स्टेनलेस स्टील के यांत्रिक व्यवहार को नियंत्रित करने वाली अनाज संरचना की एक परत के बारे में जानकारी प्राप्त करके लाभ प्राप्त किया जा सकता है।
स्टेनलेस स्टील और एल्युमीनियम मिश्र धातुओं का चयन आम तौर पर ताकत, तन्यकता, बढ़ाव और कठोरता के आधार पर किया जाता है। ये गुण बताते हैं कि धातु के निर्माण खंड लागू भार के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। वे कच्चे माल की बाधाओं के प्रबंधन के लिए एक प्रभावी संकेतक हैं; यानी, टूटने से पहले यह कितना झुकेगा। कच्चे माल को बिना टूटे ढलाई प्रक्रिया का सामना करने में सक्षम होना चाहिए।
यांत्रिक गुणों के निर्धारण के लिए विनाशकारी तन्यता और कठोरता परीक्षण एक विश्वसनीय, लागत प्रभावी विधि है। हालांकि, ये परीक्षण हमेशा विश्वसनीय नहीं होते हैं, जब कच्चे माल की मोटाई परीक्षण नमूने के आकार को सीमित करने लगती है। सपाट धातु उत्पादों का तन्यता परीक्षण निश्चित रूप से अभी भी उपयोगी है, लेकिन इसके यांत्रिक व्यवहार को नियंत्रित करने वाली अनाज संरचना की एक परत पर अधिक गहराई से देखने से लाभ प्राप्त किया जा सकता है।
धातुएं सूक्ष्म क्रिस्टलों की एक श्रृंखला से बनी होती हैं, जिन्हें कण कहा जाता है। वे धातु में अनियमित रूप से वितरित होते हैं। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में लोहा, क्रोमियम, निकल, मैंगनीज, सिलिकॉन, कार्बन, नाइट्रोजन, फास्फोरस और सल्फर जैसे मिश्र धातु तत्वों के परमाणु एक एकल कण का हिस्सा होते हैं। ये परमाणु धातु आयनों का एक ठोस घोल बनाते हैं, जो अपने साझा इलेक्ट्रॉनों के माध्यम से क्रिस्टल जालक में बंधे होते हैं।
मिश्र धातु की रासायनिक संरचना कणों में परमाणुओं की ऊष्मागतिकी के अनुसार पसंदीदा व्यवस्था को निर्धारित करती है, जिसे क्रिस्टल संरचना के रूप में जाना जाता है। एक धातु के सजातीय भाग जिसमें एक दोहराई जाने वाली क्रिस्टल संरचना होती है, एक या एक से अधिक कणों का निर्माण करते हैं, जिन्हें चरण कहा जाता है। मिश्र धातु के यांत्रिक गुण, मिश्र धातु में क्रिस्टल संरचना का एक कार्य होते हैं। यही बात प्रत्येक चरण के कणों के आकार और व्यवस्था पर भी लागू होती है।
अधिकांश लोग पानी के चरणों से परिचित हैं। जब तरल पानी जम जाता है, तो यह ठोस बर्फ बन जाता है। हालाँकि, जब धातुओं की बात आती है, तो केवल एक ठोस चरण नहीं होता है। कुछ मिश्र धातु परिवारों का नाम उनके चरणों के नाम पर रखा गया है। स्टेनलेस स्टील्स में, ऑस्टेनिटिक 300 श्रृंखला मिश्र धातु में मुख्य रूप से ऑस्टेनाइट होता है जब इसे एनील किया जाता है। हालाँकि, 400 श्रृंखला मिश्र धातु में 430 स्टेनलेस स्टील में फेराइट या 410 और 420 स्टेनलेस स्टील मिश्र धातुओं में मार्टेंसाइट होता है।
यही बात टाइटेनियम मिश्रधातुओं पर भी लागू होती है। प्रत्येक मिश्रधातु समूह का नाम कमरे के तापमान पर उनके प्रमुख चरण को इंगित करता है - अल्फा, बीटा या दोनों का मिश्रण। अल्फा, निकट-अल्फा, अल्फा-बीटा, बीटा और निकट-बीटा मिश्रधातुएं हैं।
