கட்டிட அமைப்புகளுக்கான உலோகக் கலவை உற்பத்தி நுட்பங்கள்

கட்டிட அமைப்புகளுக்கான உலோகக் கலவை உற்பத்தி நுட்பங்கள்

நவீன கட்டுமான உலகில், வலிமையான, நீடித்து உழைக்கும் மற்றும் செயல்திறன் மிக்க பொருட்களுக்கான தேவை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. இந்தத் தேவைக்கான முக்கிய தீர்வுகளில் ஒன்று உலோகக் கலவைகள் ஆகும். இவை, தூய உலோகங்களை விட சிறந்த இயந்திரவியல் பண்புகளையும் சுற்றுச்சூழல் எதிர்ப்பையும் அடைவதற்காக, பொதுவாக இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களைக் கலந்து உருவாக்கப்படும் உலோகங்கள் ஆகும். கட்டிடக் கட்டமைப்புகளில், எஃகு சட்டங்கள், இணைப்புகள், தகடுகள், தூண்கள், உத்திரங்கள், வடங்கள் மற்றும் இணைப்பான்களில் கூட உலோகக் கலவைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்தக் கட்டுரை, கலவைத் தேர்வு முதல் உருவாக்கும் செயல்முறைகள் மற்றும் தரச் சோதனை வரை, கட்டிடக் கட்டமைப்புப் பயன்பாடுகளுக்குப் பொருத்தமான உலோகக் கலவை உற்பத்தி நுட்பங்களைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

1. கட்டுமானத்தில் உலோகக் கலவைகளின் அடிப்படைக் கொள்கைகள்

இரும்பு அல்லது அலுமினியம் போன்ற தூய உலோகங்களுக்கு சில வரம்புகள் உள்ளன: அவை மிகவும் மென்மையாக இருக்கலாம், எளிதில் அரிக்கப்படலாம் அல்லது குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைகளில் நிலைத்தன்மையற்றதாக இருக்கலாம். கலப்புலோகங்களைப் பொறுத்தவரை, உற்பத்தியாளர்கள் பொருளின் பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்த முடியும், உதாரணமாக:
– இழுவிசை வலிமை மற்றும் வளைவு வலிமை (சுமை தாங்குவதற்கு முக்கியமானது).
– எளிதில் உடையாதவாறு நீளும் தன்மை.
– தேய்மான எதிர்ப்பிற்கான கடினத்தன்மை.
– ஈரப்பதமான, கடலோர அல்லது தொழிற்சாலைச் சூழல்களுக்கான அரிப்பு எதிர்ப்புத் திறன்.
– களத்தில் எளிதாகப் பொருத்துவதற்கான பற்றவைப்பு மற்றும் புனையமைப்புத் திறன்கள்.

கட்டிட அமைப்புகளில் மிகவும் பொதுவான உலோகக் கலவைகள் ஆவன:
– உத்திரங்கள் மற்றும் தூண்களுக்கு கார்பன் எஃகு மற்றும் குறைந்த கலப்புலோக எஃகு.
– அரிக்கும் சூழல்கள் அல்லது கட்டிடக்கலை வடிவமைப்புகளுக்கு ஏற்ற துருப்பிடிக்காத எஃகு.
– முகப்புகள், ஒளிச்சட்டங்கள் மற்றும் சில கட்டமைப்பு அல்லாத கூறுகளுக்கான அலுமினியக் கலவைகள்.

2. உலோகக் கலவை வடிவமைப்பு

உலோகக் கலவை உற்பத்தி நுட்பங்கள் எப்போதும் கலவை வடிவமைப்பிலிருந்தே தொடங்குகின்றன. செயல்திறன் மற்றும் செலவு இலக்குகளின் அடிப்படையில் எந்தெந்தத் தனிமங்களைச் சேர்ப்பது என்பதை உலோகவியல் பொறியாளர்கள் தீர்மானிக்கின்றனர். தனிமங்களின் பங்குகளுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– எஃகில் உள்ள கார்பன் (C) வலிமையையும் கடினத்தன்மையையும் அதிகரிக்கிறது, ஆனால் அது அதிகமாக இருந்தால் பற்றவைப்புத் திறனைக் குறைத்துவிடும்.
– மாங்கனீசு (Mn) வலிமையை அதிகரிக்க உதவுவதோடு, கந்தகத்தைப் பிணைப்பதன் மூலம் உடையக்கூடிய தன்மையைக் குறைக்கிறது.
குரோமியம் (Cr) அரிப்பு மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பை அதிகரிக்கிறது.
– நிக்கல் (Ni), குறிப்பாகக் குறைந்த வெப்பநிலைகளில், கடினத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது.
– மாலிப்டினம் (Mo) நெகிழ்வுத் தன்மை மற்றும் சில வகை அரிமானங்களுக்கு எதிரான எதிர்ப்பாற்றலை அதிகரிக்கிறது.
சிலிக்கான் (Si) ஆக்சிஜன் நீக்கும் செயல்முறைக்கு உதவுவதோடு, வலிமையையும் அதிகரிக்கக் கூடியது.

