એલ્યુમિનિયમ એલોયની ગરમીની સારવારના મૂળભૂત પ્રકારો

એનિલિંગ અને ક્વેન્ચિંગ અને એજિંગ એ એલ્યુમિનિયમ એલોયના મૂળભૂત હીટ ટ્રીટમેન્ટ પ્રકારો છે. એનિલિંગ એ એક સોફ્ટનિંગ ટ્રીટમેન્ટ છે, જેનો હેતુ એલોયને રચના અને બંધારણમાં એકસમાન અને સ્થિર બનાવવાનો, કાર્ય સખ્તાઇને દૂર કરવાનો અને એલોયની પ્લાસ્ટિસિટીને પુનઃસ્થાપિત કરવાનો છે. ક્વેન્ચિંગ અને એજિંગ એ એક મજબૂત હીટ ટ્રીટમેન્ટ છે, જેનો હેતુ એલોયની મજબૂતાઈ સુધારવાનો છે, અને તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે થાય છે જેને હીટ ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા મજબૂત બનાવી શકાય છે.

૧ એનલીંગ

વિવિધ ઉત્પાદન જરૂરિયાતો અનુસાર, એલ્યુમિનિયમ એલોય એનિલિંગને ઘણા સ્વરૂપોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: ઇનગોટ હોમોજનાઇઝેશન એનિલિંગ, બિલેટ એનિલિંગ, ઇન્ટરમીડિયેટ એનિલિંગ અને ફિનિશ્ડ પ્રોડક્ટ એનિલિંગ.

૧.૧ ઇન્ગોટ હોમોજનાઇઝેશન એનિલિંગ

ઝડપી ઘનીકરણ અને અસંતુલન સ્ફટિકીકરણની પરિસ્થિતિઓમાં, પિંડમાં અસમાન રચના અને માળખું હોવું જોઈએ, અને તેમાં ખૂબ જ આંતરિક તાણ પણ હોવો જોઈએ. આ પરિસ્થિતિને બદલવા અને પિંડની ગરમ કાર્યકારી પ્રક્રિયાક્ષમતા સુધારવા માટે, સામાન્ય રીતે એકરૂપીકરણ એનિલિંગ જરૂરી છે.

અણુ પ્રસારને પ્રોત્સાહન આપવા માટે, એકરૂપીકરણ એનિલિંગ માટે ઉચ્ચ તાપમાન પસંદ કરવું જોઈએ, પરંતુ તે એલોયના નીચા ગલનબિંદુ યુટેક્ટિક ગલનબિંદુથી વધુ ન હોવું જોઈએ. સામાન્ય રીતે, એકરૂપીકરણ એનિલિંગ તાપમાન ગલનબિંદુ કરતા 5~40℃ ઓછું હોય છે, અને એનિલિંગ સમય મોટે ભાગે 12~24 કલાકની વચ્ચે હોય છે.

૧.૨ બિલેટ એનિલિંગ

બિલેટ એનિલિંગ એ પ્રેશર પ્રોસેસિંગ દરમિયાન પ્રથમ ઠંડા વિકૃતિ પહેલાં એનિલિંગનો ઉલ્લેખ કરે છે. તેનો હેતુ બીલેટને સંતુલિત માળખું મેળવવા અને મહત્તમ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ ક્ષમતા મેળવવાનો છે. ઉદાહરણ તરીકે, હોટ-રોલ્ડ એલ્યુમિનિયમ એલોય સ્લેબનું રોલિંગ એન્ડ તાપમાન 280~330℃ છે. ઓરડાના તાપમાને ઝડપી ઠંડક પછી, વર્ક સખ્તાઇની ઘટનાને સંપૂર્ણપણે દૂર કરી શકાતી નથી. ખાસ કરીને, હીટ-ટ્રીટેડ મજબૂત એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે, ઝડપી ઠંડક પછી, પુનઃસ્થાપન પ્રક્રિયા સમાપ્ત થઈ નથી, અને સુપરસેચ્યુરેટેડ ઘન દ્રાવણ સંપૂર્ણપણે વિઘટિત થયું નથી, અને વર્ક સખ્તાઇ અને શમન અસરનો એક ભાગ હજુ પણ જાળવી રાખવામાં આવે છે. એનિલિંગ વિના સીધા કોલ્ડ રોલ કરવું મુશ્કેલ છે, તેથી બીલેટ એનિલિંગ જરૂરી છે. LF3 જેવા બિન-હીટ-ટ્રીટેડ મજબૂત એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે, એનિલિંગ તાપમાન 370~470℃ છે, અને 1.5~2.5 કલાક સુધી ગરમ રાખ્યા પછી હવા ઠંડક કરવામાં આવે છે. કોલ્ડ-ડ્રોન ટ્યુબ પ્રોસેસિંગ માટે વપરાતું બિલેટ અને એનિલિંગ તાપમાન યોગ્ય રીતે વધારે હોવું જોઈએ, અને ઉપલી મર્યાદા તાપમાન પસંદ કરી શકાય છે. LY11 અને LY12 જેવા ગરમીની સારવાર દ્વારા મજબૂત બનાવી શકાય તેવા એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે, બિલેટ એનિલિંગ તાપમાન 390~450℃ છે, આ તાપમાને 1~3 કલાક માટે રાખવામાં આવે છે, પછી ભઠ્ઠીમાં 30℃/કલાકથી વધુના દરે 270℃ થી નીચે ઠંડુ કરવામાં આવે છે અને પછી ભઠ્ઠીમાંથી હવા-ઠંડુ કરવામાં આવે છે.

