को संदर्भित करता है और आमतौर पर आग्नेयास्त्रों पर सजावटी फिनिश के रूप में सामने आता है। केस-कठोर इस्पात अत्यधिक कठोरता और अत्यधिक कठोरता को जोड़ता है, कुछ ऐसा जो आसानी से सजातीय मिश्र धातुओं से मेल नहीं खाता है क्योंकि अकेले कठोर इस्पात भंगुर होता है। रसायन विज्ञान कार्बन स्वयं केस-सख्त तापमान पर ठोस होता है और इसलिए स्थिर होता है। स्टील की सतह पर परिवहन गैसीय कार्बन मोनोऑक्साइड के रूप में होता था, जो कार्बुराइजिंग यौगिक के टूटने और सीलबंद डिब्बे में पैक किए गए ऑक्सीजन से उत्पन्न होता था। यह शुद्ध कार्बन के साथ होता है लेकिन बहुत धीरे-धीरे काम करने योग्य नहीं होता है। हालाँकि इस प्रक्रिया के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, लेकिन इसे सी. ओ. चक्र के माध्यम से फिर से प्रसारित किया जाता है और इसलिए इसे एक सीलबंद डिब्बे ("केस") के अंदर किया जा सकता है। सीलिंग या तो बाहर निकलने वाले CO को रोकने के लिए आवश्यक है या अतिरिक्त बाहरी हवा द्वारा CO2 में ऑक्सीकरण किया जा रहा है। बेरियम कार्बोनेट जैसे आसानी से विघटित कार्बोनेट "एनर्जाइज़र" को जोड़ना बी. ए. ओ. + सी. ओ. 2 में टूट जाता है और यह प्रतिक्रिया सी (दाता से) + सी. ओ. 2 <-> 2 सी. ओ. को प्रोत्साहित करता है जो सी. ओ. की समग्र प्रचुरता और कार्बुराइज़िंग यौगिक की गतिविधि को बढ़ाता है। यह एक सामान्य ज्ञान भ्रम है कि केस-सख्त हड्डी के साथ किया गया था लेकिन यह भ्रामक है। हालाँकि हड्डी का उपयोग किया जाता था, मुख्य कार्बन दाता खुर और सींग थे। हड्डी में कुछ कार्बोनेट होते हैं लेकिन मुख्य रूप से कैल्शियम फॉस्फेट (हाइड्रॉक्सिलापेटाइट के रूप में) होता है। इसका सी. ओ. उत्पादन को प्रोत्साहित करने का लाभकारी प्रभाव नहीं पड़ता है और यह इस्पात मिश्र धातु में फॉस्फोरस को अशुद्धता के रूप में भी डाल सकता है। आधुनिक उपयोग कार्बन और मिश्र धातु स्टील दोनों केस-सख्त करने के लिए उपयुक्त हैं; आम तौर पर हल्के स्टील का उपयोग किया जाता है, कम कार्बन सामग्री के साथ, आमतौर पर 0.3% से कम (अधिक जानकारी के लिए सादा-कार्बन स्टील देखें)। कार्बन की कम मात्रा के कारण ये हल्के स्टील आम तौर पर कठोर नहीं होते हैं, इसलिए कठोरता बढ़ाने के लिए स्टील की सतह को रासायनिक रूप से बदल दिया जाता है। केस-कठोर इस्पात का निर्माण कार्बन (कार्बराइजेशन), नाइट्रोजन (नाइट्राइडिंग) और/या बोरॉन (बोराइडिंग) को उच्च तापमान पर इस्पात की बाहरी परत में फैलाकर किया जाता है, और फिर सतह की परत को वांछित कठोरता के साथ गर्म किया जाता है। केस-सख्त शब्द कार्बराइजेशन प्रक्रिया की व्यावहारिकताओं से लिया गया है, जो अनिवार्य रूप से प्राचीन प्रक्रिया के समान है। स्टील के काम के टुकड़े को कार्बन-आधारित केस-सख्त यौगिक के साथ कसकर पैक किए गए केस के अंदर रखा जाता है। इसे सामूहिक रूप से कार्बुराइजिंग पैक के रूप में जाना जाता है। पैक को