அலுமினியக் கலப்புலோகங்களில், வலிமை அல்லது அரிப்புத் தடுப்புத்திறனை அதிகரிப்பதற்காகவும், அதே சமயம் எளிதாக வார்ப்பதற்கும் பற்றவைப்பதற்கும் ஏதுவாகவும் Mg, Si, Zn, Cu போன்ற தனிமங்கள் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன.

3. உருக்குதல் மற்றும் சுத்திகரிப்பு நுட்பங்கள்

தொழில்துறை அளவிலான உலோகக் கலவை உற்பத்தி பொதுவாக ஒரு உலையில் உருக்கும் செயல்முறையின் மூலமாகவும், அதனைத் தொடர்ந்து அசுத்தங்களை நீக்குவதற்காக சுத்திகரிப்பு செய்வதன் மூலமாகவும் மேற்கொள்ளப்படுகிறது.

அ) ஊது உலை மற்றும் அடிப்படை ஆக்சிஜன் உலை (BOF)
பெருமளவிலான கட்டுமான எஃகைப் பொறுத்தவரை, வழக்கமான வழிமுறையில் பின்வருவன அடங்கும்:
1. ஊது உலை (blast furnace) இரும்புத் தாதுவிலிருந்து உருகிய இரும்பை (சூடான உலோகம்) உற்பத்தி செய்கிறது.
2. BOF (அடிப்படை ஆக்சிஜன் உலை) உருகிய இரும்பில் ஆக்சிஜனைச் செலுத்தி, அதன் மூலம் கார்பன் அளவைக் குறைத்து அசுத்தங்களை அகற்றி, அதை எஃகாக மாற்றுகிறது.

கட்டமைப்பு எஃகு சுயவிவரங்கள் போன்ற பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு இந்த வழிமுறை பொருத்தமானது.

b) மின் வில் உலை (EAF)
பழைய இரும்புகளை மறுசுழற்சி செய்வதற்கும், பல்வேறு தரங்களிலான எஃகை உற்பத்தி செய்வதற்கும் EAF-கள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றின் நன்மைகள் பின்வருமாறு:
– அமைப்பு கட்டுப்பாட்டிற்கு கூடுதல் நெகிழ்வுத்தன்மை.
– குறிப்பிட்ட கலப்பு எஃகுகளின் உற்பத்திக்கு உகந்தது.
– திட்டத் தேவைகளுக்கு ஏற்ப தரத்தை மாற்றி அமைப்பது எளிது.

c) இரண்டாம் நிலை சுத்திகரிப்பு (இரண்டாம் நிலை உலோகவியல்)
எஃகு, கட்டிடக் கட்டமைப்புத் தரநிலைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்காக, பின்வரும் மேலதிகச் செயலாக்கங்கள் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன:
– நுண்துளைகள் ஏற்படுவதைத் தடுக்க ஆக்சிஜன் நீக்கம் (கரைந்த ஆக்சிஜனைக் குறைத்தல்).
– கடினத்தன்மையை அதிகரிக்க கந்தக நீக்கம் (கந்தகத்தைக் குறைத்தல்).
– ஹைட்ரஜன் பிளவு மற்றும் உள் குறைபாடுகளைத் தடுப்பதற்காக, வெற்றிட வாயு நீக்கம் (ஹைட்ரஜன் போன்ற வாயுக்களை அகற்றுதல்) செய்தல்.
– சீரான மூலப்பொருள் பண்புகளை உறுதி செய்வதற்காக, கலப்புலோகக் கூறுகள் துல்லியமாகச் சேர்க்கப்படுகின்றன.

