ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण

1. परिभाषा

एक घटना जिसमें मिश्रधातु तत्वों को आधार धातु में घोलकर एक निश्चित डिग्री की जाली विकृति पैदा की जाती है और इस प्रकार मिश्रधातु की ताकत बढ़ जाती है।

2. सिद्धांत

ठोस घोल में घुले विलेय परमाणु जाली विरूपण का कारण बनते हैं, जिससे अव्यवस्था की गति का प्रतिरोध बढ़ जाता है, फिसलना मुश्किल हो जाता है और मिश्र धातु के ठोस घोल की ताकत और कठोरता बढ़ जाती है। ठोस घोल बनाने के लिए एक निश्चित विलेय तत्व को घोलकर धातु को मजबूत करने की इस घटना को ठोस घोल मजबूत बनाना कहा जाता है। जब विलेय परमाणुओं की सांद्रता उचित होती है, तो सामग्री की ताकत और कठोरता को बढ़ाया जा सकता है, लेकिन इसकी कठोरता और प्लास्टिसिटी कम हो गई है।

3. प्रभावित करने वाले कारक

विलेय परमाणुओं का परमाणु अंश जितना अधिक होगा, सुदृढ़ीकरण प्रभाव उतना ही अधिक होगा, विशेषकर जब परमाणु अंश बहुत कम हो, सुदृढ़ीकरण प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण होता है।

विलेय परमाणुओं और आधार धातु के परमाणु आकार के बीच जितना अधिक अंतर होगा, सुदृढ़ीकरण प्रभाव उतना ही अधिक होगा।

अंतरालीय विलेय परमाणुओं में प्रतिस्थापन परमाणुओं की तुलना में ठोस समाधान को मजबूत करने वाला प्रभाव अधिक होता है, और क्योंकि शरीर-केंद्रित घन क्रिस्टल में अंतरालीय परमाणुओं की जाली विकृति असममित होती है, उनका सुदृढ़ीकरण प्रभाव फलक-केंद्रित घन क्रिस्टल की तुलना में अधिक होता है; लेकिन अंतरालीय परमाणुओं की ठोस घुलनशीलता बहुत सीमित है, इसलिए वास्तविक सुदृढ़ीकरण प्रभाव भी सीमित है।

विलेय परमाणुओं और आधार धातु के बीच वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या में अंतर जितना अधिक होगा, ठोस समाधान को मजबूत करने वाला प्रभाव उतना ही अधिक स्पष्ट होगा, अर्थात, वैलेंस इलेक्ट्रॉन एकाग्रता में वृद्धि के साथ ठोस समाधान की उपज शक्ति बढ़ जाती है।

4. ठोस घोल के सुदृढ़ीकरण की मात्रा मुख्यतः निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है

मैट्रिक्स परमाणुओं और विलेय परमाणुओं के बीच आकार में अंतर। आकार का अंतर जितना अधिक होगा, मूल क्रिस्टल संरचना में हस्तक्षेप उतना ही अधिक होगा, और विस्थापन पर्ची के लिए यह उतना ही कठिन होगा।

मिश्र धातु तत्वों की मात्रा. जितने अधिक मिश्रधातु तत्व जोड़े जाएंगे, सुदृढ़ीकरण प्रभाव उतना ही अधिक होगा। यदि बहुत सारे परमाणु बहुत बड़े या बहुत छोटे हैं, तो घुलनशीलता अधिक हो जाएगी। इसमें एक और सुदृढ़ीकरण तंत्र, फैला हुआ चरण सुदृढ़ीकरण शामिल है।

अंतरालीय विलेय परमाणुओं में प्रतिस्थापन परमाणुओं की तुलना में अधिक ठोस समाधान मजबूत करने वाला प्रभाव होता है।

विलेय परमाणुओं और आधार धातु के बीच वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की संख्या में जितना अधिक अंतर होगा, ठोस समाधान को मजबूत करने वाला प्रभाव उतना ही अधिक महत्वपूर्ण होगा।

5. प्रभाव

उपज शक्ति, तन्य शक्ति और कठोरता शुद्ध धातुओं की तुलना में अधिक मजबूत होती है;

ज्यादातर मामलों में, लचीलापन शुद्ध धातु की तुलना में कम होता है;

