உலோகக் கலவைகளின் இயந்திரவியல் மற்றும் கட்டமைப்புப் பண்புக்கூறுகள்

உலோகக் கலவைகளின் இயந்திரவியல் மற்றும் கட்டமைப்புப் பண்புக்கூறுகள்

பெண்டாஹுலுவான்
உலோகக் கலவை என்பது, தூய உலோகத்தை விட மேம்பட்ட பண்புகளைப் பெறுவதற்காக, இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களைக் கலந்து உருவாக்கப்படும் ஒரு பொருளாகும். இவற்றில் குறைந்தபட்சம் ஒன்று உலோகமாக இருக்க வேண்டும். எஃகு (Fe–C), பித்தளை (Cu–Zn), மற்றும் அலுமினியக் கலவைகள் (Al உடன் Mg, Si, Cu, அல்லது Zn) ஆகியவை இதன் பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகளாகும். தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளில், அதிக வலிமை, கடினத்தன்மை, அரிப்பு எதிர்ப்பு மற்றும் எளிதான உற்பத்தி போன்ற பண்புகளின் கலவைக்காக உலோகக் கலவைகள் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. இந்தக் கலவைகளின் சரியான மற்றும் பாதுகாப்பான பயன்பாட்டிற்கு, அவற்றின் இயந்திரவியல் மற்றும் கட்டமைப்புப் பண்புகளைக் கண்டறிவது அவசியமாகும். இந்தப் பண்புகளைக் கண்டறிதல், நுண்கட்டமைப்புக்கும் (எ.கா., தானிய அளவு, கட்டங்கள், வீழ்படிவுகள் மற்றும் படிகக் குறைபாடுகள்) இயந்திரவியல் பண்புகளுக்கும் (எ.கா., இழுவிசை வலிமை, கடினத்தன்மை, நீளும் தன்மை மற்றும் சோர்வு எதிர்ப்பு) இடையேயான தொடர்பைத் தெளிவுபடுத்த உதவுகிறது.

உலோகக் கலவை கட்டமைப்பின் அடிப்படைக் கருத்துக்கள்
உலோகக் கலவைகளின் கட்டமைப்பு பொதுவாகப் பல்வேறு நிலைகளில் விவாதிக்கப்படுகிறது:
1. அணு அளவு/படிகவியல்: ஒரு படிகக் கட்டத்தில் அணுக்கள் அமைந்திருக்கும் விதம் (FCC, BCC, HCP).
2. நுண்ணளவு: தானிய அளவு, தானிய எல்லைகள், கட்டங்கள், வீழ்படிவு, உள்ளடக்கங்கள், நுண்துளைத்தன்மை.
3. பேரளவு: வார்ப்புச் செயல்முறையின் விளைவாக ஏற்படும் பிரிதல், வார்ப்புக் குறைபாடுகள், விரிசல்கள் மற்றும் மேற்பரப்பு அமைப்புகள்.

கட்ட வேறுபாடுகள் (எ.கா., கார்பன் எஃகில் உள்ள ஃபெரைட் மற்றும் பெர்லைட்) இயந்திரவியல் பண்புகளைக் கணிசமாகப் பாதிக்கின்றன. மேலும், பதப்படுத்துதல், தணித்தல் மற்றும் பதப்படுத்துதல் போன்ற வெப்பச் செயலாக்க முறைகள் கட்டப் பரவலை மாற்றி, தானிய அளவையும் மாற்றியமைக்கக்கூடும். இதன் மூலம் பொருளின் வலிமை மற்றும் கடினத்தன்மையும் மாறுகின்றன. எனவே, இயந்திரவியல் சோதனை முடிவுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கு கட்டமைப்புப் பண்புக்கூறு ஆய்வு இன்றியமையாதது.

