काळ्या बिडाच्या बाबतीत कास्टिंगमधील विविध भागांची जाडी ही त्याच्या अंतिम गुणधर्मावर परिणाम करीत (Section Sensitivity) असते. काळ्या बिडाचे अंतिम गुणधर्म हे धातू वितलनासाठी ठरवलेल्या मिश्रणाचे घटक व त्यांचे प्रमाण, वितळलेल्या धातूचे रासायनिक गुणधर्म आणि अंतःक्षेपणाची क्रिया या गोष्टींवर अवलंबून असतात. या तीनही गोष्टींवर घनीभवनाची क्रिया व त्यामुळेच घन धातूची अंतर्गत रचना तसेच ताणशक्ती, काठिण्य इत्यादी गुणधर्म अवलंबून असतात.
काळ्या बिडाचे कास्टिंगमधील (Gray cast Iron) प्रमुख दोष, त्यांची कारणे व उपाय पुढीलप्रमाणे : १) जाडीच्या तुलनेत इक्विव्हॅलंट कमी असणे, २) कमी प्रमाणात किंवा चुकीच्या पद्धतीचे अंतःक्षेपण, ३) मिश्रणातील घटकांचे प्रमाण चुकणे, ४) कार्बन इक्विव्हॅलंट अति कमी झाल्यास पूर्ण कास्टिंगचे काठिण्य वाढू शकते.
अ) संपूर्ण कास्टिंगचे काठिण्य वाढणे किंवा काही भागात जास्त काठिण्य असणारे ठिपके येणे (Hard Casting or Hard Spots) : दोष आलेले भाग सूक्ष्मदर्शक यंत्राखाली पाहिल्यास त्यात कार्बाइडचा समावेश असलेला आढळून येऊ शकतो. ब) काठिण्य कमी असणे (Low Hardness) : जाडीच्या तुलनेत कार्बन इक्विव्हॅलंट जास्त झाल्यास किंवा मिश्रणात पिग आयर्नचे प्रमाण जास्त झाल्यास हा दोष उत्पन्न होतो. क) कास्टिंग मशिनिंग करताना जड जाणे (Poor Machinability) : मशिनिंग सुलभता ही अंतर्गत रचनेवर अवलंबून असते. D व E प्रकारच्या ग्रॅफाईट व कार्बाइड यामुळे मशिनिंग सुलभता कमी होते. धातू ओतकामाचे तापमान, रासायनिक गुणधर्म, अंतःक्षेपण इत्यादी गोष्टी मशिनिंग सुलभतेवर परिणाम करीत असतात. क्रोमियम, टेल्यूरियम इत्यादींचा धातूच्या मिश्रणात चुकून समावेश झाल्यास मशिनिंग सुलभता कमी होते. ड) उलटे काठिण्य (Inverse Chill) : काठिण्य पृष्ठभागावर कमी व जाडीच्या आत जाईल तसे वाढत जाते. सल्फर व मँगेनिज यांचे संतुलन बिघडल्यास हा दोष निर्माण होतो. मँगेनिजचे प्रमाण पुढील सूत्रानुसार ठेवावे.
मँगेनिज प्रतिशत > १.७ सल्फर प्रतिशत + ०.३
इ) कास्टिंगमधील कणांचा आकार वाढणे (Coarse Grained Structure) : जाडीच्या तुलनेत कार्बन इक्विव्हॅलंट जास्त झाल्यास हा दोष निर्माण होतो. फॉस्फरसचे प्रमाण वाढले तर दोष वाढण्यास मदत होते. उ) सच्छिद्रता (Microporosity) : मशिनिंग झालेल्या भागावर अति सूक्ष्म आकुंचन गुहिका विखुरलेल्या आढळतात. दाब परीक्षेत कास्टिंग गळते. वाढीव फॉस्फरस, उच्च तापमान, चुकीचे रासायनिक गुणधर्म, चुकीची प्रवेशद्वारांची रचना व फिडरची रचना इत्यादी कारणे संभवतात. काही वेळेस दोष निवारणासाठी शीघ्र शीतकाचा उपयोग करावा लागतो. ऊ) अयोग्य अंतर्गत रचना (Improper Microstructure) : चुकीचे मिश्रण, अयोग्य रासायनिक गुणधर्म, अयोग्य तापमान, अपुरे अंतःक्षेपण इत्यादी कारणे असू शकतात.