૧.૩ મધ્યવર્તી એનિલિંગ

ઇન્ટરમીડિયેટ એનિલિંગ એ કોલ્ડ ડિફોર્મેશન પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેના એનિલિંગનો ઉલ્લેખ કરે છે, જેનો હેતુ સતત કોલ્ડ ડિફોર્મેશનને સરળ બનાવવા માટે વર્ક સખ્તાઇને દૂર કરવાનો છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, સામગ્રીને એનિલિંગ કર્યા પછી, 45~85% કોલ્ડ ડિફોર્મેશન પછી ઇન્ટરમીડિયેટ એનિલિંગ વિના કોલ્ડ વર્કિંગ ચાલુ રાખવું મુશ્કેલ બનશે.

મધ્યવર્તી એનિલિંગની પ્રક્રિયા પ્રણાલી મૂળભૂત રીતે બિલેટ એનિલિંગ જેવી જ છે. ઠંડા વિકૃતિ ડિગ્રીની જરૂરિયાતો અનુસાર, મધ્યવર્તી એનિલિંગને ત્રણ પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: સંપૂર્ણ એનિલિંગ (કુલ વિકૃતિ ε≈60~70%), સરળ એનિલિંગ (ε≤50%) અને સહેજ એનિલિંગ (ε≈30~40%). પ્રથમ બે એનિલિંગ સિસ્ટમ્સ બિલેટ એનિલિંગ જેવી જ છે, અને બાદમાં 1.5~2 કલાક માટે 320~350℃ પર ગરમ કરવામાં આવે છે અને પછી હવામાં ઠંડુ કરવામાં આવે છે.

૧.૪. ફિનિશ્ડ પ્રોડક્ટ એનલીંગ

ફિનિશ્ડ પ્રોડક્ટ એનિલિંગ એ અંતિમ ગરમીની સારવાર છે જે ઉત્પાદનની તકનીકી પરિસ્થિતિઓની જરૂરિયાતો અનુસાર સામગ્રીને ચોક્કસ સંગઠનાત્મક અને યાંત્રિક ગુણધર્મો આપે છે.

ફિનિશ્ડ પ્રોડક્ટ એનિલિંગને ઉચ્ચ તાપમાન એનિલિંગ (નરમ ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન) અને નીચા તાપમાન એનિલિંગ (વિવિધ રાજ્યોમાં અર્ધ-સખત ઉત્પાદનોનું ઉત્પાદન) માં વિભાજિત કરી શકાય છે. ઉચ્ચ તાપમાન એનિલિંગ ખાતરી કરવી જોઈએ કે સંપૂર્ણ પુનઃસ્થાપન માળખું અને સારી પ્લાસ્ટિસિટી મેળવી શકાય. સામગ્રી સારી રચના અને કામગીરી મેળવે તેની ખાતરી કરવાની શરત હેઠળ, હોલ્ડિંગ સમય ખૂબ લાંબો ન હોવો જોઈએ. એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે જે ગરમીની સારવાર દ્વારા મજબૂત બનાવી શકાય છે, હવા ઠંડકની અસરને રોકવા માટે, ઠંડક દરને સખત રીતે નિયંત્રિત કરવો જોઈએ.

