गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु। विशेष स्टील्स और मिश्र धातु। गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं का उत्पादन और उपयोग

2024 लेखक: Howard Calhoun | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 10:28

स्टील जैसी सामग्री के बिना आधुनिक उद्योग की कल्पना नहीं की जा सकती। हम लगभग हर मोड़ पर इसका सामना करते हैं। विभिन्न रासायनिक तत्वों को इसकी संरचना में शामिल करके, यांत्रिक और परिचालन गुणों में काफी सुधार किया जा सकता है।

स्टील क्या है

स्टील एक मिश्र धातु है जिसमें कार्बन और लोहा होता है। साथ ही, ऐसे मिश्रधातु (नीचे फोटो) में अन्य रासायनिक तत्वों की अशुद्धियाँ हो सकती हैं।

कई संरचनात्मक राज्य हैं। यदि कार्बन सामग्री 0.025-0.8% की सीमा में है, तो इन स्टील्स को हाइपोयूटेक्टॉइड कहा जाता है और इनकी संरचना में पर्लाइट और फेराइट होते हैं। यदि स्टील हाइपरयूटेक्टॉइड है, तो पर्लिटिक और सीमेंटाइट चरण देखे जा सकते हैं। फेराइट संरचना की एक विशेषता इसकी उच्च प्लास्टिसिटी है। सीमेंटाइट में भी काफी कठोरता होती है। पेर्लाइट दोनों पिछले चरणों का निर्माण करते हैं। इसमें एक दानेदार आकार हो सकता है (सीमेंटाइट के समावेश फेराइट के अनाज के साथ स्थित होते हैं, जिनका एक गोल आकार होता है) और लैमेलर (दोनों चरण प्लेटों की तरह दिखते हैं)। यदि स्टील को उस तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है जिस परबहुरूपी संशोधन होते हैं, संरचना ऑस्टेनिटिक में बदल जाती है। इस चरण ने प्लास्टिसिटी बढ़ा दी है। यदि कार्बन सामग्री 2.14% से अधिक है, तो ऐसी सामग्री और मिश्र धातुओं को कच्चा लोहा कहा जाता है।

स्टील के प्रकार

रचना के आधार पर, स्टील कार्बन और मिश्र धातु हो सकता है। 0.25% से कम कार्बन सामग्री हल्के स्टील की विशेषता है। यदि इसकी मात्रा 0.55% तक पहुँच जाती है, तो हम मध्यम-कार्बन मिश्र धातु के बारे में बात कर सकते हैं। स्टील, जिसकी संरचना में 0.6% से अधिक कार्बन होता है, उच्च कार्बन स्टील कहलाता है। यदि, मिश्र धातु के उत्पादन की प्रक्रिया में, प्रौद्योगिकी में विशिष्ट रासायनिक तत्वों की शुरूआत शामिल है, तो इस स्टील को मिश्र धातु कहा जाता है। विभिन्न घटकों की शुरूआत ने इसके गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया है। यदि उनकी संख्या 4% से अधिक नहीं है, तो मिश्र धातु कम-मिश्र धातु है। मध्यम-मिश्र धातु और उच्च-मिश्र धातु वाले स्टील में क्रमशः 11% और 12% से अधिक समावेश होते हैं। जिस क्षेत्र में स्टील मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है, उसके आधार पर वे इस प्रकार के होते हैं: उपकरण, संरचनात्मक और विशेष स्टील और मिश्र धातु।

उत्पादन तकनीक

स्टील को गलाने की प्रक्रिया काफी श्रमसाध्य होती है। इसमें कई चरण शामिल हैं। सबसे पहले, आपको कच्चे माल की आवश्यकता है - लौह अयस्क। पहले चरण में एक निश्चित तापमान पर हीटिंग शामिल है। इस मामले में, ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं होती हैं। दूसरे चरण में, तापमान बहुत अधिक हो जाता है। कार्बन ऑक्सीकरण की प्रक्रियाएँ अधिक गहन होती हैं। ऑक्सीजन के साथ मिश्र धातु का अतिरिक्त संवर्धन संभव है। अनावश्यक अशुद्धियों को दूर किया जाता हैलावा अगला कदम स्टील से ऑक्सीजन निकालना है, क्योंकि यह यांत्रिक गुणों को काफी कम कर देता है। यह एक प्रसार या अवक्षेपण तरीके से किया जा सकता है। यदि डीऑक्सीडेशन प्रक्रिया नहीं होती है, तो परिणामी स्टील को उबलता स्टील कहा जाता है। शांत मिश्र धातु गैसों का उत्सर्जन नहीं करता है, ऑक्सीजन पूरी तरह से हटा दिया जाता है। एक मध्यवर्ती स्थिति अर्ध-शांत स्टील्स द्वारा कब्जा कर ली जाती है। लौह मिश्र धातुओं का उत्पादन खुले चूल्हे, प्रेरण भट्टियों, ऑक्सीजन परिवर्तकों में होता है।

