EN
டெட் (DED) எவ்வாறு இன்கோனெல் 625 பொருளின் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது
எனிக்மா (ENIGMA) மற்றும் நோவா பல்கலைக்கழகம், லிஸ்பன் (NOVA University Lisbon) ஆகியவற்றின் கூட்டு ஆராய்ச்சி திட்டம், மெட்டீரியல்ஸ் ரிசெர்ச் லெட்டர்ஸ் (Materials Research Letters) இதழில் வெளியிடப்பட்டது; இது DED மூலம் தயாரிக்கப்பட்ட இன்கொனெல் 625 இன்கோனெல் 625 இன் நுண்கட்டமைப்பு மற்றும் இயற்பியல் பண்புகளை அச்சிடும் பாதை வடிவமைப்பு எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதை முறையாக ஆராய்ந்தது. இந்த ஆய்வு செயல்முறை பொறியாளர்கள் முன்பே கண்டறிந்த கவனிப்புகளை உறுதிப்படுத்தியது: 90° இடையேயான அடுக்கு பாதை மாற்று முறை இந்த கலவையின் துகள் அமைப்பை திசையில் ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட தூண் வடிவிலிருந்து ஏறக்குறைய சமச்சீரான துகள் அமைப்புக்கு மாற்றுகிறது, இதன் விளைவாக 401 MPa விடுதலை வலிமை, 724 MPa இறுதி இழுவிசை வலிமை மற்றும் 57% நீட்சம் ஆகியவை கிடைக்கின்றன — இது பாரம்பரிய சூடான உருட்டப்பட்ட இன்கோனெல் 625ஐ விட வலிமை-நெகிழ்வு சேர்க்கையில் சிறந்தது.
இன்கொனெல் 625 உயர் வெப்பநிலை வலிமை, துருத்தடுப்பு தன்மை மற்றும் குறைந்த செலவில் குறைந்த அளவு சேதமடைவதை உறுதிப்படுத்தும் தன்மை ஆகியவற்றின் சிறந்த கலவையால் புகழ்பெற்ற ஒரு நிக்கல்-அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய் ஆகும். ஆனால், வெற்றிட தூண்டல் உருக்குதல் மற்றும் பின்னர் சூடான வேலை செய்தல் ஆகியவற்றை அடுத்து மேற்கொள்ளப்படும் மரபுசார் தயாரிப்பு முறை, பொருளாதார ரீதியாக உற்பத்தி செய்யக்கூடிய வடிவங்கள் மற்றும் அளவுகளை வரம்புக்குள் கொண்டு வருகிறது. DED என்பது என்ன தயாரிக்க முடியும் என்பதையும், அதன் செயல்திறனையும் அடிப்படையில் மாற்றுகிறது.
உருவாக்கும் முறை கூறுகளை விட முக்கியமானது
இன் கூறுகள் இன்கொனெல் 625 — தோராயமாக 58% நிக்கல், 20-23% குரோமியம், 8-10% மாலிப்டினம் மற்றும் 3.15-4.15% நியோபியம் — தனிப்பயனாக தர வரையறைகளால் நிர்ணயிக்கப்படுகின்றன. மாறுபடும் முக்கிய விஷயம் அதன் நுண்கட்டமைப்பு ஆகும்; இந்த நுண்கட்டமைப்புதான் அதன் இயற்பியல் பண்புகளை தீர்மானிக்கிறது. மரபுசார் சாளர உருக்குதலில், மெதுவான திடீகரிப்பு சில மில்லிமீட்டர் நீளமுள்ள தடிமனான நெடுக்கு துகள்களையும், வலுவான படிக அமைப்பு வடிவமைப்பையும் உருவாக்குகிறது. DED செயல்முறையில், திடீகரிப்பு நிமிடங்களில் அல்ல, வினாடிகளில் நிகழ்கிறது, இது அடிப்படையில் வேறுபட்ட துகள் அமைப்பை உருவாக்குகிறது — ஆனால் குறிப்பிட்ட அமைப்பு அச்சு பாதை முறையை பொறுத்தே அமைகிறது.
