மெக்னீசியம் டை காஸ்ட் உலோகக்கலவைகளில் ஊர்தல் எதிர்ப்பை மேம்படுத்துதல்

சுருக்கமாக

மெக்னீசியம் டை-காஸ்ட் உலோகக்கலவைகளில் ஊர்தல் எதிர்ப்பு என்பது உயர் வெப்பநிலையில் தொடர்ச்சியான இயந்திர அழுத்தத்திற்கு உட்பட்டு மெதுவான வடிவ மாற்றத்தை எதிர்க்கும் பொருளின் முக்கிய திறனாகும். இந்த பண்பு ஆட்டோமொபைல் பவர்ட்ரெயின் போன்ற கடுமையான சூழல்களில் அவற்றின் பயன்பாட்டை வரையறுக்கும் முதன்மைக் காரணியாகும். குறிப்பிட்ட உலோகக்கலவை கூறுகளை மூலோபாயமாகச் சேர்ப்பதன் மூலம்—அவை காடோலினியம் (Gd), ஸ்ட்ரான்ஷியம் (Sr) மற்றும் பிற அரிய பூமி உலோகங்கள்—மற்றும் துகள் எல்லைகளில் குறிப்பாக, வெப்பத்தை எதிர்க்கும், இணைக்கப்பட்ட சேர்மங்களை உருவாக்க உலோகக்கலவையின் நுண்கட்டமைப்பை சரியாகக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் இது மிகவும் மேம்படுத்தப்படுகிறது.

டை-காஸ்ட் மெக்னீசியம் உலோகக்கலவைகளில் ஊர்தலின் அடிப்படைகள்

ஒரு மாறாத சுமை அல்லது பதற்றத்தின் கீழ், உருகும் வெப்பநிலையில் தோராயமாக பாதிக்கு மேல் வெப்பநிலைகளில் ஏற்படும் ஒரு திடப்பொருளின் காலச்சார்பு மாற்றமே ஊர்தல் எனப்படுகிறது. குறைந்த அடர்த்தி காரணமாக மதிப்பிடப்படும் மெக்னீசியம் (Mg) உலோகக்கலவைகளுக்கு, இந்த நிகழ்வு கணிசமான பொறியியல் சவாலை ஏற்படுத்துகிறது. ஊர்தல் எதிர்ப்பு குறைவதால், இயந்திர பெட்டிகள், கையேடு பெட்டிகள் மற்றும் இயங்கும் வெப்பநிலை 150°C ஐ மீறக்கூடிய பிற சக்தி பாகங்கள் போன்ற வெப்ப மற்றும் இயந்திர சுமைகளுக்கு கீழ் அளவு நிலைத்தன்மையை பராமரிக்க வேண்டிய பாகங்களில் அவற்றின் பயன்பாடு கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.

உலோகங்களில் ஊர்தலை ஏற்படுத்தும் இயந்திரங்கள் சிக்கலானவை, படிக அமைப்பினுள் தவறுகளின் நகர்வு மற்றும் துகள் எல்லைகளின் நழுவுதல் ஆகியவற்றை ஈடுபடுத்துகின்றன. வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, இந்த அணு அளவிலான இயக்கங்கள் மேலும் தீவிரமடைகின்றன, இதன் விளைவாக படிப்படியாக நீட்சி, தோற்றத்தில் மாற்றம் மற்றும் இறுதியில் பாகத்தின் தோல்வி ஏற்படுகிறது. மெக்னீசியத்தின் உள்ளுறை படிக அமைப்பு அதை ஹோமோலஜஸ் வெப்பநிலைகளில் அலுமினியம் அல்லது எஃகை விட குறிப்பாக ஊர்தலுக்கு ஆளாக்குகிறது. அதிக வெப்பநிலை செயல்திறனில் இந்த போதாமை ஆராய்ச்சியாளர்கள் தொடர்ந்து சமாளிக்க முயற்சிக்கும் ஒரு நன்கு அங்கீகரிக்கப்பட்ட குறைபாடாகும்.

