ইন্ডাকশন হার্ডেনিং এবং কার্বুরাইজিং কোয়েনচিং হলো পৃষ্ঠতল শক্তকরণ প্রক্রিয়ার অন্তর্ভুক্ত। ১৯৫০-এর দশকের গোড়ার দিকে, প্রাক্তন সোভিয়েত ইউনিয়নের একজন পণ্ডিত উল্লেখ করেন যে, “ইন্ডাকশন হার্ডেনিং-এর খরচের এক-তৃতীয়াংশ হলো কার্বুরাইজিং এবং কোয়েনচিং।” এরপর তিনি উচ্চ কম্পাঙ্কের কারেন্ট হার্ডেনিং প্রক্রিয়াটি প্রস্তাব করেন, যার সুবিধাগুলো হলো: স্বল্প উত্তাপন সময়, ক্ষুদ্র পরিসর, কম বিকৃতি, পরিচ্ছন্ন কর্মপরিবেশ, অনলাইন উৎপাদনযোগ্যতা এবং আরও অনেক কিছু।
তবে, এখনও পর্যন্ত, ছোট ও মাঝারি মডুলাস গিয়ার উৎপাদন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে কার্বুরাইজড কোয়েনচিং প্রক্রিয়া ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এর কারণ হলো কার্বুরাইজড যন্ত্রাংশের পৃষ্ঠে কার্বনের ঘনত্ব বেশি, ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা ভালো, সাধারণ ফিক্সচার এবং ছোট যন্ত্রাংশ, ব্যাচ লোডিং ফার্নেস সুবিধাজনক এবং অন্যান্য কারণ। ইন্ডাকশন হার্ডেনিং-এর জন্য বিশেষ ইন্ডাকশন কয়েল, টুলিং ইত্যাদির প্রয়োজন হয় এবং এর ব্যবস্থাপনা খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি। জার্মানির একটি গবেষণা প্রতিষ্ঠান জেনারেল ইলেকট্রিক (GE) বড় অভ্যন্তরীণ ছিদ্রযুক্ত কার্বুরাইজিং এবং ইন্ডাকশন কোয়েনচিং-এর মধ্যে একটি বিশদ তুলনা করে দেখেছে যে, কার্বুরাইজড উপকরণ এবং ৩৯টি কার্যপ্রণালীর প্রক্রিয়াকরণ ফি বাবদ মোট খরচ হয় ১৪.৭৩ পয়েন্ট, যেখানে ইন্ডাকশন হার্ডেনিং ২৮টি প্রক্রিয়ার আপেক্ষিক খরচ ১২.৭৩ পয়েন্ট। প্রতি ইউনিটে খরচের পার্থক্য ২ সেন্ট।
জটিল আকৃতির ওয়ার্কপিসের কনট্যুর কোয়েনচিং-এর জন্য ইন্ডাকশন হার্ডেনিং পদ্ধতি বেশ কঠিন। ছোট ছিদ্র, ব্লাইন্ড হোলের তলদেশ, চাক ক্ল ল্যাডার, পিস্টন গ্রুভ-এর মতো বক্র পৃষ্ঠযুক্ত অংশগুলো কার্বুরাইজিং পদ্ধতির মতো ততটা ভালো নয়, যা একটি সহজ প্রক্রিয়া। তাই, সারফেস হার্ডেনিং প্রক্রিয়া নির্বাচন করার সময়, শুধুমাত্র শক্তি সাশ্রয়ের দিক থেকে না দেখে, সরঞ্জাম, উপকরণ, প্রক্রিয়া ইত্যাদির মতো বিষয়গুলো থেকে সুনির্দিষ্ট বিশ্লেষণ করে পণ্যের জীবনকাল নির্ধারণ করা উচিত।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে কার্বুরাইজিং এবং ইন্ডাকশন হার্ডেনিং প্রযুক্তি ও সরঞ্জামের গবেষণা ও উন্নয়নে ব্যাপক অগ্রগতি লাভ করেছে। ইন্ডাকশন কোয়েনচিং প্রক্রিয়ার সুবিধাগুলি নিম্নরূপ:
১. গভীর কার্বুরাইজিং