बदलते समय के लिए एक गर्म भट्टी के अंदर रखा जाता है। समय और तापमान निर्धारित करता है कि कठोरता सतह में कितनी गहराई तक फैली हुई है। हालांकि, कठोरता की गहराई अंततः ठोस इस्पात में गहराई से फैलाने में कार्बन की असमर्थता से सीमित होती है, और इस विधि के साथ सतह कठोरता की एक विशिष्ट गहराई डेढ़ मिमी तक होती है। अन्य तकनीकों का उपयोग आधुनिक कार्बुराइजिंग में भी किया जाता है, जैसे कि कार्बन युक्त वातावरण में गर्म करना। छोटी वस्तुओं को मशाल से बार-बार गर्म करके और कार्बन समृद्ध माध्यम में बुझा कर केस-सख्त किया जा सकता है, जैसे कि वाणिज्यिक उत्पाद कैसेनिट/कैसेनाइट या "चेरी रेड"। इन यौगिकों के पुराने फॉर्मूलेशन में संभावित रूप से विषाक्त साइनाइड यौगिक होते हैं, जबकि चेरी रेड जैसे हाल के प्रकार में नहीं होते हैं। प्रक्रिया ज्वाला या प्रेरण कठोर ज्वाला या प्रेरण कठोरता वे प्रक्रियाएँ हैं जिनमें इस्पात की सतह को बहुत तेजी से उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है (एक ऑक्सी-गैस लौ के सीधे अनुप्रयोग द्वारा, या प्रेरण ताप द्वारा) फिर तेजी से ठंडा किया जाता है, आम तौर पर पानी का उपयोग करके; यह सतह पर मार्टेंसाइट का एक "केस" बनाता है। इस प्रकार की कठोरता के लिए 0.3-0.6 डब्ल्यूटी% सी की कार्बन सामग्री की आवश्यकता होती है। अन्य विधियों के विपरीत, लौ या प्रेरण कठोरता सामग्री की रासायनिक संरचना को नहीं बदलती है। क्योंकि यह केवल एक स्थानीय ताप-उपचार प्रक्रिया है, वे आम तौर पर केवल उच्च-कार्बन स्टील पर उपयोगी होते हैं जो कठोरता को बुझाने के लिए पर्याप्त रूप से प्रतिक्रिया करेंगे। विशिष्ट उपयोग ताला की जंजीर के लिए होते हैं, जहां बाहरी परत को फ़ाइल प्रतिरोधी होने के लिए कठोर किया जाता है, और यांत्रिक गियर, जहां लंबे सेवा जीवन को बनाए रखने के लिए कठोर गियर जाल सतहों की आवश्यकता होती है, जबकि स्थायित्व और विनाशकारी विफलता के प्रतिरोध को बनाए रखने के लिए कठोरता की आवश्यकता होती है। ज्वाला कठोरता एक परिभाषित सतह क्षेत्र पर एक ऑक्सी-गैस लौ के सीधे अवरोध का उपयोग करती है। कठोरता प्रक्रिया के परिणाम को चार कारकों द्वारा नियंत्रित किया जाता हैः ज्वाला के सिर का डिज़ाइन ताप की अवधि तक पहुंचने के लिए लक्ष्य तापमान का उपचार किया जा रहा धातु की संरचना कार्बुराइज़िंग कार्बुराइज़िंग एक प्रक्रिया है जिसका उपयोग कार्बन सामग्री के साथ केस-हार्डन स्टील के लिए किया जाता है जिसमें 0.01 और 0.3 डब्ल्यूटी% सेल्सियस के बीच कार्बन सामग्री होती है। इस प्रक्रिया में लोहे को एक निश्चित समय के लिए ऊंचे तापमान पर कार्बन समृद्ध वातावरण में पेश किया जाता है, और फिर बुझा दिया जाता है ताकि कार्बन संरचना में बंद हो जाए; सरल प्रक्रियाओं में से एक है ईंधन से भरपूर लौ के साथ सेट किए गए एसिटिलीन टॉर्च के साथ एक हिस्से को बार-बार गर्म करना और इसे तेल जैसे कार्बन युक्त तरल