کاسٹ لوہاآئرن کاربن مرکبات کا ایک گروپ ہے جس میں کاربن کی مقدار 2% سے زیادہ ہے۔اس کی افادیت اس کے نسبتاً کم پگھلنے والے درجہ حرارت سے حاصل ہوتی ہے۔کھوٹ کے اجزاء ٹوٹنے پر اس کے رنگ کو متاثر کرتے ہیں: سفید کاسٹ آئرن میں کاربائیڈ کی نجاست ہوتی ہے جو دراڑوں کو سیدھے سے گزرنے دیتی ہے، سرمئی کاسٹ آئرن میں گریفائٹ فلیکس ہوتے ہیں جو گزرتے ہوئے شگاف کو موڑ دیتے ہیں اور مواد کے ٹوٹنے کے ساتھ ہی لاتعداد نئی دراڑیں شروع کر دیتے ہیں، اور ڈکٹائل کاسٹ آئرن کروی ہوتا ہے۔ گریفائٹ "نوڈولس" جو شگاف کو مزید بڑھنے سے روکتے ہیں۔

کاربن (C) 1.8 سے 4 wt٪ تک، اور سلکان (Si) 1–3 wt٪، کاسٹ آئرن کے اہم مرکب عناصر ہیں۔کم کاربن مواد کے ساتھ لوہے کے مرکب سٹیل کے طور پر جانا جاتا ہے.

کاسٹ آئرن ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہوتا ہے، سوائے خراب کاسٹ آئرن کے۔اس کے نسبتاً کم پگھلنے کے نقطہ، اچھی روانی، کاسٹ ایبلٹی، بہترین مشینی صلاحیت، اخترتی کے خلاف مزاحمت اور پہننے کی مزاحمت کے ساتھ، کاسٹ آئرن وسیع پیمانے پر ایپلی کیشنز کے ساتھ ایک انجینئرنگ مواد بن گیا ہے اور پائپوں، مشینوں اور آٹوموٹو انڈسٹری کے پرزوں، جیسے سلنڈر میں استعمال ہوتا ہے۔ ہیڈز، سلنڈر بلاکس اور گیئر باکس کیسز۔یہ آکسیکرن سے ہونے والے نقصان کے خلاف مزاحم ہے۔

قدیم ترین کاسٹ آئرن نوادرات 5 ویں صدی قبل مسیح کے ہیں، اور ماہرین آثار قدیمہ نے اس جگہ سے دریافت کیا جو اب چین میں جیانگسو ہے۔کاسٹ آئرن کو قدیم چین میں جنگ، زراعت اور فن تعمیر کے لیے استعمال کیا جاتا تھا۔15 ویں صدی کے دوران، کاسٹ آئرن برگنڈی، فرانس اور انگلستان میں اصلاح کے دوران توپ کے لیے استعمال ہوا۔توپ کے لیے استعمال ہونے والے کاسٹ آئرن کی مقدار کے لیے بڑے پیمانے پر پیداوار کی ضرورت ہوتی تھی۔ پہلا کاسٹ آئرن پل 1770 کی دہائی کے دوران ابراہیم ڈاربی III نے بنایا تھا، اور اسے انگلینڈ کے شروپ شائر میں دی آئرن برج کے نام سے جانا جاتا ہے۔عمارتوں کی تعمیر میں کاسٹ آئرن بھی استعمال ہوتا تھا۔

