નોન-ફેરસ મેટલ્સ કાસ્ટિંગ

ફેરસ ધાતુઓ તેમની શ્રેષ્ઠતા, યાંત્રિક ગુણધર્મોની શ્રેણી અને ઓછી કિંમતને કારણે એન્જિનિયરિંગ ઉદ્યોગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેમ છતાં, નોન-ફેરસ ધાતુઓનો ઉપયોગ તેમની સામાન્ય રીતે ઊંચી કિંમત હોવા છતાં ફેરસ એલોયની તુલનામાં તેમના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો માટે વિવિધ કાર્યક્રમોમાં થાય છે. આ એલોયમાં ઇચ્છિત યાંત્રિક ગુણધર્મો વર્ક સખ્તાઇ, વય સખ્તાઇ વગેરે દ્વારા મેળવી શકાય છે, પરંતુ ફેરસ એલોય માટે ઉપયોગમાં લેવાતી સામાન્ય ગરમી સારવાર પ્રક્રિયાઓ દ્વારા નહીં. રસ ધરાવતી કેટલીક મુખ્ય બિન-ફેરસ સામગ્રીમાં એલ્યુમિનિયમ, તાંબુ, જસત અને મેગ્નેશિયમ છે.

1. એલ્યુમિનિયમ

તમામ નોન-ફેરસ એલોય્સમાં, એલ્યુમિનિયમ અને તેના એલોય તેમના ઉત્તમ ગુણધર્મોને કારણે સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે. શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમના કેટલાક ગુણધર્મો જેના માટે તે એન્જિનિયરિંગ ઉદ્યોગમાં વપરાય છે તે આ પ્રમાણે છે:

• 1) ઉત્તમ થર્મલ વાહકતા (0.53 cal/cm/C)
• 2) ઉત્તમ વિદ્યુત વાહકતા (376 600/ઓહ્મ/સેમી)
• 3) ઓછી સામૂહિક ઘનતા (2.7 g/cm)
• 4) નીચા ગલનબિંદુ (658C)
• 5) ઉત્તમ કાટ પ્રતિકાર
• 6) તે બિનઝેરી છે.
• 7) તે ઉચ્ચતમ પ્રતિબિંબ (85 થી 95%) અને ખૂબ જ ઓછી ઉત્સર્જન (4 થી 5%) ધરાવે છે.
• 8) તે ખૂબ જ નરમ અને નમ્ર છે પરિણામે તે ખૂબ જ સારી ઉત્પાદન ગુણધર્મો ધરાવે છે.

વિદ્યુત વાહક, રેડિએટર્સ ફિન મટિરિયલ્સ, એર કન્ડીશનીંગ યુનિટ્સ, ઓપ્ટિકલ અને લાઇટ રિફ્લેક્ટર અને ફોઇલ અને પેકેજિંગ મટિરિયલ્સમાં શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે તેવા કેટલાક કાર્યક્રમો છે.

ઉપરોક્ત ઉપયોગી એપ્લિકેશનો હોવા છતાં, નીચેની સમસ્યાઓને કારણે શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થતો નથી:

• 1) તે ઓછી તાણ શક્તિ (65 MPa) અને કઠિનતા (20 BHN) ધરાવે છે
• 2. વેલ્ડ અથવા સોલ્ડર કરવું ખૂબ જ મુશ્કેલ છે.

એલ્યુમિનિયમના યાંત્રિક ગુણધર્મો એલોયિંગ દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાય છે. તાંબુ, મેંગેનીઝ, સિલિકોન, નિકલ અને ઝીંકનો મુખ્ય મિશ્રિત તત્વોનો ઉપયોગ થાય છે.

એલ્યુમિનિયમ અને કોપર રાસાયણિક સંયોજન CuAl2 બનાવે છે. 548 C ના તાપમાન ઉપર તે પ્રવાહી એલ્યુમિનિયમમાં સંપૂર્ણપણે ઓગળી જાય છે. જ્યારે તેને શાંત કરવામાં આવે છે અને કૃત્રિમ રીતે વૃદ્ધ થાય છે (100 - 150C પર લાંબા સમય સુધી હોલ્ડિંગ), એક સખત એલોય મેળવવામાં આવે છે. CuAl2, જે વૃદ્ધ નથી તેની પાસે એલ્યુમિનિયમ અને તાંબાના ઘન દ્રાવણમાંથી અવક્ષેપ થવાનો સમય નથી અને તેથી તે અસ્થિર સ્થિતિમાં છે (રૂમના તાપમાને અતિસંતૃપ્ત). વૃદ્ધત્વ પ્રક્રિયા CuAl2 ના ખૂબ જ બારીક કણોને અવક્ષેપિત કરે છે, જે એલોયને મજબૂત બનાવે છે. આ પ્રક્રિયાને સોલ્યુશન સખ્તાઇ કહેવામાં આવે છે.

