ලෝහවල යාන්ත්‍රික ගුණාංග කෙරෙහි මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යවල බලපෑම
අධික තත්වයන් යටතේ ඉහළ ශක්තියක්, ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධයක් හෝ තද බවක් අවශ්‍ය වන ඉංජිනේරු යෙදුම්වල පිරිසිදු ලෝහ කලාතුරකින් භාවිතා වේ. උදාහරණයක් ලෙස පිරිසිදු ඇලුමිනියම් සැහැල්ලු හා විඛාදනයට ඔරොත්තු දෙන නමුත් සාපේක්ෂව මෘදුයි. පිරිසිදු යකඩ නම්‍යශීලී වේ, නමුත් එහි ශක්තිය සීමිතය. එමනිසා, කර්මාන්තය සෑම විටම පාහේ ලෝහ මිශ්‍ර ලෝහ භාවිතා කරයි, ඒවා උසස් ගුණාංග සංයෝජනයක් ලබා ගැනීම සඳහා නිශ්චිත අනුපාතයකින් අනෙකුත් මූලද්‍රව්‍ය සමඟ මිශ්‍ර කරන ලද මූලික ලෝහ වේ. මෙම එකතු කරන ලද මූලද්‍රව්‍ය මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය ලෙස හඳුන්වන අතර, ආතන්ය ශක්තිය, දෘඪතාව, ductility, තද බව, තෙහෙට්ටුව ප්‍රතිරෝධය සහ ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය වැනි යාන්ත්‍රික ගුණාංග කෙරෙහි ඒවායේ බලපෑම සැලකිය යුතු ය.
මූලික සංකල්පය: මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය යාන්ත්‍රික ගුණාංග වෙනස් කරන්නේ ඇයි?
ලෝහවල යාන්ත්‍රික ගුණාංග තීරණය වන්නේ ඒවායේ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය අනුව ය: ධාන්‍ය ප්‍රමාණය, වර්ගය සහ අදියර ගණන, අවක්ෂේපිත ව්‍යාප්තිය සහ විස්ථාපනය වැනි ස්ඵටික දෝෂ පැවතීම. මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය ප්‍රධාන යාන්ත්‍රණ කිහිපයක් හරහා මෙම ගුණාංගවලට බලපෑම් කරයි:
1. ඝන ද්‍රාවණය ශක්තිමත් කිරීම
මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය පරමාණු වලට මූලික ලෝහ පරමාණු (ආදේශනය) ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට හෝ පරමාණු අතර හිඩැස් පිරවීමට (අන්තර්ස්ථික) හැකිය. පරමාණුක ප්‍රමාණයේ සහ රසායනික බන්ධනවල වෙනස්කම් විස්ථාපන චලනය වළක්වන දැලිස් විකෘති කිරීම් ඇති කරයි. මෙය ශක්තිය සහ දෘඪතාව වැඩි කිරීමට හේතු වන නමුත් ductility අඩු කරයි.
2. වර්ෂාපතන දැඩි කිරීම (වයස දැඩි කිරීම)
ඇතැම් මිශ්‍ර ලෝහවල, තාප පිරියම් කිරීම මගින් සියුම්-කැටිති සහිත අවක්ෂේප අංශු නිපදවයි (උදා: Al-Cu හෝ Al-Mg-Si). මෙම අවක්ෂේප විස්ථාපනයන්ට "බාධකයක්" ලෙස ක්‍රියා කරන අතර ශක්තිය නාටකාකාර ලෙස වැඩි කරයි.
3. දෘඩ අවධි (උදා: කාබයිඩ්, නයිට්‍රයිඩ්, අන්තර් ලෝහ) සෑදීම හරහා ශක්තිමත් කිරීම.
Cr, V, W, සහ Mo වැනි මූලද්‍රව්‍ය වානේවල දෘඩ කාබයිඩ් සෑදීමට නැඹුරු වේ. මෙම දෘඩ අවධීන් දෘඪතාව සහ ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය වැඩි කරයි, නමුත් අතිරික්තව හෝ දුර්වල ලෙස බෙදා හරින ලද විට දෘඪතාව අඩු කළ හැකිය.
4. ධාන්‍ය පිරිපහදු කිරීම
මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය මගින් බලපෑමට ලක් වූ ඇතැම් මූලද්‍රව්‍ය හෝ ලෝහ විද්‍යාත්මක ක්‍රියාවලීන් සියුම් ධාන්‍ය නිපදවිය හැක. සියුම් ධාන්‍ය සාමාන්‍යයෙන් අස්වැන්න ශක්තිය සහ තද බව වැඩි කරයි.