ओतकामातील आकुंचन दोष (Shrinkage defects) : १) साचा ओतलेल्या तापमानापासून ते घनीभवनाची सुरुवात होण्याच्या काळात (द्रव आकुंचन), २) घनीभवनाच्या दरम्यान, ३) साचा ताकदवान नसेल तर ग्रॅफाईट तयार होताना साच्याच्या भिंतीवर दाब देऊन साच्याचे आकारमान वाढते. त्यामुळे आकुंचन होते, कार्बन इक्विव्हॅलंट जास्त असेल तर (४.३ च्या आसपास) आकुंचनाऐवजी प्रसरणही होऊ शकते.
आकुंचनामुळे येणाऱ्या दोषांचे दृश्यमान स्वरूप (Appearance) : १) द्रव आकुंचनात वरचा पृष्ठभाग खालच्या दिशेने दबला जातो (Dipression) किंवा पृष्ठभागावर गुहिका (Cavity) तयार होतात. गुहिकांचा पृष्ठभाग गुळगुळीत असतो, २) घनीभवनात घडून येणाऱ्या आकुंचनामुळे जे दोष निर्माण होतात, त्याचा पृष्ठभाग खडबडीत व शाखाकार संरचनेचा (dendritic) असतो. काही वेळा हा दोष विदारण किंवा रस फाटल्यासारखा दिसतो (Tears), ३) सच्छिद्रता (Gas porosity) : हा दोष शक्यतो शेवटी थंड होणाऱ्या भागात आढळतो. पृष्ठभागावर बरेचसे मशिनिंग झाल्यावर दोष दिसू लागतो किंवा दोन भाग जिथे जोडले जातात त्या जोडाच्या ठिकाणी दोष आढळतो. कास्टिंगला दाब तपासणी (Pressure Test) असेल तर कास्टिंग गळते (Leakage).
२ व ३ या प्रकारचे दोष बऱ्याच वेळेस आकुंचन व वायू यांच्या एकत्रित परिणामामुळे येऊ शकतात.
दोषांचे निवारण : दोषांचे निवारण करण्यासाठी : १) कास्टिंगच्या जाडीनुसार रसाचे रासायनिक गुणधर्म, तापमान हे निश्चित करावे. रसाचे ऑक्सिडीकरण झालेले नसावे, २) साचा ताकदवान असावा, ३) प्रवेशद्वारांची रचना, फिडरची रचना व आकार योग्य असावे. कास्टिंगवर पुरेसा दाब (Pressure head) असावा, ४) फर्म्यामध्ये धारदार कोपरे नसावेत. अशा सर्व ठिकाणी गोलाकार (Radius) निर्माण करावेत.
१) वाळूची धूप होऊन कास्टिंगमध्ये वाळू कणांचा समावेश होणे (Sand Wash and Sand Inciusion) : दोषाचे दृश्य स्वरूप – कास्टिंगमध्ये वाळू कणांचा समावेश झालेला दिसतो. वाळू कण पृष्ठभागावर तर काही वेळेस मशिनिंग झाल्यावर आतमध्ये दिसून येतात.
कारणे : १) गरम वाळू मिश्रण, २) वाळू व माती (Clay) यांचे संतुलन बिघडणे, ३) मिश्रण चांगले मळले न जाणे, ४) धातू रसाचा प्रवाह खळखळता (Turbulent) असणे.
२) पापडी दोष (Scab) : यामध्ये दोन प्रकार असतात. धूप पद्धतीची पापडी (Erosion Scab) आणि प्रसरण पद्धतीची पापडी (Expansion Scab)
धूप पद्धतीची पापडी : दृश्य स्वरूप : साच्यामध्ये एखाद्या ठिकाणी रस खळाळता राहिला किंवा उकळला गेला तर त्या ठिकाणची वाळू वाहून जाते. वाळू निघून गेलेल्या ठिकाणी वाळू व धातू रस यांचे मिश्रण दिसून येते. वाहून गेलेली वाळू कास्टिंगच्या पृष्ठभागावर विखुरली जाते.
कारणे : १) पाण्याचे प्रमाण वाढणे : मिश्रणात धूळ (Fines) व कर्बयुक्त समावेशके (Carbonaceous Additions) जास्त झाल्यास पाण्याचे प्रमाण पण वाढवावे लागते, २) मिश्रणाची तप्त ताकद कमी पडणे, ३) मिश्रण मळण्याचा वेळ कमी पडणे.
वरील कारणे नाहीशी केल्यास दोषाचे निवारण होते.