इस्पात मिश्रधातु

स्टील के कुछ गुणों को प्राप्त करने के लिए, इसकी संरचना में विशेष मिश्र धातु पदार्थ पेश किए जाते हैं। इस मिश्र धातु का मुख्य लाभ विभिन्न विकृतियों के प्रतिरोध में वृद्धि है, भागों और अन्य संरचनात्मक तत्वों की विश्वसनीयता काफी बढ़ जाती है। सख्त होने से दरारें और अन्य दोषों का प्रतिशत कम हो जाता है। अक्सर विभिन्न तत्वों के साथ संतृप्ति की इस पद्धति का उपयोग रासायनिक जंग को प्रतिरोध प्रदान करने के लिए किया जाता है। लेकिन इसके कई नुकसान भी हैं। उन्हें अतिरिक्त प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, गुच्छे की उपस्थिति की संभावना अधिक होती है। साथ ही सामग्री की कीमत भी बढ़ जाती है। सबसे आम मिश्र धातु तत्व क्रोमियम, निकल, टंगस्टन, मोलिब्डेनम, कोबाल्ट हैं। उनके आवेदन का दायरा काफी बड़ा है। इसमें मैकेनिकल इंजीनियरिंग, और पाइपलाइनों, बिजली संयंत्रों, विमानन और बहुत कुछ के लिए भागों का निर्माण शामिल है।

गर्मी प्रतिरोध और गर्मी प्रतिरोध की अवधारणा

गर्मी प्रतिरोध की अवधारणा उच्च तापमान पर काम करते समय धातु या मिश्र धातु की अपनी सभी विशेषताओं को बनाए रखने की क्षमता को संदर्भित करती है। ऐसे माहौल में अक्सरगैस का क्षरण देखा जाता है। इसलिए, सामग्री को भी अपनी कार्रवाई के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए, यानी गर्मी प्रतिरोधी होना चाहिए। इस प्रकार, महत्वपूर्ण तापमान पर उपयोग किए जाने वाले मिश्र धातुओं के लक्षण वर्णन में ये दोनों अवधारणाएं शामिल होनी चाहिए। तभी ऐसे स्टील पुर्जों, औजारों और अन्य संरचनात्मक तत्वों के लिए आवश्यक सेवा जीवन प्रदान करेंगे।

गर्मी प्रतिरोधी स्टील की विशेषताएं

ऐसे मामलों में जहां तापमान उच्च मूल्यों तक पहुंच जाता है, मिश्र धातुओं के उपयोग की आवश्यकता होती है जो कि पतन और विरूपण के शिकार नहीं होंगे। इस मामले में, गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। ऐसी सामग्रियों के लिए ऑपरेटिंग तापमान 500ºС से ऊपर है। ऐसे स्टील्स की विशेषता वाले महत्वपूर्ण बिंदु उच्च सहनशक्ति सीमा, प्लास्टिसिटी हैं, जो लंबे समय तक बनी रहती है, साथ ही साथ विश्राम स्थिरता भी होती है। ऐसे कई तत्व हैं जो उच्च तापमान के प्रतिरोध को काफी बढ़ा सकते हैं: कोबाल्ट, टंगस्टन, मोलिब्डेनम। क्रोमियम भी एक आवश्यक घटक है। यह ताकत को इतना प्रभावित नहीं करता है क्योंकि यह पैमाने के प्रतिरोध को बढ़ाता है। क्रोमियम जंग प्रक्रियाओं को भी रोकता है। इस प्रकार की मिश्र धातुओं की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता धीमी रेंगना है।

संरचना द्वारा गर्मी प्रतिरोधी स्टील्स का वर्गीकरण

गर्मी प्रतिरोधी और गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु फेरिटिक वर्ग, मार्टेंसिटिक, ऑस्टेनिटिक और फेरिटिक-मार्टेंसिटिक संरचना के साथ हैं। पूर्व में लगभग 30% क्रोमियम होता है। विशेष प्रसंस्करण के बाद, संरचना बारीक हो जाती है। यदि ताप तापमान 850ºС से अधिक है, तो अनाजवृद्धि, और ऐसी गर्मी प्रतिरोधी सामग्री भंगुर हो जाती है। मार्टेंसिटिक वर्ग को निम्नलिखित क्रोमियम सामग्री की विशेषता है: 4% से 12% तक। निकल, टंगस्टन और अन्य तत्व भी कम मात्रा में मौजूद हो सकते हैं। ऑटोमोबाइल में टर्बाइन और वॉल्व के पुर्जे इन्हीं से बनाए जाते हैं। स्टील जिनकी संरचना में मार्टेंसाइट और फेराइट होते हैं, वे निरंतर उच्च तापमान और दीर्घकालिक संचालन पर संचालन के लिए उपयुक्त होते हैं। क्रोमियम सामग्री 14% तक पहुंच जाती है। गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं में निकल को शामिल करके ऑस्टेनाइट प्राप्त किया जाता है। समान संरचना वाले स्टील्स में कई ग्रेड होते हैं।

