टेम्परिंग

बालू पायन, बालू टेंपरण

पायन या टेम्परण (टेम्परिंग), तापोपचार की एक विधि है जो लौह-आधारित मिश्रातुओं की सुदृढ़ता या चिमड़ता (टफ़नेस) बढ़ाने के के लिए प्रयुक्त होती है। प्रायः टेम्परण, कठोरण (हार्डेनिंग) के बाद किया जाता है ताकि कुछ अतिरिक्त कठोरता हो तो हट जाय। टेम्परण के लिए धातु को क्रान्तिक बिन्दु से नीचे किसी उपयुक्त ताप तक ले जाया जाता है और कुछ देर उसी ताप पर रखते हैं। इसके बाद धातु को शान्त वायु में ठण्डा होने के लिए छोड़ दिया जाता है। धातु को किस ताप तक ले जाया जाता है, इससे यह तय हो जाता है कि टेम्परण के उपरान्त धातु से कितनी कठोरता कम हो जाएगी। धातु को किस ताप तक ले जाना है, यह इस बात से निर्धारित किया जाता है कि धातु/मिश्रातु की संरचना क्या है और टेम्परण के माध्यम से अन्तिम उत्पाद में क्या-क्या गुण लाना चाहते हैं। उदाहरण के लिए, बहुत कठोर औजारों को प्रायः कम ताप तक टेम्परित करते हैं जबकि स्प्रिंग के टेम्परण के लिए इसकी अपेक्षा बहुत अधिक ताप तक जाया जाता है।

इस्पात (steel) में, धातु को अधिक "मजबूत" बनाने के लिए टेम्परिंग की जाती है, इसके लिए भंगुर मार्टेंसाईट या बाइनाईट को फेराईट और सीमेन्टाईट के संयोजन में और कभी कभी टेम्पर्ड मार्टेंसाईट में बदल दिया जाता है। अवक्षेपण के द्वारा सख्त किये जाने वाले मिश्रधातु जैसे, एल्युमिनियम और सुपर मिश्र धातुओं की कई श्रेणियों को, अंतरधात्विक कणों के अवक्षेपण के लिए टेम्पर किया जाता है, जिससे धातु अधिक मजबूत बन जाती है। टेम्परिंग के लिए पदार्थ को इसके निम्न जटिल तापमान (critical temperature) से कम ताप पर नियंत्रित रूप से पुनः गर्म किया जाता है।

भंगुर मार्टेंसाईट टेम्पर किये जाने के बाद अधिक सख्त और लचीला (ductile अर्थात अब इसे खींच कर लम्बी तारों में बदला जा सकता है) हो जाता है। कार्बन परमाणुओं को जब तेजी से ठंडा किया जाता है, वे ऑसटेंटाइन में फंस जाते हैं, आमतौर पर तेल या पानी के साथ मार्टेंसाईट बनाते हैं। मार्टेंसाईट टेम्पर किये जाने के बाद मजबूत बन जाता है क्योंकि जब इसे पुनः गर्म किया जाता है, इसकी सूक्ष्म संरचना पुनर्व्यवस्थित हो जाती है और कार्बन परमाणु विकृत काय-केन्द्रित-टेट्रागोनल (BCT) सरंचना (distorted body-centred-tetragonal (BCT) structure) में से बाहर विसरित हो जाते हैं, कार्बन के विसरण के बाद, परिणामी संरचना लगभग शुद्ध फेराईट होती है, जो काय-केन्द्रित सरंचना से युक्त होती है।

धातु विज्ञान (metallurgy) में, हमेशा मजबूती और लचीलेपन (प्रत्यास्थता) पर बल दिया जाता है। यह नाजुक संतुलन टेम्परिंग की प्रक्रिया में निहित कई बारीकियों पर प्रकाश डालता है।

टेम्परिंग की प्रक्रिया के दौरान समय और तापमान पर सटीक नियंत्रण एक जटिल प्रक्रिया है, जिससे उचित संतुलित यांत्रिक गुणधर्मों से युक्त धातु प्राप्त होती है।

• इससे धातु की प्रत्यास्थता और मजबूती में सुधार आता है।
• उसमें दरार आने की सम्भावना कम हो जाती है।
• उसके यांत्रिक गुणों में सुधार आता है।
• उसके प्रतिरोध प्रभाव में वृद्धि होती है।
• इसकी प्रत्यास्थता इतनी बढ़ जाती है की इसे पीट कर पतली चादर जैसी परत में भी बदला जा सकता है। (malleability)
• इसकी कठोरता कम हो जाती है।

