H13 डाई स्टील एक उच्च तनाव और उच्च तापमान वाले वातावरण में डाई निर्माण के लिए उपयुक्त हॉट वर्क डाई स्टील है। इसमें कार्बन और वैनेडियम की उच्च मात्रा के साथ-साथ क्रोमियम और मोलिब्डेनम जैसे मिश्रधातु तत्वों की उचित मात्रा होती है, जो इसे उत्कृष्ट कठोरता, घिसाव प्रतिरोध और ऊष्मीय दरार प्रतिरोध प्रदान करती है।

इन गुणों के कारण यह प्लास्टिक डाई, एल्युमीनियम मिश्र धातु डाई कास्टिंग डाई, हॉट स्टैम्पिंग डाई और सटीक कोल्ड स्टैम्पिंग डाई के निर्माण के लिए एक आदर्श सामग्री है। हालांकि, बड़े सेक्शन वाले H13 डाई स्टील में पृथक्करण और आंतरिक दोषों की संभावना होती है, जिससे डाई की गुणवत्ता और सेवा जीवन प्रभावित होता है।

वर्तमान में, चीन में डाई स्टील का सबसे बड़ा विनिर्देशन यह है:Φ650 मिमीबड़ी विशिष्टताओं के लिए आयात या ढलाई की आवश्यकता होती है, जिससे उत्पादन लागत बढ़ जाती है और उत्पादन चक्र लंबा हो जाता है। इस चुनौती का समाधान करने के लिए, H13 डाई स्टील की रासायनिक संरचना पर सटीक नियंत्रण के साथ-साथ अनुकूलित गलाने, ढलाई और ताप उपचार प्रक्रियाओं ने सूक्ष्म संरचनात्मक एकरूपता और कण परिष्करण में सफलतापूर्वक सुधार किया है, जिससे बड़े पैमाने पर H13 डाई स्टील के समग्र प्रदर्शन में वृद्धि हुई है।

H13 डाई स्टील का संरचनात्मक डिज़ाइन मानकों के अनुरूप है।नॉर्थ अमेरिकन डेटा सेंटर एलायंस (एनएडीसीए)जो मिश्रधातु तत्वों पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है। NADCA मानकों और H13 डाई स्टील के बीच रासायनिक संरचना की तुलना निर्दिष्ट की गई है।जीबी/टी 1299—2014इसे तालिका 1 में प्रस्तुत किया गया है।

तालिका 2 में H13 डाई स्टील की रासायनिक संरचना का विवरण दिया गया है। उच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए कार्बन (C) की मात्रा मानक की ऊपरी सीमा पर निर्धारित की गई है; कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध और ताप प्रतिरोध को संतुलित करने के लिए क्रोमियम (Cr) की मात्रा मानक के अनुरूप रखी गई है; अच्छी मजबूती बनाए रखते हुए कठोरता और मजबूती बढ़ाने के लिए मैंगनीज (Mn) की मात्रा मानक के अनुरूप रखी गई है; लागत में अत्यधिक वृद्धि किए बिना तापीय मजबूती और मजबूती में मामूली सुधार करने के लिए मोलिब्डेनम (Mo) की मात्रा मानक की निचली सीमा पर चुनी गई है; दानेदार संरचना को परिष्कृत करने, सामग्री की मजबूती और मजबूती बढ़ाने और लागत को नियंत्रित करने के लिए वैनेडियम (V) की मात्रा भी मानक की निचली सीमा पर निर्धारित की गई है; सामग्री की भंगुरता और प्लास्टिसिटी को कम करने के लिए सल्फर (S) और फास्फोरस (P) की मात्रा बढ़ाई गई है; नाइट्रोजन (N), हाइड्रोजन (H) और ऑक्सीजन (O) जैसे गैसीय तत्वों पर कड़ा नियंत्रण रखने से सरंध्रता और अशुद्धियाँ कम होती हैं, जिससे सामग्री की शुद्धता और स्थिर प्रदर्शन सुनिश्चित होता है। केवल एच13 डाई स्टील की रासायनिक संरचना पर सटीक नियंत्रण के माध्यम से ही उच्च-प्रदर्शन, स्थिर अल्ट्रा-लार्ज-साइज़ एच13 डाई स्टील का उत्पादन किया जा सकता है, जो प्रीमियम बाजार की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करता है।