مرکب عناصر

کاسٹ آئرن کی خصوصیات کو مختلف مرکب عناصر، یا ملاوٹ شامل کرکے تبدیل کیا جاتا ہے۔کاربن کے آگے، سلیکون سب سے اہم مرکب ہے کیونکہ یہ کاربن کو محلول سے باہر کرنے پر مجبور کرتا ہے۔سلکان کی کم فیصد کاربن کو آئرن کاربائیڈ بنانے اور سفید کاسٹ آئرن کی پیداوار کے محلول میں رہنے دیتی ہے۔سلکان کی ایک اعلی فیصد کاربن کو گریفائٹ بنانے والے محلول اور گرے کاسٹ آئرن کی پیداوار سے باہر کرنے پر مجبور کرتی ہے۔دیگر ملاوٹ کرنے والے ایجنٹ، مینگنیج، کرومیم، مولیبڈینم، ٹائٹینیم اور وینیڈیم سلکان کا مقابلہ کرتے ہیں، کاربن کی برقراری کو فروغ دیتے ہیں، اور ان کاربائیڈز کی تشکیل کو فروغ دیتے ہیں۔نکل اور تانبا طاقت اور مشینی صلاحیت میں اضافہ کرتے ہیں، لیکن گریفائٹ کی مقدار کو تبدیل نہیں کرتے ہیں۔گریفائٹ کی شکل میں کاربن ایک معتدل لوہے کے نتیجے میں، سکڑنے کو کم کرتا ہے، طاقت کو کم کرتا ہے، اور کثافت کو کم کرتا ہے۔سلفر، زیادہ تر ایک آلودگی جب موجود ہوتا ہے، آئرن سلفائیڈ بناتا ہے، جو گریفائٹ کی تشکیل کو روکتا ہے اور سختی کو بڑھاتا ہے۔سلفر کا مسئلہ یہ ہے کہ یہ پگھلے ہوئے کاسٹ آئرن کو چپچپا بنا دیتا ہے، جس سے نقائص پیدا ہوتے ہیں۔سلفر کے اثرات کا مقابلہ کرنے کے لیے، مینگنیج کو شامل کیا جاتا ہے کیونکہ دونوں آئرن سلفائیڈ کی بجائے مینگنیج سلفائیڈ میں تبدیل ہوتے ہیں۔مینگنیج سلفائیڈ پگھلنے سے ہلکا ہوتا ہے، اس لیے یہ پگھلنے سے باہر اور سلیگ میں تیرنے کا رجحان رکھتا ہے۔سلفر کو بے اثر کرنے کے لیے ضروری مینگنیج کی مقدار 1.7 × سلفر مواد + 0.3% ہے۔اگر مینگنیز کی اس مقدار سے زیادہ مقدار میں شامل کیا جائے تو مینگنیج کاربائیڈ بنتا ہے، جو سختی اور ٹھنڈک کو بڑھاتا ہے، سوائے سرمئی آئرن کے، جہاں مینگنیج کی 1% تک طاقت اور کثافت میں اضافہ ہوتا ہے۔

نکل سب سے زیادہ عام ملاوٹ کرنے والے عناصر میں سے ایک ہے کیونکہ یہ پرلائٹ اور گریفائٹ کی ساخت کو بہتر بناتا ہے، سختی کو بہتر بناتا ہے، اور سیکشن کی موٹائی کے درمیان سختی کے فرق کو ختم کرتا ہے۔مفت گریفائٹ کو کم کرنے، ٹھنڈ پیدا کرنے، اور یہ ایک طاقتور کاربائیڈ سٹیبلائزر ہونے کے لیے تھوڑی مقدار میں کرومیم شامل کیا جاتا ہے۔نکل اکثر مل کر شامل کیا جاتا ہے.ٹن کی تھوڑی مقدار 0.5% کرومیم کے متبادل کے طور پر شامل کی جا سکتی ہے۔ٹھنڈ کو کم کرنے، گریفائٹ کو بہتر بنانے اور روانی کو بڑھانے کے لیے تانبے کو لاڈلے یا بھٹی میں 0.5-2.5% کے آرڈر پر شامل کیا جاتا ہے۔مولبڈینم کو 0.3-1% کے آرڈر پر شامل کیا جاتا ہے تاکہ سردی کو بڑھانے اور گریفائٹ اور پرلائٹ کی ساخت کو بہتر بنایا جا سکے۔اسے اکثر نکل، کاپر اور کرومیم کے ساتھ ملا کر اعلی طاقت والے آئرن بنانے کے لیے شامل کیا جاتا ہے۔ٹائٹینیم کو ڈیگاسر اور ڈی آکسیڈائزر کے طور پر شامل کیا جاتا ہے، لیکن یہ روانی کو بھی بڑھاتا ہے۔0.15–0.5% وینیڈیم کو کاسٹ آئرن میں شامل کیا جاتا ہے تاکہ سیمنٹائٹ کو مستحکم کیا جا سکے، سختی میں اضافہ ہو اور پہننے اور گرمی کے خلاف مزاحمت بڑھ سکے۔0.1–0.3% زرکونیم گریفائٹ بنانے، ڈی آکسائڈائز کرنے اور روانی کو بڑھانے میں مدد کرتا ہے۔