जब तरल धातु ठोस हो जाती है, तो ऊष्मागतिकी के अनुसार पसंदीदा चरण के ठोस कण वहां अवक्षेपित हो जाएंगे जहां दबाव, तापमान और रासायनिक संरचना अनुमति देती है। यह आमतौर पर इंटरफेस पर होता है, जैसे ठंडे दिन में गर्म तालाब की सतह पर बर्फ के क्रिस्टल। जब अनाज नाभिक बनाते हैं, तो क्रिस्टल संरचना एक दिशा में बढ़ती है जब तक कि एक और अनाज का सामना नहीं होता है। क्रिस्टल संरचनाओं के विभिन्न अभिविन्यासों के कारण अनाज की सीमाएं बेमेल जालकों के चौराहे पर बनती हैं। एक बॉक्स में विभिन्न आकारों के रूबिक के क्यूब्स का एक गुच्छा रखने की कल्पना करें। प्रत्येक क्यूब में एक वर्ग ग्रिड व्यवस्था होती है, लेकिन वे सभी अलग-अलग यादृच्छिक दिशाओं में व्यवस्थित होंगे। एक पूरी तरह से ठोस धातु वर्कपीस में प्रतीत होता है कि यादृच्छिक रूप से उन्मुख अनाज की एक श्रृंखला होती है।
जब भी कोई दाना बनता है, तो रेखा दोष की संभावना होती है। ये दोष क्रिस्टल संरचना के लुप्त भाग होते हैं, जिन्हें अव्यवस्था कहा जाता है। ये अव्यवस्थाएं और दाने में तथा दाने की सीमाओं के आर-पार होने वाली उनकी गति धातु की तन्यकता के लिए मौलिक हैं।
अनाज की संरचना को देखने के लिए वर्कपीस के एक क्रॉस-सेक्शन को माउंट किया जाता है, पीसकर पॉलिश किया जाता है और नक्काशी की जाती है। एक समान और समरूप होने पर, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप पर देखी गई सूक्ष्म संरचनाएं एक पहेली की तरह दिखती हैं। वास्तविकता में, अनाज तीन आयामी होते हैं, और प्रत्येक अनाज का क्रॉस-सेक्शन वर्कपीस क्रॉस-सेक्शन के अभिविन्यास के आधार पर अलग-अलग होगा।
जब एक क्रिस्टल संरचना अपने सभी परमाणुओं से भर जाती है, तो परमाणु बंधनों के खिंचाव के अलावा अन्य गति के लिए कोई स्थान नहीं बचता।
जब आप परमाणुओं की एक पंक्ति के आधे हिस्से को हटाते हैं, तो आप परमाणुओं की एक और पंक्ति के लिए उस स्थिति में खिसकने का अवसर बनाते हैं, जिससे अव्यवस्था प्रभावी रूप से स्थानांतरित हो जाती है। जब कार्यवस्तु पर बल लगाया जाता है, तो सूक्ष्म संरचना में अव्यवस्थाओं की एकत्रित गति उसे बिना टूटे या खंडित हुए झुकने, फैलने या संपीड़ित होने में सक्षम बनाती है।
जब एक बल किसी धातु मिश्र धातु पर कार्य करता है, तो प्रणाली ऊर्जा को बढ़ाती है। यदि प्लास्टिक विरूपण उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा जोड़ी जाती है, तो जाली विकृत हो जाती है और नए अव्यवस्थाएं बनती हैं। यह तर्कसंगत लगता है कि इससे लचीलापन बढ़ना चाहिए, क्योंकि यह अधिक स्थान मुक्त करता है और इस प्रकार अधिक अव्यवस्था गति की क्षमता बनाता है। हालाँकि, जब अव्यवस्थाएं टकराती हैं, तो वे एक दूसरे को ठीक कर सकती हैं।
जैसे-जैसे अव्यवस्थाओं की संख्या और सांद्रता बढ़ती है, अधिक से अधिक अव्यवस्थाएं एक साथ पिन की जाती हैं, जिससे लचीलापन कम हो जाता है। अंततः इतनी अधिक अव्यवस्थाएं दिखाई देती हैं कि ठंडा गठन अब संभव नहीं है। चूंकि मौजूदा पिनिंग अव्यवस्थाएं अब आगे नहीं बढ़ सकती हैं, इसलिए जाली में परमाणु बंधन तब तक खिंचते हैं जब तक वे टूट नहीं जाते या टूट नहीं जाते। यही कारण है कि धातु मिश्र धातुएं कठोर हो जाती हैं, और टूटने से पहले धातु द्वारा झेले जाने वाले प्लास्टिक विरूपण की मात्रा की एक सीमा होती है।
