रोलर शाफ्ट 40CrMnMoA स्टील से बना है, जिसका कुल वजन 36.6 टन है और इसे 60.5 टन के स्टील पिंड से निर्मित किया गया है। इसकी निर्माण प्रक्रिया में शामिल हैं: गलाने, ढलाई → गढ़ाई → गढ़ाई के बाद ऊष्मा उपचार → खुरदरी मशीनिंग → अल्ट्रासोनिक परीक्षण। अल्ट्रासोनिक परीक्षण के दौरान, नोजल के सिरे पर निर्धारित सीमा से अधिक निरंतर दोष पाए गए, जिनका अधिकतम समतुल्य व्यास ∅6 मिमी था और ये केंद्रीय ∅350 मिमी क्षेत्र में वितरित थे। दोषों का विशिष्ट वितरण चित्र 1 में दर्शाया गया है; मानकों के अनुसार, शाफ्ट को गैर-अनुरूप माना गया और गढ़ाई को रद्द कर दिया गया। दोषों के कारण का विश्लेषण करने के लिए, सबसे अधिक प्रभावित क्षेत्र से दोष विश्लेषण हेतु नमूने एकत्र किए गए; सटीक नमूना लेने के स्थान चित्र 1 में बॉक्स द्वारा दर्शाए गए हैं।

1.1 कम आवर्धन परीक्षण

चित्र 1 में दर्शाए गए स्थानों से विश्लेषण के लिए फ्रैक्चर नमूने और कम आवर्धन वाले परीक्षण टुकड़े एकत्र किए गए। कम आवर्धन वाले परीक्षण टुकड़ों को पीसकर गर्म अम्ल से नक़्क़ाशी परीक्षण किया गया; अम्ल से धोने के बाद, उन्हें एक निश्चित अवधि के लिए देखा गया। परीक्षण टुकड़े के केंद्र में एक दरार पाई गई, जिसके किनारे चिकने और स्पष्ट थे। दरार के भीतर अधात्विक समावेशन मौजूद थे, और दरार के पास कई बिंदु-आकार के समावेशन देखे गए। प्रारंभिक विश्लेषण से पता चलता है कि यह दोष स्लैग-समावेशन दरार है। बिंदु-आकार के पृथक्करण या सरंध्रता जैसे कोई अन्य दोष नहीं पाए गए। दोष का स्थानीय आवर्धित दृश्य चित्र 2 में दिखाया गया है।

1.2 वृहद विखंडन विश्लेषण

फ्रैक्चर नमूने को दोष स्थल के पिछले भाग पर स्लॉटिंग और क्रशिंग फ्रैक्चर के अधीन किया गया था। खोलने के बाद फ्रैक्चर सतह की आकृति को चित्र 3 में दर्शाया गया है। यह देखा जा सकता है कि कम आवर्धन पर खोलने पर दरार की सतह धूसर दिखाई देती है, और दरार की सतह के निकट कई धूसर दोष मौजूद हैं; ये दोष संभवतः स्लैग समावेशन दोष हैं। फ्रैक्चर एक क्रिस्टलीय फ्रैक्चर आकृति प्रदर्शित करता है। दोष की स्थानीयकृत आवर्धित आकृति को चित्र 4 में प्रस्तुत किया गया है।

1.3 रासायनिक विश्लेषण

रासायनिक संघटन विश्लेषण के लिए कम आवर्धन वाले नमूनों से नमूने एकत्र किए गए, जिनके परिणाम तालिका 1 में प्रस्तुत किए गए हैं। तालिका 1 में दर्शाए अनुसार, नमूनों का रासायनिक संघटन JB/T 6396-2006 की आवश्यकताओं के अनुरूप है। यद्यपि कार्बन की मात्रा अपेक्षाकृत कम है, फिर भी यह GB/T 222 में निर्दिष्ट इस्पात संघटन के लिए अनुमेय विचलन सीमाओं को पूरा करती है। अन्य सभी तत्वों की सांद्रता निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर आती है, जो इस बात की पुष्टि करती है कि रासायनिक संघटन योग्य है।

