உலோக நுண்ணமைப்பில் குளிரூட்டும் வீதத்தின் விளைவு

உலோக நுண்ணமைப்பில் குளிரூட்டும் வீதத்தின் விளைவு

பொருள் அறிவியல் மற்றும் உலோகவியலில், உலோகங்களின் நுண்ணமைப்பைத் தீர்மானிக்கும் மிக முக்கியமான காரணிகளில் ஒன்று குளிரூட்டும் வீதமாகும். நுண்ணமைப்பு—அதாவது, துகள்கள், கட்டங்கள் மற்றும் நுண்ணிய அளவில் அவற்றின் பரவல்—கடினத்தன்மை, இழுவிசை வலிமை, நீளும் தன்மை, உறுதித்தன்மை, மற்றும் தேய்மானம் மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்பு போன்ற இயந்திரவியல் பண்புகளை கணிசமாகப் பாதிக்கிறது. ஒரே வேதியியல் கலவையைக் கொண்டிருந்தாலும், வெவ்வேறு குளிரூட்டும் முறைகள் (வேகமான, நடுத்தரமான அல்லது மெதுவான) வெவ்வேறு நுண்ணமைப்புகளை உருவாக்கக்கூடும். எனவே, பதப்படுத்துதல், இயல்பாக்குதல், தணித்தல் மற்றும் பதப்படுத்துதல் போன்ற பல்வேறு வெப்பச் செயலாக்க செயல்முறைகளின் மையமாக குளிரூட்டும் வீதத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது உள்ளது.

1. நுண் கட்டமைப்பு மற்றும் கட்ட உருமாற்றத்தின் அடிப்படைக் கருத்துகள்

உலோகங்களும் உலோகக் கலவைகளும் பொதுவாக வெப்பநிலை மாற்றங்களால் ஏற்படும் கட்ட மாற்றங்களின் விளைவாக உருவாகும் கட்டங்களால் (எ.கா., எஃகில் உள்ள ஃபெரைட், ஆஸ்டெனைட், சிமென்டைட்) ஆனவை. உயர் வெப்பநிலைகளில், சில உலோகங்கள் அந்த வெப்பநிலையில் அதிக நிலைத்தன்மை கொண்ட ஒரு கட்டத்தில் இருக்கின்றன; குளிர்விக்கும்போது, ​​அந்தக் கட்டம் குறைந்த வெப்பநிலையில் நிலைத்தன்மை கொண்ட மற்றொரு கட்டமாக மாறக்கூடும். இந்த மாற்றங்கள் பரவல் சார்ந்தவையாக (பரவல் மூலம் அணுக்களின் இயக்கத்தைக் கோருபவை) அல்லது பரவல் சாராதவையாக (வேகமானவை, பரவலைச் சாராதவை, எ.கா., எஃகில் உள்ள மார்டென்சைட்) இருக்கலாம்.

குளிரூட்டும் வீதமானது, அணுக்கள் பரவி ஒரு சமநிலை நிலையை உருவாக்கப் போதுமான நேரம் கிடைக்குமா அல்லது ஒரு நிலைமாறா நிலையில் "சிக்கிக் கொள்ளுமா" என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது. பொதுவாக:

– மெதுவாகக் குளிர்வித்தல் → அணுக்கள் பரவுவதற்கு நேரம் கிடைக்கிறது → நிலை சமநிலையை அடைகிறது → துகள்கள் பெரியதாகின்றன.
– விரைவான குளிர்வித்தல் → பரவல் தடுக்கப்படுகிறது → நிலைமாறக்கூடிய/நுண்நிலை உருவாகிறது → சிறிய துகள்கள் அல்லது நுண் ஊசி/தட்டு வடிவ அமைப்பு.

2. மெதுவான குளிர்வித்தல்: கட்டமைப்பு பருமனடைந்து சமநிலையை அடைகிறது.

பதப்படுத்துதல் அல்லது உலை குளிர்விப்பின் போது பொதுவாக மெதுவான குளிர்வித்தல் நிகழ்கிறது. குளிர்வித்தல் வீதம் குறைவாக இருப்பதால், அணுக்கள் தங்களின் மிகக் குறைந்த ஆற்றல் நிலைகளுக்கு இடம்பெயர்வதற்குப் போதுமான வாய்ப்பு கிடைக்கிறது. இதன் விளைவாக, சமநிலை நிலை வரைபடத்திற்கு இணங்கும் தன்மையுடைய நிலைகள் உருவாகின்றன.