अनाज भी तापानुशीतन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कठोर हो चुके पदार्थ को तापानुशीतन करने से अनिवार्य रूप से सूक्ष्म संरचना पुनः स्थापित हो जाती है और इस प्रकार लचीलापन पुनः बहाल हो जाता है। तापानुशीतन प्रक्रिया के दौरान, अनाज तीन चरणों में रूपांतरित होते हैं:
कल्पना कीजिए कि कोई व्यक्ति भीड़ भरी रेलगाड़ी में से गुजर रहा है। भीड़ को केवल पंक्तियों के बीच अंतराल छोड़कर ही निचोड़ा जा सकता है, जैसे कि जाली में अव्यवस्था। जैसे-जैसे वे आगे बढ़ते हैं, उनके पीछे के लोग उनके द्वारा छोड़े गए खाली स्थान को भरते हैं, जबकि वे आगे नई जगह बनाते हैं। एक बार जब वे गाड़ी के दूसरे छोर पर पहुँच जाते हैं, तो यात्रियों की व्यवस्था बदल जाती है। यदि बहुत से लोग एक ही समय में गुजरने की कोशिश करते हैं, तो उनके चलने के लिए जगह बनाने की कोशिश में यात्री एक-दूसरे से टकराएँगे और रेलगाड़ी की डिब्बों की दीवारों से टकराएँगे, जिससे सभी अपनी जगह पर फंस जाएँगे। जितनी अधिक अव्यवस्थाएँ दिखाई देंगी, उनके लिए एक ही समय में चलना उतना ही कठिन होगा।
पुनःक्रिस्टलीकरण को सक्रिय करने के लिए आवश्यक विरूपण के न्यूनतम स्तर को समझना महत्वपूर्ण है। हालांकि, यदि धातु को गर्म करने से पहले पर्याप्त विरूपण ऊर्जा नहीं मिलती है, तो पुनःक्रिस्टलीकरण नहीं होगा और कण अपने मूल आकार से आगे बढ़ते रहेंगे।
अनाज की वृद्धि को नियंत्रित करके यांत्रिक गुणों को नियंत्रित किया जा सकता है। अनाज की सीमा अनिवार्य रूप से अव्यवस्थाओं की एक दीवार है। वे गति में बाधा डालते हैं।
यदि दानों की वृद्धि को प्रतिबंधित कर दिया जाए, तो अधिक संख्या में छोटे दाने उत्पन्न होंगे। इन छोटे दानों को दाने की संरचना के संदर्भ में अधिक महीन माना जाता है। अधिक दानों की सीमाओं का अर्थ है कम विस्थापन गति और अधिक ताकत।
यदि दाने की वृद्धि को प्रतिबंधित नहीं किया जाता है, तो दाने की संरचना मोटी हो जाती है, दाने बड़े होते हैं, सीमाएं कम होती हैं, और ताकत कम होती है।
अनाज के आकार को अक्सर एक इकाई रहित संख्या के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो 5 से 15 के बीच कहीं होती है। यह एक सापेक्ष अनुपात है और औसत अनाज व्यास से संबंधित है। संख्या जितनी अधिक होगी, दाने का आकार उतना ही महीन होगा।
ASTM E112 अनाज के आकार को मापने और उसका मूल्यांकन करने के तरीकों की रूपरेखा प्रस्तुत करता है। इसमें किसी दिए गए क्षेत्र में अनाज की मात्रा की गणना करना शामिल है। यह आमतौर पर कच्चे माल के एक क्रॉस-सेक्शन को काटकर, उसे पीसकर और पॉलिश करके, और फिर कणों को उजागर करने के लिए एसिड के साथ नक्काशी करके किया जाता है। गिनती एक माइक्रोस्कोप के तहत की जाती है, और आवर्धन अनाज के पर्याप्त नमूने लेने की अनुमति देता है। ASTM अनाज आकार संख्या निर्दिष्ट करना अनाज के आकार और व्यास में एकरूपता के एक उचित स्तर को इंगित करता है। वर्कपीस में एक समान प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए अनाज के आकार में भिन्नता को दो या तीन बिंदुओं तक सीमित करना भी फायदेमंद हो सकता है।