இயந்திரவியல் பண்புக்கூறு வரையறை: நோக்கங்கள் மற்றும் முக்கிய அளவுருக்கள்
இயந்திரவியல் பண்புக்கூறுதல் என்பது, குறிப்பிட்ட சுமைகள், உருக்குலைவுகள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளுக்கு ஒரு பொருள் காட்டும் எதிர்வினையை அளவிடுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. மிகவும் அடிக்கடி மதிப்பிடப்படும் அளவுருக்கள் பின்வருமாறு:

1. இழுவிசை சோதனை
இழுவிசைச் சோதனை என்பது தகைவு-திரிபு வளைகோடுகளைப் பெறுவதற்கான முதன்மை முறையாகும். இந்தச் சோதனையிலிருந்து பின்வருவனவற்றைத் தீர்மானிக்கலாம்:
– நெகிழ்வு வலிமை: ஒரு பொருள் நிரந்தரமான நெகிழ்வு உருக்குலைவுக்கு உள்ளாகத் தொடங்கும் வரம்பு.
– உச்சபட்ச இழுவிசை வலிமை (UTS): கழுத்துச் சுருக்கம் ஏற்படுவதற்கு முன்பு உள்ள அதிகபட்ச அழுத்தம்.
– நீட்சி: ஒரு பொருள் உடைவதற்கு முன் நீளும் திறன்.
– மீட்சி குணகம் (யங் குணகம்): மீட்சிப் பகுதியில் பொருளின் விறைப்புத்தன்மை.

நுண்ணிய வீழ்படிவுகளைக் கொண்ட உலோகக் கலவைகள் (எ.கா. அலுமினியம்-செம்பு உலோகக் கலவைகள்) பொதுவாக அதிகரித்த வளைவு வலிமையைக் காட்டுகின்றன, ஏனெனில் அந்த வீழ்படிவுகள் இடப்பெயர்ச்சி இயக்கத்தைத் தடுக்கின்றன.

2. கடினத்தன்மை சோதனை
ஒரு பொருளின் ஊடுருவல் அல்லது உள்ளூர் உருக்குலைவுக்கு எதிரான எதிர்ப்பை மதிப்பிடுவதற்கான ஒரு விரைவான மற்றும் நடைமுறைக்குரிய கடினத்தன்மை சோதனை. பொதுவான முறைகள்:
– பிரினெல்: ஓரளவு மென்மையான மற்றும் மிதமான பொருட்களுக்கும், மிகவும் நுண்மையற்ற கட்டமைப்புகளுக்கும் ஏற்றது.
– ராக்வெல்: வேகமானது, தொழில்துறையில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– விக்கர்ஸ் மற்றும் மைக்ரோ-விக்கர்ஸ்: நுண்கட்டமைப்பில் உள்ள குறிப்பிட்ட கட்டங்கள் உட்பட, சிறிய பகுதிகளில் கடினத்தன்மையை அளவிடப் பயன்படுத்தலாம்.

பல உலோகக் கலவைகளில் கடினத்தன்மை பெரும்பாலும் இழுவிசை வலிமையுடன் தொடர்புபடுத்தப்படுகிறது, இருப்பினும் இந்தத் தொடர்புக்குப் பொருளின் வகை மற்றும் வெப்பச் சிகிச்சையின் அடிப்படையில் அளவுத்திருத்தம் தேவைப்படுகிறது.

3. தாக்கச் சோதனை
சார்ப்பி அல்லது ஐசோட் சோதனை போன்ற தாக்கச் சோதனைகள், ஒரு பொருள் அதிர்ச்சிச் சுமைக்கு உட்படுத்தப்படும்போது அது உள்வாங்கிக்கொள்ளும் ஆற்றலை அளவிடுகின்றன. இந்த அளவுரு, குறிப்பாக வெப்பநிலை மாற்றங்களால் நொறுங்குதன்மை-நெகிழ்வுத்தன்மை மாற்றத்திற்கு உள்ளாகக்கூடிய எஃகுகளில், அதன் உறுதித்தன்மை மற்றும் நொறுங்கு முறிவுப் போக்கை மதிப்பிடுவதற்கு முக்கியமானதாகும். ஒரு நுண்ணிய தானிய அமைப்பு மற்றும் அதிக நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்ட நிலை ஆகியவை பொதுவாக உறுதித்தன்மையை அதிகரிக்கின்றன.