மெதுவாகக் குளிர்விப்பதால் ஏற்படும் முக்கிய நுண் கட்டமைப்புத் தாக்கங்கள் பின்வருமாறு:

1. தானிய வளர்ச்சி
தானிய எல்லைகள் நகர்வதற்கும் அமைப்பின் மொத்த ஆற்றலைக் குறைப்பதற்கும் நேரம் கிடைப்பதால் பெரிய தானியங்கள் உருவாகின்றன. இந்த கரடுமுரடான நுண் கட்டமைப்பு பெரும்பாலும் பின்வருவனவற்றை ஏற்படுத்துகிறது:
– வலிமையும் கடினத்தன்மையும் குறைகின்றன,
– விடாமுயற்சி (ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளி வரை) அதிகரிக்க முனைகிறது.
தானியங்கள் மிகவும் பெரியதாக இருந்தால், கடினத்தன்மை குறையக்கூடும்.

2. சமநிலை நிலை உருவாதல்
கார்பன் எஃகில், ஆஸ்டெனைட்டை மெதுவாகக் குளிர்விப்பதால் ஒப்பீட்டளவில் பெரிய பெர்லைட் (ஃபெரைட் மற்றும் சிமென்டைட் தகடுகளின் கலவை) உருவாகிறது. பெரிய பெர்லைட், பொதுவாக மெல்லிய பெர்லைட்டை விட மென்மையாகவும் அதிக நீளும் தன்மையுடனும் இருக்கும்.

3. உள் இறுக்கம் தணிதல்
வெப்பநிலை மாற்றம் மெதுவாக இருப்பதால், வெப்பச் சரிவு குறைவாக உள்ளது, இதன் விளைவாக எஞ்சிய அழுத்தங்கள் குறைவாக இருக்கின்றன. இது குளிர்வித்தலால் விரிசல் ஏற்படும் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

நடைமுறையில், நெகிழ்வுத்தன்மையை அதிகரிப்பது, இயந்திரத்திறனை மேம்படுத்துவது, அல்லது குளிர் வேலைப்பாடுகளுக்குப் பிறகு எஞ்சியிருக்கும் அழுத்தங்களை நீக்குவது போன்ற செயல்முறை நோக்கங்கள் இருக்கும்போது மெதுவான குளிர்வித்தல் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது.

3. மிதமான குளிர்விப்பு: வலிமைக்கும் உறுதித்தன்மைக்கும் இடையிலான சமரசம்

இயல்பாக்குதல் (எஃகை ஆஸ்டெனைட் பகுதி வரை சூடாக்கி, பின்னர் காற்றில் குளிர்வித்தல்) போன்ற செயல்முறைகளில் குளிர்வித்தல் நிகழ்கிறது. இதன் குளிர்வித்தல் வேகம் பதப்படுத்துதலை விட வேகமானது, ஆனால் திடீரெனக் குளிர்விப்பதைப் போல வேகமானதல்ல.

இதன் விளைவாக:

– தானிய அளவு பொதுவாக பதப்படுத்துதலை விட சிறியதாக இருக்கும்,
– பெர்லைட் மிகவும் நுண்ணியதாக உருவாகிறது,
– இயந்திரவியல் பண்புகள் சமநிலையுடன் காணப்படுகின்றன: பதப்படுத்துதலுடன் ஒப்பிடும்போது வலிமையும் கடினத்தன்மையும் அதிகரிக்கின்றன, அதே சமயம் நீளும்தன்மை மிகவும் நன்றாகவே உள்ளது.

வார்ப்பு அல்லது சூடான உருட்டல் செயல்முறைகளுக்குப் பிறகு நுண் கட்டமைப்பைச் சீராக்குவதற்கும், அதாவது நுண் பிரிதலைக் குறைப்பதற்கும், கட்டமைப்புச் சீரான தன்மையை மேம்படுத்துவதற்கும், மற்றும் பண்புகளின் நிலையான கலவையைப் பெறுவதற்கும் சீராக்குதல் என்பது பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

4. விரைவான குளிர்வித்தல் (குவென்சிங்): நுண்ணிய அல்லது நிலைமாறக்கூடிய கட்டமைப்பு

நீர், எண்ணெய் அல்லது பாலிமர் கரைசல்களில் திடீரெனக் குளிர்விப்பது போன்ற விரைவான குளிரூட்டல், அணுக்களின் பரவலைத் தடுக்கக்கூடிய உயர் குளிரூட்டும் விகிதங்களை உருவாக்குகிறது. சில அமைப்புகளில், இது கடினமான, நிலைமாறக்கூடிய கட்டங்களின் உருவாக்கத்தைத் தூண்டுகிறது.