शुद्ध धातु की तुलना में चालकता बहुत कम है;

रेंगने के प्रतिरोध, या उच्च तापमान पर ताकत की हानि, को ठोस समाधान को मजबूत करके सुधारा जा सकता है।

कड़ी मेहनत करो

1. परिभाषा

जैसे-जैसे ठंड विरूपण की डिग्री बढ़ती है, धातु सामग्री की ताकत और कठोरता बढ़ती है, लेकिन प्लास्टिसिटी और कठोरता कम हो जाती है।

2. परिचय

एक घटना जिसमें धातु सामग्री की ताकत और कठोरता तब बढ़ जाती है जब वे पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान के नीचे प्लास्टिक रूप से विकृत हो जाते हैं, जबकि प्लास्टिसिटी और कठोरता कम हो जाती है। इसे कोल्ड वर्क हार्डनिंग के रूप में भी जाना जाता है। इसका कारण यह है कि जब धातु को प्लास्टिक रूप से विकृत किया जाता है, तो क्रिस्टल के दाने खिसक जाते हैं और अव्यवस्थाएं उलझ जाती हैं, जिससे क्रिस्टल के दाने लंबे हो जाते हैं, टूट जाते हैं और रेशेदार हो जाते हैं और धातु में अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होता है। कार्य सख्त करने की डिग्री आमतौर पर प्रसंस्करण के बाद सतह परत की सूक्ष्म कठोरता और प्रसंस्करण से पहले कठोर परत की गहराई के अनुपात से व्यक्त की जाती है।

3. विस्थापन सिद्धांत के परिप्रेक्ष्य से व्याख्या

(1) अव्यवस्थाओं के बीच अंतर्विरोध होता है, और परिणामी कटौती अव्यवस्थाओं की गति में बाधा डालती है;

(2) अव्यवस्थाओं के बीच एक प्रतिक्रिया होती है, और गठित निश्चित अव्यवस्था अव्यवस्था की गति में बाधा उत्पन्न करती है;

(3) अव्यवस्थाओं का प्रसार होता है, और अव्यवस्था घनत्व में वृद्धि से अव्यवस्था आंदोलन के प्रतिरोध में और वृद्धि होती है।

4. हानि

कार्य सख्त करने से धातु भागों की आगे की प्रक्रिया में कठिनाइयाँ आती हैं। उदाहरण के लिए, स्टील प्लेट को कोल्ड-रोलिंग करने की प्रक्रिया में, इसे रोल करना कठिन और कठिन हो जाएगा, इसलिए हीटिंग द्वारा इसके सख्त होने के काम को खत्म करने के लिए प्रसंस्करण प्रक्रिया के दौरान मध्यवर्ती एनीलिंग की व्यवस्था करना आवश्यक है। एक अन्य उदाहरण काटने की प्रक्रिया में वर्कपीस की सतह को भंगुर और कठोर बनाना है, जिससे उपकरण घिसाव में तेजी आती है और काटने की शक्ति बढ़ जाती है।

5. लाभ

यह धातुओं की ताकत, कठोरता और पहनने के प्रतिरोध में सुधार कर सकता है, खासकर उन शुद्ध धातुओं और कुछ मिश्र धातुओं के लिए जिन्हें गर्मी उपचार द्वारा सुधार नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, ठंड से खींचे गए उच्च शक्ति वाले स्टील के तार और ठंडे कुंडलित स्प्रिंग आदि, अपनी ताकत और लोचदार सीमा में सुधार के लिए ठंड से काम करने वाले विरूपण का उपयोग करते हैं। एक अन्य उदाहरण टैंक, ट्रैक्टर ट्रैक, क्रशर जॉ और रेलवे टर्नआउट की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध में सुधार के लिए वर्क हार्डनिंग का उपयोग है।

6. मैकेनिकल इंजीनियरिंग में भूमिका

कोल्ड ड्राइंग, रोलिंग और शॉट पीनिंग (सतह सुदृढ़ीकरण देखें) और अन्य प्रक्रियाओं के बाद, धातु सामग्री, भागों और घटकों की सतह की ताकत में काफी सुधार किया जा सकता है;

