ઘન દ્રાવણ મજબૂતીકરણ

1. વ્યાખ્યા

એક એવી ઘટના જેમાં મિશ્ર ધાતુના તત્વોને બેઝ મેટલમાં ઓગાળીને ચોક્કસ અંશે જાળી વિકૃતિનું કારણ બને છે અને આમ મિશ્ર ધાતુની મજબૂતાઈમાં વધારો થાય છે.

2. સિદ્ધાંત

ઘન દ્રાવણમાં ઓગળેલા દ્રાવ્ય અણુઓ જાળીના વિકૃતિનું કારણ બને છે, જે વિસ્થાપન ગતિનો પ્રતિકાર વધારે છે, લપસવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, અને એલોય ઘન દ્રાવણની મજબૂતાઈ અને કઠિનતામાં વધારો કરે છે. ચોક્કસ દ્રાવ્ય તત્વને ઓગાળીને ઘન દ્રાવણ બનાવવા માટે ધાતુને મજબૂત બનાવવાની આ ઘટનાને ઘન દ્રાવણ મજબૂતીકરણ કહેવામાં આવે છે. જ્યારે દ્રાવ્ય અણુઓની સાંદ્રતા યોગ્ય હોય છે, ત્યારે સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને કઠિનતા વધારી શકાય છે, પરંતુ તેની કઠિનતા અને પ્લાસ્ટિસિટીમાં ઘટાડો થયો છે.

3. પ્રભાવિત પરિબળો

દ્રાવ્ય અણુઓનો અણુ અપૂર્ણાંક જેટલો ઊંચો હશે, મજબૂતીકરણ અસર એટલી જ વધારે હશે, ખાસ કરીને જ્યારે અણુ અપૂર્ણાંક ખૂબ ઓછો હોય, ત્યારે મજબૂતીકરણ અસર વધુ નોંધપાત્ર હશે.

દ્રાવ્ય પરમાણુઓ અને મૂળ ધાતુના પરમાણુ કદ વચ્ચે જેટલો મોટો તફાવત હશે, તેટલી મજબૂતીકરણ અસર વધુ હશે.

ઇન્ટર્સ્ટિશલ દ્રાવ્ય અણુઓમાં રિપ્લેસમેન્ટ અણુઓ કરતાં વધુ ઘન દ્રાવણ મજબૂતીકરણ અસર હોય છે, અને શરીર-કેન્દ્રિત ઘન સ્ફટિકોમાં ઇન્ટર્સ્ટિશલ અણુઓની જાળી વિકૃતિ અસમપ્રમાણ હોવાથી, તેમની મજબૂતીકરણ અસર ચહેરા-કેન્દ્રિત ઘન સ્ફટિકો કરતાં વધુ હોય છે; પરંતુ ઇન્ટર્સ્ટિશલ અણુઓમાં ઘન દ્રાવ્યતા ખૂબ જ મર્યાદિત હોય છે, તેથી વાસ્તવિક મજબૂતીકરણ અસર પણ મર્યાદિત હોય છે.

દ્રાવ્ય અણુઓ અને મૂળ ધાતુ વચ્ચેના સંયોજક ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યામાં જેટલો તફાવત વધારે હશે, ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવવાની અસર એટલી જ સ્પષ્ટ થશે, એટલે કે, સંયોજક ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતામાં વધારા સાથે ઘન દ્રાવણની ઉપજ શક્તિ વધે છે.

4. ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવવાની ડિગ્રી મુખ્યત્વે નીચેના પરિબળો પર આધારિત છે.

મેટ્રિક્સ પરમાણુ અને દ્રાવ્ય પરમાણુ વચ્ચેના કદમાં તફાવત. કદમાં તફાવત જેટલો મોટો હશે, મૂળ સ્ફટિક માળખામાં દખલગીરી એટલી જ વધારે હશે અને ડિસલોકેશન સ્લિપ માટે તે વધુ મુશ્કેલ બનશે.