ઉપયોગમાં લેવાતા અન્ય મિશ્ર તત્વોમાં 7% મેગ્નેશિયમ, 1. 5% મેંગેનીઝ, 13% સિલિકોન, 2% નિકલ, 5% ઝીંક અને 1.5% આયર્ન છે. આ ઉપરાંત, ટાઇટેનિયમ, ક્રોમિયમ અને કોલંબિયમ પણ નાની ટકાવારીમાં ઉમેરી શકાય છે. કાયમી મોલ્ડિંગ અને ડાઇ કાસ્ટિંગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કેટલાક લાક્ષણિક એલ્યુમિનિયમ એલોયની રચના તેમની એપ્લિકેશન સાથે કોષ્ટક 2. 10 માં આપવામાં આવી છે. સ્થાયી મોલ્ડ અથવા પ્રેશર ડાઇ કાસ્ટિંગનો ઉપયોગ કરીને કાસ્ટ કર્યા પછી આ સામગ્રીમાંથી અપેક્ષિત યાંત્રિક ગુણધર્મો કોષ્ટક 2.1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.

2. કોપર

એલ્યુમિનિયમની જેમ, શુદ્ધ તાંબુ પણ તેના નીચેના ગુણધર્મોને કારણે વ્યાપક એપ્લિકેશન શોધે છે

• 1) શુદ્ધ તાંબાની વિદ્યુત વાહકતા તેના શુદ્ધ સ્વરૂપમાં ઊંચી (5.8 x 105 /ohm/cm) છે. કોઈપણ નાની અશુદ્ધિ વાહકતામાં ભારે ઘટાડો લાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, 0. 1% ફોસ્ફરસ વાહકતા 40% ઘટાડે છે.
• 2) તેની ખૂબ ઊંચી થર્મલ વાહકતા છે (0. 92 cal/cm/C)
• 3) તે ભારે ધાતુ છે (વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ 8.93)
• 4) તેને બ્રેઝિંગ દ્વારા સરળતાથી જોડી શકાય છે
• 5) તે કાટનો પ્રતિકાર કરે છે,
• 6) તેમાં આનંદદાયક રંગ છે.

શુદ્ધ તાંબાનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ વાયર, બસ બાર, ટ્રાન્સમિશન કેબલ, રેફ્રિજરેટર ટ્યુબિંગ અને પાઇપિંગના ઉત્પાદનમાં થાય છે.

તેની શુદ્ધ સ્થિતિમાં તાંબાના યાંત્રિક ગુણધર્મો ખૂબ સારા નથી. તે નરમ અને પ્રમાણમાં નબળું છે. યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારવા માટે તેને નફાકારક રીતે મિશ્રિત કરી શકાય છે. ઉપયોગમાં લેવાતા મુખ્ય એલોયિંગ તત્વો ઝીંક, ટીન, સીસું અને ફોસ્ફરસ છે.

તાંબા અને જસતના એલોયને પિત્તળ કહેવામાં આવે છે. 39% સુધી ઝીંકની સામગ્રી સાથે, તાંબુ સિંગલ ફેઝ (α-ફેઝ) માળખું બનાવે છે. આવા એલોયમાં ઉચ્ચ નરમતા હોય છે. એલોયનો રંગ 20% ની ઝીંક સામગ્રી સુધી લાલ રહે છે, પરંતુ તે પછી તે પીળો બની જાય છે. 39 થી 46% ઝીંકની વચ્ચે બીટા-ફેઝ નામનો બીજો માળખાકીય ઘટક દેખાય છે. તે વાસ્તવમાં આંતર-ધાતુ સંયોજન CuZn છે જે વધેલી કઠિનતા માટે જવાબદાર છે. જ્યારે થોડી માત્રામાં મેંગેનીઝ અને નિકલ ઉમેરવામાં આવે ત્યારે પિત્તળની મજબૂતાઈ વધુ વધે છે.

ટીન સાથેના તાંબાના એલોયને બ્રોન્ઝ કહેવામાં આવે છે. કાંસ્યની કઠિનતા અને મજબૂતાઈમાં ટીન સામગ્રીમાં વધારો થાય છે. ટીન ટકાવારીમાં 5 થી ઉપરના વધારા સાથે નરમતામાં પણ ઘટાડો થાય છે. જ્યારે એલ્યુમિનિયમ પણ ઉમેરવામાં આવે છે (4 થી 11%), પરિણામી એલોયને એલ્યુમિનિયમ બ્રોન્ઝ કહેવામાં આવે છે, જે નોંધપાત્ર રીતે વધુ કાટ પ્રતિકાર ધરાવે છે. ટીનની હાજરીને કારણે પિત્તળની તુલનામાં કાંસ્ય તુલનાત્મક રીતે મોંઘા છે જે એક મોંઘી ધાતુ છે.