1.4 धातुवैज्ञानिक विश्लेषण

धातुवैज्ञानिक विश्लेषण के लिए फ्रैक्चर नमूने के दोष वाले स्थान से नमूने एकत्र किए गए। पीसने और पॉलिश करने के बाद, सूक्ष्मदर्शी से जांच करने पर नमूने के अनुदैर्ध्य भाग में कई अधात्विक समावेशन पाए गए; इन समावेशनों की तस्वीरें चित्र 5 में दिखाई गई हैं। 4% नाइट्रिक अम्ल-अल्कोहल विलयन से नक़्क़ाशी करने के बाद, सूक्ष्म संरचना में सामान्य धातुवैज्ञानिक विशेषताओं के साथ पर्लाइट-फेराइट संरचना पाई गई। मूल धातुवैज्ञानिक छवि चित्र 6 में प्रस्तुत की गई है।

1.5 इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विश्लेषण

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) विश्लेषण के लिए चित्र 3 में दर्शाए गए स्थानों से नमूने एकत्र किए गए। एसईएम के अंतर्गत समावेशन की आकृति को चित्र 7 में प्रस्तुत किया गया है। सब्सट्रेट की विखंडन आकृति विस्थापन विखंडन की विशेषताओं को दर्शाती है, जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। समावेशन के ऊर्जा प्रकीर्णन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) विश्लेषण से पता चला कि इसकी संरचना मुख्य रूप से एल्युमिनियम, सिलिकॉन और कैल्शियम जैसे तत्वों से बनी है, जैसा कि चित्र 9 और 10 में दर्शाया गया है।

2 विश्लेषण और चर्चा

रोल शाफ्ट फोर्जिंग में कम आवर्धन पर गंभीर दोष दिखाई देते हैं, जबकि उच्च आवर्धन पर कई अधात्विक अशुद्धियाँ स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। गंभीर रूप से प्रभावित विखंडित सतहों के स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और ऊर्जा प्रकीर्णन स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण से पता चला कि ये दोष मुख्य रूप से एल्युमीनियम (Al), सिलिकॉन (Si) और कैल्शियम (Ca) से बने हैं। चूंकि Al, Si और Ca 40CrMnMoA रोल शाफ्ट फोर्जिंग के प्राथमिक मिश्रधातु तत्व नहीं हैं, बल्कि गलाने के दौरान उपयोग किए जाने वाले तापन और विसरण डीऑक्सीडाइज़र (Si-Al-Ca-Ba पाउडर) के मुख्य घटक हैं, इसलिए इन दोषों को एल्युमीनियम, सिलिकॉन और कैल्शियम युक्त डीऑक्सीडेशन उत्पाद अशुद्धियों के रूप में पहचाना गया है। अशुद्धियों की संरचना, उपयोग की गई डीऑक्सीडेशन विधि और दोषों के स्थान के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला गया है कि ये अशुद्धियाँ तब बनीं जब गलाने के दौरान डीऑक्सीडेशन उत्पाद पूरी तरह से ऊपर नहीं उठ पाए या ऑक्साइड फिल्मों में फंस गए, और बाद में ढलाई के दौरान पिघले हुए स्टील के साथ पिंड में प्रवेश कर गए। बाद की ढलाई प्रक्रिया के दौरान, छिद्र पूरी तरह से नहीं हटाया गया, जिसके परिणामस्वरूप अंततः स्वीकार्य सीमा से अधिक गंभीर दोष उत्पन्न हुए और ढलाई की गई वस्तुएँ दोषपूर्ण हो गईं।

3 निष्कर्ष

इस रोलर शाफ्ट की फोर्जिंग में पाया जाने वाला सबसे बड़ा दोष स्लैग का समावेश है, जिसके प्राथमिक घटक एल्युमिनियम, सिलिकॉन और कैल्शियम जैसे तत्व हैं।