எஃகில் கார்பன் உள்ளடக்கத்தின் விளைவு குறித்த ஆய்வு

எஃகின் மீது கார்பன் உள்ளடக்கத்தின் விளைவு குறித்த ஆய்வு

நவீனத் தொழில்துறையில் எஃகு மிக முக்கியமான பொறியியல் பொருட்களில் ஒன்றாகும். இது கட்டிடக் கட்டுமானம் முதல் பாலங்கள், வாகனங்கள், இயந்திரங்கள் மற்றும் வீட்டு உபயோகப் பொருட்கள் வரை அனைத்திலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எஃகுடன் சேர்க்கப்படக்கூடிய பல்வேறு கலப்புலோகத் தனிமங்களில், கார்பன் தான் அதன் அடிப்படைப் பண்புகளைப் பெருமளவில் தீர்மானிக்கிறது. முதன்மைத் தனிமமான இரும்புடன் ஒப்பிடும்போது இதன் உள்ளடக்கம் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருந்தாலும், ஒரு குறுகிய வரம்பிற்குள் கார்பனின் உள்ளடக்கத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், வலிமை, கடினத்தன்மை, உறுதித்தன்மை, பற்றவைப்புத் திறன் மற்றும் வெப்பச் செயலாக்கப் பண்புகளில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகளை ஏற்படுத்தக்கூடும். இந்தக் கட்டுரை, கார்பனின் உள்ளடக்கம் எஃகின் நுண் கட்டமைப்பு மற்றும் இயந்திரப் பண்புகளை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதையும், தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளுக்கான மூலப்பொருள் தேர்வில் அதன் தாக்கங்களையும் விவாதிக்கிறது.

1. எஃகு மற்றும் கார்பனின் பங்கு

பொதுவாக, எஃகு என்பது இரும்பின் (Fe) ஒரு உலோகக் கலவையாகும், இதில் கார்பன் (C) முதன்மைக் கலப்புலோகக் கூறாக உள்ளது. இதன் எடையளவு சதவீதம் பொதுவாக சுமார் 0,02% முதல் சுமார் 2,0% வரை இருக்கும். இந்த வரம்பிற்கு மேல், இரும்பு-கார்பன் உலோகக் கலவைகள் பெரும்பாலும் வார்ப்பு இரும்பு என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. கார்பன், இரும்புப் படிக அமைப்பிற்குள் திண்மக் கரைசலாக இருக்கலாம் அல்லது கார்பைடு சேர்மங்களை (குறிப்பாக சிமென்டைட், Fe₃C) உருவாக்கலாம். கார்பனின் இருப்பு, வெப்பப்படுத்தும்போதும் குளிர்விக்கும்போதும் இரும்பு அணுக்கள் எவ்வாறு அமைகின்றன மற்றும் மாறுகின்றன என்பதைப் பாதிக்கிறது.

அறை வெப்பநிலையில், தூய இரும்பு ஒப்பீட்டளவில் மென்மையான மற்றும் நீளும் தன்மையுடைய ஃபெரைட் (α-Fe) அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. கார்பன் சேர்க்கப்படும்போது, ​​கார்பனின் ஒரு பகுதி கரைகிறது அல்லது கடினமான ஒரு கட்டத்தை உருவாக்குகிறது. இவ்வாறு, கார்பன் ஒரு "வலுவூட்டியாக" செயல்பட்டு, வலிமையையும் கடினத்தன்மையையும் அதிகரிக்கிறது, ஆனால் பெரும்பாலும் நீளும் தன்மையையும் உறுதித்தன்மையையும் இழக்க நேரிடுகிறது.

2. நுண்ணமைப்பு: ஃபெரைட், பெர்லைட் மற்றும் சிமென்டைட்

எஃகின் நுண் அமைப்பில் கார்பனின் முதன்மைத் தாக்கம் காணப்படுகிறது. குறைந்த கார்பன் கொண்ட எஃகில், நுண் அமைப்பானது ஃபெரைட்டால் ஆதிக்கம் செலுத்தப்படுகிறது, அதனுடன் சிறிய அளவில் பெர்லைட்டும் காணப்படுகிறது. ஃபெரைட் மென்மையானது, தகடாக விரிக்கக்கூடியது மற்றும் அதிக கடினத்தன்மை கொண்டது. பெர்லைட் என்பது ஃபெரைட் மற்றும் சிமென்டைட் ஆகியவற்றின் ஒரு தகடு போன்ற கலவையாகும்; இது குறிப்பிட்ட கலவை விகிதங்களில் குளிர்ச்சியடையும் போது உருவாகிறது. பெர்லைட், ஃபெரைட்டை விடக் கடினமானதும் வலிமையானதும் ஆகும்.