5. අදියර රූප සටහනේ සහ තාප පිරියම් කිරීමේ හැකියාවෙහි වෙනස්කම්
මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය මඟින් ඇතැම් අවධි ස්ථාවර කිරීමට, පරිවර්තන උෂ්ණත්වය මාරු කිරීමට සහ දෘඩතාවය වැඩි කිරීමට හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස වානේවල, සිසිලනය ඉතා වේගවත් නොවූවත්, ඇතැම් මූලද්‍රව්‍ය එකතු කිරීම මාර්ටෙන්සයිට් සෑදීමට ඉඩ සලසයි.
වානේ මත මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යවල බලපෑම: වඩාත් පුළුල් උදාහරණ
වානේ යනු වඩාත් සුලභ මිශ්‍ර ලෝහ පද්ධතියයි, ප්‍රධාන වශයෙන් මූලද්‍රව්‍ය අන්තර්ගතයේ කුඩා වෙනස්කම් යාන්ත්‍රික ගුණාංගවල විශාල වෙනස්කම් ඇති කළ හැකි බැවිනි.
1. කාබන් (C)
වානේවල වැදගත්ම මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යය කාබන් වේ. එය සිමෙන්ටයිට් (Fe₃C) සෑදීම හරහා ශක්තිය සහ දෘඪතාව වැඩි කරන අතර දැඩි වීමෙන් පසු මාටෙන්සයිට් සෑදීමේ හැකියාවද වැඩි කරයි.
– ශක්තිය සහ තද බව: C අන්තර්ගතය වැඩි වීමත් සමඟ වැඩි වේ.
– ස්ථායිතාව සහ තද බව: C ඉතා ඉහළ වූ විට අඩු වීමට නැඹුරු වේ.
– ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය: වඩාත් දැඩි අවධිය නිසා වැඩි වීම.
අඩු කාබන් වානේ වඩාත් නම්‍යශීලී සහ වෑල්ඩින් කිරීමට පහසු වන අතර ඉහළ කාබන් වානේ දැඩි නමුත් වඩාත් බිඳෙන සුළු වේ.
2. මැංගනීස් (මිලියන)
මැංගනීස් ඝන ද්‍රාවණයක් හරහා ශක්තිය වැඩි කරන අතර සල්ෆර් බන්ධනය කර MnS (උණුසුම් කෙටි බව අඩු කිරීම) සෑදීමට උපකාරී වේ.
– ශක්තිය සහ දැඩි කිරීමේ හැකියාව: වැඩි විය.
– තද බව: මධ්‍යස්ථ මට්ටම්වලදී වැඩි විය හැකි නමුත් ඉහළ මට්ටම්වලදී ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහාත්මක පාලනය අවශ්‍ය වේ.
3. ක්‍රෝමියම් (Cr)
ක්‍රෝම් මල නොබැඳෙන වානේ සඳහා වඩාත් ප්‍රසිද්ධය, නමුත් එහි ශක්තිය සහ ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය සඳහා ද බහුලව භාවිතා වේ.
– ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය සහ දෘඪතාව: දෘඩ Cr කාබයිඩ් සෑදීම හරහා වැඩි වේ.
– දැඩි කිරීමේ හැකියාව: වැඩි වීම, ඝන හරස්කඩ දැඩි කිරීමට ඉඩ සලසයි.
– විඛාදන ප්‍රතිරෝධය: Cr₂O₃ හි නිෂ්ක්‍රීය තට්ටුවක් සෑදීම හේතුවෙන් ප්‍රමාණවත් තරම් ඉහළ අගයක් ගත් විට (සාමාන්‍යයෙන් මල නොබැඳෙන වානේවල ≥ ~10,5%) වැඩි වේ.
– අවදානම: අධික කාබයිඩ් තද බව අඩු කළ හැකිය.
4. නිකල් (Ni)
නිකල් යනු විශිෂ්ට දෘඪතාව වැඩි දියුණු කරන්නකි, විශේෂයෙන් අඩු උෂ්ණත්වවලදී.
– තද බව සහ නම්‍යතාවය: වැඩි වීම, බිඳෙනසුලු අස්ථි බිඳීම් වැළැක්වීමට උපකාරී වේ.
– ශක්තිය: හොඳ තද බව පවත්වා ගනිමින් වැඩි වේ.
– යෙදුම: ඉහළ දෘඪතාවක් අවශ්‍ය නැව්, ක්‍රයොජනික් ටැංකි සහ සංරචක සඳහා Ni මිශ්‍ර ලෝහ වානේ.
5. මොලිබ්ඩිනම් (Mo)
මොලිබ්ඩිනම් ඉහළ උෂ්ණත්ව යෙදීම් සඳහා සහ මෘදු කිරීමට ප්‍රතිරෝධය දැක්වීම සඳහා බහුලව භාවිතා වේ.
– ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ශක්තිය: වැඩි වීම (වඩා හොඳ රිංගා යාමේ ප්‍රතිරෝධය).
– දැඩි කිරීමේ හැකියාව: වැඩි විය.
– කෝපය බිඳවැටීමට ප්‍රතිරෝධය: ඇතැම් උෂ්ණත්ව පරාසයන්හිදී තෙම්පරාදු කිරීමෙන් පසු බිඳවැටීමේ ප්‍රවණතාවය අඩු කිරීමට Mo උපකාරී වේ.
6. වැනේඩියම් (V), නයෝබියම් (Nb), ටයිටේනියම් (Ti)
මෙම ක්ෂුද්‍ර මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය අඩු සාන්ද්‍රණයකදී පවා ඵලදායී වේ. ඒවා සියුම් කාබයිඩ්/නයිට්‍රයිඩ් සාදමින් ධාන්‍ය පිරිපහදු කරයි.
– අස්වැන්න ශක්තිය: සියුම් අවක්ෂේප සහ ධාන්‍ය පිරිපහදු කිරීම හරහා සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වීම.
– ඔරොත්තු දීමේ හැකියාව: ක්‍රියාවලි පාලනය සුදුසු නම් හොඳින් පැවතිය හැකිය.
– යෙදුම: ව්‍යුහයන් සඳහා HSLA (ඉහළ ශක්තියක් සහිත අඩු මිශ්‍ර ලෝහ) වානේ.
7. සිලිකන් (Si)
සිලිකන් යනු සාමාන්‍ය ඔක්සිකාරක නාශකයක් වන අතර ඝන ද්‍රාවණ ශක්තිමත් කරයි.
– ශක්තිය: වැඩි විය.
- ඔක්සිකරණයට ප්‍රතිරෝධය: සමහර තත්වයන් යටතේ වැඩි වේ.
– සටහන: ඉහළ Si අන්තර්ගතය ductility සහ සෑදීමේ හැකියාවට බලපෑ හැකිය.
ඇලුමිනියම් මිශ්‍ර ලෝහ මත මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යවල බලපෑම
ඇලුමිනියම් වර්ෂාපතනය ශක්තිමත් කිරීම සඳහා ඉහළ ප්‍රතිචාර දක්වයි. එබැවින්, ප්‍රාථමික මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යය වන Al, ද්‍රාවණ ප්‍රතිකාර කිරීම සහ වයස්ගත කිරීම හරහා සියුම් අවක්ෂේප සෑදීමට නිර්මාණය කර ඇත.
– තඹ (Cu): වර්ෂාපතනය හරහා ඉහළ ශක්තිය (2xxx ශ්‍රේණි) වැඩි කරයි, නමුත් විඛාදන ප්‍රතිරෝධය අඩු විය හැක.
– මැග්නීසියම් (Mg): ශක්තිය සහ විඛාදන ප්‍රතිරෝධය වැඩි කරයි; Si සමඟ එක්ව ශක්තිය සහ සැකසුම් හැකියාව සමතුලිත කරන Mg₂Si (6xxx ශ්‍රේණිය) සාදයි.
– සින්ක් (Zn) + Mg (සහ බොහෝ විට Cu): ඉතා ශක්තිමත් මිශ්‍ර ලෝහ (7xxx ශ්‍රේණි) නිපදවයි, එය අභ්‍යවකාශයේ ජනප්‍රියයි, නමුත් සමහර සංයුති ආතති විඛාදන ඉරිතැලීම් (SCC) වලට ගොදුරු වන අතර තාප පාලනය සහ ආරක්ෂාව අවශ්‍ය වේ.
– සිලිකන් (Si): වාත්තු කිරීමේ හැකියාවට සහය වන අතර, Mg සමඟ, වර්ෂාපතනයට සහය දක්වයි.
ඇලුමිනියම් වලදී, වැඩි වූ ශක්තිය බොහෝ විට "ගෙවනු ලබන්නේ" අඩු ductility මගින් මෙන්ම ඇතැම් මූලද්‍රව්‍ය සංයෝජනයන්හි විඛාදනයට සංවේදීතාවෙනි.
තඹ සහ ටයිටේනියම් මිශ්‍ර ලෝහ මත මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍යවල බලපෑම (කෙටි බැල්මකින්)
තඹ මිශ්‍ර ලෝහවල, Zn (පිත්තල) එකතු කිරීම ශක්තිය සහ සැකසුම් හැකියාව වැඩි කරන අතර, Sn (ලෝකඩ) ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය සහ යම් විඛාදන ප්‍රතිරෝධයක් වැඩි කරයි. කෙසේ වෙතත්, ඉහළ මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය සාමාන්‍යයෙන් විද්‍යුත්/තාප සන්නායකතාවය අඩු කරයි - විද්‍යුත් සංරචකවල සැලකිය යුතු සම්මුතියකි.