મિશ્ર તત્વોનું પ્રમાણ. જેટલા વધુ મિશ્ર તત્વો ઉમેરવામાં આવશે, તેટલી મજબૂતીકરણ અસર વધુ હશે. જો ઘણા બધા અણુઓ ખૂબ મોટા અથવા ખૂબ નાના હશે, તો દ્રાવ્યતા ઓળંગાઈ જશે. આમાં બીજી મજબૂતીકરણ પદ્ધતિ, વિખરાયેલા તબક્કા મજબૂતીકરણનો સમાવેશ થાય છે.

ઇન્ટર્સ્ટિશલ દ્રાવ્ય પરમાણુઓ રિપ્લેસમેન્ટ પરમાણુઓ કરતાં વધુ ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવવાની અસર ધરાવે છે.

દ્રાવ્ય અણુઓ અને મૂળ ધાતુ વચ્ચેના સંયોજક ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યામાં જેટલો મોટો તફાવત હશે, ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવવાની અસર એટલી જ નોંધપાત્ર હશે.

5. અસર

શુદ્ધ ધાતુઓ કરતાં ઉપજ શક્તિ, તાણ શક્તિ અને કઠિનતા વધુ મજબૂત હોય છે;

મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, શુદ્ધ ધાતુ કરતા નમ્રતા ઓછી હોય છે;

શુદ્ધ ધાતુ કરતાં વાહકતા ઘણી ઓછી છે;

ઘન દ્રાવણને મજબૂત બનાવીને ઊંચા તાપમાને ક્રીપ પ્રતિકાર અથવા તાકાત ગુમાવવી સુધારી શકાય છે.

કાર્ય સખ્તાઇ

1. વ્યાખ્યા

જેમ જેમ ઠંડા વિકૃતિનું પ્રમાણ વધે છે તેમ તેમ ધાતુની સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને કઠિનતા વધે છે, પરંતુ પ્લાસ્ટિસિટી અને કઠિનતા ઘટે છે.

2. પરિચય

એક એવી ઘટના જેમાં ધાતુના પદાર્થોની મજબૂતાઈ અને કઠિનતા વધે છે જ્યારે તેઓ પુનઃક્રિસ્ટલાઇઝેશન તાપમાન નીચે પ્લાસ્ટિકલી વિકૃત થાય છે, જ્યારે પ્લાસ્ટિસિટી અને કઠિનતા ઘટે છે. તેને કોલ્ડ વર્ક હાર્ડનિંગ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. કારણ એ છે કે જ્યારે ધાતુ પ્લાસ્ટિકલી વિકૃત થાય છે, ત્યારે સ્ફટિકના દાણા સરકી જાય છે અને ડિસલોકેશન ફસાઈ જાય છે, જેના કારણે સ્ફટિકના દાણા લંબાવે છે, તૂટે છે અને ફાઇબરાઇઝ થાય છે, અને ધાતુમાં શેષ તાણ ઉત્પન્ન થાય છે. વર્ક સખ્તાઈની ડિગ્રી સામાન્ય રીતે પ્રક્રિયા પછી સપાટીના સ્તરની માઇક્રોકઠિનતાના ગુણોત્તર અને પ્રક્રિયા પહેલાંના સ્તરની ઊંડાઈ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

૩. ડિસલોકેશન થિયરીના દ્રષ્ટિકોણથી અર્થઘટન

(1) ડિસલોકેશન વચ્ચે છેદન થાય છે, અને પરિણામી કાપ ડિસલોકેશનની ગતિમાં અવરોધ ઉભો કરે છે;

(2) અવ્યવસ્થા વચ્ચે પ્રતિક્રિયા થાય છે, અને રચાયેલ નિશ્ચિત અવ્યવસ્થા અવ્યવસ્થાની ગતિને અવરોધે છે;

(૩) ડિસલોકેશનનો ફેલાવો થાય છે, અને ડિસલોકેશન ઘનતામાં વધારો ડિસલોકેશન હિલચાલ સામે પ્રતિકાર વધારે છે.