கார்பனின் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​பெர்லைட் மற்றும் சிமென்டைட்டின் சதவீதம் அதிகரிக்கிறது. நடுத்தர கார்பன் அளவுகளில், நுண் கட்டமைப்பு ஃபெரைட் மற்றும் பெர்லைட்டின் கலவையாக மாறுகிறது, இதில் பெர்லைட்டின் உள்ளடக்கம் அதிகமாக இருப்பதால், வலிமையும் கடினத்தன்மையும் அதிகரிக்கின்றன. அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகுகளில், பெர்லைட் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, மேலும் புரோயூடெக்டாய்டு சிமென்டைட் (யூடெக்டாய்டு வினைக்கு முன் உருவாகும் சிமென்டைட்) தோன்றக்கூடும், இதன் விளைவாக மிகவும் கடினமான ஆனால் எளிதில் உடையக்கூடிய ஒரு பொருள் உருவாகிறது.

சுருக்கமாக:
– குறைந்த கார்பன் → ஃபெரைட் ஆதிக்கம் → மென்மையான மற்றும் நீளும் தன்மை கொண்டது
– மிதமான கார்பன் → பெர்லைட் அதிகரிக்கிறது → மேலும் வலிமையாகவும் கடினமாகவும் ஆகிறது
– அதிக கார்பன் → பெர்லைட் + சிமென்டைட் அதிகரிப்பு → மிகவும் கடினமானது, எளிதில் உடையக்கூடியது

3. இயந்திரப் பண்புகளின் மீதான தாக்கம்

அ. இழுவிசை வலிமை மற்றும் கடினத்தன்மை
கார்பன் உள்ளடக்கம் இழுவிசை வலிமையையும் கடினத்தன்மையையும் அதிகரிக்கிறது. படிக அமைப்பில் உள்ள இடப்பெயர்ச்சிகளின் இயக்கத்தை கார்பன் அணுக்கள் தடுப்பதால் இது நிகழ்கிறது, இதனால் நெகிழ்வு உருமாற்றம் மிகவும் கடினமாகிறது. மேலும், அதிகரித்த பெர்லைட் மற்றும் சிமென்டைட் கட்டங்கள் ஊடுருவல் மற்றும் தேய்மானத்திற்கு எதிரான எதிர்ப்பை அதிகரிக்கின்றன.

நடைமுறையில், குறைந்த கார்பன் எஃகு, உடையாமல் அதிக உருக்குலைவைத் தாங்க வேண்டிய பாகங்களுக்கு (எ.கா. தகடுகள், குழாய்கள், வாகன உடல்கள்) பொருத்தமானது; அதே சமயம், அதிக கார்பன் எஃகு, கடினத்தன்மை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்புத் திறன் தேவைப்படும் பாகங்களுக்கு (எ.கா. சுருள்வில்கள், அதிக வலிமை கொண்ட கம்பிகள், கத்திகள் மற்றும் சில கருவிகள்) பொருத்தமானது.

b. விடாமுயற்சி மற்றும் மன உறுதி
கார்பனின் அளவு அதிகரிக்கும்போது, ​​நீளும் தன்மையும் கடினத்தன்மையும் பொதுவாகக் குறைகின்றன. அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகுகள் விரிசல் ஏற்படுவதற்கு அதிக வாய்ப்புள்ளது, ஏனெனில் அவற்றின் நுண் கட்டமைப்புகளில், தாக்க ஆற்றலை உள்வாங்கும் திறன் குறைந்த கடினமான கட்டங்கள் அதிகமாக உள்ளன. இயக்கப் பளுக்கள் அல்லது தாக்க அபாயங்களுக்கு உட்பட்ட பயன்பாடுகளில், அவற்றின் கடினத்தன்மைக்காகக் குறைந்த கார்பன் கொண்ட எஃகுகள் அல்லது சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட கலப்புலோக எஃகுகள் பெரும்பாலும் விரும்பப்படுகின்றன.

c. தேய்மான எதிர்ப்பு
அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகுகளில், குறிப்பாக முறையான வெப்பச் செயலாக்கத்துடன் இணைக்கப்படும்போது, ​​தேய்மான எதிர்ப்புத்திறன் அதிகரிக்கிறது. பற்சக்கரங்கள், குறிப்பிட்ட தண்டுகள், தண்டவாளங்கள் மற்றும் கருவிகளின் வேலை செய்யும் பரப்புகள் போன்ற உராய்வுள்ள பாகங்களுக்கு இது முக்கியமானதாகும்.