خراب لوہے کے پگھلنے میں، بسمتھ کو 0.002–0.01% کے پیمانے پر شامل کیا جاتا ہے، تاکہ اس میں اضافہ کیا جا سکے کہ سلکان کی مقدار کتنی ہو سکتی ہے۔سفید آئرن میں، بوران کو خراب آئرن کی پیداوار میں مدد کے لیے شامل کیا جاتا ہے۔یہ بسمتھ کے کھردرے اثر کو بھی کم کرتا ہے۔

گرے کاسٹ آئرن

گرے کاسٹ آئرن اس کے گرافیٹک مائیکرو اسٹرکچر کی خصوصیت رکھتا ہے، جس کی وجہ سے مواد کے فریکچر سرمئی شکل اختیار کرتے ہیں۔یہ وزن کی بنیاد پر سب سے زیادہ استعمال ہونے والا کاسٹ آئرن اور سب سے زیادہ استعمال ہونے والا کاسٹ میٹریل ہے۔زیادہ تر کاسٹ آئرن کی کیمیائی ساخت 2.5–4.0% کاربن، 1–3% سلکان اور بقیہ آئرن ہوتی ہے۔گرے کاسٹ آئرن میں اسٹیل کی نسبت کم تناؤ کی طاقت اور جھٹکا مزاحمت ہے، لیکن اس کی کمپریشن طاقت کا موازنہ کم اور درمیانے کاربن اسٹیل سے کیا جاسکتا ہے۔یہ مکینیکل خصوصیات مائیکرو اسٹرکچر میں موجود گریفائٹ فلیکس کے سائز اور شکل سے کنٹرول کی جاتی ہیں اور ASTM کی طرف سے دی گئی ہدایات کے مطابق خصوصیات کی جا سکتی ہیں۔

سفید کاسٹ آئرن

سفید کاسٹ آئرن سیمنٹائٹ نامی آئرن کاربائیڈ پرسیپیٹیٹ کی موجودگی کی وجہ سے سفید ٹوٹی ہوئی سطحوں کو دکھاتا ہے۔کم سلکان مواد (گرافیٹائزنگ ایجنٹ) اور تیز ٹھنڈک کی شرح کے ساتھ، سفید کاسٹ آئرن میں کاربن میٹاسٹیبل فیز سیمنٹائٹ، Fe کے طور پر پگھلنے سے باہر نکل جاتا ہے۔₃سی، گریفائٹ کے بجائے۔سیمنٹائٹ جو پگھلنے سے نکلتا ہے نسبتاً بڑے ذرات بنتا ہے۔جیسے جیسے آئرن کاربائیڈ خارج ہوتا ہے، یہ کاربن کو اصل پگھل سے نکال لیتا ہے، مرکب کو اس کی طرف لے جاتا ہے جو یوٹیکٹک کے قریب ہوتا ہے، اور بقیہ مرحلہ لوئر کاربن آسٹنائٹ ہے (جو ٹھنڈا ہونے پر مارٹینائٹ میں تبدیل ہو سکتا ہے)۔یہ eutectic کاربائیڈز بہت زیادہ بڑی ہیں جو اس کا فائدہ فراہم کرنے کے لیے ہیں جسے ورن کی سختی کہا جاتا ہے (جیسا کہ کچھ اسٹیلز میں، جہاں سیمنٹائٹ کے بہت چھوٹے پرسیفیٹیٹ خالص آئرن فیرائٹ میٹرکس کے ذریعے نقل مکانی کی نقل و حرکت کو روک کر [پلاسٹک کی خرابی] کو روک سکتے ہیں)۔بلکہ، وہ کاسٹ آئرن کی بلک سختی کو محض اپنی بہت زیادہ سختی اور ان کے حجم کے کافی حصے کی وجہ سے بڑھاتے ہیں، اس طرح کہ مرکب کے اصول سے بلک سختی کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے۔کسی بھی صورت میں، وہ سختی کی قیمت پر سختی پیش کرتے ہیں.چونکہ کاربائیڈ مواد کا ایک بڑا حصہ بناتا ہے، سفید کاسٹ آئرن کو معقول طور پر ایک سرمیٹ کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔سفید لوہا بہت سے ساختی اجزاء میں استعمال کے لیے بہت ٹوٹنے والا ہے، لیکن اچھی سختی اور کھرچنے کے خلاف مزاحمت اور نسبتاً کم قیمت کے ساتھ، اس کا استعمال سلوری پمپوں، شیل لائنرز اور گیند میں لفٹر بارس کے پہننے کی سطحوں (امپلر اور والیٹ) جیسی ایپلی کیشنز میں پایا جاتا ہے۔ ملز اور آٹوجینس پیسنے والی ملیں، کوئلے کے پلورائزر میں گیندیں اور انگوٹھیاں، اور بیکہو کی کھودنے والی بالٹی کے دانت (حالانکہ اس ایپلی کیشن کے لیے کاسٹ میڈیم کاربن مارٹینیٹک اسٹیل زیادہ عام ہے)۔