2. विनिर्माण प्रक्रिया का अनुकूलन

H13 डाई स्टील की निर्माण प्रक्रिया में प्रारंभिक इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग, उसके बाद हीटिंग फोर्जिंग, फिर कूलिंग एनीलिंग और अंत में रफ मशीनिंग शामिल है।

2.1 औद्योगिक गलाने की प्रक्रिया

नी झूओवेन एट अल. द्वारा प्रस्तावित तैयारी विधि का अनुसरण करते हुए, एच13 डाई स्टील का एक प्रोटोटाइप तैयार किया गया। इसके लिए उत्पादन प्रक्रिया में स्लैग चार्ज को पहले पिघलाना, आर्क प्रज्वलन, गलाने की प्रक्रिया, संकुचन क्षतिपूर्ति उपचार, बिजली बंद करके ठंडा करना और मोल्ड से स्टील को निकालना शामिल था। मोल्ड का क्रूसिबल व्यास 480 मिमी और नाममात्र क्षमता 2 टन थी। स्लैग प्रणाली में चार घटकों का मिश्रण था जिसमें 65% कैल्शियम फ्लोराइड, 15% एल्यूमिना, 15% कैल्शियम ऑक्साइड, 5% मैग्नीशियम ऑक्साइड और 0.8% से अधिक सिलिका नहीं थी, और पिघले हुए स्लैग की ऊंचाई लगभग 155 मिमी थी।

2.2 तापन फोर्जिंग

H13 डाई स्टील की ढलाई की मुख्य प्रक्रिया में स्टील पिंड के भीतर कार्बाइड डेंड्राइट्स को तोड़ने के लिए प्लास्टिक विरूपण का उपयोग किया जाता है, जिससे पृथक्करण क्षेत्रों में उनकी श्रृंखला जैसी व्यवस्था समाप्त हो जाती है, इस प्रकार संरचनात्मक संतुलन प्राप्त होता है और पार्श्व और अनुदैर्ध्य प्रभाव प्रतिरोध बढ़ता है। प्री-फोर्जिंग हीटिंग चरण के दौरान, ढली हुई स्लैब का एक समान तापन सुनिश्चित किया जाना चाहिए; इसलिए, तापन की अवधि और औसत क्षेत्र तापमान को 1220-1240 डिग्री सेल्सियस के बीच सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए। फोर्जिंग सामग्री पर किसी भी सतही दरार को तुरंत दूर किया जाना चाहिए। कोर विरूपण को बढ़ाने और सामग्री घनत्व और एकसमान सूक्ष्म संरचना सुनिश्चित करने के लिए 6 से अधिक फोर्जिंग अनुपात के साथ चार-चरणीय मोटे ड्राइंग के बाद केडी ड्राइंग प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। सतही दरारों, विशेष रूप से किनारों और कोनों पर, को रोकने के लिए अंतिम फोर्जिंग तापमान को 850 डिग्री सेल्सियस से कम नहीं रखा जाना चाहिए। फोर्जिंग तापमान को कमरे के तापमान तक कम करने के लिए चरणबद्ध शीतलन विधि का उपयोग किया जाता है, आंतरिक तनाव और विरूपण को कम करने के लिए शीतलन प्रक्रिया पर सख्त नियंत्रण रखा जाता है, जिससे डाई का सेवा जीवन बढ़ जाता है।

2.3 एनीलिंग और ऊष्मा उपचार

आगे की ऊष्मा उपचार प्रक्रियाओं की तैयारी के लिए और फोर्जिंग के दौरान तनाव उत्पन्न होने से रोकने के लिए, पहले एनीलिंग प्रक्रिया की जानी चाहिए। स्फेरोइडाइजिंग एनीलिंग से पहले, फोर्जिंग तापमान को 500°C से ऊपर बनाए रखना आवश्यक है। एनीलिंग से पहले नॉर्मलाइजिंग और अल्ट्रा-फाइन-ग्रेनिंग उपचार आवश्यक है, जिसमें होल्डिंग तापमान को 1020-1040°C के बीच नियंत्रित किया जाता है और शीतलन दर को उचित रूप से विनियमित किया जाता है। इस प्रक्रिया का उद्देश्य फोर्जिंग ब्लैंक में अलगाव और नेटवर्क वाले कार्बाइड को प्रभावी ढंग से कम करते हुए दाने की संरचना को परिष्कृत करना है, जिससे एक समान सूक्ष्म संरचना सुनिश्चित हो सके। स्फेरोइडाइजिंग एनीलिंग के दौरान, कार्बाइड विनियमन और सूक्ष्म संरचना परिष्करण को सुगम बनाने के लिए तापमान को 850-870°C के बीच सेट किया जाना चाहिए। अंतिम ऊष्मा उपचार की तैयारी के लिए चरणबद्ध शीतलन और तापमान-नियंत्रित एनीलिंग विधि का उपयोग किया जाता है।