இதற்கு மிகவும் பிரபலமான உதாரணம் எஃகில் உள்ளது:

எஃகு, ஆஸ்டெனைட் ஆகும் வரை சூடுபடுத்தப்படுகிறது.
– மிக வேகமாக குளிர்விக்கப்பட்டால், ஆஸ்டெனைட் ஃபெரைட் மற்றும் சிமென்டைட்டாக (பெர்லைட்/பைனைட்) மாறுவதற்கு நேரம் கிடைப்பதில்லை.
– மார்டன்சைட் உருவாகிறது; இது மிகவும் கடினமான ஊசி/தட்டு வடிவத்தைக் கொண்ட, கார்பன் மிகைநிறைவுற்ற ஒரு நுண்கட்டமைப்பு ஆகும்.

விரைவான குளிரூட்டலின் பண்புகள்:

1. வன்முறை கடுமையாக அதிகரித்துள்ளது.
மார்டன்சைட் மிகவும் கடினமானது, ஆனால் உடையக்கூடிய தன்மையும் கொண்டது. எனவே, கடினத்தன்மையை அதிகரிக்கவும் உடையக்கூடிய தன்மையைக் குறைக்கவும், குவென்ச்சிங் செயல்முறையைத் தொடர்ந்து பெரும்பாலும் டெம்பரிங் செய்யப்படுகிறது; இது குறைந்த வெப்பநிலையில் மீண்டும் சூடுபடுத்துவதாகும்.

2. மிகவும் நுண்ணிய கட்டமைப்பு
அதிக குளிரூட்டும் விகிதங்கள் நுண்மையான கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன. ஹால்-பெட்ச் உறவின்படி (தானியங்கள் எவ்வளவு சிறியதாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிக மகசூல் வலிமை), நுண் கட்டமைப்பு பொதுவாக வலிமையை அதிகரிக்கிறது.

3. அதிக எஞ்சிய தகைவு மற்றும் உருக்குலைவு ஏற்படும் அபாயம்
விரைவான குளிர்வித்தல், மேற்பரப்பிற்கும் உள்ளகத்திற்கும் இடையில் ஒரு பெரிய வெப்பநிலை வேறுபாட்டை உருவாக்குகிறது, இதன் விளைவாக உள் அழுத்தங்கள் ஏற்படுகின்றன. இது பின்வருவனவற்றை ஏற்படுத்தலாம்:
– தணித்து உடைத்தல் (தணித்து உடைத்தல்),
– வடிவ மாற்றம் (வளைதல்),
– குளிர்வித்தல் சீரற்றதாக இருந்தால், மேற்பரப்பிலிருந்து உட்புறம் வரை கடினத்தன்மையில் வேறுபாடு ஏற்படும்.

இந்த அபாயங்களின் காரணமாக, தணிப்பு ஊடகத்தின் தேர்வு மற்றும் செயல்முறை வடிவமைப்பு (கலக்குதல், கூறு அளவு, வடிவியல்) மிகவும் முக்கியமானதாகிறது.

5. எஃகில் காணப்படும் பொதுவான நிகழ்வுகள்: TTT மற்றும் CCT வரைபடங்களின் பங்கு

எஃகின் மீது குளிரூட்டும் வீதத்தின் விளைவை இன்னும் துல்லியமாகப் புரிந்துகொள்வதற்காக, உலோகவியலாளர்கள் பெரும்பாலும் TTT (நேரம்-வெப்பநிலை-உருமாற்றம்) மற்றும் CCT (தொடர் குளிரூட்டும் உருமாற்றம்) வரைபடங்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர். இந்த வரைபடங்கள், ஆஸ்டெனைட் எப்போது பெர்லைட், பைனைட் அல்லது மார்டென்சைட்டாகத் தனது உருமாற்றத்தைத் தொடங்கி நிறைவு செய்கிறது என்பதைக் காட்டுகின்றன.

மெதுவாகக் குளிர்விக்கும்போது, ​​வெப்பநிலை-நேரப் பாதையானது பெர்லைட் உருவாக்கும் பகுதி வழியாகச் செல்கிறது → அதன் வேகத்தைப் பொறுத்து பருமனான அல்லது நுண்ணிய பெர்லைட்டை உருவாக்குகிறது.
– வேகமாக குளிர்விக்கும்போது, ​​அதன் பாதை TTT வளைவின் “மூக்கு” ​​வழியாகச் செல்வதால், பெர்லைட் உருவாகாமல், பைனைட் அல்லது மார்டன்சைட் உருவாக வழிவகுக்கிறது.

வேறுவிதமாகக் கூறினால், குளிரூட்டும் வீதமானது இறுதிக் கட்டத்தையும், ஒவ்வொரு கட்டத்தின் விகிதத்தையும் தீர்மானிக்கிறது, இதுவே இறுதியில் இயந்திரவியல் பண்புகளை நிர்ணயிக்கிறது.