નીચા તાપમાનના એનિલિંગમાં તણાવ રાહત એનિલિંગ અને આંશિક નરમાઈવાળા એનિલિંગનો સમાવેશ થાય છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમ અને બિન-ગરમી સારવારવાળા મજબૂત એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે થાય છે. નીચા તાપમાનના એનિલિંગ સિસ્ટમનું નિર્માણ ખૂબ જ જટિલ કાર્ય છે, જેમાં ફક્ત એનિલિંગ તાપમાન અને હોલ્ડિંગ સમયને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર નથી, પરંતુ અશુદ્ધિઓ, એલોયિંગ ડિગ્રી, ઠંડા વિકૃતિ, મધ્યવર્તી એનિલિંગ તાપમાન અને ગરમ વિકૃતિ તાપમાનના પ્રભાવને પણ ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. નીચા તાપમાનના એનિલિંગ સિસ્ટમનું નિર્માણ કરવા માટે, એનિલિંગ તાપમાન અને યાંત્રિક ગુણધર્મો વચ્ચેના ફેરફાર વળાંકને માપવા જરૂરી છે, અને પછી તકનીકી પરિસ્થિતિઓમાં ઉલ્લેખિત પ્રદર્શન સૂચકાંકો અનુસાર એનિલિંગ તાપમાન શ્રેણી નક્કી કરવી જરૂરી છે.

૨ શમન

એલ્યુમિનિયમ એલોયના શમનને સોલ્યુશન ટ્રીટમેન્ટ પણ કહેવામાં આવે છે, જેમાં ધાતુમાં રહેલા એલોયિંગ તત્વોને બીજા તબક્કામાં શક્ય તેટલા વધુ ઉચ્ચ-તાપમાન ગરમી દ્વારા ઘન દ્રાવણમાં ઓગાળવામાં આવે છે, ત્યારબાદ બીજા તબક્કાના વરસાદને અટકાવવા માટે ઝડપી ઠંડક આપવામાં આવે છે, જેનાથી સુપરસેચ્યુરેટેડ એલ્યુમિનિયમ-આધારિત α ઘન દ્રાવણ પ્રાપ્ત થાય છે, જે આગામી વૃદ્ધત્વ સારવાર માટે સારી રીતે તૈયાર છે.

સુપરસેચ્યુરેટેડ α સોલિડ દ્રાવણ મેળવવાનો આધાર એ છે કે એલ્યુમિનિયમમાં એલોયમાં બીજા તબક્કાની દ્રાવ્યતા તાપમાનમાં વધારા સાથે નોંધપાત્ર રીતે વધવી જોઈએ, અન્યથા, સોલિડ દ્રાવણ સારવારનો હેતુ પ્રાપ્ત કરી શકાતો નથી. એલ્યુમિનિયમમાં મોટાભાગના એલોયિંગ તત્વો આ લાક્ષણિકતા સાથે યુટેક્ટિક ફેઝ ડાયાગ્રામ બનાવી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે Al-Cu એલોય લેતા, યુટેક્ટિક તાપમાન 548℃ છે, અને ઓરડાના તાપમાને એલ્યુમિનિયમમાં કોપરની દ્રાવ્યતા 0.1% કરતા ઓછી છે. જ્યારે 548℃ સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેની દ્રાવ્યતા 5.6% સુધી વધી જાય છે. તેથી, 5.6% કરતા ઓછા કોપર ધરાવતા Al-Cu એલોય ગરમીનું તાપમાન તેની દ્રાવ્ય રેખા કરતાં વધી જાય પછી α સિંગલ ફેઝ ક્ષેત્રમાં પ્રવેશ કરે છે, એટલે કે, બીજા તબક્કાનું CuAl2 મેટ્રિક્સમાં સંપૂર્ણપણે ઓગળી જાય છે, અને શમન પછી એક સુપરસેચ્યુરેટેડ α સોલિડ દ્રાવણ મેળવી શકાય છે.

એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે ક્વેન્ચિંગ એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને સૌથી વધુ માંગણી કરતી હીટ ટ્રીટમેન્ટ કામગીરી છે. મુખ્ય બાબત એ છે કે યોગ્ય ક્વેન્ચિંગ હીટિંગ તાપમાન પસંદ કરવું અને પૂરતો ક્વેન્ચિંગ કૂલિંગ રેટ સુનિશ્ચિત કરવો, અને ભઠ્ઠીના તાપમાનને સખત રીતે નિયંત્રિત કરવું અને ક્વેન્ચિંગ વિકૃતિ ઘટાડવી.

ક્વેન્ચિંગ તાપમાન પસંદ કરવાનો સિદ્ધાંત એ છે કે ક્વેન્ચિંગ હીટિંગ તાપમાન શક્ય તેટલું વધારવું, જ્યારે ખાતરી કરવી કે એલ્યુમિનિયમ એલોય વધુ પડતું બળી ન જાય અથવા અનાજ વધુ પડતા ન વધે, જેથી α ઘન દ્રાવણનું સુપરસેચ્યુરેશન અને વૃદ્ધત્વ સારવાર પછી મજબૂતાઈ વધે. સામાન્ય રીતે, એલ્યુમિનિયમ એલોય હીટિંગ ફર્નેસ માટે ફર્નેસ તાપમાન નિયંત્રણ ચોકસાઈ ±3℃ ની અંદર હોવી જરૂરી છે, અને ફર્નેસ તાપમાનની એકરૂપતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે ફર્નેસમાં હવાને ફરવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે.