அதிக வலிமை கொண்ட எஃகுகள் அல்லது களத்தில் பற்றவைக்கப்பட வேண்டிய எஃகுகளுக்கு இரண்டாம் நிலை சுத்திகரிப்பு கட்டம் குறிப்பாக முக்கியமானது.

4. வார்ப்பு நுட்பங்கள் மற்றும் ஆரம்ப உருவாக்கம்

கலவை பொருத்தமானதாக அமைந்தவுடன், உருகிய உலோகம் ஒரு அரைகுறை வடிவமாக உருவாக்கப்படுகிறது.

அ) தொடர் வார்ப்பு
இன்று, தொடர் வார்ப்பு முறையே பிரதானமாக உள்ளது. உருகிய எஃகு, தகடுகள், வார்ப்பு உருண்டைகள் அல்லது கட்டிகளாகத் தொடர்ச்சியாக ஊற்றப்பட்டு, பின்னர் தேவையான நீளத்திற்கு வெட்டப்படுகிறது. இதன் நன்மைகள்:
– உயர் செயல்திறன்.
– மேலும் சீரான நுண்ணமைப்பு.
– பாரம்பரிய வார்ப்பு முறையுடன் ஒப்பிடும்போது குறைபாடுகளைக் குறைக்கிறது.

ஆ) உலோகக் கட்டி வார்ப்பு (அரிதான பயன்பாடு)
குறிப்பிட்ட சிறப்புப் பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்பட்டாலும், கலப்புலோகக் கூறுகள் பிரிந்து செல்வதற்கு அதிக வாய்ப்புள்ளது மற்றும் இதற்குக் கூடுதல் செயலாக்கம் தேவைப்படுகிறது.

5. வெப்ப இயந்திரவியல் உருவாக்கம்: உருட்டுதல், வடித்தல் மற்றும் பிதுக்குதல்

ஐ-பீம்கள், எச்-பீம்கள், சி-சேனல்கள், தகடுகள் அல்லது வலுவூட்டும் கம்பிகள் போன்ற கட்டமைப்பு வடிவங்களுக்கு ஒரு வார்ப்புச் செயல்முறை தேவைப்படுகிறது.

அ) சூடான உருட்டல்
அந்தப் பலகை அல்லது பூ சூடாக்கப்பட்டு, பின்னர் பின்வருமாறு உருட்டப்படுகிறது:
– இணைப்புகளுக்கான தகடுகள் மற்றும் அடித்தளத் தகடுகள்.
– உத்திரங்கள் மற்றும் தூண்களுக்கான கட்டமைப்பு விவரக்குறிப்புகள் (H, I, U, L).
– கூறுகளைப் பிணைப்பதற்கான கம்பிகள் மற்றும் கம்பி வடங்கள்.

வெப்ப உருட்டல், இழை அமைப்பைச் செம்மைப்படுத்தவும் இயந்திரவியல் பண்புகளை மேம்படுத்தவும் உதவுகிறது.

b) கட்டுப்படுத்தப்பட்ட உருட்டல் / TMCP (வெப்ப-இயந்திரவியல் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட செயலாக்கம்)
அதிக வலிமை கொண்ட, குறைந்த கலப்புலோக எஃகுகளுக்கு இது ஒரு முக்கியமான நுட்பமாகும். உருட்டுதலின் போது வெப்பநிலையையும் ஒடுக்கத்தையும் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், உற்பத்தியாளர்கள் பின்வருவனவற்றை அடைகிறார்கள்:
– நுண் துகள்கள் (துகள் சுத்திகரிப்பு).
கார்பனின் அளவை அதிகம் அதிகரிக்காமல் உயர் வலிமையைப் பெறுதல்.
– மேம்படுத்தப்பட்ட பற்றவைப்புத் திறன், பாலம் மற்றும் உயரமான கட்டிடங்கள் கட்டுவதற்கு ஏற்றது.

c) வடித்தல்
சிறப்பு விளிம்புகள், நங்கூரங்கள் அல்லது கனரக இணைப்பு பாகங்கள் போன்ற அதிக உறுதித்தன்மை தேவைப்படும் கூறுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வடித்தல் செயல்முறையானது உலோகத் துகள்களின் திசைவமைப்பை மேம்படுத்துவதோடு, உள்ளகத் துளைகளையும் குறைக்கிறது.