निकल आधारित मिश्र धातु

निकेल में कई उपयोगी गुण हैं। स्टील (गर्म और ठंडे दोनों) की कार्य क्षमता पर इसका सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। यदि कोई भाग या उपकरण आक्रामक वातावरण में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो इस तत्व के साथ मिश्र धातु से संक्षारण प्रतिरोध में काफी वृद्धि होती है। निकल-आधारित गर्मी प्रतिरोधी सामग्री को निम्नलिखित समूहों में विभाजित किया गया है: गर्मी प्रतिरोधी और वास्तव में गर्मी प्रतिरोधी। उत्तरार्द्ध में न्यूनतम गर्मी प्रतिरोधी विशेषताएं भी होनी चाहिए। काम करने का तापमान 1200ºС तक पहुंच जाता है। इसके अतिरिक्त, क्रोमियम या टाइटेनियम जोड़ा जाता है। विशेष रूप से, निकल के साथ मिश्र धातु में बेरियम, मैग्नीशियम, बोरॉन जैसी अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा होती है, इसलिए अनाज की सीमाएं अधिक मजबूत होती हैं। इस प्रकार के गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु फोर्जिंग और लुढ़का उत्पादों के रूप में उत्पादित होते हैं। भागों को डालना भी संभव है। उनके आवेदन का मुख्य क्षेत्र गैस टरबाइन तत्वों का निर्माण है। निकल आधारित गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं में 30% तक क्रोमियम होता है।वे खुद को अच्छी तरह से मुद्रांकन, वेल्डिंग के लिए उधार देते हैं। इसके अलावा, पैमाने प्रतिरोध उच्च स्तर पर है। इससे उन्हें गैस पाइपलाइन सिस्टम में उपयोग करना संभव हो जाता है।

गर्मी प्रतिरोधी टाइटेनियम मिश्र धातु इस्पात

टाइटेनियम कम मात्रा में (0.3% तक) दिया जाता है। इस मामले में, यह मिश्र धातु की ताकत को बढ़ाता है। यदि इसकी सामग्री बहुत अधिक है, तो कुछ यांत्रिक गुण बिगड़ते हैं (कठोरता, शक्ति)। लेकिन प्लास्टिसिटी बढ़ जाती है। यह स्टील के प्रसंस्करण की सुविधा प्रदान करता है। अन्य घटकों के साथ टाइटेनियम की शुरूआत के साथ, गर्मी प्रतिरोधी विशेषताओं में काफी सुधार करना संभव है। यदि आक्रामक वातावरण में काम करने की आवश्यकता है (विशेषकर जब डिजाइन में वेल्डिंग शामिल है), तो इस रासायनिक तत्व के साथ मिश्रधातु बनाना उचित है।

कोबाल्ट मिश्र धातु

कोबाल्ट की एक बड़ी मात्रा (80% तक) गर्मी प्रतिरोधी और गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं जैसे सामग्रियों के उत्पादन में जाती है, क्योंकि इसका शुद्ध रूप में शायद ही कभी उपयोग किया जाता है। इसका परिचय उच्च तापमान पर काम करते समय प्लास्टिसिटी, साथ ही प्रतिरोध को बढ़ाता है। और यह जितना अधिक होता है, मिश्र धातु में कोबाल्ट की मात्रा उतनी ही अधिक होती है। कुछ ब्रांडों में, इसकी सामग्री 30% तक पहुंच जाती है। ऐसे स्टील्स की एक अन्य विशेषता चुंबकीय गुणों में सुधार है। हालांकि, कोबाल्ट की उच्च लागत के कारण, इसका उपयोग सीमित है।

गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं पर मोलिब्डेनम का प्रभाव

यह रासायनिक तत्व उच्च तापमान पर सामग्री की ताकत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

