घन द्रावण मजबूत करणे

१. व्याख्या

अशी घटना ज्यामध्ये मिश्रधातूचे घटक मूळ धातूमध्ये विरघळवले जातात ज्यामुळे काही प्रमाणात जाळीचे विकृतीकरण होते आणि त्यामुळे मिश्रधातूची ताकद वाढते.

२. तत्व

घन द्रावणात विरघळलेले विद्राव्य अणू जाळीचे विकृतीकरण करतात, ज्यामुळे विस्थापन हालचालीचा प्रतिकार वाढतो, घसरणे कठीण होते आणि मिश्रधातूच्या घन द्रावणाची ताकद आणि कडकपणा वाढतो. विशिष्ट विद्राव्य घटक विरघळवून घन द्रावण तयार करून धातूला बळकटी देण्याच्या या घटनेला घन द्रावण मजबूतीकरण म्हणतात. जेव्हा विद्राव्य अणूंची सांद्रता योग्य असते, तेव्हा पदार्थाची ताकद आणि कडकपणा वाढवता येतो, परंतु त्याची कडकपणा आणि प्लॅस्टिकिटी कमी झाली आहे.

३. प्रभाव पाडणारे घटक

द्राव्य अणूंचा अणु अंश जितका जास्त असेल तितका बळकटीकरण प्रभाव जास्त असतो, विशेषतः जेव्हा अणु अंश खूप कमी असतो, तेव्हा बळकटीकरण प्रभाव अधिक लक्षणीय असतो.

द्राव्य अणू आणि मूळ धातूच्या अणु आकारातील फरक जितका जास्त असेल तितका बळकटीकरणाचा परिणाम जास्त असेल.

इंटरस्टिशियल विद्राव्य अणूंचा प्रतिस्थापन अणूंपेक्षा घन द्रावण मजबूत करण्याचा प्रभाव जास्त असतो आणि शरीर-केंद्रित घन क्रिस्टल्समधील इंटरस्टिशियल अणूंचा जाळीचा विरूपण असममित असल्याने, त्यांचा मजबूत करण्याचा प्रभाव चेहरा-केंद्रित घन क्रिस्टल्सपेक्षा जास्त असतो; परंतु इंटरस्टिशियल अणूंची घन विद्राव्यता खूप मर्यादित असते, म्हणून प्रत्यक्ष मजबूत करण्याचा प्रभाव देखील मर्यादित असतो.

द्राव्य अणू आणि मूळ धातूमधील व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉनच्या संख्येत जितका फरक जास्त असेल तितकाच घन द्रावण मजबूत करण्याचा परिणाम अधिक स्पष्ट होतो, म्हणजेच, व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन एकाग्रतेत वाढ झाल्याने घन द्रावणाची उत्पन्न शक्ती वाढते.

४. घन द्रावणाच्या मजबूतीकरणाची डिग्री प्रामुख्याने खालील घटकांवर अवलंबून असते.

मॅट्रिक्स अणू आणि द्राव्य अणूंमधील आकारातील फरक. आकारातील फरक जितका जास्त असेल तितका मूळ क्रिस्टल रचनेत हस्तक्षेप जास्त असेल आणि विस्थापन स्लिपसाठी ते अधिक कठीण असेल.

मिश्रधातूंचे प्रमाण. जितके जास्त मिश्रधातू घटक जोडले जातील तितका मजबूतीकरण परिणाम जास्त. जर खूप जास्त अणू खूप मोठे किंवा खूप लहान असतील तर विद्राव्यता ओलांडली जाईल. यामध्ये आणखी एक मजबूतीकरण यंत्रणा समाविष्ट आहे, विखुरलेली अवस्था मजबूत करणे.

इंटरस्टिशियल द्राव्य अणूंचा प्रतिस्थापन अणूंपेक्षा घन द्रावण मजबूत करणारा प्रभाव जास्त असतो.

द्राव्य अणू आणि मूळ धातूमधील व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉनच्या संख्येतील फरक जितका जास्त असेल तितका घन द्रावण मजबूत करण्याचा परिणाम जास्त लक्षणीय असेल.

५. परिणाम

उत्पादन शक्ती, तन्य शक्ती आणि कडकपणा शुद्ध धातूंपेक्षा जास्त असतो;

बहुतेक प्रकरणांमध्ये, लवचिकता शुद्ध धातूपेक्षा कमी असते;

शुद्ध धातूपेक्षा चालकता खूपच कमी आहे;

घन द्रावण मजबूत करून, उच्च तापमानात क्रिप प्रतिरोध किंवा शक्ती कमी होणे सुधारता येते.