ටයිටේනියම් මිශ්‍ර ලෝහවල, Al වැනි මූලද්‍රව්‍ය ඇල්ෆා අවධිය ස්ථාවර කරන අතර, V සහ Mo බීටා අවධිය ස්ථාවර කරයි. ඇල්ෆා-බීටා මිශ්‍ර ලෝහ (උදා: Ti-6Al-4V) අඩු නිශ්චිත ගුරුත්වාකර්ෂණයක් සහිත ඉහළ ශක්තිය, තද බව සහ විඛාදන ප්‍රතිරෝධයේ සංයෝජනයක් ලබා දෙයි. ටයිටේනියම් වල යාන්ත්‍රික ගුණාංග බොහෝ දුරට රඳා පවතින්නේ සාදන ලද අවධි සහ තාප පිරියම් කිරීම මත ය.
මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය සහ ප්‍රධාන යාන්ත්‍රික ගුණාංග අතර සම්බන්ධතාවය
මෙන්න බහුලව හමුවන සම්බන්ධතාවල සාරාංශයක්:
– ආතන්ය ශක්තිය / අස්වැන්න ශක්තිය: සාමාන්‍යයෙන් ඝන ද්‍රාවණය, වර්ෂාපතනය, සියුම් ධාන්‍ය සහ දෘඩ අවධි සමඟ වැඩි වේ.
– දෘඪතාව: මාර්ටෙන්සයිට් (වානේ වල), අවක්ෂේපිත සහ කාබයිඩ්/නයිට්‍රයිඩ් සමඟ වැඩි වේ.
– තද බව: ශක්තිය/දෘඪතාව වැඩි වන විට බොහෝ විට අඩු වේ, නමුත් Ni වැනි මූලද්‍රව්‍යවලට තද බව පවත්වා ගත හැකිය.
– බලපෑම් තද බව: ධාන්‍ය ප්‍රමාණය, දෘඩ අවධි ව්‍යාප්තිය සහ ඇතුළත් කිරීම් පැවතීම මගින් බලපෑම් ඇති වේ; Ni සහ ධාන්‍ය පිරිපහදු කිරීම උපකාරී වේ.
– තෙහෙට්ටුවට ඔරොත්තු දීමේ හැකියාව: සමජාතීය ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය, කුඩා ඇතුළත් කිරීම් සහ වැඩි ශක්තියක් සමඟ වැඩි වේ; කෙසේ වෙතත්, රළු අවක්ෂේප/ක්ෂුද්‍ර ඉරිතැලීම් නරක අතට හැරිය හැක.
– ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය: දෘඩ කාබයිඩ්, මාර්ටෙන්සයිට් සහ හොඳ මතුපිට දෘඪතාව සමඟ වැඩි වේ.
වසා දැමීම
ලෝහවල යාන්ත්‍රික ගුණාංග යෙදුම් අවශ්‍යතාවලට ගැලපෙන පරිදි සකස් කිරීම සඳහා ලෝහ විද්‍යාවේ ප්‍රධාන “ඉංජිනේරු මෙවලම්” වන්නේ මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය වේ. මූලද්‍රව්‍යවල වර්ගය සහ සාන්ද්‍රණය තෝරා ගැනීමෙන් සහ තාප පිරියම් කිරීම, නිවාදැමීම සහ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහාත්මක පාලනය වැනි ක්‍රියාවලීන් පාලනය කිරීමෙන්, ඉංජිනේරුවන්ට සැහැල්ලු නමුත් ශක්තිමත්, දෘඩ නමුත් දැඩි හෝ ඇඳීමට ඔරොත්තු දෙන සහ ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියා කරන ද්‍රව්‍ය නිපදවිය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, ගුණාංගවල ඕනෑම දියුණුවක් සාමාන්‍යයෙන් වෙළඳාම් සමඟ පැමිණේ: වැඩි ශක්තිය ductility අඩු කළ හැකිය, වර්ෂාපතනය-ශක්තිමත් කිරීම ඇතැම් විඛාදන අවදානම වැඩි කළ හැකි අතර, දැඩි කිරීමේ අවධීන් පාලනය නොකළහොත් තද බව අඩු කළ හැකිය. එබැවින්, මිශ්‍ර ලෝහ නිර්මාණය සැමවිටම සංයුතිය, ක්‍රියාවලිය සහ ක්ෂේත්‍ර කාර්ය සාධන ඉල්ලීම් අතර සමතුලිතතාවයකි.