भागों पर तनाव पड़ने के बाद, कुछ हिस्सों का स्थानीय तनाव अक्सर सामग्री की उपज सीमा से अधिक हो जाता है, जिससे प्लास्टिक विरूपण होता है। कार्य सख्त होने के कारण, प्लास्टिक विरूपण का निरंतर विकास प्रतिबंधित है, जो भागों और घटकों की सुरक्षा में सुधार कर सकता है;

जब किसी धातु के हिस्से या घटक पर मोहर लगाई जाती है, तो उसका प्लास्टिक विरूपण मजबूती के साथ होता है, जिससे विरूपण उसके चारों ओर बिना काम किए कठोर हिस्से में स्थानांतरित हो जाता है। इस तरह की बार-बार की जाने वाली वैकल्पिक क्रियाओं के बाद, समान क्रॉस-अनुभागीय विरूपण वाले ठंडे मुद्रांकन वाले हिस्से प्राप्त किए जा सकते हैं;

यह कम कार्बन स्टील के काटने के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है और चिप्स को अलग करना आसान बना सकता है। लेकिन वर्क हार्डनिंग से धातु भागों की आगे की प्रक्रिया में कठिनाइयाँ भी आती हैं। उदाहरण के लिए, ठंड से खींचे गए स्टील के तार कड़ी मेहनत के कारण आगे खींचने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की खपत करते हैं, और टूट भी सकते हैं। इसलिए, ड्राइंग से पहले वर्क हार्डनिंग को खत्म करने के लिए इसे एनील्ड किया जाना चाहिए। एक अन्य उदाहरण यह है कि काटने के दौरान वर्कपीस की सतह को भंगुर और कठोर बनाने के लिए, दोबारा काटने के दौरान काटने का बल बढ़ाया जाता है, और उपकरण का घिसाव तेज हो जाता है।

बारीक अनाज को मजबूत बनाना

1. परिभाषा

क्रिस्टल कणों को परिष्कृत करके धातु सामग्री के यांत्रिक गुणों में सुधार करने की विधि को क्रिस्टल शोधन सुदृढ़ीकरण कहा जाता है। उद्योग में, क्रिस्टल अनाज को परिष्कृत करके सामग्री की ताकत में सुधार किया जाता है।

2. सिद्धांत

धातुएँ आमतौर पर कई क्रिस्टल अनाजों से बनी पॉलीक्रिस्टल होती हैं। क्रिस्टल दानों का आकार प्रति इकाई आयतन में क्रिस्टल दानों की संख्या से व्यक्त किया जा सकता है। संख्या जितनी अधिक होगी, क्रिस्टल के दाने उतने ही महीन होंगे। प्रयोगों से पता चलता है कि कमरे के तापमान पर बारीक दाने वाली धातुओं में मोटे दाने वाली धातुओं की तुलना में अधिक ताकत, कठोरता, लचीलापन और कठोरता होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बारीक दाने बाहरी बल के तहत प्लास्टिक विरूपण से गुजरते हैं और अधिक दानों में फैल सकते हैं, प्लास्टिक विरूपण अधिक समान होता है, और तनाव एकाग्रता कम होती है; इसके अलावा, अनाज जितना महीन होगा, अनाज सीमा क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा और अनाज की सीमाएँ उतनी ही अधिक टेढ़ी-मेढ़ी होंगी। दरारों का प्रसार जितना अधिक प्रतिकूल होगा। इसलिए, क्रिस्टल अनाज को परिष्कृत करके सामग्री की ताकत में सुधार करने की विधि को उद्योग में अनाज शोधन सुदृढ़ीकरण कहा जाता है।

3. प्रभाव

दाने का आकार जितना छोटा होगा, अव्यवस्था क्लस्टर में अव्यवस्थाओं (एन) की संख्या उतनी ही कम होगी। τ=nτ0 के अनुसार, तनाव सांद्रता जितनी कम होगी, सामग्री की ताकत उतनी ही अधिक होगी;

बारीक अनाज को मजबूत करने का मजबूत नियम यह है कि अनाज की सीमाएं जितनी अधिक होंगी, अनाज उतना ही महीन होगा। हॉल-पेइकी संबंध के अनुसार, अनाज का औसत मूल्य (डी) जितना छोटा होगा, सामग्री की उपज शक्ति उतनी ही अधिक होगी।