4. பற்றவைப்புத்திறன் மற்றும் புனையமைப்பின் மீதான தாக்கம்

கார்பன் உள்ளடக்கம் பற்றவைப்புத் திறனை கணிசமாகப் பாதிக்கிறது. குறைந்த கார்பன் கொண்ட எஃகுகளைப் பற்றவைப்பது பொதுவாக எளிதானது, ஏனெனில் வெப்பத்தால் பாதிக்கப்பட்ட பகுதியில் (HAZ) நொறுங்கும் தன்மையுள்ள கட்டமைப்புகள் உருவாகும் அபாயம் குறைவாக உள்ளது. இதற்கு மாறாக, அதிக கார்பன் உள்ளடக்கம், பற்றவைப்பிற்குப் பிறகு குளிர்ச்சியடையும் போது நொறுங்கும் மார்டன்சைட் உருவாகும் போக்கை அதிகரிக்கிறது. இது, குறிப்பாக ஹைட்ரஜன் முன்னிலையில், குளிர் விரிசலுக்கு வழிவகுக்கும்.

தொழில்துறையில், அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகுக்கு பெரும்பாலும் பின்வரும் சிறப்பு பற்றவைப்பு முறைகள் தேவைப்படுகின்றன:
– முன் சூடாக்குதல்,
– இடைநிலை வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு,
– கட்டுப்படுத்தப்பட்ட குளிரூட்டல்,
மற்றும் தேவைப்பட்டால், பற்றவைப்புக்குப் பிந்தைய வெப்பச் சிகிச்சை (PWHT).

குறைந்த கார்பன் எஃகு அதிக நீளும் தன்மை கொண்டிருப்பதால், பற்றவைத்தல் மட்டுமின்றி, வளைத்தல், முத்திரையிடுதல் மற்றும் இழுத்தல் போன்ற உருவமைத்தல் செயல்முறைகளும் இதில் எளிதாகின்றன.

5. வெப்ப சிகிச்சைக்கு எதிர்வினை

கார்பன் மிகவும் முக்கியமானதாக இருப்பதற்கான ஒரு காரணம், வெப்பச் செயலாக்க முடிவுகளில் அது ஏற்படுத்தும் தாக்கமே ஆகும். தணித்தல் மற்றும் பதப்படுத்துதல் போன்ற செயல்முறைகளில், எவ்வளவு மார்டன்சைட் உருவாக முடியும் என்பதை கார்பனின் அளவே தீர்மானிக்கிறது. மார்டன்சைட் என்பது ஆஸ்டனைட் வேகமாக குளிர்விப்பதால் உருவாகும் மிகவும் கடினமான ஒரு அமைப்பாகும், ஆனால் அது பதப்படுத்தப்படாவிட்டால் நொறுங்கக்கூடியதாக இருக்கும்.

குறைந்த கார்பன் எஃகு: கணிசமான அளவு கடினமான மார்டன்சைட்டை உருவாக்கப் போதுமான கார்பன் இல்லாததால், குளிர்வித்தல் மூலம் மட்டுமே அதிக கடினத்தன்மையை அடைவது கடினம்.
– நடுத்தர கார்பன் எஃகு: நன்கு கடினப்படுத்தக்கூடியது; பற்சக்கரங்கள் மற்றும் கிராங்க்ஷாஃப்ட்கள் போன்ற இயந்திரக் கூறுகளுக்கு (பொருத்தமான வெப்பச் செயலாக்கத்துடன்) பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகு: கடினப்படுத்துதலுக்கு மிகவும் உகந்தது; வெட்டும் கருவிகள், சுருள்வில்கள் மற்றும் தேய்மானத்தைத் தாங்கும் பாகங்களுக்கு ஏற்றது, ஆனால் உடையக்கூடிய தன்மையைத் தடுக்க முறையான பதப்படுத்துதல் தேவைப்படுகிறது.

கார்பன் உள்ளடக்கம் கடினமாக்கும் திறனுடன் தொடர்புடையது என்றாலும், கலப்புலோகத் தனிமங்கள் (Cr, Mn, Mo, Ni) மற்றும் துகள் அளவு போன்ற பிற காரணிகளும் ஒரு பங்கைக் கொண்டுள்ளன.