એલ્યુમિનિયમ એલોયનું ઓવરબર્નિંગ ધાતુની અંદરના નીચા-ગલન-બિંદુ ઘટકો, જેમ કે બાયનરી અથવા મલ્ટિ-એલિમેન્ટ યુટેક્ટિક્સના આંશિક ગલનને કારણે થાય છે. ઓવરબર્નિંગ માત્ર યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ઘટાડો જ નહીં, પણ એલોયના કાટ પ્રતિકાર પર પણ ગંભીર અસર કરે છે. તેથી, એકવાર એલ્યુમિનિયમ એલોય વધુ બળી જાય, પછી તેને દૂર કરી શકાતું નથી અને એલોય ઉત્પાદનને સ્ક્રેપ કરવું જોઈએ. એલ્યુમિનિયમ એલોયનું વાસ્તવિક ઓવરબર્નિંગ તાપમાન મુખ્યત્વે એલોય રચના અને અશુદ્ધિઓની સામગ્રી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને તે એલોય પ્રોસેસિંગ સ્થિતિ સાથે પણ સંબંધિત છે. પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ પ્રક્રિયામાંથી પસાર થયેલા ઉત્પાદનોનું ઓવરબર્નિંગ તાપમાન કાસ્ટિંગ કરતા વધારે હોય છે. વિકૃતિ પ્રક્રિયા જેટલી વધારે હોય છે, બિન-સંતુલન ઓછા-ગલન-બિંદુ ઘટકોને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે મેટ્રિક્સમાં ઓગળવાનું સરળ બને છે, તેથી વાસ્તવિક ઓવરબર્નિંગ તાપમાન વધે છે.

એલ્યુમિનિયમ એલોયના ક્વેન્ચિંગ દરમિયાન ઠંડક દર એલોયની વૃદ્ધત્વ મજબૂતીકરણ ક્ષમતા અને કાટ પ્રતિકાર પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. LY12 અને LC4 ની ક્વેન્ચિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ખાતરી કરવી જરૂરી છે કે α ઘન દ્રાવણ વિઘટિત ન થાય, ખાસ કરીને 290~420℃ ના તાપમાન સંવેદનશીલ વિસ્તારમાં, અને પૂરતો મોટો ઠંડક દર જરૂરી છે. સામાન્ય રીતે એવું નક્કી કરવામાં આવે છે કે ઠંડક દર 50℃/s થી ઉપર હોવો જોઈએ, અને LC4 એલોય માટે, તે 170℃/s સુધી પહોંચવો જોઈએ અથવા તેનાથી વધુ હોવો જોઈએ.

એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું ક્વેન્ચિંગ માધ્યમ પાણી છે. ઉત્પાદન પ્રેક્ટિસ બતાવે છે કે ક્વેન્ચિંગ દરમિયાન ઠંડકનો દર જેટલો વધારે હશે, ક્વેન્ચ્ડ મટિરિયલ અથવા વર્કપીસનો શેષ તાણ અને શેષ વિકૃતિ તેટલો વધારે હશે. તેથી, સરળ આકાર ધરાવતા નાના વર્કપીસ માટે, પાણીનું તાપમાન થોડું ઓછું હોઈ શકે છે, સામાન્ય રીતે 10~30℃, અને 40℃ થી વધુ ન હોવું જોઈએ. જટિલ આકાર અને દિવાલની જાડાઈમાં મોટા તફાવત ધરાવતા વર્કપીસ માટે, ક્વેન્ચિંગ ડિફોર્મેશન અને ક્રેકીંગ ઘટાડવા માટે, પાણીનું તાપમાન ક્યારેક 80℃ સુધી વધારી શકાય છે. જો કે, એ નોંધવું જોઈએ કે જેમ જેમ ક્વેન્ચિંગ ટાંકીનું પાણીનું તાપમાન વધે છે, તેમ તેમ સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને કાટ પ્રતિકાર પણ ઘટે છે.