பாகங்களின் வடிவமைப்பிற்கு இழுவிசை மற்றும் அழுத்து ஊர்வு நடத்தைக்கு இடையேயான வேறுபாட்டைப் புரிந்து கொள்வதும் முக்கியமானது. வலிமையின் தன்மையைப் பொறுத்து, உலோகக்கலவை வெவ்வேறு விதமாக எதிர்வினை ஆற்றலாம், இது அதன் சேவை ஆயுள் மற்றும் தோல்வி முறையைப் பாதிக்கும். எனவே, ஊர்வு எதிர்ப்பு அதிகமுள்ள உலோகக்கலவைகளை உருவாக்குவது ஒரு கல்வி பயிற்சி மட்டுமல்ல; பாதுகாப்பு அல்லது நீடித்தன்மையை பாதிக்காமல் அதிக எரிபொருள் திறமையையும், குறைந்த உமிழ்வையும் நோக்கமாகக் கொண்ட துறைகளில் இலேசான மெக்னீசியத்தின் பயன்பாட்டை விரிவுபடுத்துவதற்கு இது அவசியமானது.

ஊர்வு எதிர்ப்பை மேம்படுத்துவதில் உலோகக்கலவை கூறுகளின் பங்கு

மெக்னீசியம் டை-காஸ்ட் உலோகக்கலவைகளின் ஊர்தல் எதிர்ப்பை மேம்படுத்துவதற்கான மிகப்பயனுள்ள முறை, குறிப்பாக கவனமாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட உலோகக் கலவை கூறுகளை அறிமுகப்படுத்துவதைக் கொண்ட உலோகவியல் வடிவமைப்பாகும். இந்தச் சேர்க்கைகள் புதிய நிலைகளை உருவாக்கி உயர் வெப்பநிலையில் சிதைவிற்கு எதிராக நுண்கட்டமைப்பை வலுப்படுத்துவதன் மூலம் உலோகக்கலவையின் அடிப்படை பண்புகளை மாற்றுகின்றன. பல்வேறு கூறுகள் பல்வேறு வழிமுறைகளில் இதை அடைகின்றன, குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்கு உலோகக்கலவை கூறுகளைத் தேர்வதை மிகவும் முக்கியமாக்குகின்றன.

மிகவும் அரிய (RE) கூறுகள், குறிப்பாக காடோலினியம் (Gd), ஊர்தி செயல்திறனை மேம்படுத்துவதில் அசாதாரண திறனைக் காட்டியுள்ளன. இவை மெக்னீசியம் அடிப்பகுதியிலும், துகள் எல்லைகளிலும் வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை கொண்ட கூழ்ம நிலைகள் உருவாவதற்கு உதவுகின்றன. இந்தக் கூழ்மங்கள் துளையிடுதல் இயக்கத்திற்கு வலுவான தடைகளாகச் செயல்பட்டு, நுண்கட்டமைப்பை உறுதியாகப் பிடித்து வைக்கின்றன. உதாரணமாக, ஒரு செதில்-இடு மெக்-ஆர்இ-ஜிடி-எம்என்-ஏஎல் உலோகக்கலவை, மிகக் குறைந்த நிலையான ஊர்தி விகிதத்தை அடைந்ததாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது, இந்தச் சேர்க்கையின் சக்திவாய்ந்த விளைவை வலியுறுத்துகிறது.