6. இரும்பு அல்லாத உலோகங்கள் மீது குளிரூட்டும் வீதத்தின் தாக்கம்

மிகவும் பிரபலமான உதாரணம் எஃகு என்றாலும், இந்தக் கோட்பாடுகள் மற்ற உலோகக் கலவைகளுக்கும் பரவலாகப் பொருந்தும்:

– அலுமினியக் கலவைகள்: கரைசல் வெப்பச் செயலாக்கத்திலிருந்து விரைவாகக் குளிர்விப்பதன் மூலம், ஒரு மீசெறிவூட்டப்பட்ட திடக் கரைசலைப் பராமரிக்க முடியும். இது பின்னர் முதிர்ச்சி/வீழ்படிவு கடினப்படுத்துதல் மூலம் வலுப்படுத்தப்படுகிறது. குளிர்விக்கும் வீதமானது வீழ்படிவுகளின் அளவு மற்றும் பரவலைப் பாதிப்பதால், அதன் வலிமையையும் பாதிக்கிறது.
– செம்பு மற்றும் பித்தளை உலோகக் கலவைகள்: குளிர்வித்தல் செயல்முறையானது கட்டப் பரவலையும், குறிப்பிட்ட வீழ்படிவுகளின் உருவாக்கத்தையும் பாதிக்கிறது, இவை கடினத்தன்மை மற்றும் கடத்துத்திறனில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
– டைட்டானியம் கலப்புலோகங்கள்: குளிரூட்டும் வீதமானது, பீட்டா கட்டத்திலிருந்து ஆல்பா கட்டத்திற்கோ அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட மார்டென்சிடிக் கட்டமைப்பிற்கோ மாறும் தன்மையைப் பாதித்து, வலிமை மற்றும் கடினத்தன்மையின் ஒருங்கிணைப்பில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

பல உலோகக் கலவைகளில், விரைவான குளிர்வித்தல் பெரும்பாலும் நிலைமாறா கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது, அவை பின்னர் உகந்த பண்புகளை அடைவதற்காக மேலதிக சிகிச்சைகள் மூலம் மாற்றியமைக்கப்படுகின்றன.

7. கெசிம்புலன்

குளிரூட்டும் வீதமானது உலோகங்களின் நுண் அமைப்பில் ஒரு அடிப்படைத் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது, ஏனெனில் அது பரவல் மூலமாகவோ அல்லது விரைவான பரவலற்ற வழிமுறைகள் மூலமாகவோ கட்ட மாற்றங்கள் எந்த அளவிற்கு நிகழ்கின்றன என்பதைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. மெதுவாகக் குளிரூட்டுவது, குறைந்த எஞ்சிய அழுத்தங்கள் மற்றும் சிறந்த நீளும் தன்மையுடன் கூடிய, கரடுமுரடான, சமநிலைக்கு அருகிலுள்ள நுண் அமைப்பை உருவாக்கும் போக்கைக் கொண்டுள்ளது. மிதமான குளிரூட்டல், நுண் அமைப்பு மற்றும் சமச்சீரான பண்புகளுடன் ஒரு சமரசத்தை வழங்குகிறது. அதே சமயம், வேகமாக குளிரூட்டுவது, எஃகில் உள்ள மார்டன்சைட் போன்ற மிகவும் நுண் அல்லது நிலைமாறக்கூடிய நுண் அமைப்புகளை உருவாக்கக்கூடும். இது கடினத்தன்மையையும் வலிமையையும் அதிகரித்தாலும், அதிகரித்த எஞ்சிய அழுத்தங்கள், உருக்குலைவு மற்றும் நொறுங்கும் தன்மை போன்ற அபாயங்களையும் கொண்டுள்ளது.

பொறியியல் நடைமுறையில், உலகளவில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட "சிறந்த குளிரூட்டும் விகிதம்" என்று எதுவும் இல்லை. உலோகக் கலவையின் அமைப்பு, பாகத்தின் அளவு, குளிரூட்டும் ஊடகம் மற்றும் இலக்கு இறுதிப் பண்புகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமான ஒரு குளிரூட்டும் விகிதம் மட்டுமே உள்ளது. எனவே, குளிரூட்டும் விகிதத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது—பெரும்பாலும் அதைத் தொடர்ந்த வெப்பச் சிகிச்சைகளுடன் இணைத்து—பல்வேறு வகையான தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளுக்குப் பாதுகாப்பான, நம்பகமான மற்றும் திறமையான செயல்திறன் கொண்ட உலோகங்களை வடிவமைப்பதற்கான திறவுகோலாகும்.