૩. વૃદ્ધત્વ

૩.૧ વૃદ્ધાવસ્થા દરમિયાન સંગઠનાત્મક પરિવર્તન અને કામગીરીમાં ફેરફાર

ક્વેન્ચિંગ દ્વારા મેળવેલ સુપરસેચ્યુરેટેડ α ઘન દ્રાવણ એક અસ્થિર રચના છે. જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે તે વિઘટિત થાય છે અને સંતુલન રચનામાં રૂપાંતરિત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે Al-4Cu એલોય લેતા, તેનું સંતુલન માળખું α+CuAl2 (θ તબક્કો) હોવું જોઈએ. જ્યારે ક્વેન્ચિંગ પછી સિંગલ-ફેઝ સુપરસેચ્યુરેટેડ α ઘન દ્રાવણને વૃદ્ધત્વ માટે ગરમ કરવામાં આવે છે, જો તાપમાન પૂરતું ઊંચું હોય, તો θ તબક્કો સીધો અવક્ષેપિત થશે. નહિંતર, તે તબક્કાવાર હાથ ધરવામાં આવશે, એટલે કે, કેટલાક મધ્યવર્તી સંક્રમણ તબક્કાઓ પછી, અંતિમ સંતુલન તબક્કો CuAl2 સુધી પહોંચી શકાય છે. નીચે આપેલ આકૃતિ Al-Cu એલોયની વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન દરેક વરસાદના તબક્કાની સ્ફટિક રચના લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે. આકૃતિ a. ક્વેન્ચ્ડ સ્થિતિમાં સ્ફટિક જાળીનું માળખું છે. આ સમયે, તે સિંગલ-ફેઝ α સુપરસેચ્યુરેટેડ ઘન દ્રાવણ છે, અને કોપર અણુઓ (કાળા બિંદુઓ) એલ્યુમિનિયમ (સફેદ બિંદુઓ) મેટ્રિક્સ જાળીમાં સમાનરૂપે અને રેન્ડમ રીતે વિતરિત થાય છે. આકૃતિ b. વરસાદના પ્રારંભિક તબક્કામાં જાળીનું માળખું દર્શાવે છે. તાંબાના અણુઓ મેટ્રિક્સ જાળીના ચોક્કસ વિસ્તારોમાં કેન્દ્રિત થવાનું શરૂ કરે છે અને ગિનિયર-પ્રેસ્ટન વિસ્તાર બનાવે છે, જેને GP વિસ્તાર કહેવાય છે. GP ઝોન અત્યંત નાનો અને ડિસ્ક આકારનો છે, જેનો વ્યાસ લગભગ 5~10μm અને જાડાઈ 0.4~0.6nm છે. મેટ્રિક્સમાં GP ઝોનની સંખ્યા અત્યંત મોટી છે, અને વિતરણ ઘનતા 10¹⁷~10¹⁸cm-³ સુધી પહોંચી શકે છે. GP ઝોનનું સ્ફટિક માળખું હજુ પણ મેટ્રિક્સ જેટલું જ છે, બંને ચહેરા-કેન્દ્રિત ઘન છે, અને તે મેટ્રિક્સ સાથે સુસંગત ઇન્ટરફેસ જાળવી રાખે છે. જો કે, કારણ કે તાંબાના અણુઓનું કદ એલ્યુમિનિયમ અણુઓ કરતા નાનું છે, તાંબાના અણુઓનું સંવર્ધન પ્રદેશની નજીક સ્ફટિક જાળીને સંકોચવાનું કારણ બનશે, જે જાળી વિકૃતિનું કારણ બને છે.

વૃદ્ધત્વ દરમિયાન અલ-ક્યુ એલોયના સ્ફટિક માળખામાં ફેરફારનું યોજનાકીય આકૃતિ

આકૃતિ a. શમન અવસ્થા, એકલ-તબક્કો α ઘન દ્રાવણ, તાંબાના અણુઓ (કાળા બિંદુઓ) સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે;

આકૃતિ b. વૃદ્ધત્વના પ્રારંભિક તબક્કામાં, GP ઝોન રચાય છે;

આકૃતિ c. વૃદ્ધત્વના અંતિમ તબક્કામાં, અર્ધ-સુસંગત સંક્રમણ તબક્કો રચાય છે;