மற்ற தனிமங்களும் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. ஸ்ட்ரான்ஷியம் (Sr) ஆனது Mg-Al அமைப்புகளில், குறிப்பாக 150°C மற்றும் 175°C போன்ற வெப்பநிலைகளில், ஏற்கனவே உள்ள Mg-Al-RE உலோகக்கலவைகளுக்கு சமமாகவோ அல்லது சிறந்ததாகவோ இருக்கும் அளவிற்கு ஊய்வு எதிர்ப்பில் குறிப்பிடத்தக்க மேம்பாடுகளை வழங்குவதாகக் கண்டறியப்பட்டுள்ளது. Mg-Gd அடிப்படையிலான உலோகக்கலவைகளில் துணை அளவிலான துத்தநாகம் (Zn) சேர்ப்பது, புதிய, சிக்கலான Zn கொண்ட வீழ்படிவ கட்டங்களை உருவாக்கி நுண்கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மையில் மேலும் ஒரு அடுக்கைச் சேர்ப்பதன் மூலம் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்துகிறது. மாறாக, அலுமினியம் (Al) மெக்னீசியத்தில் ஒரு பொதுவான உலோகக்கலவை தனிமமாக இருந்தாலும், பல அதிக செயல்திறன் கொண்ட, ஊய்வு எதிர்ப்புள்ள ஈர்ப்பு-ஓத்துழைப்பு உலோகக்கலவைகள் நோக்கமாக அலுமினியம் இல்லாமல் உருவாக்கப்படுகின்றன; பதிலாக, துகள்களை நுண்ணாக்கவும், வலுப்படுத்தவும் ஜிர்க்கோனியம் போன்ற தனிமங்களை சார்ந்துள்ளன.

இந்த முக்கிய தனிமங்களின் தாக்கத்தைச் சுருக்கமாகக் கூறுவதற்கு, பின்வரும் அட்டவணை அவற்றின் பொதுவான விளைவுகளை விளக்குகிறது:

ஊர்தல் செயல்திறனில் நுண்கட்டமைப்பின் தாக்கம்

அலாய் கலவை அடிப்படையை உருவாக்கினாலும், பொருளின் இறுதி நுண்கட்டமைப்புதான் அதன் உண்மையான ஊர்வு செயல்திறனை நிர்ணயிக்கிறது. துகள்களின் அளவு, வடிவம் மற்றும் பரவல், அவற்றின் எல்லைகளில் உள்ள கட்டங்களின் தன்மை ஆகியவை முக்கிய காரணிகளாகும். சிறந்த ஊர்வு எதிர்ப்பைப் பெற, வெப்ப மற்றும் இயந்திர அழுத்தத்தின் கீழ் மாறாமல் இயல்பாக நிலையானதாக இருக்கும் நுண்கட்டமைப்பை உருவாக்குவதே நோக்கமாகும். ஊர்வு திரிபின் முதன்மை இயந்திரங்களான துளையிடுதல் நகர்வு மற்றும் துகள் எல்லை நழுவலை ஒரு சார்ந்த கட்டமைப்பு திறம்பட தடுக்கிறது.

தொடர்ச்சியான ஆய்வுகள், துகள் எல்லைகளில் (GBs) வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை கொண்ட இணைக்கப்பட்ட சேர்மங்கள் உருவாவது ஒரு முக்கிய உத்தி என்பதைக் காட்டுகின்றன. இந்த சேர்மங்கள் பொருளின் முழுவதும் ஒரு வலுவூட்டும் வலையமைப்பைப் போலச் செயல்பட்டு, துகள்களை இடத்தில் பூட்டி, அவை அதிக வெப்பநிலையில் ஒன்றை ஒன்று நழுவிச் செல்வதைத் தடுக்கின்றன. இருப்பு அமைப்புக்கும் ஊர்வு எதிர்ப்புக்கும் இடையேயான தொடர்பு, குறிப்பாக சாளி இடைநிலை மெக்னீசியம்-அரிய பூமி உலோகங்களில் தெளிவாகத் தெரிகிறது, அங்கு குறிப்பிட்ட கட்டங்களின் ஏற்பாடு பொருளின் வலிமையை நிர்ணயிக்கிறது.

எனினும், டை-காஸ்டிங் செயல்முறையில் உள்ள வேகமான குளிர்வூட்டம் அடிக்கடி ஒரு சீரற்ற அசாஸ்ட் நுண்கட்டமைப்பை ஏற்படுத்துகிறது, இது கிரீப் செயல்திறனை முன்னறிய முடியாததாக ஆக்குவதற்கு தீங்கு விளைவிக்கலாம். இந்த வேறுபாடு கிரீப் தொடங்கக்கூடிய இடங்களில் உள்ள பகுதி பலவீனமான புள்ளிகளை உருவாக்குகிறது. சிறந்த கிரீப் எதிர்ப்புக்காக அறியப்பட்ட ஒரு நுண்கட்டமைப்பு முழுமையாக இடையக அமைப்பாகும், இது வெவ்வேறு கட்டங்களின் மாறி மாறி அடுக்குகளால் குறிப்பிடப்படுகிறது. இந்த அமைப்பு கிரீப்பை தடுப்பதில் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருந்தாலும், அதன் பெரிய, கனமான தானியங்களுக்காக அடிக்கடி ஒரு விலையை செலுத்த வேண்டி இருக்கும்: அறை வெப்பநிலையில் திண்மை மற்றும் தேக்கத்தன்மையில் குறைவு.