पदार्थ में बुझा देना। कार्बराइजेशन एक प्रसार-नियंत्रित प्रक्रिया है, इसलिए कार्बन-समृद्ध वातावरण में स्टील को जितना अधिक समय तक रखा जाएगा, कार्बन का प्रवेश उतना ही अधिक होगा और कार्बन की मात्रा उतनी ही अधिक होगी। कार्बुरीकृत खंड में कार्बन की मात्रा इतनी अधिक होगी कि इसे लौ या प्रेरण कठोरता के माध्यम से फिर से कठोर किया जा सकता है। किसी हिस्से के केवल एक हिस्से को कार्बुराइज़ करना संभव है, या तो तांबे की परत चढ़ाने जैसी प्रक्रिया द्वारा बाकी की रक्षा करके, या हिस्से के केवल एक हिस्से पर कार्बुराइज़िंग माध्यम लगाकर। कार्बन एक ठोस, तरल या गैसीय स्रोत से आ सकता है; यदि यह एक ठोस स्रोत से आता है तो इस प्रक्रिया को पैक कार्बुराइजिंग कहा जाता है। कार्बनयुक्त सामग्री के साथ कम कार्बन इस्पात के भागों को पैक करना और कुछ समय के लिए गर्म करना कार्बन को बाहरी परतों में फैलाता है। कुछ घंटों की गर्म अवधि लगभग एक मिलीमीटर मोटी उच्च कार्बन परत बना सकती है। तरल कार्बुराइजिंग में भागों को पिघले हुए कार्बन युक्त सामग्री के स्नान में रखना शामिल है, अक्सर एक धातु साइनाइड; गैस कार्बुराइजिंग में भागों को मीथेन युक्त आंतरिक भाग के साथ बनाए रखी भट्टी में रखना शामिल है। नाइट्राइडिंग नाइट्राइडिंग स्टील के हिस्से को अमोनिया गैस और विघटित अमोनिया के वातावरण में गर्म करता है। इस वातावरण में हिस्सा जो समय बिताता है, वह मामले की गहराई को निर्धारित करता है। कठोरता नाइट्राइड के निर्माण से प्राप्त होती है। इस विधि के काम करने के लिए नाइट्राइड बनाने वाले तत्व मौजूद होने चाहिए; इन तत्वों में क्रोमियम, मोलिब्डेनम और एल्यूमीनियम शामिल हैं। इस प्रक्रिया का लाभ यह है कि यह थोड़ा विरूपण का कारण बनता है, इसलिए भाग को बुझाने, टेम्पर्ड और मशीनीकृत करने के बाद केस-सख्त किया जा सकता है। नाइट्राइडिंग के बाद कोई शमन नहीं किया जाता है। साइनाइडिंग एक केस-सख्त प्रक्रिया है जो तेज़ और कुशल है; इसका उपयोग मुख्य रूप से कम कार्बन वाले स्टील्स पर किया जाता है। भाग को सोडियम साइनाइड के स्नान में 871-954 °C (1600-1750 °F) तक गर्म किया जाता है और फिर किसी भी अवशिष्ट साइनाइड को हटाने के लिए पानी या तेल में बुझा दिया जाता है और धोया जाता है। 2NaCN + O2 → 2NaCNO 2NaCNO + O2 → Na2CO3 + CO + N2 2CO → CO2 + C यह प्रक्रिया एक पतली, कठोर खोल (0.25 और 0.75 मिमी, 0.01 और 0.03 इंच के बीच) का उत्पादन करती है जो कार्बुराइज़िंग द्वारा उत्पादित खोल की तुलना में कठिन है, और कई घंटों की तुलना में 20 से 30 मिनट में पूरा किया जा सकता है, इसलिए भागों में विकृत होने का कम अवसर होता है। इसका उपयोग आमतौर पर छोटे भागों जैसे बोल्ट, नट, स्क्रू और छोटे गियर पर किया जाता है। साइनाइडिंग की प्रमुख कमी यह है कि साइनाइड लवण जहरीले होते हैं। कार्बोनाइट्राइडिंग कार्बोनाइट्राइडिंग साइनाइडिंग के समान है, सिवाय अमोनिया