આકૃતિ d. ઉચ્ચ તાપમાન વૃદ્ધત્વ, અસંગત સંતુલન તબક્કાનો વરસાદ

GP ઝોન એ એલ્યુમિનિયમ એલોયની વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન દેખાતું પ્રથમ પૂર્વ-વરસાદ ઉત્પાદન છે. વૃદ્ધત્વ સમય લંબાવવાથી, ખાસ કરીને વૃદ્ધત્વ તાપમાનમાં વધારો થવાથી, અન્ય મધ્યવર્તી સંક્રમણ તબક્કાઓ પણ બનશે. Al-4Cu એલોયમાં, GP ઝોન પછી θ” અને θ' તબક્કાઓ હોય છે, અને અંતે સંતુલન તબક્કો CuAl2 સુધી પહોંચે છે. θ” અને θ' બંને θ તબક્કાના સંક્રમણ તબક્કાઓ છે, અને સ્ફટિક માળખું ચોરસ જાળી છે, પરંતુ જાળી સ્થિરાંક અલગ છે. θ નું કદ GP ઝોન કરતા મોટું છે, હજુ પણ ડિસ્ક આકારનું છે, જેનો વ્યાસ લગભગ 15~40nm અને જાડાઈ 0.8~2.0nm છે. તે મેટ્રિક્સ સાથે સુસંગત ઇન્ટરફેસ જાળવી રાખવાનું ચાલુ રાખે છે, પરંતુ જાળી વિકૃતિની ડિગ્રી વધુ તીવ્ર છે. θ” થી θ' તબક્કામાં સંક્રમણ કરતી વખતે, કદ 20~600nm સુધી વધી ગયું છે, જાડાઈ 10~15nm છે, અને સુસંગત ઇન્ટરફેસ પણ આંશિક રીતે નાશ પામે છે, જે અર્ધ-સુસંગત ઇન્ટરફેસ બની જાય છે, જેમ કે આકૃતિ c માં બતાવ્યા પ્રમાણે. વૃદ્ધત્વના વરસાદનું અંતિમ ઉત્પાદન સંતુલન તબક્કો θ (CuAl2) છે, જે સમયે સુસંગત ઇન્ટરફેસ સંપૂર્ણપણે નાશ પામે છે અને આકૃતિ d માં બતાવ્યા પ્રમાણે બિન-સુસંગત ઇન્ટરફેસ બની જાય છે.

ઉપરોક્ત પરિસ્થિતિ અનુસાર, Al-Cu એલોયનો વૃદ્ધત્વનો ક્રમ αs→α+GP ઝોન→α+θ”→α+θ'→α+θ છે. વૃદ્ધત્વ રચનાનો તબક્કો એલોય રચના અને વૃદ્ધત્વ સ્પષ્ટીકરણ પર આધાર રાખે છે. ઘણીવાર એક જ સ્થિતિમાં એક કરતાં વધુ વૃદ્ધત્વ ઉત્પાદન હોય છે. વૃદ્ધત્વ તાપમાન જેટલું ઊંચું હશે, તેટલું સંતુલન રચનાની નજીક હશે.

વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન, મેટ્રિક્સમાંથી નીકળતા GP ઝોન અને સંક્રમણ તબક્કો કદમાં નાના હોય છે, ખૂબ જ વિખરાયેલા હોય છે અને સરળતાથી વિકૃત થતા નથી. તે જ સમયે, તેઓ મેટ્રિક્સમાં જાળી વિકૃતિનું કારણ બને છે અને તાણ ક્ષેત્ર બનાવે છે, જે ડિસલોકેશનની ગતિ પર નોંધપાત્ર અવરોધક અસર કરે છે, જેનાથી એલોયના પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ સામે પ્રતિકાર વધે છે અને તેની શક્તિ અને કઠિનતામાં સુધારો થાય છે. આ વૃદ્ધત્વ સખ્તાઇની ઘટનાને વરસાદ સખ્તાઇ કહેવામાં આવે છે. નીચે આપેલ આકૃતિ કર્વના સ્વરૂપમાં ક્વેન્ચિંગ અને એજિંગ ટ્રીટમેન્ટ દરમિયાન Al-4Cu એલોયની કઠિનતામાં ફેરફાર દર્શાવે છે. આકૃતિમાં સ્ટેજ I એલોયની તેની મૂળ સ્થિતિમાં કઠિનતા દર્શાવે છે. વિવિધ ગરમ કાર્યકારી ઇતિહાસને કારણે, મૂળ સ્થિતિની કઠિનતા બદલાશે, સામાન્ય રીતે HV=30~80. 500℃ પર ગરમ કર્યા પછી અને ક્વેન્ચિંગ (સ્ટેજ II) પછી, બધા તાંબાના અણુઓ મેટ્રિક્સમાં ઓગળી જાય છે જેથી HV=60 સાથે સિંગલ-ફેઝ સુપરસેચ્યુરેટેડ α ઘન દ્રાવણ બને, જે એનિલ કરેલી સ્થિતિમાં (HV=30) કઠિનતા કરતા બમણું કઠિન હોય છે. આ ઘન દ્રાવણ મજબૂતીકરણનું પરિણામ છે. ક્વેન્ચિંગ પછી, તેને ઓરડાના તાપમાને મૂકવામાં આવે છે, અને GP ઝોન (સ્ટેજ III) ની સતત રચનાને કારણે એલોયની કઠિનતા સતત વધે છે. ઓરડાના તાપમાને આ વૃદ્ધત્વ સખ્તાઇ પ્રક્રિયાને કુદરતી વૃદ્ધત્વ કહેવામાં આવે છે.