வடிவமைப்பு காட்சிகள் மற்றும் எதிர்கால வளர்ச்சி

உராய்வு எதிர்ப்பு மெக்னீசியம் உலோகக்கலவைகளின் தொடர்ச்சியான மேம்பாடு அதிக செயல்திறன் கொண்ட துறைகளில் இலகுரகப் பொருட்களுக்கான நிலையான தேவையால் இயங்கும் ஓர் இயக்கமான துறையாகும். தற்போழுதைய முன்னேற்றங்கள் புதிய உலோகக் கலப்புச் செறிவுகள் மற்றும் நுண்கட்டமைப்பு மற்றும் பண்புகளை அதிகபட்சப்படுத்துவதற்கான மேம்பட்ட செயலாக்க நுட்பங்கள் இரண்டிலும் கவனம் செலுத்துகின்றன. ஆராய்ச்சியாளர்கள் சோதனை மற்றும் பிழை முறையை மீறி, வடிவமைப்பு சுழற்சியை விரைவுபடுத்தவும், இலக்காக்கப்பட்ட செயல்திறன் பண்புகளை அடையவும் நவீன கருவிகளைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

மிகவும் சாதகமான முன்னேற்றங்களில் ஒன்று கணினி வெப்ப இயற்பியல் மற்றும் மாதிரியாக்கத்தைப் பயன்படுத்துவதாகும். பல்வேறு உலோகக் கலவை கூறுகள் எவ்வாறு தொடர்புடையும் மற்றும் குறிப்பிட்ட நிலைமைகளில் எவ்வாறு நுண்கட்டமைப்புகள் உருவாகும் என்பதை இக்கருவிகள் அறிவியலாளர்கள் முன்னறிவிக்க அனுமதிக்கின்றன, இது சோதனை வேலைகளுடன் தொடர்புடைய நேரம் மற்றும் செலவை மிகவும் குறைக்கிறது. டை-காஸ்ட் பாகங்களில் அடிக்கடி காணப்படும் சிக்கலான, சீரற்ற கட்டமைப்புகளால் ஏற்படும் சவால்களை சமாளிப்பதற்கு இந்த வடிவமைப்பு-மையப்படுத்தப்பட்ட அணுகுமுறை முக்கியமானது.

இந்த ஆராய்ச்சிக்கு முதன்மையான பயன்பாடு இன்னும் உலகளாவிய துறை, குறிப்பாக பவர்ட்ரெயின் பாகங்களுக்கான உலகளாவிய துறை. வாகன உற்பத்தியாளர்கள் திறமையை மேம்படுத்தவும், உமிழ்வுகளைக் குறைக்கவும் எடை குறைப்பு மூலோபாயங்களைத் தொடர்ந்து நாடுவதால், அதிகரிக்கப்பட்ட வெப்பநிலையில் நம்பகத்தன்மையுடன் செயல்படக்கூடிய மெக்னீசியம் உலோகக்கலவைகளுக்கான தேவை மிகவும் முக்கியமாகிறது. இந்த மேம்பட்ட பொருட்களின் வெற்றிகரமான உருவாக்கம் உலோகக்கலவை வடிவமைப்பிலிருந்து இறுதி பாக உற்பத்தி வரை முழு விநியோகச் சங்கிலியை சார்ந்துள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, சாயி (நிங்போ) மெட்டல் டெக்னாலஜி , துல்லியமாக பொறிமுறைப்படுத்தப்பட்ட உலகளாவிய பொருத்துதல் பாகங்களில் நிபுணத்துவம் பெற்ற நிறுவனங்கள், இந்த செயல்முறையின் இறுதி படியைக் குறிக்கின்றன, சூடான பொருத்துதல் போன்ற செயல்முறைகள் மூலம் மேம்பட்ட உலோகக்கலவைகளை வலுவான, நம்பகமான பாகங்களாக மாற்றுகின்றன, பொருளின் பொறிமுறைப்படுத்தப்பட்ட பண்புகள் உண்மையான செயல்திறனாக மாறுவதை உறுதி செய்கின்றன.