4. சோர்வு சோதனை
தண்டுகள், பற்சக்கரங்கள், சுருள்வில்கள் மற்றும் விமானக் கட்டமைப்புகள் போன்ற பொறியியல் கூறுகள் அடிக்கடி தொடர்ச்சியான சுமைகளுக்கு உட்படுத்தப்படுகின்றன. சோர்வுச் சோதனையானது ஒரு S–N வளைவை (அழுத்தம் மற்றும் முறிவுக்கான சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை) உருவாக்குகிறது. சோர்வைப் பாதிக்கும் காரணிகள் பின்வருமாறு:
– மேற்பரப்பு சொரசொரப்பு,
– உட்பொருட்கள் அல்லது துளைகள் இருத்தல்,
– எஞ்சிய அழுத்தம்,
– அரிக்கும் சூழல்,
மற்றும் நுண்ணமைப்பு (தானிய அளவு, வீழ்படிவு மற்றும் கட்டப் பரவல்).

பெரிய உட்பொருட்கள் அல்லது அதிக நுண்துளைகளைக் கொண்ட உலோகக் கலவைகள் குறைந்த சோர்வு ஆயுளைக் கொண்டிருக்கின்றன, ஏனெனில் இந்தக் குறைபாடுகளில் விரிசல்கள் எளிதில் உருவாகின்றன.

5. ஊர்ந்து செல்லல் மற்றும் அழுத்த முறிவு சோதனை
உயர் வெப்பநிலைகளில் (எ.கா., வாயு விசையாழிகள், கொதிகலன்கள் அல்லது அணு உலைகள்), பொருட்கள் நீண்ட காலத்திற்கு மெதுவான நெகிழ்வு உருக்குலைவுக்கு (ஊர்ந்து செல்லல்) உள்ளாகலாம். ஊர்ந்து செல்லல் சோதனைகள், ஒரு குறிப்பிட்ட அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையில், நேரத்திற்கு எதிரான திரிபு வீதத்தை அளவிடுகின்றன. ஊர்ந்து செல்லல் பொறிமுறையானது அணுப் பரவல், தானிய எல்லைகள் மற்றும் கட்ட நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது. நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்கள், ஊர்ந்து செல்லல் எதிர்ப்பை மேம்படுத்துவதற்காக, உயர் வெப்பநிலைகளில் γ' போன்ற வீழ்படிவுகள் நிலையானதாக இருக்கும்படி வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.

கட்டமைப்புப் பண்புக்கூறு வரையறை: முறைகள் மற்றும் பெறப்பட்ட தகவல்கள்
கட்டமைப்புப் பண்பறிதல் என்பது உலோகக் கலவைகளின் உள் அம்சங்களைக் கவனித்து அளவிடுவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. இதில் பயன்படுத்தப்படும் நுட்பங்கள்:

1. உலோக வரைவியல் (ஒளியியல் நுண்ணோக்கி)
நுண் கட்டமைப்பைப் பற்றி ஆய்வு செய்வதில் உலோகவியல் முதல் படியாகும். தானிய மற்றும் கட்ட எல்லைகளை வெளிப்படுத்துவதற்காக, மாதிரியானது வெட்டப்பட்டு, அழுத்தப்பட்டு, தேய்க்கப்பட்டு, மெருகூட்டப்பட்டு, பின்னர் ஒரு வேதி கரைசலைப் பயன்படுத்தி அரிக்கப்படுகிறது. இது பின்வருவனவற்றைப் பகுப்பாய்வு செய்ய அனுமதிக்கிறது:
– தானிய அளவு,
– கட்டப் பின்னம்,
– எஃகில் பெர்லைட்/ஃபெரைட்டின் பரவல்,
– வார்ப்பு உலோகக் கலவைகளில் உள்ள டென்ட்ரைட்டுகள்,
அத்துடன், நுண்துளைகள் அல்லது நுண்ணிய விரிசல்கள் வடிவிலான குறைபாடுகளும்.

தானிய அளவுக்கும் வலிமைக்கும் உள்ள தொடர்பு பெரும்பாலும் ஹால்-பெட்ச் உறவின் மூலம் விளக்கப்படுகிறது: தானியம் எவ்வளவு சிறியதாக இருக்கிறதோ, அந்த அளவுக்கு மகசூல் வலிமை அதிகமாக இருக்கும் (ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பு வரை).

2. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) மற்றும் கலவைப் பகுப்பாய்வு (EDS)
ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோப் (SEM), ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப்பை விட அதிகத் தெளிவுத்திறனை வழங்குகிறது மற்றும் பின்வருவனவற்றிற்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக உள்ளது:
– வீழ்படிவு மற்றும் கட்டத்தின் உருவமைப்பைப் பார்க்கவும்,
– முறிவுப் பரப்புகளைக் கவனித்தல் (முறிவு வரைவியல்),
– முறிவு வழிமுறைகளை (நெகிழ்வான, நொறுங்கும், தானியங்களுக்கு இடையேயான) மதிப்பிடுங்கள்.

உள்ளூர் தனிமப் பகுப்பாய்விற்காக, SEM பெரும்பாலும் ஆற்றல் சிதறல் நிறமாலையியலுடன் (EDS) இணைத்துப் பயன்படுத்தப்படுகிறது; எடுத்துக்காட்டாக, எஃகில் உள்ள கந்தகம் நிறைந்த உள்ளடக்கங்களை அல்லது அலுமினியக் கலவைகளில் உள்ள தாமிரம் நிறைந்த வீழ்படிவுகளைக் கண்டறிய இது பயன்படுகிறது.

3. எக்ஸ்-கதிர் விளிம்பு விளைவு (XRD)
எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் (XRD) படிக நிலைகளையும் பின்னல் அளவுருக்களையும் கண்டறியப் பயன்படுகிறது. XRD பின்வருவனவற்றிற்கு உதவுகிறது:
– உலோகவியல் ரீதியாக வேறுபடுத்துவது கடினமான கட்டங்களைக் கண்டறியவும்,
– எஞ்சிய அழுத்தத்தை அளவிடுதல்,
– படிகத்தின் அமைப்பைக் கவனிக்கவும்,
– மேலும், மிக நுண்ணிய பொருட்களில் உள்ள படிகத்துகளின் அளவைக் கணக்கிடவும்.

எஃகில், XRD ஆனது அதன் தனித்துவமான விளிம்பு விலகல் வடிவங்கள் மூலம் ஃபெரைட், தக்கவைக்கப்பட்ட ஆஸ்டெனைட் மற்றும் மார்டென்சைட் ஆகியவற்றை வேறுபடுத்தி அறிய உதவுகிறது.

4. TEM (பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி)
நானோமீட்டர் அளவிலான அவதானிப்புகளுக்கு TEM இன்றியமையாதது, குறிப்பாக வீழ்படிவு வலுவூட்டப்பட்ட அல்லது கடுமையான உருக்குலைவுக்கு உட்படுத்தப்பட்ட உலோகக் கலவைகளுக்கு இது மிகவும் அவசியம். TEM பின்வருவனவற்றைக் காண்பிக்கும் திறன் கொண்டது:
– இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் உட்கூறுகள்,
– நானோ வீழ்படிவு,
– அடுக்குக் கோளாறுகள்,
அத்துடன் மிகவும் மென்மையான கட்ட எல்லைகளும்.

விண்வெளிப் பயன்பாடுகளுக்கான, காலப்போக்கில் கடினப்படுத்தக்கூடிய அலுமினியம், மார்டென்சிடிக் எஃகு அல்லது டைட்டேனியம் கலப்புலோகங்கள் போன்ற நவீன கலப்புலோகங்களில் இந்தத் தகவல் மிகவும் இன்றியமையாதது.

5. அழிவற்ற சோதனை (NDT)
தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளில், கட்டமைப்புப் பண்புகளைக் கண்டறிய எப்போதும் கூறுகளை அழிப்பது அவசியமில்லை. அழிவற்ற சோதனை (NDT) முறைகளில் பின்வருவன அடங்கும்:
– உள் குறைபாடுகளைக் கண்டறிய மீயொலி சோதனை,
– நுண்துளைகள் மற்றும் விரிசல்களைக் கண்டறிய கதிர்ப்படம் (எக்ஸ்-ரே/காமா),
– ஃபெரோகாந்த எஃகில் உள்ள மேற்பரப்புக் குறைபாடுகளுக்கான காந்தத் துகள்கள்,
– பல்வேறு உலோகங்களின் மேற்பரப்பு விரிசல்களுக்கான சாய ஊடுருவி.