कार्य कठोरता के मामले में, शक्ति और तन्यता में विपरीत संबंध होता है। ASTM अनाज के आकार और शक्ति के बीच संबंध सकारात्मक और मजबूत होता है, आम तौर पर बढ़ाव ASTM अनाज के आकार से विपरीत रूप से संबंधित होता है। हालांकि, अत्यधिक अनाज वृद्धि के कारण "मृत नरम" सामग्री अब प्रभावी रूप से कठोर नहीं हो पाती है।
अनाज के आकार को अक्सर एक इकाई रहित संख्या के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो 5 से 15 के बीच कहीं होती है। यह एक सापेक्ष अनुपात है और औसत अनाज व्यास से संबंधित है। ASTM अनाज आकार का मान जितना अधिक होगा, प्रति इकाई क्षेत्र में उतने ही अधिक अनाज होंगे।
एनीलिंग की जाने वाली सामग्री के कण का आकार समय, तापमान और शीतलन दर के साथ बदलता रहता है। एनीलिंग आमतौर पर मिश्र धातु के पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान और गलनांक के बीच किया जाता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु 301 के लिए अनुशंसित एनीलिंग तापमान सीमा 1,900 और 2,050 डिग्री फारेनहाइट के बीच है। यह लगभग 2,550 डिग्री फारेनहाइट पर पिघलना शुरू हो जाएगा। इसके विपरीत, व्यावसायिक रूप से शुद्ध ग्रेड 1 टाइटेनियम को 1,292 डिग्री फारेनहाइट पर एनीलिंग किया जाना चाहिए और लगभग 3,000 डिग्री फारेनहाइट पर पिघलाया जाना चाहिए।
तापानुशीतन के दौरान, पुनर्प्राप्ति और पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रियाएं एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं जब तक कि पुनःक्रिस्टलीकृत कण सभी विकृत कणों को खा नहीं लेते। पुनःक्रिस्टलीकरण दर तापमान के साथ बदलती रहती है। पुनःक्रिस्टलीकरण पूरा हो जाने पर, कण की वृद्धि शुरू हो जाती है। एक घंटे के लिए 1,900°F पर तापानुशीतन किए गए 301 स्टेनलेस स्टील के वर्कपीस में उसी समय के लिए 2,000°F पर तापानुशीतन किए गए समान वर्कपीस की तुलना में महीन कण संरचना होगी।
यदि सामग्री को लंबे समय तक उचित तापानुशीतन सीमा में नहीं रखा जाता है, तो परिणामी संरचना पुराने और नए कणों का संयोजन हो सकती है। यदि धातु में एकसमान गुण वांछित हैं, तो तापानुशीतन प्रक्रिया का उद्देश्य एकसमान समरूप कण संरचना प्राप्त करना होना चाहिए। समरूप का अर्थ है कि सभी कण लगभग एक ही आकार के हैं, और समरूप का अर्थ है कि वे लगभग एक ही आकार के हैं।
एकसमान और समरूप सूक्ष्म संरचना प्राप्त करने के लिए, प्रत्येक कार्य-वस्तु को समान समय के लिए समान मात्रा में ऊष्मा के संपर्क में रखा जाना चाहिए और समान दर से ठंडा किया जाना चाहिए। बैच एनीलिंग के साथ यह हमेशा आसान या संभव नहीं होता है, इसलिए सोखने के समय की गणना करने से पहले कम से कम तब तक प्रतीक्षा करना महत्वपूर्ण है जब तक कि संपूर्ण कार्य-वस्तु उचित तापमान पर संतृप्त न हो जाए। लंबे समय तक सोखने और उच्च तापमान के परिणामस्वरूप मोटे दाने वाली संरचना/नरम सामग्री होगी और इसके विपरीत।