4. નુકસાન

વર્ક સખ્તાઇ ધાતુના ભાગોની આગળની પ્રક્રિયામાં મુશ્કેલીઓ લાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટીલ પ્લેટને કોલ્ડ-રોલિંગ કરવાની પ્રક્રિયામાં, તેને રોલ કરવું વધુને વધુ મુશ્કેલ બનશે, તેથી પ્રક્રિયા પ્રક્રિયા દરમિયાન મધ્યવર્તી એનિલિંગની વ્યવસ્થા કરવી જરૂરી છે જેથી ગરમ કરીને તેના વર્ક સખ્તાઇને દૂર કરી શકાય. બીજું ઉદાહરણ એ છે કે કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન વર્કપીસની સપાટી બરડ અને કઠણ બને છે, જેનાથી ટૂલના ઘસારાને વેગ મળે છે અને કટીંગ બળ વધે છે.

૫. લાભો

તે ધાતુઓની મજબૂતાઈ, કઠિનતા અને ઘસારો પ્રતિકાર સુધારી શકે છે, ખાસ કરીને તે શુદ્ધ ધાતુઓ અને ચોક્કસ એલોય માટે જે ગરમીની સારવાર દ્વારા સુધારી શકાતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, ઠંડા દોરેલા ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્ટીલ વાયર અને ઠંડા-કોઇલ સ્પ્રિંગ, વગેરે, તેની મજબૂતાઈ અને સ્થિતિસ્થાપક મર્યાદાને સુધારવા માટે ઠંડા કાર્યકારી વિકૃતિનો ઉપયોગ કરે છે. બીજું ઉદાહરણ ટાંકીઓ, ટ્રેક્ટર ટ્રેક, ક્રશર જડબા અને રેલ્વે ટર્નઆઉટ્સની કઠિનતા અને ઘસારો પ્રતિકાર સુધારવા માટે વર્ક હાર્ડનિંગનો ઉપયોગ છે.

૬. મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગમાં ભૂમિકા

કોલ્ડ ડ્રોઇંગ, રોલિંગ અને શોટ પીનિંગ (સપાટી મજબૂતીકરણ જુઓ) અને અન્ય પ્રક્રિયાઓ પછી, ધાતુની સામગ્રી, ભાગો અને ઘટકોની સપાટીની મજબૂતાઈમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકાય છે;

ભાગો પર ભાર મૂક્યા પછી, અમુક ભાગોનો સ્થાનિક તાણ ઘણીવાર સામગ્રીની ઉપજ મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે, જેના કારણે પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ થાય છે. કાર્ય સખ્તાઇને કારણે, પ્લાસ્ટિક વિકૃતિનો સતત વિકાસ પ્રતિબંધિત છે, જે ભાગો અને ઘટકોની સલામતીમાં સુધારો કરી શકે છે;

જ્યારે ધાતુના ભાગ અથવા ઘટક પર સ્ટેમ્પ લગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તેના પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ સાથે મજબૂતીકરણ થાય છે, જેથી વિકૃતિ તેની આસપાસના નકામું કઠણ ભાગમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. આવી વારંવારની વૈકલ્પિક ક્રિયાઓ પછી, સમાન ક્રોસ-સેક્શનલ વિકૃતિવાળા ઠંડા સ્ટેમ્પિંગ ભાગો મેળવી શકાય છે;

તે ઓછા કાર્બન સ્ટીલના કટીંગ પ્રદર્શનમાં સુધારો કરી શકે છે અને ચિપ્સને અલગ કરવાનું સરળ બનાવે છે. પરંતુ વર્ક હાર્ડનિંગ મેટલ ભાગોની આગળની પ્રક્રિયામાં પણ મુશ્કેલીઓ લાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોલ્ડ-ડ્રોન સ્ટીલ વાયર વર્ક હાર્ડનિંગને કારણે વધુ ડ્રોઇંગ માટે ઘણી ઊર્જા વાપરે છે, અને તે તૂટી પણ શકે છે. તેથી, ડ્રોઇંગ કરતા પહેલા વર્ક હાર્ડનિંગને દૂર કરવા માટે તેને એનિલ કરવું આવશ્યક છે. બીજું ઉદાહરણ એ છે કે કટીંગ દરમિયાન વર્કપીસની સપાટીને બરડ અને સખત બનાવવા માટે, ફરીથી કટીંગ દરમિયાન કટીંગ ફોર્સ વધે છે, અને ટૂલ ઘસારો ઝડપી બને છે.

બારીક અનાજ મજબૂતીકરણ

1. વ્યાખ્યા

સ્ફટિકના દાણાને શુદ્ધ કરીને ધાતુના પદાર્થોના યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારવાની પદ્ધતિને સ્ફટિક રિફાઇનિંગ મજબૂતીકરણ કહેવામાં આવે છે. ઉદ્યોગમાં, સ્ફટિકના દાણાને શુદ્ધ કરીને સામગ્રીની મજબૂતાઈમાં સુધારો કરવામાં આવે છે.

2. સિદ્ધાંત

ધાતુઓ સામાન્ય રીતે ઘણા સ્ફટિક અનાજથી બનેલા પોલીક્રિસ્ટલ્સ હોય છે. સ્ફટિક અનાજનું કદ પ્રતિ યુનિટ વોલ્યુમ સ્ફટિક અનાજની સંખ્યા દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે. સંખ્યા જેટલી વધુ હશે, સ્ફટિક અનાજ તેટલા બારીક હશે. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે ઓરડાના તાપમાને સૂક્ષ્મ દાણાવાળી ધાતુઓમાં બરછટ દાણાવાળી ધાતુઓ કરતાં વધુ મજબૂતાઈ, કઠિનતા, પ્લાસ્ટિસિટી અને કઠિનતા હોય છે. આનું કારણ એ છે કે સૂક્ષ્મ દાણા બાહ્ય બળ હેઠળ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિમાંથી પસાર થાય છે અને વધુ અનાજમાં વિખેરી શકાય છે, પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ વધુ એકસમાન હોય છે, અને તાણની સાંદ્રતા ઓછી હોય છે; વધુમાં, સૂક્ષ્મ દાણા જેટલા બારીક હોય છે, અનાજની સીમા વિસ્તાર જેટલો મોટો હોય છે અને અનાજની સીમાઓ વધુ કઠોર હોય છે. તિરાડોનો ફેલાવો વધુ પ્રતિકૂળ હોય છે. તેથી, સ્ફટિક અનાજને શુદ્ધ કરીને સામગ્રીની મજબૂતાઈ સુધારવાની પદ્ધતિને ઉદ્યોગમાં અનાજ શુદ્ધિકરણ મજબૂતીકરણ કહેવામાં આવે છે.

3. અસર

અનાજનું કદ જેટલું નાનું હશે, ડિસલોકેશન ક્લસ્ટરમાં ડિસલોકેશન (n) ની સંખ્યા એટલી જ ઓછી હશે. τ=nτ0 મુજબ, તાણની સાંદ્રતા જેટલી ઓછી હશે, સામગ્રીની મજબૂતાઈ એટલી જ વધારે હશે;

સૂક્ષ્મ-અનાજ મજબૂતીકરણનો મજબૂતીકરણ નિયમ એ છે કે અનાજની સીમાઓ જેટલી વધુ હશે, તેટલા સૂક્ષ્મ અનાજ. હોલ-પેઇકી સંબંધ મુજબ, અનાજનું સરેરાશ મૂલ્ય (d) જેટલું નાનું હશે, સામગ્રીની ઉપજ શક્તિ એટલી જ વધારે હશે.

4. અનાજ શુદ્ધિકરણની પદ્ધતિ

સબકૂલિંગની ડિગ્રીમાં વધારો;

બગાડની સારવાર;

કંપન અને હલનચલન;

ઠંડા-વિકૃત ધાતુઓ માટે, સ્ફટિકના દાણાને વિકૃતિની ડિગ્રી અને એનેલિંગ તાપમાનને નિયંત્રિત કરીને શુદ્ધ કરી શકાય છે.

બીજા તબક્કાનું મજબૂતીકરણ

1. વ્યાખ્યા

સિંગલ-ફેઝ એલોયની તુલનામાં, મલ્ટી-ફેઝ એલોયમાં મેટ્રિક્સ ફેઝ ઉપરાંત બીજો ફેઝ હોય છે. જ્યારે બીજા ફેઝને મેટ્રિક્સ ફેઝમાં બારીક વિખરાયેલા કણો સાથે સમાનરૂપે વિતરિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની નોંધપાત્ર મજબૂતીકરણ અસર થશે. આ મજબૂતીકરણ અસરને બીજા ફેઝ મજબૂતીકરણ કહેવામાં આવે છે.