आमतौर पर इस्पात को कई-चरणों की प्रक्रिया में गर्म किया जाता है।

सबसे पहले इसे लौह और कार्बन के एक ठोस विलयन बनाने के लिए गर्म किया जाता है, यह प्रक्रिया ऑसटेनिकरण (austenizing) कहलाती है। ऑसटेनिकरण के बाद क्वेंचिंग (quenching) की जाती है, जिससे एक मार्टेंसाईट सूक्ष्म सरंचना का निर्माण होता है। अब इस इस्पात को टेम्पर करने के लिए 150–260 °से. (302–500 °फ़ै) और 370–650 °से. (698–1,202 °फ़ै) के बीच की रेंज में गर्म किया जाता है। 260–370 °से. (500–698 °फ़ै) की रेंज में टेम्परिंग को कभी कभी नहीं किया जाता है, इससे टेम्परिंग के कारण उत्पन्न होने वाली भंगुरता कम करने में मदद मिलती है। इस्पात को इसी तापमान पर बनाये रखा जाता है जब तक कि मार्टेंसाईट में फंसा हुआ कार्बन विसरित होकर एक ऐसे रासायनिक संगठन का निर्माण नहीं कर लेता जब तक इसमें बाइनाईट या परलाईट (pearlite) (एक क्रिस्टलीय सरंचना जो फेराईट और सीमेन्टाईट के मिश्रण से बनती है) बनाने की क्षमता ना आ जाये. जब वास्तव में बाइनाईट या परलाईट वाला इस्पात बनाना होता है, तो इस्पात को एक बार फिर से ऑसटेनाईट (ऑसटिनिकरण के लिए) क्षेत्र में ले जाया जाता है और धीरे धीरे एक नियंत्रित तापमान तक ठंडा किया जाता है इससे पहले कि इसे कम तापमान तक पूरी तरह से क्वेंच (ठंडा) न कर दिया जाये.

बाइनाईट वाले स्टील में, टेम्परिंग प्रक्रिया की अवधि और तापमान के आधार पर ऊपरी या नीचला बाइनाईट बन सकता है। उष्मागतिकी के अनुसार यह असंभव है कि मार्टेंसाईट को टेम्परिंग के दौरान पूरी तरह से बदल दिया जाये, इसलिए अक्सर मार्टेंसाईट, बाइनाईट, फेराईट और सीमेन्टाईट का मिश्रण बनता है।

इससे पहले कि अवक्षेपण के द्वारा कठोर बनाये गए मिश्रधातु में टेम्परिंग की जाये, इसे एक विलयन में रखा जाना चाहिए. इस प्रक्रिया के दौरान, मिश्र धातु को विलयन बनाने (घोलने) के लिए गर्म किया जाता है और मिश्रधातु के तत्व विलयन में समान रूप से वितरित हो जाते हैं।

इसके बाद मिश्रधातु को पर्याप्त उंची दर पर ठंडा किया जाता है ताकि मिश्र धातु के तत्वों को विलयन से बाहर होने से रोका जा सके. इसके बाद इस मिश्र धातु को टेम्पर किया जाता है, इसके लिए इसे विलेय तापमान से कम तापमान पर गर्म किया जाता है।

टेम्परिंग के दौरान, मिश्रधातु बनाने वाले तत्व मिश्र धातु में विसरित हो जायेंगे और एक अंतर धात्विक यौगिक बनाने के लिए एक दूसरे से प्रतिक्रिया करेंगे.अंतर धात्विक यौगिक मिश्र धातु में घुलनशील नहीं होते हैं और ये छोटे कण बनाते हुए अवक्षेपित हो जायेंगे.

ये कण मिश्रधातु की क्रिस्टल सरंचना के माध्यम से विस्थानिकरण की गति के द्वारा धातु को मजबूत बनाते हैं। टेम्परिंग के समय और तापमान पर सावधानीपूर्वक नियंत्रण के द्वारा अवक्षेपण के आकार और मात्रा को नियंत्रित किया जाता है, इस प्रकार से मिश्रधातु के यांत्रिक गुणधर्म निर्धारित होते हैं।

एल्यूमीनियम में टेम्परिंग को "एजिंग (aging)" भी कहा जाता है। कृत्रिम रूप से पुराने धातुओं को अधिक तापमान पर टेम्पर किया जाता है, जबकि प्राकृतिक रूप से पुराने धातुओं को कमरे के तापमान पर टेम्पर किया जाता है।

जिन मिश्रधातु प्रणालियों में बड़ी संख्या में मिश्रधातु तत्व होते हैं, जैसे कुछ सुपर मिश्रधातु, उनमें टेम्परिंग की कई गतिविधियां की जाती हैं। प्रत्येक गतिविधि के दौरान एक भिन्न अवक्षेप निर्मित होता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में भिन्न अवक्षेप बन जाते हैं, जिन्हें फिर से विलयन में लाना मुश्किल होता है। यह घटना अवक्षेपण के द्वारा कठोर बनाये गए मिश्रधातुओं की उच्च तापमान पर मजबूती में योगदान देती है

अक्सर टेम्परिंग में प्रयुक्त तापमान इतना कम होता है कि इसे धातु के रंग के द्वारा नहीं आंका जा सकता. इस मामले में, लोहार एक निश्चित समय के लिए धातु को गर्म करता है।

ऐसा करने से अलग अलग धातुओं की टेम्परिंग प्रक्रिया में एक निश्चित स्तर की स्थिरता आती है। समय और तापमान के संयुक्त प्रभाव को, एक अच्छी तरह से पॉलिश किये गए ब्लेड की टेम्परिंग से निर्मित ऑक्साइड फिल्म के रंग के नियंत्रण के द्वारा भी आंका जा सकता है।

• एनिलिंग (धातु निष्कर्षण विज्ञान)
• लोहे की ढलाई
• अवक्षेपण से मजबूती

विनिर्माण प्रक्रिया रॉबर्ट एच. टोड, डेल के. एलन और लिओ आल्टिंग के द्वारा सन्दर्भ गाइड, पेज. 410

• टेम्परिंग की प्रक्रिया पर एक विस्तृत चर्चा
• गर्म करने पर चमक और टेम्परिंग के रंगों को दर्शाता हुआ वेबपेज