यह विशेष रूप से तब प्रभावी होता है जब अन्य तत्वों के साथ प्रयोग किया जाता है। यह स्टील की कठोरता को काफी बढ़ाता है (पहले से ही 0.3% की सामग्री पर)। तन्य शक्ति भी बढ़ जाती है। एक और सकारात्मक विशेषता यह है कि मोलिब्डेनम के साथ मिश्रित गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं में ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं के प्रतिरोध का एक उच्च स्तर है। मोलिब्डेनम अनाज को पीसने में योगदान देता है। नुकसान वेल्डिंग की कठिनाई है।

अन्य विशेष स्टील्स और मिश्र धातु

कुछ कार्यों को करने के लिए ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जिसमें कुछ गुण हों। इस प्रकार, हम विशेष मिश्र धातुओं के उपयोग के बारे में बात कर सकते हैं, जो मिश्र धातु और कार्बन दोनों हो सकते हैं। उत्तरार्द्ध में, आवश्यक विशेषताओं का एक सेट इस तथ्य के कारण प्राप्त किया जाता है कि मिश्र धातुओं का निर्माण और उनका प्रसंस्करण एक विशेष तकनीक का उपयोग करके होता है। यहां तक कि विशेष मिश्र और स्टील्स को संरचनात्मक और उपकरण में विभाजित किया गया है। इस प्रकार की सामग्रियों के मुख्य कार्यों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: जंग और पहनने की प्रक्रियाओं का प्रतिरोध, आक्रामक वातावरण में काम करने की क्षमता और बेहतर यांत्रिक विशेषताओं। इस श्रेणी में गर्मी प्रतिरोधी स्टील्स और उच्च ऑपरेटिंग तापमान वाले मिश्र धातु, और क्रायोजेनिक स्टील्स शामिल हैं जो -296ºС तक का सामना कर सकते हैं।

उपकरण स्टील

उपकरणों के उत्पादन में विशेष उपकरण स्टील का उपयोग किया जाता है। इस तथ्य के कारण कि उनकी काम करने की स्थिति अलग है, सामग्री को व्यक्तिगत रूप से भी चुना जाता है। चूंकि उपकरणों की आवश्यकताएं काफी अधिक हैं, उनके लिए मिश्र धातुओं की विशेषताएंउत्पादन उपयुक्त है: वे तीसरे पक्ष की अशुद्धियों, समावेशन से मुक्त होना चाहिए, डीऑक्सीडेशन प्रक्रिया अच्छी तरह से की जाती है, और संरचना सजातीय है। माप उपकरणों के लिए स्थिर पैरामीटर होना और पहनने का विरोध करना बहुत महत्वपूर्ण है। अगर हम काटने के उपकरण के बारे में बात करते हैं, तो वे ऊंचे तापमान (किनारे का ताप होता है), निरंतर घर्षण और विरूपण पर काम करते हैं। इसलिए, उनके लिए गर्म होने पर अपनी प्राथमिक कठोरता बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है। एक अन्य प्रकार का टूल स्टील हाई स्पीड स्टील है। मूल रूप से, यह टंगस्टन के साथ डोप किया जाता है। कठोरता लगभग 600ºС के तापमान तक बनी रहती है। डाई स्टील्स भी हैं। वे गर्म और ठंडे दोनों रूपों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

विशेष मिश्र धातु अनुप्रयोग

विशेष विशेषताओं वाले मिश्र धातुओं का उपयोग करने वाले उद्योग अनेक हैं। उनके बेहतर गुणों के कारण, वे मैकेनिकल इंजीनियरिंग, निर्माण और तेल उद्योग में अपरिहार्य हैं। गर्मी प्रतिरोधी और गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं का उपयोग टरबाइन भागों, कारों के लिए स्पेयर पार्ट्स के निर्माण में किया जाता है। उच्च जंग रोधी विशेषताओं वाले स्टील पाइप, कार्बोरेटर सुई, डिस्क और रासायनिक उद्योग के विभिन्न तत्वों के उत्पादन के लिए अपरिहार्य हैं। रेल की पटरियाँ, बाल्टियाँ, वाहनों के लिए पटरियाँ - पहनने के लिए प्रतिरोधी स्टील्स इन सबका आधार हैं। बोल्ट, नट और अन्य समान भागों के बड़े पैमाने पर उत्पादन में, स्वचालित मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है। स्प्रिंग्स पर्याप्त लोचदार और पहनने के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए। इसीलिएउनके लिए सामग्री स्प्रिंग स्टील है। इस गुण को बेहतर बनाने के लिए, उन्हें क्रोमियम, मोलिब्डेनम के साथ अतिरिक्त रूप से मिश्रित किया जाता है। विशिष्ट विशेषताओं के एक सेट के साथ सभी विशेष मिश्र धातु और स्टील उन हिस्सों की लागत को कम कर सकते हैं जहां अलौह धातुओं का पहले इस्तेमाल किया गया था।