प्रसरण पद्धतीची पापडी :दृश्य स्वरूप : कास्टिंगच्या पृष्ठभागावर पृष्ठभागास जोडलेला पातळ पत्रा आढळून येतो. हा पत्रा काढल्यास आतमध्ये वाळू दिसून येते. वाळू दूर केली की पृष्ठभागावर खड्डा तयार होतो.
कारणे : १) पाण्याचे प्रमाण जास्त असणे, २) अतिशय कठीण साचा (Hard mould due to excessive Ramming), ३) धातू रसाचे उच्च तापमान, ४) धातू साच्यात जाण्यासाठी चुकीच्या पद्धतीने ठेवलेली प्रवेशद्वारे, ५) कर्बयुक्त समावेशकांचे प्रमाण कमी पडणे.
वरील कारणांवर काम केल्यास दोष दूर होतो.
३) उंदराची शेपटी पृष्ठभागावर ओढली गेल्यासारखा दोष (Rat Tails) : दृश्य स्वरूप : पृष्ठभाग दबला जाऊन उंदराने शेपटी ओढत नेल्यासारखा खड्डा दिसून येतो.
हा दोष म्हणजे पापडी पद्धतीच्या दोषाची सुरवात असते. त्यामुळे वर दिलेल्या कारणांवर काम केल्यास दोष नाहीसा होतो.
४) धातूरस साच्यात घुसणे (Metal Penetration) : दृश्य स्वरूप : कास्टिंगचा पृष्ठभाग खराब होतो व कास्टिंग साफ करण्यास वेळ लागतो.
कारणे : १) वाळू कणांचा आकार मोठा असणे, २) साच्याचे काठिण्य कमी पडणे, ३) धातू रसाचे उच्च तापमान, ४) साच्यावरील अधिक दाब (High Ferrostatic pressure), ५) वायू निर्गत (Venting) कमी पडणे, ६) वाळू मिश्रणात वाळू, माती व पाणी यांचे संतुलन बिढडणे.
वरील कारणे नाहीशी केल्यास दोषाचे निवारण होते.
वायूमुळे निर्माण होणारे दोष : १) टाचणीच्या टोकाच्या आकाराची छिद्रे किंवा सूचिछिद्रे (Pin Holes), २) थोड्याशा मोठ्या आकाराची छिद्रे (Blow Holes), ३) कापड हाताने फाडले तर फाडलेला भाग जसा दिसतो तशी दिसणारी छिद्रे (Gas Fissures/Tares), ४) सच्छिद्रता (Gas Porosity) :
वायूमुळे निर्माण होणारे दोष हे मूलतः पुढील कारणामुळे उत्पन्न होतात : १) दोष निर्माण झालेल्या जागी वायूचा दाब रसावरील दाबापेक्षा जास्त आहे, २) वायू पूर्णपणे बाहेर पडण्यापूर्वी रसाचे घनीभवन झाले आहे.
दोषास जबाबदार असणारे वायू पुढीलप्रमाणे असू शकतात : १) हायड्रोजन, २) बाष्पापासून निर्माण झालेली वाफ, ३) नायट्रोजन, ४) कार्बन मोनॉक्साइड.
कोणत्या वायूमुळे दोष निर्माण झाला हे ओळखण्याचे काही ठोकताळे आहेत : १) हायड्रोजनमुळे निर्माण होणाऱ्या छिद्रांचा पृष्ठभाग चकचकीच असतो, २) वाफेमुळे छिद्रांना काळसर रंग येतो, ३) नायट्रोजनमुळे धातू फाटल्यासारखा वाटतो (Gas Fissures), ४) कार्बन मोनॉक्साइडमुळे येणारी छिद्रे किंचित काळपट निळसर असतात.
वायू निर्माण होण्याची कारणे : अ) विरघळलेले वायू (Dissolved Gases) : ज्याप्रमाणे द्रव स्थितीत एक धातू दुसऱ्या धातूत विरघळतो, त्याप्रमाणे वायू हा द्रव धातूत विरघळलेल्या स्थितीत असतो. घनस्थितीतील विद्राव्यता ही द्रव अवस्थेतील विद्राव्यतपेक्षा कमी असते. त्यामुळे घनीभवन होताना वायू द्रवातून बाहेर पडतात व धातू द्रव अवस्थेत असेपर्यंत ते पूर्णतः बाहेर प़डू न शकल्यामुळे घन धातूत ते अडकतात व दोष निर्माण होतात.