மரபு வழி DED அணுகுமுறை — ஒவ்வொரு அடுக்கையும் ஒரே திசையில் (0° முறை) வைத்தல் — முந்தைய அடுக்கிலிருந்து எபிடாக்ஸியல் வளரும் காலம்பை துகள்களை உருவாக்குகிறது, இது வலுவான <001> படிக அமைப்பு உருவாக்குகிறது. இந்த அமைப்பு அசமச்சீரான இயந்திர பண்புகளை ஏற்படுத்துகிறது: காலம்பை துகள்களின் திசைக்கு இணையாகவோ அல்லது செங்குத்தாகவோ சுமை செலுத்தப்படும்போது வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை மாறுபடுகின்றன. பல-அச்சு விசைகளுக்கு உட்படும் பாகங்களுக்கு — இது உண்மையில் அனைத்து பொறியியல் பயன்பாடுகளையும் விளக்குகிறது — இந்த அசமச்சீரானத்தன்மை விரும்பத்தகாததாகும்.
அச்சிடும் பாதை வடிவமைப்பு பண்புகளை எவ்வாறு மாற்றுகிறது
ENIGMA-NOVA ஆராய்ச்சிக் குழு கண்டறிந்த முன்னேற்றம் என்பது தொடர் அடுக்குகளுக்கு இடையில் வைப்புப் பாதையை 90° சுழற்றுவதை உள்ளடக்கியது. இந்த எளிய கருவிப் பாதை மாற்றம் ஆழமான உலோகவியல் விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது. ஒவ்வொரு அடுக்கும் முந்தைய அடுக்குக்குச் செங்குத்தாக வைக்கப்படும்போது, பல அடுக்குகள் முழுவதும் தொடர்ந்து நீடிக்கும் தூண் போன்ற துகள் வளர்ச்சி தடுக்கப்படுகிறது. புதிய அடுக்கு வேறுபட்ட படிக அமைப்பு கொண்ட பரப்பில் உறைகிறது, மேலும் முந்தைய அடுக்கின் பரப்பு மீண்டும் உருகுவது சமச்சீரான துகள் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கும் புதிய உருவாக்க இடங்களை வழங்குகிறது.
இதன் விளைவாக உருவாகும் நுண்ணமைப்பு இன்கொனெல் 625 இது மரபுசார் DED செயல்முறையின் தூண் வடிவமைப்பிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்டதாகும். சராசரி துகள் அளவுகள், நீளமான தூண் வடிவிலான 100 மைக்ரோமீட்டர் நீளமுள்ள துகள்களிலிருந்து, தோராயமாக 527 மைக்ரோமீட்டர் நீளமும் 172 மைக்ரோமீட்டர் அகலமும் கொண்ட (அம்ச விகிதம் 3.06) சமச்சீரான துகள்களாக மாறுகின்றன. இடையிடையேயுள்ள அடுக்கு இடைமுகங்களில் 37 மைக்ரோமீட்டர் அளவுள்ள மிக மெல்லிய துகள் பகுதிகள் உருவாகின்றன. இந்த மென்மையான, கிட்டத்தட்ட ஐசோட்ரோபிக் துகள் வடிவமைப்பு, மரபுசார் DED பொருளின் வலிமையை வரம்பிடும் திசைசார் வலிமை மாறுபாட்டை நீக்குகிறது.
இயந்திர பண்பு மேம்பாடு குறிப்பிடத்தக்கதாகும். 90° பாதையின் அறை வெப்பநிலை இழுவிசை சோதனை இன்கொனெல் 625 இது 401 ± 12 எம்பிஏ என்ற வெளிப்படையான வலிமையையும், 724 ± 5 எம்பிஏ என்ற இறுதி இழுவிசை வலிமையையும், 57 ± 5% என்ற நீட்சத்தையும் காட்டுகிறது. இந்த மதிப்புகள் பாரம்பரிய சூடான உருட்டப்பட்ட இன்கோனெல் 625 உடன் நன்றாக ஒப்பிடப்படுகின்றன, அது பொதுவாக 350–415 எம்பிஏ வெளிப்படையான வலிமையையும், 690–760 எம்பிஏ இழுவிசை வலிமையையும் அடைகிறது. டிஇடி (DED) பொருளின் செயல்திறன்-வலிமை பெருக்குத்தொகை — வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை ஆகிய இரண்டின் கலவையை அளவிடும் அளவு — 41.3 ஜிபிஏ*% ஐ அடைகிறது, இது சூடான உருட்டப்பட்ட பொருளின் பொதுவான 32.1 ஜிபிஏ*% ஐ கணிசமாக மிஞ்சுகிறது.