काम कडक करणे

१. व्याख्या

थंड विकृतीची डिग्री वाढत असताना, धातूच्या पदार्थांची ताकद आणि कडकपणा वाढतो, परंतु प्लास्टिसिटी आणि कडकपणा कमी होतो.

२. परिचय

एक अशी घटना ज्यामध्ये धातूच्या पदार्थांची ताकद आणि कडकपणा वाढतो जेव्हा ते पुनर्स्फटिकीकरण तापमानापेक्षा कमी प्लास्टिकने विकृत होतात, तर प्लास्टिसिटी आणि कडकपणा कमी होतो. याला कोल्ड वर्क हार्डनिंग असेही म्हणतात. कारण असे आहे की जेव्हा धातू प्लास्टिकने विकृत होते तेव्हा क्रिस्टलचे कण घसरतात आणि विस्थापन अडकतात, ज्यामुळे क्रिस्टलचे कण लांब होतात, तुटतात आणि फायबराइझ होतात आणि धातूमध्ये अवशिष्ट ताण निर्माण होतात. वर्क हार्डनिंगची डिग्री सामान्यतः प्रक्रिया केल्यानंतर पृष्ठभागाच्या थराच्या सूक्ष्म कडकपणाच्या आणि प्रक्रिया करण्यापूर्वीच्या प्रमाणाने आणि कडक झालेल्या थराच्या खोलीने व्यक्त केली जाते.

३. विस्थापन सिद्धांताच्या दृष्टिकोनातून अर्थ लावणे

(१) विस्थापनांमध्ये छेदनबिंदू होतो आणि परिणामी कट विस्थापनांच्या हालचालीत अडथळा आणतात;

(२) विस्थापनांमध्ये एक प्रतिक्रिया घडते आणि तयार झालेले स्थिर विस्थापन विस्थापनाच्या हालचालीत अडथळा आणते;

(३) विस्थापनांचे प्रमाण वाढते आणि विस्थापन घनतेत वाढ झाल्याने विस्थापन हालचालींना प्रतिकार वाढतो.

४. हानी

वर्क हार्डनिंगमुळे धातूच्या भागांच्या पुढील प्रक्रियेत अडचणी येतात. उदाहरणार्थ, स्टील प्लेटला कोल्ड-रोलिंग करण्याच्या प्रक्रियेत, ते रोल करणे अधिकाधिक कठीण होत जाते, म्हणून प्रक्रिया प्रक्रियेदरम्यान इंटरमीडिएट अॅनिलिंगची व्यवस्था करणे आवश्यक आहे जेणेकरून गरम करून त्याचे वर्क हार्डनिंग दूर होईल. दुसरे उदाहरण म्हणजे कटिंग प्रक्रियेत वर्कपीसची पृष्ठभाग ठिसूळ आणि कठीण करणे, ज्यामुळे टूल वेअर वेगवान होते आणि कटिंग फोर्स वाढते.

५. फायदे

हे धातूंची ताकद, कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोध सुधारू शकते, विशेषतः अशा शुद्ध धातू आणि काही मिश्रधातूंसाठी जे उष्णता उपचाराने सुधारता येत नाहीत. उदाहरणार्थ, कोल्ड-ड्रॉ केलेले उच्च-शक्तीचे स्टील वायर आणि कोल्ड-कॉइल स्प्रिंग इत्यादी, त्यांची ताकद आणि लवचिक मर्यादा सुधारण्यासाठी कोल्ड वर्किंग डिफॉर्मेशन वापरतात. दुसरे उदाहरण म्हणजे टाक्या, ट्रॅक्टर ट्रॅक, क्रशर जॉ आणि रेल्वे टर्नआउट्सची कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोध सुधारण्यासाठी वर्क हार्डनिंगचा वापर.

६. यांत्रिक अभियांत्रिकीमध्ये भूमिका

कोल्ड ड्रॉइंग, रोलिंग आणि शॉट पीनिंग (पृष्ठभाग मजबूतीकरण पहा) आणि इतर प्रक्रियांनंतर, धातूच्या वस्तू, भाग आणि घटकांची पृष्ठभागाची ताकद लक्षणीयरीत्या सुधारली जाऊ शकते;

भागांवर ताण आल्यानंतर, काही भागांचा स्थानिक ताण अनेकदा सामग्रीच्या उत्पन्न मर्यादेपेक्षा जास्त होतो, ज्यामुळे प्लास्टिक विकृती निर्माण होते. कामाच्या कडकपणामुळे, प्लास्टिक विकृतीचा सतत विकास मर्यादित होतो, ज्यामुळे भाग आणि घटकांची सुरक्षितता सुधारू शकते;