द्रव धातूमध्ये वायूंचा समावेश होण्याची कारणे पुढीलप्रमाणे आहेत : १) अस्वच्छ, गंजलेले किंवा जळलेले स्क्रॅप, २) द्रव धातूमध्ये जस्त, कथिल, बॅबिट, अल्युमिनियम इत्यादी अलोह धातूंच्या वाफेचा समावेश होणे., ३) चुकीच्या पद्धतीने क्युपोला चालवणे (उदा. कोळशाच्या तुलनेत हवा जास्त), ४) इंडक्शन भट्टीत धातू वितळल्यानंतर व योग्य तापमानास आल्यानंतर तो लगेच न ओतता भट्टीमध्येच तो ठेवणे (Holding), ५) भट्टी किंवा किटल्या यांचे ओले अस्तर.
नायट्रोजनचे मूळ पोलादी स्क्रॅप, कार्बन वाढवण्यासाठी वापरण्यात येणारी समावेशके, साचा व गाभा बनवण्यासाठी उपयोगात आलेले उच्च हायड्रोजन रेझिन यामध्ये सापडेल. विरघळलेल्या वायूमुळे पुढील दोष निर्माण होतात : १) सूचिछिद्रे (Pin holes) : यांचा आकार खूप छोटा असतो. कमी जाडीच्या व ओल्या रेतीत काढलेल्या कास्टिंगमध्ये हा दोष जास्त प्रमाणात आढळतो. धातूमध्ये समावेश असणारे ०.००५ – ०.०२ प्रतिशत इतक्या कमी प्रमाणात असणारे अल्युमिनियमदेखील दोष उत्पन्न करण्यास मदत करते. सूचिछिद्रांचा पृष्ठभाग शक्यतो चकचकीत असतो, २) धातू फाटणे (Gas Fissures) : हा दोष शक्यतो जाड व ०.०१० प्रतिशत यापेक्षा जास्त प्रमाणात नायट्रोजनचा समावेश असणाऱ्या कास्टिंगमध्ये आढळतो. धातूमध्ये ०.०२-०.०३ प्रतिशत इतके टायटॅनियम मिसळल्यास दोष कमी होतो. द्रव धातूत नायट्रोजनबरोबर हायड्रोजनचा समावेश असेल तर दोष वाढण्यास मदत होते.
ब) साचा व गाभा यामुळे निर्माण होणारा दोष (Evolved Gases) : द्रव धातू ओतला की साचा व गाभा गरम होतात व त्यामधील बंधकापासून वायू निर्माण होतात व घनीभवन होताना धातूत अडकतात. या पद्धतीच्या वायूंचे मूळ हे पाणी, कोळशाची भुकटी व गाभ्यासाठी वापरलेली बंधके यात सापडेल.
दोष टाळण्यासाठी पुढील गोष्टी महत्त्वाच्या आहेत : १) वाळूचा योग्य तो AFS गुणांक, २) साच्याची चांगली सच्छिद्रता, ३) पाण्याचे प्रमाण कमीत कमी.
क) रासायनिक क्रियेतून निर्माण होणारे दोष (Reaction Gases) : यासाठी पुढील गोष्टी कारणीभूत होतात : १) काही प्रमाणात ऑक्सिडीकरण होऊन FeO तयार झालेले असते, २) धातूमध्ये जास्त मँगेनीज किंवा जास्त सल्फर असेल तर Fes + mn mns + fe ही क्रिया घडून येते. Mns, feo मध्ये विरघळते. त्यामुळे अतिशय पातळ मळी तयार होते. ही मळी सहजासहजी अलग करता येत नाही. मळी साच्यात जाते व पुढील क्रिया घडून येते- feo + c (द्रवधातूतील) fe co.
कार्बन मोनॉक्साइड अडकल्यामुळे छिद्रे तयार होतात. अशा प्रकारच्या छिद्रांना मळीयुक्त छिद्रे (Slag Blow Hole) असे म्हणतात.
वरील माहितीचा उपयोग करून दोषाच्या मुळापर्यंत जाण्यासाठी : १) दोष येण्याची जागा कास्टिंगच्या वरच्या पृष्ठभागावर आहे की खालच्या पृष्ठभागावर, २) साच्यामध्ये प्रवेश होणाऱ्या पहिल्या धातूत आहे की शेवटी घनीभवन होणाऱ्या रसात, ३) छिद्रांसोबत मळी दिसते का, ४) छिद्रे लहान चकचकीत आहेत की रस फाटल्यासारखी आहेत, छिद्रांचा रंग कसा आहे या गोष्टींचे निरीक्षण करणे आवश्यक ठरते.
संदर्भ : American Foundry Society (AFS) Ductile Iron Handbook, USA, 1 January 1992.
समीक्षक : प्रवीण देशपांडे