यदि कण का आकार और शक्ति संबंधित हैं, और शक्ति ज्ञात है, तो कण की गणना क्यों करें, है न? सभी विनाशकारी परीक्षणों में परिवर्तनशीलता होती है। तन्यता परीक्षण, विशेष रूप से कम मोटाई पर, काफी हद तक नमूना तैयारी पर निर्भर करता है। तन्यता शक्ति के परिणाम जो वास्तविक सामग्री गुणों का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं, समय से पहले विफलता का अनुभव कर सकते हैं।
यदि गुण पूरे कार्य-वस्तु में एक समान नहीं हैं, तो एक किनारे से तन्यता परीक्षण नमूना या नमूना लेना पूरी कहानी नहीं बता सकता है। नमूना तैयार करना और परीक्षण करना भी समय लेने वाला हो सकता है। किसी दिए गए धातु के लिए कितने परीक्षण संभव हैं, और यह कितनी दिशाओं में व्यवहार्य है? अनाज संरचना का मूल्यांकन आश्चर्य के खिलाफ एक अतिरिक्त बीमा है।
अनिसोट्रॉपी, आइसोट्रोपिक। अनिसोट्रॉपी यांत्रिक गुणों की दिशात्मकता को संदर्भित करता है। ताकत के अलावा, अनाज संरचना की जांच करके अनिसोट्रॉपी को बेहतर ढंग से समझा जा सकता है।
एकसमान और समरूप अनाज संरचना आइसोट्रोपिक होनी चाहिए, जिसका अर्थ है कि इसमें सभी दिशाओं में समान गुण हैं। आइसोट्रोपी विशेष रूप से गहरी ड्राइंग प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण है जहां सांद्रता महत्वपूर्ण है। जब रिक्त को मोल्ड में खींचा जाता है, तो अनिसोट्रोपिक सामग्री समान रूप से प्रवाहित नहीं होगी, जिससे इयरिंग नामक दोष हो सकता है। इयरिंग वहां होती है जहां कप का ऊपरी हिस्सा एक लहरदार सिल्हूट बनाता है। अनाज संरचना की जांच करने से वर्कपीस में असमानताओं का स्थान पता चल सकता है और मूल कारण का निदान करने में मदद मिल सकती है।
आइसोट्रॉफी प्राप्त करने के लिए उचित एनीलिंग महत्वपूर्ण है, लेकिन एनीलिंग से पहले विरूपण की सीमा को समझना भी महत्वपूर्ण है। जैसे-जैसे सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होती है, अनाज विकृत होने लगते हैं। कोल्ड रोलिंग के मामले में, मोटाई को लंबाई में परिवर्तित करते हुए, अनाज रोलिंग दिशा में बढ़ेंगे। जैसे-जैसे अनाज का पहलू अनुपात बदलता है, वैसे-वैसे आइसोट्रॉफी और समग्र यांत्रिक गुण भी बदलते हैं। भारी विकृत वर्कपीस के मामले में, एनीलिंग के बाद भी कुछ अभिविन्यास बरकरार रह सकता है। इसके परिणामस्वरूप अनिसोट्रॉपी होती है। गहरी खींची गई सामग्रियों के लिए, पहनने से बचने के लिए अंतिम एनीलिंग से पहले विरूपण की मात्रा को सीमित करना कभी-कभी आवश्यक होता है।
संतरे का छिलका। पिकिंग अप, डाई से जुड़ा एकमात्र डीप-ड्राइंग दोष नहीं है। संतरे का छिलका तब होता है जब बहुत मोटे कणों वाले कच्चे माल को खींचा जाता है। प्रत्येक दाना स्वतंत्र रूप से और उसके क्रिस्टल अभिविन्यास के एक कार्य के रूप में विकृत होता है। आसन्न दानों के बीच विरूपण में अंतर के परिणामस्वरूप संतरे के छिलके के समान बनावट दिखाई देती है। बनावट कप की दीवार की सतह पर प्रकट होने वाली दानेदार संरचना है।