d) வெளியேற்றம் (அலுமினியத்திற்கு மட்டும்)
முகப்புகள் மற்றும் இலகுரக சட்டகங்களுக்கான அலுமினிய சுயவிவரங்கள், அழுத்தி வெளியேற்றும் முறையில் தயாரிக்கப்படுகின்றன: இதில், உலோகக் கட்டிகள் சூடுபடுத்தப்பட்டு, பின்னர் ஒரு அச்சின் வழியாகத் தள்ளப்படுவதன் மூலம் சிக்கலான, இலகுரக சுயவிவரங்கள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

6. பண்புகளை ஒழுங்குபடுத்துவதற்கான வெப்ப சிகிச்சை (heat treatment)

இறுதிப் பண்புகள் வடிவமைப்புத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் வகையில், நுண் கட்டமைப்பை மாற்றுவதே வெப்பச் சிகிச்சையின் நோக்கமாகும்.

கட்டுமான எஃகில்:
இயல்பாக்குதல், கட்டமைப்பின் சீரான தன்மையையும் உறுதித்தன்மையையும் மேம்படுத்துகிறது.
தணித்து பதப்படுத்துதல் (Q&T) அதிக வலிமையை உருவாக்குகிறது; இது பெரும்பாலும் அதிக வலிமை தேவைப்படும் சில கூறுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– அழுத்தத் தணிப்பு என்பது, பற்றவைத்தல் அல்லது வார்ப்பினால் ஏற்படும் எஞ்சிய அழுத்தங்களைக் குறைக்கிறது.

சில அலுமினியக் கலவைகளில்:
– கரைசல் வெப்பச் செயலாக்கம் மற்றும் பதப்படுத்துதல் (எ.கா. 6xxx அல்லது 7xxx தொடர்) வீழ்படிவாக்கல் மூலம் வலிமையை அதிகரிக்கிறது.

வெப்பச் சிகிச்சையைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது, ​​விரிசல் எதிர்ப்புத்திறன், பற்றவைப்புத் திறன் மற்றும் நீண்டகால செயல்திறன் ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்.

7. கட்டிடச் சூழல்களுக்கான அரிப்புத் தடுப்பு மேம்பாட்டு நுட்பங்கள்

கட்டிட அமைப்புகள் அடிக்கடி மழை, ஈரப்பதம், உப்பு (கடலோர), அல்லது தொழிற்சாலை மாசுபடுத்திகளுக்கு உள்ளாகின்றன. எனவே, சரியான உலோகக் கலவையைத் தேர்ந்தெடுப்பதுடன், பாதுகாப்பு நுட்பங்களும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

கட்டமைப்பு எஃகை துருப்பிடிக்காமல் தடுப்பதற்காக, துத்தநாகப் பூச்சு (கால்வனைசிங்) பூசுவது மிகவும் பொதுவானது.
வானிலை மாற்றங்களைத் தாங்கும் எஃகு (அதாவது, ஒரு பாதுகாப்புப் படலத்தை உருவாக்கும் சில உலோகக் கலவைகள்) குறிப்பிட்ட வளிமண்டல நிலைமைகளுக்கு ஏற்றதாகும்.
– அதிக அரிப்பு எதிர்ப்புத் திறனும் குறைந்த பராமரிப்பும் தேவைப்படும் பகுதிகளுக்கு துருப்பிடிக்காத எஃகு.
– கூடுதல் பாதுகாப்பிற்காகப் பூச்சு அமைப்புகள் (எப்பாக்சி, பாலியூரித்தேன் போன்றவை).

அரிப்புத் தடுப்பு என்பது அழகியல் சார்ந்த விஷயம் மட்டுமல்ல, பாதுகாப்பு சார்ந்ததும் கூட. ஏனெனில், அரிப்பானது பயனுள்ள குறுக்குவெட்டுப் பரப்பைக் குறைத்து, கட்டமைப்புச் சிதைவைத் தூண்டக்கூடும்.

