Inconel 718 की मशीनिंग के लिए सामान्यतः कौन-से कटिंग टूल मटेरियल उपयोग होते हैं?

Inconel 718 की मशीनिंग — जो एक वर्षा-सख्त (precipitation-hardenable) निकेल-क्रोमियम सुपरएलॉय है — विनिर्माण जगत की सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है। इसका कारण है इसकी उच्च तापमान पर भी मजबूती बनाए रखने की क्षमता, तीव्र वर्क-हार्डनिंग प्रवृत्ति और अत्यधिक घर्षणकारी सूक्ष्म-संरचना। परिणामस्वरूप, टूल सामग्री का चयन केवल पसंद का विषय नहीं बल्कि एक महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग निर्णय है, जो संचालन की व्यवहार्यता, लागत और सफलता को निर्धारित करता है। Inconel 718 की आक्रामक प्रकृति सामान्य उपकरणों को बहुत तेजी से नष्ट कर देती है, इसलिए विशेष, उच्च-प्रदर्शन सब्सट्रेट और कोटिंग्स का उपयोग अनिवार्य है।

1. कार्बाइड सब्सट्रेट: मुख्य कार्य-घोड़ा

अधिकांश CNC मिलिंग और CNC टर्निंग संचालन में, Inconel 718 पर कार्बाइड उपकरण मानक और सबसे बहुमुखी विकल्प हैं। हालांकि, सभी कार्बाइड समान नहीं होते।

• सब-माइक्रोग्रेन या अल्ट्रा-फाइन ग्रेन कार्बाइड: मानक कार्बाइड ग्रेड में आवश्यक कठोरता और तापीय प्रतिरोध की कमी होती है। इसलिए, सब-माइक्रोग्रेन (0.5 µm से छोटे ग्रेन आकार) कार्बाइड आवश्यक हैं। इनकी अत्यंत महीन सूक्ष्म-संरचना उच्च कठोरता (घर्षण घिसाव का प्रतिरोध करने के लिए) और उच्च अनुप्रस्थ टूटन शक्ति (टुकड़े-टुकड़े होने से रोकने के लिए) के बीच एक आदर्श संतुलन प्रदान करती है।

• हेवी-एज प्रिपरेशन: बहुत तीखा कटिंग किनारा नॉचिंग और थर्मल क्रैकिंग के लिए अत्यधिक संवेदनशील होता है। इसलिए, Inconel 718 के लिए उपकरणों में परिभाषित “होन” (किनारा गोलाई) या “T-लैंड” (चम्फर) दिया जाता है। यह कटिंग एज को मजबूत बनाता है, तनाव सांद्रण को कम करता है और टूल-वर्कपीस इंटरफेस पर उत्पन्न उच्च तापमान को बेहतर ढंग से संभालने में मदद करता है।

2. उन्नत कोटिंग्स: तापीय अवरोध

Inconel 718 पर बिना कोटिंग वाला कार्बाइड उपकरण बहुत जल्दी विफल हो जाता है। कोटिंग वैकल्पिक नहीं है; यह ताप और प्रसार (diffusion) से निपटने के लिए एक आवश्यक कार्यात्मक परत है।

• PVD (Physical Vapor Deposition) कोटिंग्स: PVD TiAlN (Titanium Aluminum Nitride) और इसके संस्करण (जैसे AlTiN) स्वर्ण मानक हैं। एल्युमिनियम की उपस्थिति उच्च तापमान पर एक स्थिर, सुरक्षात्मक एल्युमिनियम ऑक्साइड परत बनाती है, जो गर्मी को सब्सट्रेट से हटाकर चिप में परावर्तित करती है। नवीनतम पीढ़ियाँ, जैसे nACo (नैनोकंपोजिट) कोटिंग्स, और भी अधिक कठोरता और तापीय स्थिरता प्रदान करती हैं। ये पतली, कठोर कोटिंग्स तेज, सटीक कटिंग एज बनाए रखती हैं, जो कटिंग बलों को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