4. अनाज शोधन की विधि

उपशीतलन की डिग्री बढ़ाएँ;

गिरावट का उपचार;

कंपन और सरगर्मी;

शीत-विकृत धातुओं के लिए, क्रिस्टल अनाज को विरूपण की डिग्री और एनीलिंग तापमान को नियंत्रित करके परिष्कृत किया जा सकता है।

दूसरे चरण का सुदृढीकरण

1. परिभाषा

एकल-चरण मिश्र धातुओं की तुलना में, बहु-चरण मिश्र धातुओं में मैट्रिक्स चरण के अलावा दूसरा चरण होता है। जब दूसरे चरण को मैट्रिक्स चरण में बारीक बिखरे हुए कणों के साथ समान रूप से वितरित किया जाता है, तो इसका एक महत्वपूर्ण मजबूत प्रभाव होगा। इस सुदृढ़ीकरण प्रभाव को दूसरे चरण का सुदृढ़ीकरण कहा जाता है।

2. वर्गीकरण

अव्यवस्थाओं की गति के लिए, मिश्र धातु में निहित दूसरे चरण में निम्नलिखित दो स्थितियाँ हैं:

(1) गैर-विकृत कणों का सुदृढीकरण (बाईपास तंत्र)।

(2) विकृत कणों का सुदृढीकरण (कट-थ्रू तंत्र)।

फैलाव सुदृढ़ीकरण और वर्षा सुदृढ़ीकरण दोनों ही दूसरे चरण के सुदृढ़ीकरण के विशेष मामले हैं।

3. प्रभाव

दूसरे चरण की मजबूती का मुख्य कारण उनके और अव्यवस्था के बीच की बातचीत है, जो अव्यवस्था की गति में बाधा डालती है और मिश्र धातु के विरूपण प्रतिरोध में सुधार करती है।

सारांश में

ताकत को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारक सामग्री की संरचना, संरचना और सतह की स्थिति हैं; दूसरा बल की स्थिति है, जैसे बल की गति, लोड करने की विधि, सरल खींच या दोहराया बल, अलग-अलग ताकत दिखाएगा; इसके अलावा, नमूने की ज्यामिति और आकार और परीक्षण माध्यम का भी बहुत प्रभाव पड़ता है, कभी-कभी निर्णायक भी। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन वातावरण में अल्ट्रा-हाई-स्ट्रेंथ स्टील की तन्यता ताकत तेजी से घट सकती है।

धातु सामग्री को मजबूत करने के केवल दो तरीके हैं। एक है मिश्र धातु के अंतर-परमाणु बंधन बल को बढ़ाना, इसकी सैद्धांतिक ताकत बढ़ाना, और मूंछ जैसे दोषों के बिना एक पूर्ण क्रिस्टल तैयार करना। यह ज्ञात है कि लोहे की मूंछों की ताकत सैद्धांतिक मूल्य के करीब है। यह माना जा सकता है कि ऐसा इसलिए है क्योंकि मूंछों में कोई अव्यवस्था नहीं है, या केवल थोड़ी मात्रा में अव्यवस्थाएं हैं जो विरूपण प्रक्रिया के दौरान नहीं बढ़ सकती हैं। दुर्भाग्य से, जब मूंछ का व्यास बड़ा होता है, तो ताकत तेजी से कम हो जाती है। एक और सुदृढ़ीकरण दृष्टिकोण क्रिस्टल में बड़ी संख्या में क्रिस्टल दोषों को शामिल करना है, जैसे कि अव्यवस्था, बिंदु दोष, विषम परमाणु, अनाज की सीमाएं, अत्यधिक बिखरे हुए कण या अमानवीयताएं (जैसे पृथक्करण), आदि। ये दोष अव्यवस्थाओं की गति में बाधा डालते हैं और धातु की ताकत में भी उल्लेखनीय सुधार होता है। तथ्यों ने साबित कर दिया है कि धातुओं की ताकत बढ़ाने का यह सबसे प्रभावी तरीका है। इंजीनियरिंग सामग्रियों के लिए, यह आम तौर पर बेहतर व्यापक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए व्यापक सुदृढ़ीकरण प्रभावों के माध्यम से होता है।