موٹی کاسٹنگز کو اتنی تیزی سے ٹھنڈا کرنا مشکل ہے کہ پگھلنے کو پورے راستے میں سفید کاسٹ آئرن کی طرح ٹھنڈا کر دیا جائے۔تاہم، تیزی سے ٹھنڈک کا استعمال سفید کاسٹ آئرن کے خول کو مضبوط کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے، جس کے بعد باقی ماندہ زیادہ آہستہ سے ٹھنڈا ہو کر گرے کاسٹ آئرن کا بنیادی حصہ بنتا ہے۔نتیجے میں کاسٹنگ، کہا جاتا ہے aٹھنڈا کاسٹنگ، کسی حد تک سخت داخلہ کے ساتھ سخت سطح کے فوائد ہیں۔

ہائی-کرومیم سفید لوہے کے مرکب بڑے پیمانے پر کاسٹنگ (مثال کے طور پر، ایک 10-ٹن امپیلر) کو ریت کاسٹ کرنے کی اجازت دیتے ہیں، کیونکہ کرومیم مواد کی زیادہ موٹائی کے ذریعے کاربائڈز بنانے کے لیے درکار ٹھنڈک کی شرح کو کم کرتا ہے۔کرومیم متاثر کن رگڑنے کے خلاف مزاحمت کے ساتھ کاربائیڈ بھی تیار کرتا ہے۔یہ اعلی کرومیم مرکب اپنی اعلی سختی کو کرومیم کاربائڈز کی موجودگی سے منسوب کرتے ہیں۔ان کاربائڈز کی اہم شکل eutectic یا بنیادی M ہیں۔₇C₃کاربائیڈز، جہاں "M" لوہے یا کرومیم کی نمائندگی کرتا ہے اور مرکب کی ساخت کے لحاظ سے مختلف ہو سکتا ہے۔eutectic کاربائیڈز کھوکھلی ہیکساگونل سلاخوں کے بنڈل کے طور پر بنتی ہیں اور مسدس بیسل جہاز پر کھڑے ہو کر بڑھتی ہیں۔ان کاربائڈز کی سختی 1500-1800HV کی حد کے اندر ہے۔

قابل تسخیر کاسٹ آئرن

خراب آئرن سفید آئرن کاسٹنگ کے طور پر شروع ہوتا ہے جس کے بعد تقریباً 950 °C (1,740 °F) پر ایک یا دو دن تک گرمی کا علاج کیا جاتا ہے اور پھر ایک یا دو دن میں ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔نتیجے کے طور پر، آئرن کاربائیڈ میں کاربن گریفائٹ اور فیرائٹ پلس کاربن (آسٹینائٹ) میں تبدیل ہو جاتا ہے۔سست عمل سطح کے تناؤ کو گریفائٹ کو فلیکس کی بجائے کروی ذرات میں بنانے دیتا ہے۔ان کے کم پہلو کے تناسب کی وجہ سے، اسفیرائڈز نسبتاً چھوٹے اور ایک دوسرے سے دور ہوتے ہیں، اور ان کا ایک نچلا کراس سیکشن ہوتا ہے جس میں پروپیگیٹنگ شگاف یا فونون ہوتا ہے۔فلیکس کے برعکس ان کی دو ٹوک حدود بھی ہیں، جو گرے کاسٹ آئرن میں پائے جانے والے تناؤ کے ارتکاز کے مسائل کو کم کرتی ہیں۔عام طور پر، کمزور کاسٹ آئرن کی خصوصیات ہلکے اسٹیل کی طرح زیادہ ہوتی ہیں۔اس کی ایک حد ہوتی ہے کہ کسی حصے کو خراب کرنے والے لوہے میں کتنا بڑا ڈالا جا سکتا ہے، کیونکہ یہ سفید کاسٹ آئرن سے بنا ہے۔

ڈکٹائل کاسٹ آئرن