• CVD (Chemical Vapor Deposition) कोटिंग्स: जबकि TiCN या Al₂O₃ जैसी CVD कोटिंग्स अत्यधिक कठोर और घिसाव-प्रतिरोधी होती हैं, वे Inconel की मिलिंग जैसी बाधित कटिंग में कम उपयुक्त हैं, क्योंकि उनकी मोटी और भंगुर प्रकृति माइक्रो-चिपिंग का कारण बन सकती है। वे आमतौर पर केवल बहुत स्थिर, सतत टर्निंग संचालन में उपयोग की जाती हैं।

3. सर्मेट और सर्मेट-प्रबलित कार्बाइड

उन फिनिशिंग ऑपरेशनों के लिए जहाँ उत्कृष्ट सतह फिनिश और कड़े टॉलरेंस की आवश्यकता होती है, सर्मेट (सेरामिक-मेटल मिश्रित) ग्रेड प्रभावी साबित हो सकते हैं। वे बेहतर किनारा तीक्ष्णता, उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध और कम घर्षण प्रदान करते हैं, जिससे “बिल्ट-अप एज” को नियंत्रित करने में मदद मिलती है। हालांकि, उनकी भंगुरता उन्हें रफिंग या बाधित कटिंग के लिए अनुपयुक्त बनाती है।

4. गंभीर अनुप्रयोगों के लिए गैर-कार्बाइड समाधान

उच्च मात्रा उत्पादन या विशिष्ट कार्यों के लिए, अधिक उन्नत उपकरण सामग्री का उपयोग किया जाता है।

• सिलिकॉन नाइट्राइड (SiAlON) सिरेमिक: ये उपकरण निकल-आधारित सुपरएलॉय की उच्च गति सेमी-फिनिशिंग और रफिंग में उत्कृष्ट प्रदर्शन करते हैं। वे कार्बाइड से 5 से 10 गुना अधिक सतह गति पर चल सकते हैं, बशर्ते मशीन और सेटअप अत्यधिक कठोर हों। उनकी असाधारण गर्म कठोरता उन्हें उन चरम तापमानों पर भी प्रभावी बनाती है जहाँ कार्बाइड नरम हो जाता है। हालाँकि, ये भंगुर होते हैं और किसी भी प्रकार के झटके या बाधा को सहन नहीं कर सकते।

• क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड (CBN): CBN कटिंग टूल्स के लिए दूसरा सबसे कठोर पदार्थ है। कम CBN सामग्री (सेरामिक बाइंडर के साथ) का उपयोग कठोर सामग्रियों की सतत कटिंग में किया जाता है। Inconel 718 की नरम (solution-treated) अवस्था के लिए, उच्च CBN सामग्री वाले ग्रेड कभी-कभी फिनिशिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं — वे उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध और सटीक टॉलरेंस बनाए रखने की क्षमता प्रदान करते हैं। हालांकि, उनकी उच्च लागत और कंपन के प्रति संवेदनशीलता उनके उपयोग को सीमित करती है।

• पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड (PCD): PCD का उपयोग फेरस धातुओं, जैसे Inconel, की मशीनिंग के लिए अनुशंसित नहीं है क्योंकि उच्च तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया (ग्रेफिटाइजेशन) के कारण यह बहुत तेजी से घुल जाता है।

उपकरण अनुप्रयोग के लिए इंजीनियरिंग विचार

टूल सामग्री का चयन केवल समीकरण का एक भाग है। Inconel 718 जैसी कठिन सामग्री की सफल मशीनिंग के लिए एक समग्र रणनीति आवश्यक है:

• कठोरता सर्वोपरि है: कोई भी कंपन या चटर किसी भी ग्रेड के टूल को तुरंत नष्ट कर सकता है। इसलिए, मजबूत मशीन, छोटा टूल एक्सटेंशन और ठोस वर्कहोल्डिंग अनिवार्य हैं।

• कूलेंट रणनीति: उच्च-दबाव, थ्रू-टूल कूलेंट की दृढ़ता से अनुशंसा की जाती है। यह न केवल थर्मल शॉक को कम करता है और चिप्स को हटाता है, बल्कि चिप ब्रेकिंग में भी मदद करता है, जिससे टूल एज सुरक्षित रहता है।

• अनुकूलित मशीनिंग पैरामीटर: एक नियंत्रित रेडियल डेप्थ ऑफ कट और पर्याप्त फीड रेट आवश्यक है ताकि कटिंग पिछले पास की वर्क-हार्डन की गई परत के नीचे हो।