હું—મૂળ સ્થિતિ;

II—ઘન દ્રાવણ સ્થિતિ;

III—કુદરતી વૃદ્ધત્વ (GP ઝોન);

IVa—150~200℃ પર રીગ્રેશન ટ્રીટમેન્ટ (GP ઝોનમાં ફરીથી ઓગળેલી);

IVb—કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ (θ”+θ' તબક્કો);

V—વધુ પડતું (θ”+θ' તબક્કો)

સ્ટેજ IV માં, એલોયને વૃદ્ધત્વ માટે 150°C સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, અને કુદરતી વૃદ્ધત્વ કરતાં સખ્તાઇની અસર વધુ સ્પષ્ટ હોય છે. આ સમયે, વરસાદનું ઉત્પાદન મુખ્યત્વે θ” તબક્કો છે, જે Al-Cu એલોયમાં સૌથી વધુ મજબૂતીકરણ અસર ધરાવે છે. જો વૃદ્ધત્વનું તાપમાન વધુ વધે છે, તો વરસાદનો તબક્કો θ” તબક્કાથી θ' તબક્કામાં સંક્રમિત થાય છે, સખ્તાઇની અસર નબળી પડે છે, અને કઠિનતા ઘટે છે, સ્ટેજ V માં પ્રવેશ કરે છે. કોઈપણ વૃદ્ધત્વ સારવાર જેને કૃત્રિમ ગરમીની જરૂર હોય છે તેને કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ કહેવામાં આવે છે, અને સ્ટેજ IV અને V આ શ્રેણીના છે. જો કઠિનતા એ મહત્તમ કઠિનતા મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે જે એલોય વૃદ્ધત્વ પછી પહોંચી શકે છે (એટલે ​​કે, સ્ટેજ IVb), તો આ વૃદ્ધત્વને પીક એજિંગ કહેવામાં આવે છે. જો પીક કઠિનતા મૂલ્ય સુધી પહોંચવામાં ન આવે, તો તેને અંડર-એજિંગ અથવા અપૂર્ણ કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ કહેવામાં આવે છે. જો પીક મૂલ્ય પાર થઈ જાય અને કઠિનતા ઘટે છે, તો તેને ઓવર-એજિંગ કહેવામાં આવે છે. સ્ટેબિલાઇઝેશન એજિંગ ટ્રીટમેન્ટ પણ ઓવર-એજિંગનો છે. કુદરતી વૃદ્ધત્વ દરમિયાન રચાયેલ GP ઝોન ખૂબ જ અસ્થિર છે. જ્યારે તેને ઝડપથી 200°C જેવા ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે અને થોડા સમય માટે ગરમ રાખવામાં આવે છે, ત્યારે GP ઝોન પાછું α ઘન દ્રાવણમાં ઓગળી જાય છે. જો તેને θ” અથવા θ' અવક્ષેપ જેવા અન્ય સંક્રમણ તબક્કાઓ પહેલાં ઝડપથી ઠંડુ કરવામાં આવે (શમન કરવામાં આવે), તો એલોયને તેની મૂળ શમન સ્થિતિમાં પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે. આ ઘટનાને "રીગ્રેશન" કહેવામાં આવે છે, જે આકૃતિમાં સ્ટેજ IVa માં ડોટેડ લાઇન દ્વારા દર્શાવેલ કઠિનતા ડ્રોપ છે. જે એલ્યુમિનિયમ એલોય રીગ્રેશન કરવામાં આવ્યું છે તેમાં હજુ પણ એ જ વૃદ્ધત્વ સખ્તાઇ ક્ષમતા છે.