जेव्हा धातूचा भाग किंवा घटक स्टॅम्प केला जातो तेव्हा त्याचे प्लास्टिक विकृतीकरण मजबूत होते, ज्यामुळे विकृतीकरण त्याच्या सभोवतालच्या न काम केलेल्या कडक भागावर हस्तांतरित केले जाते. अशा वारंवार पर्यायी कृतींनंतर, एकसमान क्रॉस-सेक्शनल विकृतीकरण असलेले कोल्ड स्टॅम्पिंग भाग मिळू शकतात;

हे कमी कार्बन स्टीलच्या कटिंग कामगिरीत सुधारणा करू शकते आणि चिप्स वेगळे करणे सोपे करते. परंतु वर्क हार्डनिंगमुळे धातूच्या भागांच्या पुढील प्रक्रियेत अडचणी येतात. उदाहरणार्थ, कोल्ड-ड्रॉ केलेले स्टील वायर वर्क हार्डनिंगमुळे पुढील ड्रॉइंगसाठी खूप ऊर्जा वापरते आणि ते तुटू देखील शकते. म्हणून, ड्रॉइंग करण्यापूर्वी वर्क हार्डनिंग दूर करण्यासाठी ते एनील करणे आवश्यक आहे. दुसरे उदाहरण म्हणजे कटिंग दरम्यान वर्कपीसची पृष्ठभाग ठिसूळ आणि कठीण करण्यासाठी, री-कटिंग दरम्यान कटिंग फोर्स वाढविला जातो आणि टूल वेअर वेगवान होते.

बारीक धान्य मजबूत करणे

१. व्याख्या

क्रिस्टल ग्रेनचे शुद्धीकरण करून धातूच्या पदार्थांचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारण्याच्या पद्धतीला क्रिस्टल रिफायनिंग स्ट्रेंथिंग म्हणतात. उद्योगात, क्रिस्टल ग्रेनचे शुद्धीकरण करून पदार्थाची ताकद सुधारली जाते.

२. तत्व

धातू हे सहसा अनेक स्फटिक धान्यांपासून बनलेले पॉलीक्रिस्टल्स असतात. स्फटिक धान्यांचा आकार प्रति युनिट आकारमानातील स्फटिक धान्यांच्या संख्येने व्यक्त केला जाऊ शकतो. संख्या जितकी जास्त असेल तितके स्फटिक धान्य अधिक बारीक असेल. प्रयोगांवरून असे दिसून आले आहे की खोलीच्या तापमानात सूक्ष्म धातूंमध्ये खडबडीत धातूंपेक्षा जास्त ताकद, कडकपणा, प्लॅस्टिकिटी आणि कणखरपणा असतो. याचे कारण असे की सूक्ष्म धान्य बाह्य शक्तीखाली प्लास्टिक विकृतीकरणातून जातात आणि अधिक धान्यांमध्ये विखुरले जाऊ शकतात, प्लास्टिक विकृतीकरण अधिक एकसमान असते आणि ताणाचे प्रमाण कमी असते; याव्यतिरिक्त, धान्य जितके बारीक असेल तितके धान्य सीमा क्षेत्र मोठे आणि धान्य सीमा अधिक गुंतागुंतीच्या असतात. क्रॅकचा प्रसार जितका प्रतिकूल असेल तितकाच. म्हणून, स्फटिक धान्य शुद्ध करून सामग्रीची ताकद सुधारण्याच्या पद्धतीला उद्योगात धान्य शुद्धीकरण मजबूतीकरण म्हणतात.

३. परिणाम

धान्याचा आकार जितका लहान असेल तितका विस्थापन क्लस्टरमध्ये विस्थापनांची संख्या (n) कमी असेल. τ=nτ0 नुसार, ताणाचे प्रमाण जितके कमी असेल तितकी सामग्रीची ताकद जास्त असेल;

सूक्ष्म धान्य मजबूत करण्याचा बळकटीकरण नियम असा आहे की धान्याच्या सीमा जितक्या जास्त असतील तितके धान्य अधिक बारीक असेल. हॉल-पेकी संबंधानुसार, धान्यांचे सरासरी मूल्य (d) जितके कमी असेल तितकी सामग्रीची उत्पादन शक्ती जास्त असेल.