6. கார்பன் உள்ளடக்கத்தின் அடிப்படையில் எஃகின் வகைப்பாடு

நடைமுறையில், எஃகு பெரும்பாலும் பின்வருமாறு வகைப்படுத்தப்படுகிறது:
1. குறைந்த கார்பன் எஃகு (±0,05–0,25% C)
பயன்பாட்டு எடுத்துக்காட்டுகள்: கட்டுமானத் தகடுகள், குழாய்கள், சட்டங்கள், வாகன உடற்பகுதிகள், பற்றவைக்கப்பட்ட பாகங்கள்.
2. நடுத்தர கார்பன் எஃகு (±0,25–0,60% C)
பயன்பாட்டு எடுத்துக்காட்டுகள்: தண்டுகள், பற்சக்கரங்கள், அதிக வலிமை கொண்ட போல்ட்டுகள், பொதுவான இயந்திர பாகங்கள்.
3. அதிக கார்பன் கொண்ட எஃகு (±0,60–1,0% C அல்லது அதற்கு மேல்)
பயன்பாட்டு எடுத்துக்காட்டுகள்: சுருள்வில்கள், எஃகு வடங்கள், எளிய வெட்டும் கருவிகள், தேய்மானத்தைத் தாங்கும் பாகங்கள்.

தரநிலையைப் பொறுத்து வரம்பு மாறுபடலாம், ஆனால் அடிப்படைக் கருத்து ஒன்றுதான்: கார்பனின் அளவு அதிகரிக்க அதிகரிக்க, வலிமையும் கடினத்தன்மையும் அதிகரிக்கும்; ஆனால், அதன் உறுதித்தன்மை மற்றும் தயாரிப்பு முறை மிகவும் சவாலானதாக இருக்கும்.

7. தொழில்துறையில் மூலப்பொருள் தேர்வின் தாக்கங்கள்

பொறியியலில், எஃகைத் தேர்ந்தெடுப்பது என்பது "எது மிகவும் வலிமையானது" என்பதை மட்டும் சார்ந்ததல்ல, மாறாக வலிமை, கடினத்தன்மை, உற்பத்தி முறை, விலை மற்றும் பழுதடையும் அபாயம் போன்ற பண்புகளின் சமநிலையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. பற்றவைப்புத் திறன் தேவைப்படும் பெரிய கட்டமைப்புகளுக்கு, குறைந்த கார்பன் எஃகு பெரும்பாலும் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. வலிமை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்புத் திறன் தேவைப்படும் செலுத்துகைக் கூறுகளுக்கு, முறையான வெப்பச் செயலாக்கம் செய்யப்பட்ட நடுத்தர கார்பன் எஃகு மிகவும் பொருத்தமானது. அதிக கடினத்தன்மை தேவைப்படும் கருவிகள் அல்லது சுருள்வில் பயன்பாடுகளுக்கு, அதிக கார்பன் எஃகு முதன்மையான தேர்வாக உள்ளது, இருப்பினும் எளிதில் உடையக்கூடிய தன்மை மற்றும் விரிசல் ஏற்படும் அபாயத்தைக் கட்டுப்படுத்த வேண்டும்.

முடிவுரை

எஃகின் பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்தும் ஒரு முக்கிய காரணி கார்பன் உள்ளடக்கம் ஆகும். கார்பனை அதிகரிப்பது பொதுவாக கடினத்தன்மை, இழுவிசை வலிமை மற்றும் தேய்மான எதிர்ப்பை அதிகரிக்கிறது, ஆனால் நீளும் தன்மை, உறுதித்தன்மை மற்றும் பற்றவைப்புத் திறனைக் குறைக்கிறது. கார்பன், வெப்பச் சிகிச்சைக்கு எஃகின் பிரதிபலிப்பையும் தீர்மானிக்கிறது, குறிப்பாக அதிக கடினத்தன்மையை அடையக்கூடிய மார்டன்சைட்டை உருவாக்கும் அதன் திறனை இது தீர்மானிக்கிறது. எனவே, களத்தில் எஃகின் செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மை தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதை உறுதிசெய்ய, மூலப்பொருள் தேர்வு, கூறு வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறை வடிவமைப்பு ஆகியவற்றில் கார்பன் உள்ளடக்கத்தின் தாக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வது மிகவும் முக்கியமானது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை நான் ஒரு முழுமையான அறிவியல் நடையில் (கார்பன் வரம்பு அட்டவணைகள், சுருக்கமான Fe–C வரைபடங்கள் மற்றும் ஒரு நூற்பட்டியலுடன்) மாற்றியமைத்துத் தர முடியும், அல்லது குறிப்பிட்ட தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளின் நிகழ்வு ஆய்வுகளையும் இதில் சேர்க்க முடியும்.