গিয়ারের কার্বুরাইজড স্তরের গভীরতা এর মডুলাসের সাথে সম্পর্কিত, এবং এই স্তরের গভীরতা সাধারণত (০.১৫ ~ ০.২০) মিটার হয়ে থাকে। মাঝারি এবং ছোট মডুলাসের গিয়ারের জন্য, এই মান সাধারণত ০.২ ~ ১.০ মিমি-এর মধ্যে থাকে এবং কার্বুরাইজিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমেই তা অর্জন করা যায়। কিন্তু বড় মডুলাসের গিয়ার, যেমন m = ৮০ গিয়ার (চিত্র ১ দেখুন) এবং m = ৬৩ র্যাক ইত্যাদির ক্ষেত্রে, প্রায়শই ৪ মিমি বা তার বেশি গভীর স্তরের প্রয়োজন হয়। এই ধরনের ক্ষেত্রে কার্বুরাইজিং করতে হলে অবশ্যই ডিপ কার্বুরাইজিং করতে হবে। কার্বুরাইজিং চক্র ১০০ ঘণ্টার কম হবে না, এবং এর জন্য র্যাকের দৈর্ঘ্য কয়েক ডজন মিটার বা তার বেশি হলেই কেবল ফার্নেস চার্জিং সরঞ্জামের প্রয়োজন হয়। হার্ডেনিং এবং ইন্ডাকশন হার্ডেনিং হলো একক দাঁত স্ক্যান পদ্ধতি, যা বিদ্যুৎ সরবরাহ ক্ষমতা এবং উত্তোলন ব্যবস্থার দিক থেকে বিবেচনা করলে অনেক বেশি সরল।
চিত্র ১। এম = ৮০ গিয়ারের একক দাঁতের স্ক্যান কোয়েনচিং (রাশিয়ান জার্নাল অফ ইন্ডাকশন হিটিং)
আরেকটি বিদেশী উদাহরণ হলো ধাতুবিদ্যা যন্ত্রপাতির ভেতরের ছিদ্র, যেখানে গভীর কার্বুরাইজিং-এর পরিবর্তে ইন্ডাকশন হার্ডেনিং ব্যবহার করা হয়, যেমনটি চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র ২। ধাতুবিদ্যা যন্ত্রপাতির যন্ত্রাংশের জন্য ইন্ডাকশন হার্ডেনিং (ফ্লাক্সট্রোল, ইউএসএ)
১. ওয়ার্কপিস ২. কঠিন স্তর ৩. ইন্ডাক্টর ৪. চৌম্বক পরিবাহী ৫. কয়েল প্রবেশ ৬. তরল স্প্রে ডিভাইস
২. বিকৃতির ক্ষুদ্র দিকসমূহ
গিয়ার কার্বুরাইজিং একটি সামগ্রিক প্রক্রিয়া যেখানে দীর্ঘ সময় ধরে উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়, ফলে কোয়েনচিং-এর সময় বিকৃতি ঘটে। এই সমস্যা সমাধানের জন্য কিছু গিয়ারে ডাই কোয়েনচিং-এর প্রয়োজন হয়। তাই, এর চক্রকাল দীর্ঘ, বিদ্যুৎ খরচ বেশি এবং ব্যয়ও উচ্চ। এক্ষেত্রে ইন্ডাকশন কোয়েনচিং তুলনামূলকভাবে সুবিধাজনক। দেশীয় প্রতিষ্ঠানগুলো তাদের উৎপাদনের উদাহরণ হিসেবে সফলভাবে কার্বুরাইজিং করা অভ্যন্তরীণ গিয়ার রিং-কে ইন্ডাকশন কোয়েনচিং-এ পরিবর্তন করেছে। কিন্তু এখনও পর্যন্ত স্লারি পাম্প সিলিন্ডার স্লিভ যন্ত্রাংশে কার্বুরাইজিং কোয়েনচিং (কার্বুরাইজিং স্তর ২.৭৫ ~ ৩.০ মিমি) ব্যবহার করা হয়।
৩. বড় এবং লম্বা যন্ত্রাংশের ক্ষেত্রে ইন্ডাকশন হার্ডেনিং সুবিধাজনক।
বর্তমানে বায়ুশক্তির দ্রুত বিকাশের ফলে, উইন্ড মোটরের টার্নিং সাপোর্টকে রেসওয়েতে কোয়েনচিং করার প্রয়োজন হয়, এক্ষেত্রে ইন্ডাকশন কোয়েনচিং নিঃসন্দেহে সর্বোত্তম প্রক্রিয়া। মেশিন গাইড সারফেস, অয়েল পাইপ, রেলওয়ে রেল ইত্যাদির তাপ প্রক্রিয়াকরণে ইন্ডাকশন কোয়েনচিং-এর অনন্য সুবিধা প্রমাণিত হয়েছে।
৪. কম কাঠিন্যযোগ্যতা সম্পন্ন স্টিলের ইন্ডাকশন হার্ডেনিং এবং কার্বুরাইজিং গিয়ার কোয়েনচিং