2. વર્ગીકરણ

અવ્યવસ્થાની ગતિ માટે, એલોયમાં સમાવિષ્ટ બીજા તબક્કામાં નીચેની બે પરિસ્થિતિઓ હોય છે:

(1) બિન-વિકૃત કણોનું મજબૂતીકરણ (બાયપાસ મિકેનિઝમ).

(2) વિકૃત કણોનું મજબૂતીકરણ (કટ-થ્રુ મિકેનિઝમ).

વિક્ષેપ મજબૂતીકરણ અને વરસાદ મજબૂતીકરણ બંને બીજા તબક્કાના મજબૂતીકરણના ખાસ કિસ્સાઓ છે.

3. અસર

બીજા તબક્કાના મજબૂતીકરણનું મુખ્ય કારણ તેમની અને ડિસલોકેશન વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, જે ડિસલોકેશનની ગતિને અવરોધે છે અને એલોયના વિરૂપતા પ્રતિકારને સુધારે છે.

સારાંશ માટે

તાકાતને અસર કરતા સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળો સામગ્રીની રચના, માળખું અને સપાટીની સ્થિતિ છે; બીજું બળની સ્થિતિ છે, જેમ કે બળની ગતિ, લોડ કરવાની પદ્ધતિ, સરળ ખેંચાણ અથવા પુનરાવર્તિત બળ, વિવિધ શક્તિઓ બતાવશે; વધુમાં, નમૂના અને પરીક્ષણ માધ્યમની ભૂમિતિ અને કદનો પણ મોટો પ્રભાવ હોય છે, ક્યારેક નિર્ણાયક પણ. ઉદાહરણ તરીકે, હાઇડ્રોજન વાતાવરણમાં અતિ-ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્ટીલની તાણ શક્તિ ઝડપથી ઘટી શકે છે.

ધાતુના પદાર્થોને મજબૂત કરવાના ફક્ત બે જ રસ્તા છે. એક એ છે કે એલોયના આંતરપરમાણુ બંધન બળને વધારવું, તેની સૈદ્ધાંતિક શક્તિ વધારવી અને ખામીઓ વિના સંપૂર્ણ સ્ફટિક તૈયાર કરવું, જેમ કે મૂછો. તે જાણીતું છે કે આયર્ન મૂછોની મજબૂતાઈ સૈદ્ધાંતિક મૂલ્યની નજીક છે. એવું માનવામાં આવે છે કે આ એટલા માટે છે કારણ કે મૂછોમાં કોઈ અવ્યવસ્થા નથી, અથવા ફક્ત થોડી માત્રામાં અવ્યવસ્થા છે જે વિકૃતિ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રસારિત થઈ શકતી નથી. કમનસીબે, જ્યારે મૂછોનો વ્યાસ મોટો હોય છે, ત્યારે મજબૂતાઈમાં તીવ્ર ઘટાડો થાય છે. બીજો મજબૂતીકરણ અભિગમ એ છે કે સ્ફટિકમાં મોટી સંખ્યામાં સ્ફટિક ખામીઓ દાખલ કરવી, જેમ કે અવ્યવસ્થા, બિંદુ ખામી, વિજાતીય અણુઓ, અનાજની સીમાઓ, ખૂબ વિખરાયેલા કણો અથવા અસંગતતાઓ (જેમ કે અલગતા), વગેરે. આ ખામીઓ અવ્યવસ્થાની ગતિને અવરોધે છે અને ધાતુની મજબૂતાઈમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. હકીકતોએ સાબિત કર્યું છે કે ધાતુઓની મજબૂતાઈ વધારવાનો આ સૌથી અસરકારક માર્ગ છે. એન્જિનિયરિંગ સામગ્રી માટે, સામાન્ય રીતે વ્યાપક મજબૂતીકરણ અસરો દ્વારા વધુ સારી વ્યાપક કામગીરી પ્રાપ્ત કરવી જરૂરી છે.