3. અન્ય બિન-ફેરસ ધાતુઓ

ઝીંક

ઝિંકનો મુખ્યત્વે એન્જિનિયરિંગમાં ઉપયોગ થાય છે કારણ કે તેના નીચા ગલન તાપમાન (419.4 સે) અને ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર, જે ઝીંકની શુદ્ધતા સાથે વધે છે. સપાટી પર રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ કોટિંગની રચનાને કારણે કાટ પ્રતિકાર થાય છે. ઝીંકનો મુખ્ય ઉપયોગ સ્ટીલને કાટથી બચાવવા માટે, પ્રિન્ટીંગ ઉદ્યોગમાં અને ડાઇ કાસ્ટિંગ માટે ગેલ્વેનાઇઝિંગમાં છે.

ઝિંકના ગેરફાયદામાં વિકૃત પરિસ્થિતિઓમાં પ્રદર્શિત મજબૂત એનિસોટ્રોપી, વૃદ્ધાવસ્થામાં પરિમાણીય સ્થિરતાનો અભાવ, નીચા તાપમાને અસરની શક્તિમાં ઘટાડો અને આંતર-દાણાદાર કાટની સંવેદનશીલતા છે. 95.C થી વધુ તાપમાને સેવા માટે તેનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી કારણ કે તે તાણ શક્તિ અને કઠિનતામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરશે.

ડાઇ કાસ્ટિંગમાં તેનો વ્યાપક ઉપયોગ એટલા માટે છે કારણ કે તેને નીચા દબાણની જરૂર પડે છે, જે અન્ય ડાઇ કાસ્ટિંગ એલોયની સરખામણીમાં વધુ મૃત્યુ પામે છે. વધુમાં, તે ખૂબ જ સારી યંત્ર ક્ષમતા ધરાવે છે. ઝિંક ડાયકાસ્ટિંગ દ્વારા મેળવેલી પૂર્ણાહુતિ મોટાભાગે વિદાયના પ્લેનમાં હાજર ફ્લેશને દૂર કરવા સિવાય કોઈપણ આગળની પ્રક્રિયાની ખાતરી આપવા માટે પૂરતી હોય છે.

મેગ્નેશિયમ

તેમના ઓછા વજન અને સારી યાંત્રિક શક્તિને કારણે, મેગ્નેશિયમ એલોયનો ઉપયોગ ખૂબ જ ઊંચી ઝડપે થાય છે. સમાન જડતા માટે, મેગ્નેશિયમ એલોયને C25 સ્ટીલના વજનના માત્ર 37. 2% ની જરૂર પડે છે આમ વજનમાં બચત થાય છે. ઉપયોગમાં લેવાતા બે મુખ્ય એલોયિંગ તત્વો એલ્યુમિનિયમ અને ઝીંક છે. મેગ્નેશિયમ એલોય રેતી કાસ્ટ, કાયમી મોલ્ડ કાસ્ટ અથવા ડાઇ કાસ્ટ હોઈ શકે છે. રેતી-કાસ્ટ મેગ્નેશિયમ એલોય ઘટકોના ગુણધર્મો કાયમી મોલ્ડ કાસ્ટ અથવા ડાઇ-કાસ્ટ ઘટકો સાથે તુલનાત્મક છે. ડાઇ-કાસ્ટિંગ એલોયમાં સામાન્ય રીતે કોપરનું પ્રમાણ વધુ હોય છે જેથી ખર્ચ ઘટાડવા માટે તેને ગૌણ ધાતુઓમાંથી બનાવવામાં આવે. તેનો ઉપયોગ ઓટોમોબાઈલ વ્હીલ્સ, ક્રેન્ક કેસ વગેરે બનાવવા માટે થાય છે. સામગ્રી જેટલી ઊંચી હોય છે, મેગ્નેશિયમથી બનેલા એલોય જેમ કે રોલ્ડ અને બનાવટી ઘટકોની યાંત્રિક શક્તિ વધારે હોય છે. મોટાભાગની પરંપરાગત વેલ્ડીંગ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા મેગ્નેશિયમ એલોયને સરળતાથી વેલ્ડ કરી શકાય છે. મેગ્નેશિયમ એલોયની ખૂબ જ ઉપયોગી મિલકત તેમની ઉચ્ચ યંત્રશક્તિ છે. તેમને ઓછા કાર્બન સ્ટીલની સરખામણીમાં મશીનિંગ માટે માત્ર 15% પાવરની જરૂર પડે છે.