সোভিয়েত ইউনিয়নের কম কাঠিন্যযোগ্যতা সম্পন্ন ইস্পাতের ইন্ডাকশন হার্ডেনিং পদ্ধতির আবিষ্কারের পর থেকেই, দেশটি ইস্পাতের কাঠিন্যযোগ্যতা সীমিত করা এবং গিয়ার দাঁতের প্রোফাইল ও হার্ডেনিং স্তরের কাঠিন্য নিয়ন্ত্রণের মতো মৌলিক বিষয়গুলোর প্রয়োগের উপর গুরুত্বারোপ করে আসছে। বর্তমানে, ৫৮ স্টিল ছাড়াও কম কোয়েনচিং ইস্পাতের প্রকারভেদ ক্রমাগত বৃদ্ধি পাচ্ছে এবং তা ৬০পি, ৮০পি-এর মতো ব্র্যান্ড পর্যন্ত প্রসারিত হয়েছে, যা বৃহত্তর অর্থনৈতিক সুবিধা প্রদান করছে।
২০০৫ সাল থেকে রাশিয়ার হামাসের গাড়ি কারখানায় উৎপাদিত লো-কোয়েনচিং স্টিল হলো: ৫৮ স্টিল (গ্রেড ১০৫০ সি – ৮৮), যা ৫৪ পি পি এবং ৬০ পি পি স্টিল। এর রাসায়নিক গঠন হলো: wC = ০.৫% ~ ০.৬৫%, wMn = ০.১% ~ ০.৩%, wSi = ০.১% ~ ০.৩%, wCr, wNi, wCu <০.২৫%। লো-কোয়েনচড স্টিলের (গ্রেড ১০ ~ ১-২) অস্টেনাইট দানাগুলো সম্পূর্ণ উত্তাপন এবং কোয়েনচিং প্রক্রিয়ার পরেও ভালো সামগ্রিক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য বজায় রাখে। কারখানার অভিজ্ঞতা থেকে দেখা গেছে, যখন স্টিলে Mn, Si, Cr, Cu-এর পরিমাণ ০.২%-এর বেশি হয় এবং মোট পরিমাণ ০.৫%-এ পৌঁছায়, তখন বিভিন্ন আদর্শ ক্রিটিক্যাল ডেভিয়েশনের সংখ্যা ১০~১৫ মিমি ব্যাসের D-তে পৌঁছায় (Г OCT প্রযুক্তির শর্তানুযায়ী এটি ১০~১৪ মিমি)। রাশিয়ান হিল সফট মেটালার্জি ফ্যাক্টরি (Ч У С В К O й COMETA JI JI У P Г И Ч Е С К И Й З А В О Д) স্বল্প পরিমাণে দ্বিতীয় প্রজন্মের শক্ত ইস্পাত উৎপাদন করে, যার কাঠিন্যযোগ্যতার পরিসর সংকীর্ণ এবং অধিক স্থিতিশীল। এর ক্রিটিক্যালিটি D ছিল ৮~১০ মিমি, ১০~১২ মিমি এবং ১২~১৪ মিমি। ইন্ডাকশন হিটিং-এর শর্তে, দানার আকার ১১~১২ গ্রেড পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। ফার্নেস হিটিং অবস্থায়, এর দানার আকার ১০ থেকে ১১ গ্রেডের হয়; এর কাঠিন্য উত্তাপের তাপমাত্রার প্রতি কম সংবেদনশীল।
ইস্পাত কারখানাগুলিতে, ৪৫ স্টিল কোয়েনচিং স্টিল (Г О С Т 1050-88)-এর চেয়ে এর খরচ ৫% থেকে ১০% কম। দ্বিতীয় প্রজন্মের লো-কোয়েনচিং স্টিল প্ল্যান্টে প্রাপ্ত ফলাফল হলো: মোট ৫ ধরনের রিয়ার অ্যাক্সেল গিয়ার, রিয়ার অ্যাক্সেল সিলিন্ড্রিক্যাল গিয়ার এবং বেভেল গিয়ার পেয়ার (যার মধ্যে মাস্টার-স্লেভ ডাইনামিক ড্রাইভিং গিয়ার এবং টিন অন্তর্ভুক্ত) তৈরিতে গণ-উৎপাদিত কার্বুরাইজিং স্টিল ২০×এইচ এইচটিএমএ স্টিলের পরিবর্তে ৬০×পি থেকে ৮০×পি স্টিল ব্যবহার করা হয়। গিয়ার রিং এবং প্রধান, চালিত সিলিন্ড্রিক্যাল গিয়ারে ২.৪ কিলোহার্জ সার্বিক হিটিং মিডিয়াম ফ্রিকোয়েন্সি পাওয়ার সাপ্লাই এবং ৬ ডিবি উচ্চ-চাপ পাম্পের সাহায্যে স্প্রে কুলিং করা হয়। অর্থনৈতিক বিবেচনার কারণে বাকি তিনটি গিয়ার চেম্বার ফার্নেসে স্প্রে কোয়েনচিং ডিভাইসের মাধ্যমে গরম ও ঠান্ডা করা হয়। কোয়েনচিং-এর পরে ৬০×পি এবং ৮০×পি গিয়ার স্টিলের স্তরের কাঠিন্য, গভীরতা এবং মাইক্রোস্ট্রাকচারের সময়সূচী নির্ধারণ করা হয়।