8. தரக் கட்டுப்பாடு மற்றும் மூலப்பொருள் சோதனை

கட்டிட அமைப்புகளுக்கான உலோகக் கலவைகள் குறிப்பிட்ட தொழில்நுட்பத் தரநிலைகளைப் (எ.கா., கலவை, வலிமை மற்றும் உறுதித்தன்மைத் தரநிலைகள்) பூர்த்தி செய்ய வேண்டும். தர நிர்ணய நடைமுறைகளில் பொதுவாக பின்வருவன அடங்கும்:

– வளைவு வலிமை, இழுவிசை வலிமை மற்றும் நீட்சி ஆகியவற்றைக் கண்டறிவதற்கான இழுவிசைச் சோதனை.
– குறிப்பாகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் செயல்படும் எஃகுகளின் கடினத்தன்மையை மதிப்பிடுவதற்கான தாக்கச் சோதனை (சார்ப்பி).
– இயந்திரப் பண்புகளின் ஒரு குறிகாட்டியாக கடினத்தன்மை சோதனை.
– உலோகக் கலவையின் கலவை சரியானது என்பதை உறுதி செய்வதற்கான வேதியியல் பகுப்பாய்வு.
– உள்/மேற்பரப்புக் குறைபாடுகளைக் கண்டறியப் பயன்படும் மீயொலி சோதனை, கதிர்ப்படவியல், காந்தத் துகள் சோதனை அல்லது சாய ஊடுருவல் சோதனை போன்ற அழிவற்ற சோதனை (NDT).
– புரொஃபைல்கள் உற்பத்தித் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கின்றனவா என்பதை உறுதி செய்வதற்கான பரிமாணம் மற்றும் சகிப்புத்தன்மைச் சோதனைகள்.

சிறந்த தரக் கட்டுப்பாடு, மூலப்பொருள் பயன்படுத்துவதற்குப் பாதுகாப்பானது, எளிதில் பற்றவைக்கக்கூடியது மற்றும் ஒவ்வொரு தொகுப்பிலும் சீரான செயல்திறனைக் கொண்டது என்பதை உறுதி செய்கிறது.

9. சவால்களும் வளர்ச்சி திசைகளும்

கட்டுமான உலோகக் கலவைத் தொழில் தொடர்ந்து வளர்ச்சி அடைந்து வருகிறது. முக்கிய சவால்களில் பின்வருவன அடங்கும்:
– வலிமைக்கும் பற்றவைப்புத் திறனுக்கும் இடையிலான சமநிலை (சரியாக வடிவமைக்கப்படாவிட்டால், அதிக வலிமையானது பற்றவைப்பு விரிசல்களுக்கு எளிதில் உள்ளாகும் அபாயத்தைக் கொண்டுள்ளது).
– சில கலப்புலோகக் கூறுகள் விலை உயர்ந்தவை என்பதால் செலவுத் திறன் மேம்படுகிறது.
– அதிகரித்த மறுசுழற்சி, ஆற்றல் திறன் மற்றும் குறைக்கப்பட்ட மாசு வெளியேற்றம் ஆகியவற்றின் மூலம் நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்தல்.

வளர்ச்சித் திசைகளில், எடை குறைந்த அதே சமயம் வலிமையான HSLA (உயர் வலிமை குறைந்த கலப்புலோக) எஃகைப் பயன்படுத்துதல், மேலும் துல்லியமான TMCP-ஐப் பிரயோகித்தல், மற்றும் கார்பன் தடத்தைக் குறைப்பதற்காக உலோகக்கழிவு அடிப்படையிலான EAF செயல்முறைகளை மேம்படுத்துதல் ஆகியவை அடங்கும்.

முடிவுரை

கட்டிடக் கட்டமைப்புகளுக்கான உலோகக் கலவைகளின் பொறியியல் என்பது, கலவை வடிவமைப்பு, உருக்குதல் மற்றும் சுத்திகரித்தல், வார்ப்பு, வெப்ப-இயந்திரவியல் உருவாக்கம், வெப்பச் செயலாக்கம், அரிப்புத் தடுப்பு மற்றும் தரக் கட்டுப்பாடு என ஒன்றோடொன்று தொடர்புடைய பல செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியது. முறையாக வடிவமைக்கப்பட்டு பதப்படுத்தப்பட்ட உலோகக் கலவைகள், பல பத்தாண்டுகளுக்கு சுமைகளையும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளையும் தாங்கக்கூடிய வலிமையான, நீடித்த மற்றும் பாதுகாப்பான பொருட்களை உருவாக்குகின்றன. உலோகவியல் தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றம் மற்றும் கட்டிடங்களின் பெருகிவரும் சிக்கலான தேவைகளால், உலோகக் கலவைப் பொறியியலைப் பற்றிய புரிதல், எதிர்காலக் கட்டுமானத்தின் தரம் மற்றும் நிலைத்தன்மைக்கு ஒரு முக்கிய அடித்தளமாக அமைகிறது.