அதிக வெப்பநிலை செயல்திறன்
இன்கொனெல் 625 இது உயர் வெப்பநிலை சேவைக்காக குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது, மேலும் டிஇடி (DED) செயலாக்கப்பட்ட பொருள் 400–850°செ வெப்பநிலை வரம்பில் தனது சிறப்பை பராமரிக்கிறது. இந்த வரம்பில் முழுவதும் வலிமைப் பண்புகள் பாரம்பரிய ஒட்டு கலவைகளை விட தொடர்ந்து அதிகமாக உள்ளன. 700°செக்குக்கு கீழே நீட்சம் உயரமாகவே உள்ளது, இந்த வெப்பநிலைக்கு மேல் சிறிது குறைவு மட்டுமே காணப்படுகிறது. உடைவு வகை 600°செ-ல் இடைத்துகள் துளையுடைந்த இடைத்துகள் உடைவு போன்ற நெகிழ்வான வகையிலிருந்து 850°செ-ல் கலப்பு வகையாக மாறுகிறது — இது கலவையின் நோக்கமான உயர் வெப்பநிலை பயன்பாட்டு வரம்புடன் ஒத்துப்போகிறது.
டி.இ.டி. இல் இடைச்சட்ட இணைப்புகள் இன்கொனெல் 625 — எந்தவொரு கூட்டு உற்பத்தி செய்யப்பட்ட பொருளுக்கும் ஒரு சாத்தியமான கவலை — குறிப்பிடத்தக்க ஒருமைப்பாட்டைக் காட்டுகின்றன. நுண்ணோக்கிய பகுப்பாய்வு, வடிவ மாற்றத்தால் ஏற்படும் உடைவு எப்போதும் தானிய உட்பகுதிகளில், இடைச்சட்ட எல்லைகளில் அல்ல, ஏற்படுவதை வெளிப்படுத்துகிறது. இணைப்புகளில் எந்த விசை மையமாக்கலும் காணப்படவில்லை, இது வைக்கப்பட்ட அடுக்குகளுக்கிடையேயான இணைப்பு முழுமையாக உலோகவியல் ரீதியானது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது மற்றும் அது ஒரு கட்டமைப்பு பலவீனத்தைக் குறிக்கவில்லை.
அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்
டி.இ.டி. இன்கோனெல் 625 இன் இயந்திர பண்புகளை எவ்வாறு மேம்படுத்துகிறது?
டி.இ.டி. இன் விரைவான திடமாக்கல் (10³-10⁵ °C/வினாடி) ஒரு மிகச் சிறிய தானிய நுண்கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது. 90° இடைச்சட்ட பாதை மாற்றத்துடன் இணைக்கப்படும்போது, தூண் வடிவ தானிய அமைப்பு திட்டமாக சமச்சீரான தானியங்களாக மாறுகிறது, இது திசை சார்ந்த பண்பு மாறுபாட்டை நீக்குகிறது. இதன் விளைவாக, 401 MPa விடையெல்லை வலிமை, 724 MPa இழு வலிமை மற்றும் 57% நீட்சி ஆகியவை கிடைக்கின்றன — இது மருத்துவ சூடான உருட்டப்பட்ட இன்கோனெல் 625 ஐ விட வலிமை-நெகிழ்வு சேர்க்கையில் சிறப்பாக இருக்கிறது.
அச்சிடும் பாதை மாற்றம் என்றால் என்ன மற்றும் அது இன்கோனெல் 625 க்கு ஏன் முக்கியம்?
அச்சிடும் பாதை மாற்றம் தொடர்ச்சியான அடுக்குகளுக்கு இடையே வைக்கப்படும் படிவமைப்பு திசையை 90° ஆல் சுழற்றுகிறது. இது, அனைத்து அடுக்குகளும் ஒரே திசையில் வைக்கப்படும்போது ஏற்படும் எபிடெக்ஸியல் தூண் போன்ற துகள் வளர்ச்சியை தடுக்கிறது. முந்தைய அடுக்கின் மீண்டும் உருகிய மேற்பரப்பு புதிய கிரிஸ்டலைசேஷன் (உருவாக்கம்) இடங்களை வழங்குகிறது, இது சம-அக்ஸிஸ் (equiaxed) துகள் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கிறது மற்றும் தூண் போன்ற நுண்கட்டமைப்புகளால் ஏற்படும் அசமச்சீரான இயந்திர பண்புகளை நீக்குகிறது.
DED இன்கோனெல் 625 இன் பண்புகள் மரபு வழியில் தயாரிக்கப்பட்ட பொருளுடன் எவ்வாறு ஒப்பிடப்படுகின்றன?