৬০ পি পি, ৮০ পি পি গিয়ার স্টিলের শোধনের পরবর্তী স্তরের কাঠিন্য, গভীরতা এবং অণুসজ্জাঃ
এছাড়াও, এই কারখানায় লো-কোয়েনচিং স্টিলের বল হেড পিন (৬০°, ৮০°), পিস্টন পিন (৮০°) এবং কিংপিন (৬০°) পরীক্ষা করা হয় এবং এর সাথে সম্পর্কিত ডেটা লেয়ারের কঠোরতা, গভীরতা, মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং সময়সূচী মূলত একই। এই কারখানাটি সাধারণ গাড়ির স্প্রিং প্লেটের উপর অতিরিক্ত গবেষণা ও উন্নয়ন চালিয়ে যাচ্ছে, এবং নতুন প্রযুক্তি গ্রহণের পর, যন্ত্রাংশের ওজন ৩০% কমানো সম্ভব, এর কার্যকাল ১.৫ গুণ বৃদ্ধি পায় এবং খরচ ২০% এর বেশি কমে আসে। নির্মাণ যন্ত্রপাতির যন্ত্রাংশের পিন স্লিভকে ভেতর এবং বাইরে উভয় দিক থেকেই শক্ত করা প্রয়োজন। এক্ষেত্রে লো-কোয়েনচিং স্টিল ব্যবহার করা হলে, এর একটি ভালো সম্ভাবনা এবং সুবিধা রয়েছে।
৫. এসডিএফ সিনক্রোনাস ডাবল ফ্রিকোয়েন্সি গিয়ার কোয়েনচিং
বিভিন্ন মডুলাস এবং দুই ধরনের ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচনের মাধ্যমে গিয়ারের মধ্যে উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন হওয়ায়, এর উচ্চ পাওয়ার ডেনসিটি এবং স্বল্প হিটিং টাইম (সেকেন্ডে) এর কারণে দাঁতের প্রোফাইলের একটি অনুলিপি পাওয়া যায় এবং হার্ডেনিং লেয়ারের বন্টন উন্নত হয়। ফলে, এর সরঞ্জাম বিনিয়োগ অনেক বেশি, যা কার্বুরাইজড গিয়ারের পারফরম্যান্সের সাথে তুলনা করলে এর গিয়ার ডেটা এখনও প্রকাশিত হয়নি এবং এই কারণে এটি দেশে প্রচারের অপেক্ষারত পর্যায়ে রয়েছে।
৬. মোটরগাড়ি এবং নির্মাণ যন্ত্রপাতি
সবচেয়ে সাধারণ অংশগুলো হলো ক্যামশ্যাফট, যেগুলোকে কার্বুরাইজিং থেকে ইন্ডাকশন হার্ডেনিং করা হয়; সিভিজে বেল শেল এবং অন্যান্য অংশ, যেগুলোর উপাদানে কার্বনের ভর ভগ্নাংশ বৃদ্ধি পাওয়ার পর এখন ইন্ডাকশন কোয়েনচিং ব্যবহার করা হয়।
পৃষ্ঠতল শক্ত করার ক্ষেত্রে কার্বুরাইজিং এবং ইন্ডাকশন হার্ডেনিং, উভয়েরই নিজস্ব সুবিধা রয়েছে। কোন প্রক্রিয়াটি ব্যবহার করা শ্রেয়, তা নির্দিষ্ট বিশ্লেষণের মাধ্যমে নির্ধারণ করা উচিত। গভীর শক্তকরণ, যন্ত্রাংশের বিকৃতি, অতিরিক্ত বড় ও অতিরিক্ত দীর্ঘ যন্ত্রাংশের পৃষ্ঠতল শক্তকরণ ইত্যাদির ক্ষেত্রে সরঞ্জাম, উৎপাদন চক্র এবং প্রক্রিয়াকরণ খরচের দিক থেকে ইন্ডাকশন হার্ডেনিং-এর অধিক সুবিধা রয়েছে।