ऊष्मा उपचार प्रक्रिया में शमन और द्वितीयक तापन शामिल हैं। सबसे पहले, सामग्री को 790°C ± 15°C पर 10 मिनट के लिए पूर्व-तापित किया जाता है, फिर 1010°C ± 5°C पर 10 मिनट के लिए गर्म किया जाता है, जिसके बाद तेल से ठंडा किया जाता है। इसके बाद, इसे दो तापन चक्रों से गुजरने से पहले 550°C ± 6°C पर 2 घंटे के लिए रखा जाता है। मोल्ड स्टील के एनील्ड नमूनों के लिए, ब्रिनेल और रॉकवेल कठोरता परीक्षकों का उपयोग करके कोर और सतह पर प्रत्येक पांच बिंदुओं पर कठोरता माप लिया गया, और औसत मान दर्ज किए गए; परिणाम तालिका 3 में प्रस्तुत किए गए हैं। जैसा कि तालिका 3 में दिखाया गया है, एनीलिंग के बाद, नमूनों ने राष्ट्रीय मानक (≤ 229 HBW) और NADCA मानक (≤ 235 HBW) दोनों के अनुरूप कठोरता मान प्राप्त किए, जिसमें सतह और कोर क्षेत्रों के बीच न्यूनतम कठोरता अंतर था।

2.4 रफ मशीनिंग उपचार

एनीलिंग उपचार के बाद, उत्पाद का निरीक्षण करके सुनिश्चित करें कि उसकी सूक्ष्म संरचना दरारों या अन्य दोषों से मुक्त है। इसके बाद, उच्च कटिंग गहराई और फीड दर (आमतौर पर 3-5 मिमी कटिंग गहराई और 0.3-0.5 मिमी फीड दर (r^-1)) का उपयोग करके टर्निंग मशीनिंग करें, जिसमें कटिंग गति 100-150 मीटर/मिनट हो। मशीनिंग के बाद सफाई और जंग से बचाव आवश्यक है।

3. संगठनात्मक एकरूपता

3.1 उच्च आवर्धन ऊतक

मोल्ड स्टील के केंद्र से एक नमूना और उसकी त्रिज्या के आधे भाग से दूसरा नमूना लिया गया; ये तीनों नमूने फोर्जिंग की सभी दिशाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। नमूनों को 4% नाइट्रिक एसिड-अल्कोहल घोल से संक्षारित किया गया, जिसके बाद 500 एनीलिंग माइक्रोस्ट्रक्चर विश्लेषण और 50 स्ट्रिप पृथक्करण परीक्षण किए गए, जिसमें परीक्षण सतहों को प्राथमिक विरूपण दिशा के समानांतर रखा गया था। यह अभिविन्यास सुनिश्चित करता है कि संक्षारण के बाद अनाज की सीमाएं अनाज केंद्रों के सापेक्ष नीचे स्थित हों, जिससे खांचे बनते हैं जो गहन माइक्रोस्ट्रक्चरल विश्लेषण के लिए अनुकूल होते हैं। एनीलिंग पृथक्करण परीक्षणों ने उच्च माइक्रोस्ट्रक्चरल एकरूपता प्रदर्शित की, जिससे पता चलता है कि मोल्ड स्टील बिलेट्स प्रभावी इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग, फोर्जिंग और हीट ट्रीटमेंट से गुजरे थे। माइक्रोस्ट्रक्चरल विश्लेषण से पता चला कि तीनों नमूनों में मैट्रिक्स पर यूटेक्टिक कार्बाइड के बिना गोलाकार पर्लाइट संरचनाएं थीं, जिनमें महीन और समान रूप से वितरित द्वितीयक कार्बाइड कण थे। फोर्जिंग के बड़े आकार के कारण, फोर्जिंग के बाद शीतलन के दौरान अलग-अलग शीतलन दरों के परिणामस्वरूप सूक्ष्म संरचनात्मक भिन्नताएं देखी गईं: तेजी से ठंडी हुई सतहों पर कम और महीन कार्बाइड बने, जो कोर क्षेत्र की तुलना में कम गोलाकारता प्रदर्शित करते हैं।