எதிர்கால சூழ்நிலையானது ஊதிய எதிர்ப்பு, வலிமை, நெகிழ்ச்சி மற்றும் குறிப்பாகச் செலவு ஆகியவற்றுக்கிடையே தொடர்ந்து உள்ள வர்த்தகத்தைச் சமநிலைப்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. புதிய உலோகக் கலவை அமைப்புகள் மேம்படுத்தப்படும்போது, ஆய்வகத்தில் காண்பிக்கப்பட்ட அசாதாரண செயல்திறனை தொழில்துறை பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யப்படும் பாகங்களுக்கு வழங்கக்கூடிய அளவிற்கு மாற்றக்கூடிய மற்றும் செலவு-சார்ந்த உற்பத்தி செயல்முறைகளை உருவாக்குவதைப் பொறுத்தே அவற்றின் பரவலான ஏற்பு அமையும்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

மெக்னீசியம் உலோகக் கலவையின் குறைபாடு என்ன?

மெக்னீசியம் உலோகக் கலவைகள் அவற்றின் குறைந்த எடை மற்றும் அதிக வலிமை-எடை விகிதத்திற்காக மிகவும் மதிப்பிடப்பட்டாலும், அவற்றின் பயன்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய பல குறைபாடுகள் உள்ளன. இவை பிற உலோகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த உண்மையான வலிமை மற்றும் குறைந்த நெகிழ்ச்சி, அரிப்பு மற்றும் எரிதலுக்கு போதுமான எதிர்ப்பின்மை, மிக முக்கியமாக சில பயன்பாடுகளுக்கு, உயர் வெப்பநிலையில் போதுமான செயல்திறன் இல்லாமை, குறிப்பாக ஊதிய எதிர்ப்பின்மை ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது.

நிரப்பப்பட்ட மெக்னீசியம் உலோகக் கலவையின் பண்புகள் என்ன?

பொதுவாக காஸ்ட் மெக்னீசியம் உலோகக்கலவைகள் 75 முதல் 200 MPa வரையிலான அழுத்த எல்லையையும், 135 முதல் 285 MPa வரையிலான இழுவிசை வலிமையையும் கொண்டுள்ளன. இவற்றின் நீட்சி பொதுவாக 2% முதல் 10% வரை இருக்கும். இவற்றின் முக்கிய பண்பு அடர்த்தி குறைவாக இருப்பதாகும், இது சுமார் 1.8 கி/செமீ³ ஆகும். மேலும், இவை சுமார் 42 GPa யங் குணகத்தைக் கொண்டுள்ளன, இது அலுமினியம் அல்லது எஃகை விட குறைவானது.

3. இந்தப் பொருளின் எந்த நுண்கட்டமைப்பு மிக அதிக ஊர்வு எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது?

பொதுவாக, மாறி மாறி வேறுபட்ட கட்டங்களின் தட்டு போன்ற அடுக்குகளைக் கொண்ட முழுமையான இலேமெல்லார் நுண்கட்டமைப்பு, மிக அதிக ஊர்வு எதிர்ப்பைக் கொண்டிருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது. இந்த அமைப்பு, தவறு நகர்வைத் தடுப்பதில் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது. எனினும், இந்த நன்மையுடன் ஒரு முக்கியமான விலை உள்ளது: முழுமையான இலேமெல்லார் அமைப்புகள் பெரிய திட்டு அளவின் காரணமாக அறை வெப்பநிலையில் பொதுவாக குறைந்த நெகிழ்வுத்தன்மையைக் காட்டுகின்றன.