ठीक टीवी स्क्रीन पर पिक्सल की तरह, एक महीन दाने वाली संरचना के साथ, प्रत्येक दाने के बीच का अंतर कम ध्यान देने योग्य होगा, जिससे रिजोल्यूशन प्रभावी रूप से बढ़ जाएगा। नारंगी छिलके के प्रभाव को रोकने के लिए पर्याप्त रूप से महीन दाने के आकार को सुनिश्चित करने के लिए अकेले यांत्रिक गुणों को निर्दिष्ट करना पर्याप्त नहीं हो सकता है। जब वर्कपीस का आयामी परिवर्तन दाने के व्यास के 10 गुना से कम होता है, तो व्यक्तिगत दानों के गुण निर्माण व्यवहार को संचालित करेंगे। यह कई दानों पर समान रूप से विकृत नहीं होता है, लेकिन प्रत्येक दाने के विशिष्ट आकार और अभिविन्यास को दर्शाता है। इसे खींचे गए कप की दीवारों पर नारंगी छिलके के प्रभाव से देखा जा सकता है।
एएसटीएम अनाज आकार 8 के लिए, औसत अनाज व्यास 885 µin है। इसका मतलब है कि 0.00885 इंच या उससे कम की कोई भी मोटाई में कमी इस माइक्रोफॉर्मिंग प्रभाव से प्रभावित हो सकती है।
हालांकि मोटे कणों के कारण गहरी ड्राइंग में समस्याएं हो सकती हैं, लेकिन कभी-कभी उन्हें छापने के लिए अनुशंसित किया जाता है। मुद्रांकन एक विरूपण प्रक्रिया है, जिसमें एक रिक्त स्थान को वांछित सतह स्थलाकृति प्रदान करने के लिए संपीड़ित किया जाता है, जैसे कि जॉर्ज वाशिंगटन के चेहरे की आकृति का एक चौथाई भाग। वायर ड्राइंग के विपरीत, मुद्रांकन में आमतौर पर बहुत अधिक मात्रा में सामग्री प्रवाह शामिल नहीं होता है, लेकिन इसके लिए बहुत अधिक बल की आवश्यकता होती है, जो रिक्त स्थान की सतह को विकृत कर सकता है।
इस कारण से, मोटे अनाज संरचना का उपयोग करके सतह प्रवाह तनाव को कम करने से उचित मोल्ड भरने के लिए आवश्यक बलों को कम करने में मदद मिल सकती है। यह विशेष रूप से फ्री-डाई इंप्रिंटिंग के लिए सच है, जहां सतह के अनाज पर अव्यवस्था अनाज सीमाओं पर जमा होने के बजाय स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकती है।
यहां जिन प्रवृत्तियों पर चर्चा की गई है, वे सामान्यीकरण हैं जो विशिष्ट अनुभागों पर लागू नहीं हो सकते हैं। हालांकि, उन्होंने नए भागों को डिजाइन करते समय कच्चे माल के आकार को मापने और मानकीकृत करने के लाभों पर प्रकाश डाला, ताकि सामान्य दोषों से बचा जा सके और मोल्डिंग मापदंडों को अनुकूलित किया जा सके।
अपने भागों को बनाने के लिए धातु पर परिशुद्धता धातु मुद्रांकन मशीनों और गहरी ड्राइंग संचालन के निर्माता तकनीकी रूप से योग्य परिशुद्धता पुनः रोलर्स पर धातुकर्मियों के साथ अच्छी तरह से काम करेंगे, जो उन्हें अनाज के स्तर तक सामग्री को अनुकूलित करने में मदद कर सकते हैं। जब रिश्ते के दोनों पक्षों के धातुकर्म और इंजीनियरिंग विशेषज्ञों को एक टीम में एकीकृत किया जाता है, तो इसका एक परिवर्तनकारी प्रभाव हो सकता है और अधिक सकारात्मक परिणाम उत्पन्न हो सकते हैं।
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