முக்கியமான கட்டுமானப் பணிகளில் தரக் கட்டுப்பாடு மற்றும் காலமுறை ஆய்வுகளுக்கு அழிவற்ற சோதனை (NDT) இன்றியமையாதது.

நுண்ணமைப்புக்கும் இயந்திரவியல் பண்புகளுக்கும் இடையிலான தொடர்பு
அமைப்பு-பண்பு உறவுகள் பொருள் அறிவியலின் மையமாக விளங்குகின்றன. இந்த உறவுகளுக்கான சில பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– நுண்ணிய வீழ்படிவு வலிமையை அதிகரிக்கிறது (வீழ்படிவு கடினப்படுத்துதல்), ஆனால் அது அதிகமாக இருந்தால் நீளும் தன்மையைக் குறைத்துவிடும்.
– சிறிய துகள் அளவு வலிமையையும், பொதுவாகக் கடினத்தன்மையையும் அதிகரிக்கிறது, ஆனால் சில செயல்முறைகள் எஞ்சிய அழுத்தங்களை அதிகரிக்கக்கூடும்.
மார்டன்சைட் போன்ற கடினமான கட்டங்கள், கடினத்தன்மையையும் வலிமையையும் அதிகரிக்கின்றன, ஆனால் பதப்படுத்தப்படாவிட்டால், அவை உறுதித்தன்மையைக் குறைக்கக்கூடும்.
உட்பொருட்கள் மற்றும் நுண்துளைகள் விரிசல்களுக்குத் தொடக்கப் புள்ளியாக அமைவதால், அவை சோர்வு எதிர்ப்பையும் கடினத்தன்மையையும் குறைக்க முனைகின்றன.

எனவே, பொருளின் பண்புகளுக்கான காரணங்களை வெறுமனே பதிவு செய்வதோடு மட்டுமல்லாமல், அவற்றைப் புரிந்துகொள்ளும் வகையில், இயந்திரவியல் சோதனை முடிவுகளின் விளக்கமானது எப்போதும் கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வின் முடிவுகளுடன் இணைக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும்.

மூடுகிறது
உலோகக் கலவைகளின் இயந்திரவியல் மற்றும் கட்டமைப்புப் பண்புகளைக் கண்டறிதல் என்பது, பொருட்கள் வடிவமைப்பு மற்றும் பாதுகாப்புத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதை உறுதி செய்வதற்கான ஒரு முக்கியமான செயல்பாடுகளின் தொகுப்பாகும். இழுவிசை, கடினத்தன்மை, தாக்கம், சோர்வு மற்றும் ஊர்ந்துசெல்லல் போன்ற இயந்திரவியல் சோதனைகள், பல்வேறு சுமை நிலைகளின் கீழ் பொருளின் செயல்திறன் குறித்த அளவுசார் தரவுகளை வழங்குகின்றன. அதே நேரத்தில், உலோகவியல், SEM/EDS, XRD, TEM மற்றும் NDT ஆகியவற்றின் மூலமான கட்டமைப்புப் பண்புகளைக் கண்டறிதல், கட்டங்கள், தானிய அளவுகள், வீழ்படிவுகள், இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் உள் குறைபாடுகளை வெளிப்படுத்துவதன் மூலம், பொருட்கள் ஏன் சில குறிப்பிட்ட பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன என்பதை விளக்குகிறது. இவற்றின் ஒருங்கிணைப்பு, உலோகக் கலவையின் கலவை, வெப்பச் செயலாக்கம் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைகளை மேம்படுத்த அனுமதிக்கிறது. இதன் மூலம் கட்டுமானம் மற்றும் வாகனத் துறை முதல் விண்வெளி மற்றும் ஆற்றல் துறை வரையிலான பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் நம்பகமான உலோகக் கலவை வடிவமைப்பைச் சாத்தியமாக்குகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை இன்னும் கச்சிதமாக 1000 வார்த்தைகளுக்குள் (சரியாக 1000) என்னால் மாற்றியமைக்க முடியும், அல்லது எஃகு, அலுமினியம், டைட்டானியம், அல்லது நிக்கல் சூப்பர் அலாய்ஸ் போன்ற ஒரு குறிப்பிட்ட உலோகக் கலவையைப் பற்றி மட்டும் கவனம் செலுத்த முடியும்.