திறன்பேறு பெற்ற 90° பாதை மாற்றத்துடன் கூடிய DED இன்கோனெல் 625 ஆனது 41.3 GPa*% என்ற செயல்திறன்-வலிமை பெருக்கத்தை அடைகிறது, இது சூடாக உருட்டப்பட்ட பொருளுக்கு 32.1 GPa*% ஆகும். இது சிறந்த வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை ஆகிய இரண்டையும் ஒருங்கே கொண்டிருப்பதைக் குறிக்கிறது. விரைவான திடீகரிப்பு போது உருவாகும் மிக மெல்லிய துகள் நுண்கட்டமைப்பு முழு இயந்திர பண்புகள் தொகுப்பிலும் வெளிப்படையாக உருவாக்கப்பட்ட பொருளின் தன்மைகளை பூர்த்தி செய்வதையும், அதை மீறுவதையும் உறுதிப்படுத்துகிறது.
DED இன்கோனெல் 625 உயர் வெப்பநிலைகளில் வலிமையை பராமரிக்கிறதா?
ஆம். DED இன்கோனெல் 625 என்பது 400°C முதல் 850°C வரையிலான வெப்பநிலையில் பாரம்பரிய சாஸ்ட் கலவைகளை விட அதிக வலிமையை பராமரிக்கிறது. 700°Cக்கு கீழே சுழித்தல் (ductility) நிலையாக உள்ளது; இந்த வெப்பநிலைக்கு மேலே சுழித்தல் மிதமாகக் குறைகிறது. இந்தப் பொருள் 600°C முதல் 850°C வரையிலான வெப்பநிலையில் சுழிவு முறை முறிவிலிருந்து (ductile fracture) கலப்பு-முறை முறிவுக்கு (mixed-mode fracture) மாறுகிறது, இது இந்த சேவை வரம்பில் நிக்கல்-அடிப்படையிலான சூப்பர் அலாய்களின் எதிர்பார்க்கப்படும் உயர் வெப்பநிலை நடத்தைக்கு ஒத்துள்ளது.
DED அடுக்குகளுக்கு இடையேயான இணைப்புகள் இன்கோனெல் 625-இல் பலவீனமானவையாகுமா?
இல்லை. நுண்ணோக்கி பகுப்பாய்வு, DED இன்கோனெல் 625-இல் ஏற்படும் முறிவு அடுக்குகளுக்கு இடையேயான எல்லைகளில் அல்ல, தானியங்களின் உள்ளேயே ஏற்படுகிறது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது. அடுக்கு எல்லைகளில் வலிமை குறைவு (stress concentration) எதுவும் காணப்படவில்லை. அடுத்தடுத்த அடுக்குகளை வைக்கும்போது முந்தைய அடுக்கின் மேற்பரப்பு மீண்டும் உருக்கப்படுவதால் முழுமையான உலோகவியல் இணைப்பு (metallurgical bonding) ஏற்படுகிறது; இந்த இணைப்பு பகுதிகள் முழு வைப்புப் பொருளிலிருந்து கட்டமைப்பு ரீதியாக வேறுபடுத்திக் காட்ட முடியாதவை.
DED இன்கோனெல் 625-ஐ வைப்புக்குப் பிறகு வெப்பச் சிகிச்சை அளிக்க முடியுமா?
ஆம். DED Inconel 625 என்பது அந்த உலோகக் கலவையின் தரமான வெப்பச் சிகிச்சை சிறப்புத் தன்மைகளுக்கு ஏற்றவாறு தீர்வு வெப்ப மென்மையாக்கம் மற்றும் வயதாக்கும் சிகிச்சைகளுக்கு உட்படுத்தப்படலாம். படிமங்களை உருவாக்கிய பின் வெப்பச் சிகிச்சை செய்வது படிமங்களை உருவாக்கும் போது ஏற்படும் வெப்ப சுழற்சியினால் ஏற்படும் மீதமுள்ள வடிவ மாற்ற வலிமையை நீக்குகிறது, மேலும் நுண்ணமைப்பை மேலும் ஒருமைப்படுத்தலாம். குறிப்பிட்ட வெப்பச் சிகிச்சை சுழற்சி பயன்பாட்டு நிலைமைகளைப் பொறுத்தது — 870°C இல் வடிவ மாற்ற வலிமை நீக்கம், 980–1,150°C இல் தீர்வு சிகிச்சை, அல்லது உயர் வெப்பநிலை பண்புகளை அதிகபட்சமாகப் பெற முழுமையான தீர்வு மற்றும் வயதாக்கும் சிகிச்சை.