४. धान्य शुद्धीकरणाची पद्धत

सबकूलिंगची डिग्री वाढवा;

बिघाड उपचार;

कंपन आणि ढवळणे;

थंड-विकृत धातूंसाठी, विकृतीची डिग्री आणि अॅनिलिंग तापमान नियंत्रित करून क्रिस्टल धान्ये शुद्ध केली जाऊ शकतात.

दुसऱ्या टप्प्यातील मजबुतीकरण

१. व्याख्या

सिंगल-फेज मिश्रधातूंच्या तुलनेत, मल्टी-फेज मिश्रधातूंमध्ये मॅट्रिक्स टप्प्याव्यतिरिक्त दुसरा टप्पा असतो. जेव्हा दुसरा टप्पा बारीक विखुरलेल्या कणांसह मॅट्रिक्स टप्प्यात एकसमानपणे वितरित केला जातो, तेव्हा त्याचा लक्षणीय मजबूतीकरण परिणाम होईल. या मजबूतीकरण परिणामाला दुसऱ्या टप्प्याचे मजबूतीकरण म्हणतात.

२. वर्गीकरण

विस्थापनांच्या हालचालीसाठी, मिश्रधातूमध्ये असलेल्या दुसऱ्या टप्प्यात खालील दोन परिस्थिती असतात:

(१) विकृत न होणाऱ्या कणांचे मजबुतीकरण (बायपास यंत्रणा).

(२) विकृत कणांचे मजबुतीकरण (कट-थ्रू यंत्रणा).

फैलाव मजबूत करणे आणि पर्जन्य मजबूत करणे हे दोन्ही दुसऱ्या टप्प्यातील मजबूतीकरणाचे विशेष प्रकार आहेत.

३. परिणाम

दुसऱ्या टप्प्याच्या बळकटीकरणाचे मुख्य कारण म्हणजे त्यांच्या आणि विस्थापनामधील परस्परसंवाद, ज्यामुळे विस्थापनाच्या हालचालीत अडथळा येतो आणि मिश्रधातूचा विरूपण प्रतिकार सुधारतो.

सारांश

ताकदीवर परिणाम करणारे सर्वात महत्वाचे घटक म्हणजे सामग्रीची रचना, रचना आणि पृष्ठभागाची स्थिती; दुसरे म्हणजे बलाची स्थिती, जसे की बलाचा वेग, लोडिंगची पद्धत, साधे ताणणे किंवा पुनरावृत्ती होणारे बल, वेगवेगळे बल दर्शवेल; याव्यतिरिक्त, नमुन्याची भूमिती आणि आकार आणि चाचणी माध्यमाचा देखील मोठा प्रभाव असतो, कधीकधी निर्णायक देखील असतो. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन वातावरणात अल्ट्रा-हाय-स्ट्रेंथ स्टीलची तन्य शक्ती वेगाने कमी होऊ शकते.

धातूच्या पदार्थांना बळकट करण्याचे फक्त दोनच मार्ग आहेत. एक म्हणजे मिश्रधातूची आंतरपरमाणु बंधन शक्ती वाढवणे, त्याची सैद्धांतिक शक्ती वाढवणे आणि व्हिस्कर्ससारख्या दोषांशिवाय संपूर्ण क्रिस्टल तयार करणे. हे ज्ञात आहे की लोखंडी व्हिस्कर्सची ताकद सैद्धांतिक मूल्याच्या जवळ आहे. असे मानले जाऊ शकते की व्हिस्कर्समध्ये कोणतेही विस्थापन नसल्यामुळे किंवा विकृती प्रक्रियेदरम्यान वाढू शकत नसलेल्या थोड्या प्रमाणात विस्थापनांमुळे असे घडते. दुर्दैवाने, जेव्हा व्हिस्कर्सचा व्यास मोठा असतो तेव्हा शक्ती झपाट्याने कमी होते. आणखी एक बळकटीकरण दृष्टिकोन म्हणजे क्रिस्टलमध्ये मोठ्या संख्येने क्रिस्टल दोष आणणे, जसे की विस्थापन, बिंदू दोष, विषम अणू, धान्य सीमा, अत्यंत विखुरलेले कण किंवा एकरूपता (जसे की पृथक्करण), इ. हे दोष विस्थापनांच्या हालचालीत अडथळा आणतात आणि धातूची ताकद लक्षणीयरीत्या सुधारतात. तथ्यांनी सिद्ध केले आहे की धातूंची ताकद वाढवण्याचा हा सर्वात प्रभावी मार्ग आहे. अभियांत्रिकी साहित्यासाठी, सामान्यतः व्यापक बळकटीकरण प्रभावांद्वारे चांगले व्यापक कार्यप्रदर्शन साध्य करणे आवश्यक आहे.