3.2 कम आवर्धन वाले ऊतक

राष्ट्रीय मानकों के अनुसार, हॉट वर्क डाई स्टील के उपचार के लिए कोल्ड एसिड एचिंग विधि का उपयोग किया जाना चाहिए, जिसके बाद कम आवर्धन पर सूक्ष्म संरचना का परीक्षण किया जाता है। नमूनों को लगभग 5 मिनट के लिए 30% अमोनियम परसल्फेट के जलीय एचेंट घोल में डुबोया गया, फिर पानी से अच्छी तरह धोया गया और तुरंत मेडिकल-ग्रेड अल्कोहल से साफ किया गया, जिसके बाद आवर्धक लेंस और दृश्य निरीक्षण किया गया। चित्र 1 में दिखाए अनुसार, दृश्यमान स्तरीकरण, बुलबुले, सफेद धब्बे या दरारें जैसे कोई धातुकर्म संबंधी दोष नहीं देखे गए, न ही केंद्रीय सरंध्रता या पिंड पृथक्करण जैसी समस्याएं पाई गईं। इसका कारण फोर्जिंग के दौरान पिघले हुए स्टील की अत्यंत तीव्र ठोसकरण दर है, जिसके परिणामस्वरूप महीन डेंड्राइट बनते हैं जो एकसमान सूक्ष्म संरचना सुनिश्चित करते हैं, जबकि क्रिस्टल वृद्धि अभिविन्यास में भिन्नता केंद्रीय सरंध्रता और पृथक्करण को कम करती है। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग से उपचारित डाई स्टील पारंपरिक कास्ट पिंडों की तुलना में बेहतर सूक्ष्म संरचनात्मक एकरूपता और घनत्व प्रदर्शित करता है।

3.3 अनाज के आकार का विश्लेषण

H13 डाई स्टील के नमूनों को 1010 डिग्री सेल्सियस तापमान पर ग्रेडेड क्वेंचिंग हीट ट्रीटमेंट दिया गया। इसके बाद, ग्रेडिंग करने के लिए ग्रेन साइज कोरोजन टेस्टिंग की गई। ग्रेडिंग प्रक्रिया में मेटलोग्राफिक और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से प्राप्त छवियों को संसाधित और व्याख्या करने के लिए विशेष सॉफ्टवेयर का उपयोग करते हुए इमेज एनालिसिस तकनीकों का प्रयोग किया गया, जिसमें ग्रेन साइज निर्धारित करने के लिए ग्रेन एरिया और परिधि जैसे प्रमुख मापदंडों की गणना की गई।

चित्र 2 में धातु विज्ञान और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी द्वारा प्राप्त छवियां दिखाई गई हैं। अवलोकन से पता चलता है कि मोल्ड स्टील के नमूनों में मुख्य रूप से महीन दाने हैं, जिनमें कुछ बड़े दाने भी मौजूद हैं। महीन दाने वाले क्षेत्रों में दाने का आकार ग्रेड 8 तक पहुंचता है, जो दाने के आकार के लिए NADCA मानक की न्यूनतम आवश्यकता ग्रेड 7 को पूरा करता है। यह सुधार इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग प्रक्रिया, उसके बाद उच्च फोर्ज अनुपात फोर्जिंग और हीट ट्रीटमेंट के परिणामस्वरूप हुआ है, जिससे दाने का आकार काफी कम हो गया और कार्बाइड संरचनाएं पूरी तरह से परिष्कृत हो गईं।

4 निष्कर्ष

फोर्जिंग के बाद H13 मोल्ड स्टील की सूक्ष्म संरचनात्मक एकरूपता को बढ़ाने के लिए, इसकी रासायनिक संरचना को अनुकूलित किया गया और निर्माण प्रक्रिया को परिष्कृत किया गया। H13 मोल्ड के लिए फोर्जिंग प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक तैयार किया गया, जिसमें मोल्ड स्टील के उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग फर्नेस का उपयोग किया गया, जिसके बाद एनीलिंग और हीट ट्रीटमेंट किया गया। बाद के परीक्षणों से पता चला कि इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टेड H13 मोल्ड स्टील पारंपरिक मोल्ड कास्ट स्टील सिल्लियों की तुलना में बेहतर सूक्ष्म संरचनात्मक एकरूपता और घनत्व प्रदर्शित करता है, और कम आवर्धन पर सूक्ष्म संरचना में महत्वपूर्ण सुधार देखा गया।