के गैसीय वातावरण के और सोडियम साइनाइड के बजाय हाइड्रोकार्बन का उपयोग किया जाता है। यदि भाग को बुझाना है, तो इसे गर्म किया जाता है; यदि नहीं, तो भाग को गर्म किया जाता है। फेरिटिक नाइट्रोकार्बुराइज़िंग फेरिटिक नाइट्रोकार्बुराइज़िंग ज्यादातर नाइट्रोजन और कुछ कार्बन को महत्वपूर्ण तापमान से नीचे एक वर्कपीस के मामले में फैलाता है। महत्वपूर्ण तापमान के तहत वर्कपीस की सूक्ष्म संरचना एक ऑस्टेनिटिक चरण में परिवर्तित नहीं होती है, लेकिन फेरिटिक चरण में रहती है, यही कारण है कि इसे फेरिटिक नाइट्रोकार्बुरीकरण कहा जाता है। अनुप्रयोग भाग जो उच्च दबाव और तेज प्रभावों के अधीन होते हैं, वे अभी भी आमतौर पर केस-कठोर होते हैं। उदाहरणों में फायरिंग पिन और राइफल बोल्ट फेस, या इंजन कैमशाफ्ट शामिल हैं। इन मामलों में, कठोरता की आवश्यकता वाली सतहों को चुनिंदा रूप से कठोर किया जा सकता है, जिससे अधिकांश भाग अपनी मूल कठिन स्थिति में रह जाता है। अतीत में आग्नेयास्त्र एक आम वस्तु केस-कठोर थे, क्योंकि उन्हें कम कार्बन मिश्र धातुओं पर सबसे अच्छी तरह से किए गए सटीक मशीनिंग की आवश्यकता होती थी, फिर भी उन्हें उच्च कार्बन मिश्र धातु की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध की आवश्यकता होती थी। पुराने आग्नेयास्त्रों की कई आधुनिक प्रतिकृतियां, विशेष रूप से एकल कार्रवाई रिवॉल्वर, अभी भी केस-कठोर फ्रेम के साथ या केस रंग के साथ बनाई जाती हैं, जो पारंपरिक लकड़ी के कोयले और हड्डी के केस-कठोरता द्वारा छोड़े गए चित्तीदार पैटर्न का अनुकरण करती हैं। केस-सख्त करने का एक अन्य सामान्य अनुप्रयोग शिकंजा, विशेष रूप से स्व-ड्रिलिंग शिकंजा पर होता है। स्क्रू को स्टील जैसी अन्य सामग्रियों में ड्रिल करने, काटने और टैप करने में सक्षम होने के लिए, ड्रिल पॉइंट और बनाने वाले धागे उस सामग्री (ओं) की तुलना में कठिन होने चाहिए जिसमें वे ड्रिल कर रहे हैं। हालाँकि, यदि पूरा पेंच समान रूप से कठोर है, तो यह बहुत भंगुर हो जाएगा और यह आसानी से टूट जाएगा। यह सुनिश्चित करके दूर किया जाता है कि केवल सतह कठोर है, और कोर अपेक्षाकृत नरम रहता है और इस प्रकार कम भंगुर रहता है। स्क्रू और फास्टनरों के लिए, केस-कठोरता एक साधारण गर्मी उपचार द्वारा प्राप्त की जाती है जिसमें हीटिंग और फिर शमन शामिल होता है। चोरी की रोकथाम के लिए, ताला बंधन और जंजीरों को अक्सर काटने का विरोध करने के लिए केस-सख्त किया जाता है, जबकि प्रभाव का विरोध करने के लिए अंदर कम भंगुर रहता है। चूंकि केस-कठोर घटकों को मशीन करना मुश्किल होता है, इसलिए उन्हें आम तौर पर कठोर करने से पहले आकार दिया जाता है। डिफरेंशियल हार्डनिंग डिफ्यूजन हार्डनिंग क्वेंच पॉलिश शमन शॉट पीनिंग सर्फेस इंजीनियरिंग वॉन स्टाहेल एंड आइसेन संदर्भ बाहरी लिंक केस हार्डनिंग सर्फेस हार्डनिंग ऑफ स्टील्स केस हार्डनिंग स्टील एंड मेटल हीट ट्रीटमेंट भी देखें।