ગરમી-સારવારપાત્ર એલ્યુમિનિયમ એલોય વિકસાવવા માટેનો આધાર એજ હાર્ડનિંગ છે, અને તેની ઉંમર-સખ્તાઇ કરવાની ક્ષમતા એલોય રચના અને ગરમી સારવાર પ્રણાલી સાથે સીધી રીતે સંબંધિત છે. અલ-સી અને અલ-એમએન દ્વિસંગી એલોયમાં કોઈ વરસાદ-સખ્તાઇ અસર હોતી નથી કારણ કે સંતુલન તબક્કો વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા દરમિયાન સીધો અવક્ષેપિત થાય છે, અને તે બિન-ગરમી-સારવારપાત્ર એલ્યુમિનિયમ એલોય છે. જોકે અલ-એમજી એલોય GP ઝોન અને સંક્રમણ તબક્કાઓ β' બનાવી શકે છે, તેમ છતાં ઉચ્ચ-મેગ્નેશિયમ એલોયમાં તેમની પાસે ફક્ત ચોક્કસ વરસાદ-સખ્તાઇ કરવાની ક્ષમતા હોય છે. અલ-ક્યુ, અલ-ક્યુ-એમજી, અલ-એમજી-સી અને અલ-ઝેડએન-એમજી-ક્યુ એલોયમાં તેમના GP ઝોન અને સંક્રમણ તબક્કાઓમાં મજબૂત વરસાદ-સખ્તાઇ કરવાની ક્ષમતા હોય છે, અને હાલમાં તે મુખ્ય એલોય સિસ્ટમ છે જે ગરમી-સારવારપાત્ર અને મજબૂત બની શકે છે.

૩.૨ કુદરતી વૃદ્ધત્વ

સામાન્ય રીતે, ગરમીની સારવાર દ્વારા મજબૂત બનાવી શકાય તેવા એલ્યુમિનિયમ એલોયમાં ક્વેન્ચિંગ પછી કુદરતી વૃદ્ધત્વ અસર હોય છે. કુદરતી વૃદ્ધત્વ મજબૂતીકરણ GP ઝોન દ્વારા થાય છે. Al-Cu અને Al-Cu-Mg એલોયમાં કુદરતી વૃદ્ધત્વનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. Al-Zn-Mg-Cu એલોયનું કુદરતી વૃદ્ધત્વ ખૂબ લાંબો સમય ચાલે છે, અને ઘણીવાર સ્થિર તબક્કા સુધી પહોંચવામાં ઘણા મહિનાઓ લાગે છે, તેથી કુદરતી વૃદ્ધત્વ પ્રણાલીનો ઉપયોગ થતો નથી.

કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વની તુલનામાં, કુદરતી વૃદ્ધત્વ પછી, એલોયની ઉપજ શક્તિ ઓછી હોય છે, પરંતુ પ્લાસ્ટિસિટી અને કઠિનતા વધુ સારી હોય છે, અને કાટ પ્રતિકાર વધારે હોય છે. Al-Zn-Mg-Cu સિસ્ટમના સુપર-હાર્ડ એલ્યુમિનિયમની સ્થિતિ થોડી અલગ હોય છે. કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ પછી કાટ પ્રતિકાર ઘણીવાર કુદરતી વૃદ્ધત્વ પછી કરતા વધુ સારો હોય છે.

૩.૩ કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ

કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ સારવાર પછી, એલ્યુમિનિયમ એલોય ઘણીવાર સૌથી વધુ ઉપજ શક્તિ (મુખ્યત્વે સંક્રમણ તબક્કા મજબૂતીકરણ) અને વધુ સારી સંગઠનાત્મક સ્થિરતા મેળવી શકે છે. સુપર-હાર્ડ એલ્યુમિનિયમ, બનાવટી એલ્યુમિનિયમ અને કાસ્ટ એલ્યુમિનિયમ મુખ્યત્વે કૃત્રિમ રીતે વૃદ્ધ હોય છે. વૃદ્ધત્વ તાપમાન અને વૃદ્ધત્વ સમય એલોય ગુણધર્મો પર મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ ધરાવે છે. વૃદ્ધત્વ તાપમાન મોટે ભાગે 120~190℃ ની વચ્ચે હોય છે, અને વૃદ્ધત્વ સમય 24 કલાકથી વધુ હોતો નથી.

સિંગલ-સ્ટેજ કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ ઉપરાંત, એલ્યુમિનિયમ એલોય ગ્રેડેડ કૃત્રિમ વૃદ્ધત્વ પ્રણાલી પણ અપનાવી શકે છે. એટલે કે, ગરમી બે કે તેથી વધુ વખત અલગ અલગ તાપમાને કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, LC4 એલોયને 2~4 કલાક માટે 115~125℃ પર અને પછી 3~5 કલાક માટે 160~170℃ પર વૃદ્ધ કરી શકાય છે. ક્રમિક વૃદ્ધત્વ માત્ર સમયને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકતું નથી, પરંતુ Al-Zn-Mg અને Al-Zn-Mg-Cu એલોયના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં પણ સુધારો કરી શકે છે, અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને મૂળભૂત રીતે ઘટાડ્યા વિના તાણ કાટ પ્રતિકાર, થાક શક્તિ અને ફ્રેક્ચર કઠિનતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે.