Lecture 27: Introduction of High Temperature Materials (Contd.) IIT Kharagpur July 2018 English Hindi

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People & Blogs 735 views 1 likes 0 dislikes 28 Aug 2018

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Welcome to NPTEL, myself Dr. Jayanta Das from department of metallurgical and materials engineering IIT Kharagpur. I will be teaching you advanced materials and processes.

NPTEL में आपका स्वागत है, जो धातु विज्ञान

Last classes, we have just started our discussion on introduction to high temperature materials. Today, we will continue the discussion. In the last class, we have talked about what are the main and important characteristic a high temperature materials should exhibit, or engineers before design an application

और सामग्री इंजीनियरिंग विभाग, IIT खड़गपुर

of a material at higher temperature. What are the characteristic they really look for? However, in material may satisfy our criteria or may not, but if a material can satisfy our criteria, can we increase the capability of that material to a much better condition?

के डॉ जयंत दास हैं।

That is one of the question, whether we can use our engineering, and science knowledge, and changes or bring changes into the material so that they could serve our purpose in a better way, or a better service life could be expected from a material. In that case we have to learn some of the very important aspects of metallurgy.

मैं आपको उन्नत सामग्री और प्रक्रियाएं सिखाऊंगा।

Today, we will discuss those things, means how to enhance the capability of a high temperature material for a better service. Since we mostly talked about metals and alloys, there are some of the mechanisms that play a very crucial role on their capability for using at high temperature.

पिछली कक्षाओं में, हमने हाई टेम्परेचर मैटेरियल्स (High temperature materials) के परिचय पर अपनी

So, here I have just listed those particular mechanism that plays on enhancing the strength

and for their other mechanical or aspects, like solid solution strengthening, ok.

चर्चा शुरू की है।

Because solid solution strengthening means we add a solute atom in order to increase the lattice friction as well as it simply stop some of this dislocation the friction stresses also increases. Now, in case of precipitation hardening, the precipitate act as a obstacle for dislocation

आज, हम चर्चा जारी रखेंगे। अंतिम कक्षा में, हमने इस बारे में

movement and increases the strength.

Dispersion hardening where precipitate get dissolved at higher temperature, dispersion strengthening is done using some second phase oxide or nitrite or some ceramic particle in a metal matrix. Now, there could be effect from the grain size and grain boundary and environmental

बात की है कि उच्च तापमान पर सामग्री के एक आवेदन को डिजाइन करने से पहले मुख्य

resistance. So, in other class of material, there are some other important aspect like ceramic material which is also used for high temperature application, where the volume fraction of different phases, where defect tolerance has to be considered or let us say thermal shock resistance.

और महत्वपूर्ण विशेषता एक हाई टेम्परेचर

Now, in case of composite material, like I have a metal matrix and we incorporate some

other second phase ceramic fibre or particle in order to exploit those material for a higher temperature. And there, we have a small window of enhancing the capabilities in terms of their strength,

मैटेरियल्स (High temperature materials) का प्रदर्शन

by controlling the volume fraction of the second phase and so on. Or, let us say the stiffness whether we can we can enhance those property or not. And that is why I write here as a enhance capability, means it has already some capability. However, we want to enhance the capability for a better service life.

या इंजीनियरों को क्या करना चाहिए। वे वास्तव में किस विशेषता की तलाश

Now, in case of carbon-carbon composite, usually people or engineers look for a better defect tolerance, and to get a reliability of the processing and application; whether you can use the stiffness.

And since the material contain carbon, once it is exposed to a relatively higher temperature

करते हैं?

carbon form carbon dioxide, carbon dioxide is volatile in nature. So, immediately there is a degradation occur, you understand the matter now. So, the oxidation aggrieves, now in case of ceramic matrix, again the same question comes, the defect tolerance, ok.

हालाँकि, सामग्री हमारे मानदंडों को पूरा कर सकती है या नहीं, लेकिन यदि कोई

So, this is a very common aspect for any kind of ceramic material for defect tolerance, why? Because a ceramic has a lower fracture toughness, I discussed in a very initial days like k 1 c, ok.

So, here, if the fracture toughness is very low then it contain if it contain very small crack that can directly cause to a failure, ok, the critical crack length size is very small, in the range of a few micrometre. And also the stress redistribution also decreases.

सामग्री हमारे मानदंडों को पूरा कर सकती है,

So, also we need some reliability. So, we will discuss these aspects today in detail. Let us first start with the metallic alloys in terms of solid solution strengthening. And if we add a solute atom, it causes strengthening.

तो क्या हम उस सामग्री की क्षमता को बेहतर

There is no doubt this is from a very basic understanding of metallurgy, physical metallurgy

that we have learnt. However, the internal strain here is plays the crucial role in the parent lattice due to the presence of the solute atom that causes the strengthening.

स्थिति में बढ़ा सकते हैं?

However, the atoms with similar crystal structure, and very close lattice parameter exhibit higher mutual solubility, like I can simply think about copper and nickel. However, they will generate a relatively small strengthening effect, ok, because they have the same crystal structure and the lattice parameter difference is less, ok.

यह एक प्रश्न है कि क्या हम अपने इंजीनियरिंग,

And that will cause a lesser strain, internal strain in the material. So, a atoms with larger difference in their size will have limited solubility, but it could generate a significant strengthening effect, ok. So, one has to choose which solute atom we really incorporate up to what extent, means

और विज्ञान ज्ञान का उपयोग कर सकते हैं, और सामग्री में परिवर्तन ला सकते

I am talking about concentration to generate how much increment in the strength. So, let us say here I talk about it is let us say the change of the strength. So, this is not the absolute value of the proof stress or yield strength in a in a gamma

iron. However, we are talking about the delta sigma, ok. So, this is the percentage or atomic percentage of alloying element. If we add vanadium then there will be slight rise.

हैं ताकि वे हमारे उद्देश्य को बेहतर

However, if we add nitrogen, you see it has a very sharp rise. So, this is just an example that I like to show you that how the solute atom can changes the yield strength depending on the concentration and their relative size difference. Now, in case of nickel based super alloy it is very common to add tungsten and molybdenum.

तरीके से पूरा कर सकें, या एक सामग्री

So, tungsten and molybdenum are added purposely in order to enhance the strengthening by solid solution strengthening. However, these days rhenium is also is added which has some different effect not only solid solution strengthening, but also it decreases the diffusivity and also it retard the coarsening

से बेहतर सेवा जीवन की उम्मीद की जा सके।

effect. So, if you have precipitate, if you have grains they may coarsen.

So, in that case if we can simply stop this coarsening then we can exploit the coarsening effect of let us say the precipitate which is gamma prime nickel 3 aluminium phase in a gamma nickel matrix in the nickel based superalloys. So, you can see that the very basic engineering comes from the alloy addition, and how the

उस मामले में हमें धातु विज्ञान के कुछ बहुत महत्वपूर्ण पहलुओं को सीखना

alloy addition can changes the relative strength in a lattice. Now the second issue is the precipitation strengthening.

So, by precipitation strengthening, we can enhance the strength of a of an alloy. How we do that? It is very common age old strategy, like we dissolve a second phase in a matrix by heating above the solvus.

होगा। आज, हम उन चीजों पर चर्चा करेंगे, जिसका

How? We should see the phase diagram. And here I show you a nickel and aluminium phase diagram.

So, this is the solvus line. So, here is the gamma phase is stable and here is the gamma and gamma prime is stable. Let us assume that I have chosen a composition here it is C0, and now I simply raise the temperature to a gamma phase field.

अर्थ है कि बेहतर सेवा के लिए हाई टेम्परेचर

In that case, I will have grains with gamma only; this is the grain boundaries of gamma. Now, this is called solution treatment; means, I reached to a single solute solution phase

मैटेरियल्स (High temperature materials) की क्षमता को कैसे बढ़ाया जाए।

where we are holding it without allowing too much grain growth, and in order to homogenize

चूंकि हम ज्यादातर धातुओं और मिश्र धातुओं के बारे में बात करते थे, ऐसे कुछ

and dissolve the precipitate which appeared initially. After that we simply quench it to a room temperature.

तंत्र हैं जो उच्च तापमान पर उपयोग करने की उनकी क्षमता पर बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इसलिए, यहां मैंने केवल उन विशेष तंत्रों

And after quenching what we get by this rapid quenching form the solution treatment, we

को सूचीबद्ध किया है जो ताकत बढ़ाने और उनके अन्य यांत्रिक पहलुओं के लिए महत्वपूर्ण

get a supersaturated solid solution.

भूमिका निभाते हैं, जैसे सॉलिड सलूशन

This is called supersaturated solid solution. Here also we get gamma.

स्ट्रेंग्थेनिंग (solid solution strengthening)। ठोस समाधान को मजबूत करने का मतलब है कि

However, it contain a higher amount of aluminium or the net amount of aluminium all aluminium

हम जाली के घर्षण को बढ़ाने के लिए एक विलेय परमाणु को जोड़ते हैं और

is inside this gamma solid solution, which is higher than the equilibrium condition.

साथ ही साथ इस अव्यवस्था को रोकते हैं, इससे फ्रिक्शन स्ट्रेस (friction stresses) भी बढ़ जाते

Now, what we do?

हैं।

We basically reform the phase means; the gamma prime phase should again appear by heating

अब, प्रेसिपीटशन स्ट्रेंग्थेनिंग (precipitation hardening) में, अवक्षेपण अव्यवस्था आंदोलन के लिए एक बाधा के रूप में कार्य करता

at a temperature below the solvus.

है और ताकत बढ़ाता है।

So, we take again this C 0, and we simply warm it up to different temperature for different

डिस्पेरशन स्ट्रेंग्थेनिंग (Dispersion hardening) जहां अवक्षेप उच्च तापमान पर भंग हो जाता है, धातु के

time for precipitate to appear in the microstructure.

मैट्रिक्स में कुछ दूसरे चरण ऑक्साइड या नाइट्राइट या कुछ सिरेमिक कण का

And if we heat it at a relatively higher temperature very close to the solvus, then we will get

उपयोग करके फैलाव को मजबूत किया जाता

a larger size gamma prime phase. Whereas if we heat it to a relatively lower temperature, then we will get more finer precipitate ok, and more finer more number, ok.

है। अब, अनाज के आकार और अनाज की सीमा और पर्यावरण प्रतिरोध से प्रभाव हो सकता है। तो, सामग्री के अन्य वर्ग में, सिरेमिक

सामग्री जैसे कुछ अन्य महत्वपूर्ण

And because if we have a lower than the nucleation will be higher and higher, and the diffusivity

पहलू हैं जो उच्च तापमान अनुप्रयोग के लिए भी उपयोग किया जाता है, जहां विभिन्न

will be less. So, there will be very close particles close to each other, but at higher temperature since diffusion length is higher and higher.

चरणों का वॉल्यूम अंश है, जहां दोष सहिष्णुता पर विचार करना होगा या हमें थर्मल शॉक

So, we will get a relatively less number of nuclei and a coarser microstructure, means

रेजिस्टेंस (thermal shock resistance) कहना चाहिए। अब, मिश्रित सामग्री के मामले में, जैसे

coarser precipitate, ok. Now, this is we call it somewhat like a over aged or this is let say what we really desired as a precipitation treatment that is necessary, why because, the size of this precipitate

मेरे पास एक धातु मैट्रिक्स है और हम उच्च तापमान के लिए उन सामग्रियों का दोहन करने के लिए कुछ दूसरे चरण सिरेमिक फाइबर या कण को शामिल करते हैं।

has some role on the mechanism, because it control the mechanism of strengthening, how?

और वहां, हमारे पास दूसरे चरण के वॉल्यूम अंश को नियंत्रित करके, उनकी ताकत के

This precipitate actually impede the dislocation movement. The main reason of this precipitate when the dislocation will appear it will create as a obstacle.

संदर्भ में क्षमताओं को बढ़ाने की एक छोटी खिड़की है। या, हमें यह कहने की कठोरता दें कि हम

So, for that particular purpose the dislocation may bypass by climbing or it may leave a loop

उन संपत्ति को बढ़ा सकते हैं या नहीं। और यही कारण है कि मैं यहां एक बेहतर

around the particles, or it can cut through.

क्षमता के रूप में लिखता हूं, इसका मतलब

How does it occur? I have a particle here I have the dislocation, which is trying to pass and this is the precipitate,

है कि इसमें पहले से ही कुछ क्षमता है। हालांकि, हम एक बेहतर सेवा जीवन के लिए

the dislocation may leave a loop and then dislocation comes here.

क्षमता को बढ़ाना चाहते हैं। अब, कार्बन-कार्बन मिश्रित के मामले

Or it can simply cut through the precipitate.

में, आमतौर पर लोग या इंजीनियर बेहतर

So, this is let us say the precipitate and then after cutting it will be something like

दोष सहिष्णुता की तलाश करते हैं, और प्रसंस्करण और आवेदन की विश्वसनीयता प्राप्त

this and here is the dislocation so, this is like the situation.

करने के लिए; आप कठोरता का उपयोग कर सकते

So, we can think about which one is better in terms of controlling the mechanism.

हैं या नहीं। और चूंकि सामग्री में कार्बन होता है, एक बार यह अपेक्षाकृत उच्च तापमान कार्बन

So, we will see that how to alter and how to control such a circumstance and situation.

फॉर्म कार्बन डाइऑक्साइड के संपर्क में होता है, कार्बन डाइऑक्साइड प्रकृति में अस्थिर

So, in case of precipitation strengthening, we have seen that if the precipitate diameter

होता है। तो, तुरंत एक क्षरण होता है, आप अब इस मामले को समझते हैं।

is very large, then it basically bypass or it will climb the dislocation this is a dislocation

तो, ऑक्सीकरण बढ़ जाता है, अब सिरेमिक मैट्रिक्स के मामले में, फिर से वही सवाल

climb action.

आता है, दोष सहिष्णुता।

Or dislocation will cut through the precipitate when the precipitate is smaller in size.

तो, यह दोष सहिष्णुता के लिए किसी भी प्रकार की सिरेमिक सामग्री के लिए एक बहुत ही

So, this strengthening actually depends on the compatibility between the precipitate, and the matrix in terms of their crystal structure, because the parent crystal structure may be

सामान्य पहलू है, क्यों? क्योंकि एक सिरेमिक में फ्रैक्चर की स्टिफनेस (stiffness) कम होती है, इसलिए मैंने बहुत शुरुआती दिनों में KIC की तरह चर्चा

different than the precipitate crystal structure.

की। इसलिए, यहां, यदि फ्रैक्चर की कठोरता बहुत कम

Or they may be both are let us say fcc phase; however, the lattice parameter may be changed

है और यदि इसमें बहुत छोटी दरार है जो सीधे

because if lattice parameter change then the coefficient of coherency of the precipitate

विफलता का कारण बन सकती है, तो कुछ माइक्रोमीटर

or non coherency or incoherent or semi coherent type of precipitate may appear, ok.

की सीमा में क्रैक की लंबाई का आकार बहुत छोटा है।

And also there are volume fraction of the precipitate that control or the size of the precipitate.

और तनाव पुनर्वितरण भी कम हो जाता है। इसलिए, हमें कुछ विश्वसनीयता की आवश्यकता है।

Here, I just show you in terms of their size. However, one has to consider, this all this aspect in terms of crystal structure, lattice

इसलिए, हम आज इन पहलुओं पर विस्तार से चर्चा करेंगे। हमें पहले ठोस समाधान को मजबूत बनाने के

parameter volume fraction and the size.

मामले में धातु मिश्र धातुओं से शुरू करें।

All this parameter will control the mechanism that that govern the strengthening effect.

और अगर हम एक विलेय परमाणु जोड़ते हैं,

So, as an example, I can tell you like a small lattice mismatch.

तो यह मजबूत बनाने का कारण बनता है। इसमें कोई संदेह नहीं है कि यह धातु

We will create a coherent precipitate what does it mean?

विज्ञान, भौतिक धातु विज्ञान की बहुत

That I may have a lattice, and this is the lattice lattice point, and here this is the

बुनियादी समझ से है जो हमने सीखा है। हालांकि, आंतरिक तनाव यहां माता-पिता की जाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है,

solute atom, which make a cluster to make a precipitate.

जो कि विलेय परमाणु की उपस्थिति के कारण

So, this is almost like a coherent precipitate, now in such a case the local distortion depends

होता है जो मजबूती का कारण बनता है। हालांकि, समान क्रिस्टल संरचना वाले परमाणु,

on the extent of the mismatch.

और बहुत करीबी जाली पैरामीटर उच्च परस्पर

There is no doubt because the lattice mismatch will create the lattice distortion. Now, coherent participate are capable of providing a significant strengthening effect.

घुलनशीलता को प्रदर्शित करते हैं, जैसे कि मैं बस तांबे और निकल के बारे में सोच सकता हूं। हालांकि, वे अपेक्षाकृत छोटे सुदृढ़ीकरण

But precipitate with higher mismatch is less effective in strengthening because then, the dislocation will bypass and the strengthening can only be achieved by increasing the number

प्रभाव उत्पन्न करेंगे, क्योंकि उनके पास एक ही क्रिस्टल संरचना है और जाली पैरामीटर अंतर कम है। और यह सामग्री में कम आंतरिक तनाव का

कारण होगा। तो, उनके आकार में बड़े अंतर वाले परमाणुओं

of the precipitate, or let us say the volume fraction of the precipitate, when the precipitate

में एक सीमित घुलनशीलता होगी, लेकिन यह एक महत्वपूर्ण मजबूत प्रभाव पैदा कर सकता

has a higher mismatch.

है।

So, this is let us say an example of such kind of precipitation strengthening that we talked about.

इसलिए, हमें यह चुनना है कि हम किस विलेय परमाणु को वास्तव में किस सीमा तक शामिल करते हैं, इसका मतलब है कि मैं एकाग्रता

So, I show you another example in case of nickel aluminium, that if we need a nickel

के बारे में बात कर रहा हूं ताकि ताकत में कितना वृद्धि हो। तो, आइए हम ताकत के बदलाव के बारे में

aluminium alloy to use for a higher temperature, at relatively higher stress let us say we

बात करें। तो, यह प्रूफ स्ट्रेस (proof stress) का पूर्ण मूल्य

fix here for a 100 hours of life.

नहीं है या एक γ-Iron में उपज शक्ति है।

Then for a lower precipitation volume fraction we will get a lower strength.

हालाँकि, हम Δσ के बारे में बात कर रहे हैं। तो, यह मिश्र धातु तत्व का प्रतिशत

However, if we need to use for a higher temperature, then we have to go for a higher precipitate

या परमाणु प्रतिशत है। अगर हम वैनेडियम जोड़ते हैं तो थोड़ी वृद्धि होगी।

volume fraction. So, here is the situation, where precipitate with higher mismatch will be less effective

हालांकि, अगर हम नाइट्रोजन जोड़ते हैं, तो आप देखते हैं कि इसमें बहुत तेज वृद्धि

and we can control that using the volume fraction of the precipitate.

हुई है। तो, यह सिर्फ एक उदाहरण है जो मैं आपको दिखाना

Now if we have to go for a higher temperature then again for higher stress application we have to go for higher fraction of the precipitate.

चाहता हूं कि कैसे विलेय परमाणु एकाग्रता और उनके सापेक्ष आकार के आधार पर उपज की ताकत को बदल सकता है।

So, this is the control that one should look for.

अब, निकल आधारित सुपर मिश्र धातु के मामले

Now, let us have a look at how to enhance the capability using some dispersion strengthening.

में टंगस्टन और मोलिब्डेनम जोड़ना बहुत आम है। तो, ठोस समाधान को मजबूत करके मजबूती

So far we have talked about solid solution strengthening, and the precipitation strengthening

बढ़ाने के लिए टंगस्टन और मोलिब्डेनम को जानबूझकर जोड़ा जाता है।

here, if we have a precipitation strengthen alloy then we can raise the temperature to

हालांकि, इन दिनों रेनियम को भी जोड़ा जाता है, जिसका कुछ अलग प्रभाव होता

a single phase we can dissolve it. Or this is purposely dissolve in order to tune the microstructure.

है, न केवल ठोस समाधान को मजबूत करता है,

But it may also occur that I am using a age hardenable alloy, this is called as precipitation

बल्कि इससे विवर्तन भी घटता है और यह मोटे असर को मंद कर देता है।

strengthen or age hardenable alloy at a higher temperature.

इसलिए, यदि आपके पास अवक्षेप है, यदि आपके

During its service the precipitate may grow, in that case, the strengthening mechanism will change and the service life will degrade or will lower down, ok, because the precipitate

पास अनाज है, तो वे मोटे हो सकते हैं। तो, उस स्थिति में अगर हम इस मोटे तौर पर रोक सकते हैं तो हम इस प्रभाव का फायदा

may also dissolve in the matrix at higher operating temperature.

उठा सकते हैं कि हम यह कहें कि उपसर्ग

So, in order to prevent that, one of the alternative solution is the go for dispersion strengthening.

जो निकेल सुपरलॉय में एक γ-निकेल मैट्रिक्स में γ'-Ni3Alचरण है। तो, आप देख सकते हैं कि बहुत ही मूल इंजीनियरिंग

So, here this dispersion strengthening is a particular terminology, we use where we

मिश्र धातु जोड़ से आती है, और मिश्र धातु जोड़ एक जाली में

incorporate a second phase which is very small, but they are non-metallic, non-metallic in

सापेक्ष शक्ति को कैसे बदल सकते हैं। अब दूसरा मुद्दा वर्षा को मजबूत करने

bonding, means in terms of they are oxide, nitride, and ceramic particle.

का है। तो, मजबूती से वर्षा करके, हम एक मिश्र धातु की ताकत बढ़ा सकते हैं।

So, this precipitate they usually do not grow, and they the progressive coarsening will never

हम कैसे करते हैं? यह बहुत आम उम्र की पुरानी रणनीति है,

be occurred in case of ceramic.

जैसे हम एक मैट्रिक्स में दूसरे चरण को

So, here we employ a fine and uniform distribution of dispersoid particle that are essentially

सॉल्वस के ऊपर गर्म करके भंग करते हैं। कैसे? हमें चरण आरेख को देखना चाहिए।

insoluble in the matrix. So, there are very nice example like we know aluminium alumina composite. So, I have a aluminium matrix, inside I have precipitate, which are Al2 O3 in a aluminium

और यहां मैं आपको एक निकल और एल्यूमीनियम चरण आरेख दिखाता हूं। तो, यह सॉल्वस लाइन है। तो, यहाँ is चरण स्थिर है और यहाँ γ चरण है

और स्थिर है। आइए हम मान लें कि मैंने एक रचना को

matrix. So, aluminium matrix has some grains, and I may have inside this grain there are some

यहां चुना है यह C0 है, और अब मैं तापमान को एक γ-चरण क्षेत्र तक बढ़ाता हूं।

alumina precipitate. So, alumina precipitate is ceramic in nature, and they will not grow at all, very less,

उस स्थिति में, मेरे पास केवल γ के साथ अनाज होगा; यह γ की अनाज की सीमा है।

the growth is very, very less. And they are also not soluble.

अब, इसे समाधान उपचार कहा जाता है; इसका

Under such circumstance, we call it as a dispersion strengthening alloy.

मतलब है, मैं एक एकल विलेय समाधान चरण

Another very nice example is the thoria dispersed nickel, TD nickel, the TD nickel has thoria

में पहुंच गया, जहां हम इसे बहुत अधिक अनाज की वृद्धि की अनुमति के बिना पकड़

particle in a nickel matrix. So, this dispersoid phase is not at all coherent.

रहे हैं, और शुरू में दिखाई देने वाले अवक्षेप को समरूप बनाने और भंग करने

Because they are ceramic and they have a very different crystal structure, lattice parameter

के लिए। उसके बाद हम बस इसे एक कमरे के तापमान

than the matrix aluminium or nickel matrix.

पर बुझाते हैं।

And it is not pronounced as precipitation hardening.

और इस तेजी से शमन द्वारा जो हमें प्राप्त

In case of precipitation hardening, we can increase the strength to a very high extent,

होता है उसका शमन करने के बाद, हम उपचार

but it is maintained, the interesting point here that we can allow this composite to be

का एक ठोस समाधान प्राप्त करते हैं। इसे सुपरसैचुरेटेड सॉल्यूशन (supersaturated solid solution) कहा जाता है।

used at higher temperature; because the precipitates are very much or dispersoids are very much

यहाँ भी हमें γ मिलता है। हालांकि, सभी एल्यूमीनियम इस solid-ठोस समाधान

stable. Now, the other way of enhancing the capability is the controlling some grain size and grain

के अंदर हैं, जो संतुलन की स्थिति से अधिक है। अब, हम क्या करें? हम मूल रूप से चरण का मतलब सुधारते

boundary effect. Because once we have talked about the second phase, because in terms of dispersion strengthening

हैं; the γ' चरण को फिर से सॉल्वस के नीचे के तापमान पर गर्म करके दिखाई देना

and solid solution strengthening, and let us say the precipitation hardening and so

चाहिए। इसलिए, हम इस C0 को फिर से लेते हैं, और हम

on. However, in a base alloy there are grains, right?

इसे माइक्रोस्ट्रक्चर में दिखाई देने के लिए अलग-अलग समय के लिए अलग-अलग तापमान

And once these grains are exposed to higher temperature the grain growth will occur because

तक गर्म करते हैं। और अगर हम इसे सोल्वस के बहुत करीब अपेक्षाकृत

the grain boundary will migrate, that is that will occur yes by diffusion.

अधिक तापमान पर गर्म करते हैं, तो हमें बड़े आकार का γ' चरण मिलेगा।

So, this grain boundary has a positive effect at lower temperature, because the grain boundary

जबकि अगर हम इसे अपेक्षाकृत कम तापमान पर गर्म करते हैं, तो हमें महीन वेग मिलेगा,

is a strong at a temperature below the homologous temperature, ok, or equi cohesive temperature.

और अधिक संख्या में। और अगर हमारे पास एक से कम है, तो न्यूक्लिएशन

Equicohesive temperature means where the grain body the grain body and grain boundary, they

उच्च और उच्चतर होगा, और प्रसार कम होगा। इसलिए, कण एक दूसरे के करीब होंगे, लेकिन उच्च तापमान पर क्योंकि प्रसार की लंबाई अधिक और अधिक होती है।

have the same strength level.

तो, हम नाभिक और एक मोटे माइक्रोस्ट्रक्चर

So, this is called as equicohesive temperature ok.

की अपेक्षाकृत कम संख्या प्राप्त करेंगे,

So, this is usually at a 0.5 Tm is the melting temperature multiplied by 0.5, ok. Now, the grain boundary are usually weak at a temperature above 0.5 Tm, and very strong

जिसका अर्थ है मोटे अवक्षेपण। अब, हम इसे कुछ हद तक एक अतिव्यापी की तरह कहते हैं या यह कहें कि हम वास्तव में एक वर्षा उपचार के रूप में वांछित

हैं, जो आवश्यक है, क्यों, क्योंकि इस

at a 0.5 Tm. It simply said that a finer microstructure will have a better strengthening effect at

अवक्षेप के आकार की तंत्र पर कुछ भूमिका है, क्योंकि यह तंत्र को मजबूत करने को

lower temperature, and a coarser microstructure has a positive effect as a high temperature

नियंत्रित करता है। , किस तरह? यह अवक्षेप वास्तव में अव्यवस्था आंदोलन

material at higher temperature.

को बाधित करता है।

And the reason is very clear, because we all know about Hall-Petch equation. So, in a Hall-Petch equation where sigma is basically is a proportional where there is

इस अवक्षेप का मुख्य कारण जब अव्यवस्था दिखाई देगा तो यह एक बाधा के रूप में पैदा होगा। तो, उस विशेष उद्देश्य के लिए अव्यवस्था

a constant into root d, ok.

चढ़ाई करके बाईपास हो सकती है या यह कणों

So, here this is let us say a friction stress, and dependent on the grain size; where k is

के चारों ओर एक लूप छोड़ सकती है, या इसके माध्यम से कटौती कर सकती है।

the Hall-Petch constant, right?

यह कैसे होता है?

So, in that case, if we can increase the population of the grain boundary or finer grain size, then ASTM grain size, this is as a example then we can increase the strength much and

मेरे पास एक कण है मेरे पास अव्यवस्था है, जो पारित करने की कोशिश कर रहा है और यह अवक्षेप है, अव्यवस्था एक लूप

much higher. ASTM grain size is larger grains.

छोड़ सकती है और फिर अव्यवस्था यहां आती

This is let us say ASTM 2 and the very finer grain is the ASTM 8 finer grain or ASTM 6.

है। या यह बस वेग के माध्यम से काट सकता है। तो, यह हम कहते हैं कि अवक्षेप और फिर

So, here we see that the proof stress at 575 degree centigrade, it is 752 where as a finer grain size has a higher proof stress at this given temperature, that is good.

काटने के बाद यह कुछ इस तरह होगा और यहाँ अव्यवस्था है, इसलिए यह स्थिति की तरह है। इसलिए, हम सोच सकते हैं कि तंत्र को नियंत्रित

करने के मामले में कौन सा बेहतर है।

However, you can see the major benefit, that you can simply increase the fatigue life from

इसलिए, हम देखेंगे कि इस तरह की परिस्थिति और स्थिति को कैसे बदला जाए और कैसे

10 to the power 4 cycle to 3 into 10 to the power 3 times higher a fatigue cycle can be

नियंत्रित किया जाए। इसलिए, वर्षा को मजबूत करने के मामले में,

achieved a finer grain size, this is good.

हमने देखा है कि यदि अवक्षेप व्यास बहुत

Now, at higher temperature the grain boundary is the weaker region.

बड़ा है, तो यह मूल रूप से बाईपास है या यह अव्यवस्था पर चढ़ जाएगा, यह एक

So, what we can do? We can simply take this material, and intentionally put some precipitate at the grain boundary.

अव्यवस्था चढ़ाई कार्रवाई है। या अवक्षेपण अवक्षेपण द्वारा कट जाएगा जब अवक्षेप आकार में छोटा होता है।

What it does? it simply impede the motion of the grain boundary, it will be stopped.

तो, यह मजबूती वास्तव में उनके क्रिस्टल संरचना के संदर्भ में अवक्षेप और मैट्रिक्स

Because they are pinning the grain boundary, if grain boundary has to move they have to

के बीच संगतता पर निर्भर करती है, क्योंकि

move along with that.

मूल क्रिस्टल संरचना अवक्षेप क्रिस्टल

that will be a good purpose. How to do that? We can incorporate some carbide or boride particles by grain boundary engineering, and

संरचना से भिन्न हो सकती है। या वे दोनों हो सकते हैं कि हमें एफसीसी

incorporate those precipitate inside for a better creep resistance.

चरण कहने दें; हालाँकि, जाली पैरामीटर को बदला जा सकता है क्योंकि यदि जाली पैरामीटर

As an example UDIMET is a example of such.

बदल जाता है तो प्रेसिपिटेट (precipitate) या नॉन कोहेरेन्सी

So, here this is the base alloy with some zirconium and boron.

(non-coherency) या इनकोहेरेंट (incoherent) या सेमि कोहेरेंट

In that case, the creep life can be increased such a high extend you can see from 50 to

(semi coherent) प्रकार के गुणांक का गुणांक प्रकट हो सकता है।

650 hour of use just by adding such kind of precipitate at the grain boundary, whereas the rupture ductility can also be improved.

और वहाँ भी अवक्षेप के आयतन अंश होते हैं जो अवक्षेप के आकार को नियंत्रित करते हैं। यहां, मैं आपको केवल उनके आकार के संदर्भ

So, this is also another interesting or important way by grain controlling the grain size and introducing some grain boundary effect.

में दिखाता हूं। हालांकि, किसी को क्रिस्टल संरचना, जाली पैरामीटर, वॉल्यूम अंश और आकार के संदर्भ में इन सभी पहलुओं पर विचार करना होगा।

Now, how to further improve that.

यह सब पैरामीटर उस तंत्र को नियंत्रित करेगा जो मजबूत प्रभाव को नियंत्रित करता

Now the second part I talked about that was a creep.

है। इसलिए, एक उदाहरण के रूप में, मैं आपको

Because creep is also important phenomena for designing a high temperature alloys.

एक छोटे से जाली बेमेल की तरह बता सकता हूं।

Now, here we will talk about different process in order to control the grain boundary population. How?

हम एक सुसंगत अवक्षेप बनाएँगे इसका क्या अर्थ है? कि मेरे पास एक जाली हो सकती है, और यह

We can cast an alloy by conventional casting method.

जाली बिंदु है, और यहाँ यह एक विलेय

Let us say superalloy we have cast using or any alloy, we can cast using a conventional

परमाणु है, जो एक अवक्षेप बनाने के लिए एक क्लस्टर

casting, what it does?

बनाता है।

It will produce some equiaxed type of microstructure, equiaxed microstructure you know like a honeycomb

तो, यह लगभग एक सुसंगत अवक्षेप की तरह है,

structures.

अब ऐसे मामले में स्थानीय विकृति बेमेल

And this equiaxed structure means, the grain boundaries are quite large, and if we stress

की सीमा पर निर्भर करती है। इसमें कोई संदेह नहीं है क्योंकि जाली बेमेल जाली विरूपण पैदा करेगा।

it, such a material then the cracks will appear at the grain boundary region, ok.

अब, सुसंगत भागीदारी एक महत्वपूर्ण मजबूत प्रभाव प्रदान करने में सक्षम हैं।

This is normal to the normal to the direction of the applied stress, that is expected, but

लेकिन उच्च बेमेल के साथ अवक्षेपण को मजबूत करने में कम प्रभावी होता

if we go for directional solidification, means I have a large turbine blades, and these are the grains due to directional solidification, this is a single grain, we assume.

है, क्योंकि तब अव्यवस्था को बायपास किया जाएगा और मजबूती केवल अवक्षेप की संख्या को बढ़ाकर प्राप्त की जा सकती है, या हम कह सकते हैं कि अवक्षेप का आयतन अंश, जब अवक्षेप

So, this is a schematic microstructure is shown here.

का उच्च बेमेल होता है । इसलिए, यह हमें

So, these are the grain individual grains, and the grains are all aligned in a blade,

इस तरह की वर्षा को मजबूत बनाने का एक उदाहरण है जो हमने बात की थी।

from the route to tip; this is let us say a route of a blade, this is from a route to

इसलिए, मैं आपको निकल एल्यूमीनियम के मामले में एक और उदाहरण दिखाता हूं, कि अगर

the tip. And in that case there are no grain boundary that is normal to the major applied.

हमें उच्च तापमान पर उपयोग करने के लिए निकल एल्यूमीनियम मिश्र धातु की आवश्यकता

So, let us say the stress is applied along this way, and the creep life can be extended.

होती है, तो अपेक्षाकृत उच्च तनाव में हम

Because if crack has to appear it has to appear here, the crack has to appear here.

कहते हैं कि हम जीवन के 100 घंटों के लिए यहां तय करते हैं।

So, only in such case, the crack will appear and the remaining grain boundaries have a very small element which are near normal to the applied stress and to initiate the crack.

फिर कम वर्षा मात्रा अंश के लिए हमें कम ताकत मिलेगी। हालांकि, अगर हमें उच्च तापमान के लिए उपयोग करने की आवश्यकता है, तो हमें एक उच्च

So, you can see that this is a creep strain, and this is the creep time. So, in case of conventionally cast alloy, the performance is poor than the than the

वेग मात्रा अंश के लिए जाना होगा। तो, यहां वह स्थिति है, जहां उच्च बेमेल के साथ अवक्षेप कम प्रभावी होगा और हम अवक्षेप के आयतन अंश का उपयोग करके

directionally solidified alloys.

नियंत्रित कर सकते हैं।

So, here we get a better service life; however, on the other case we can go for a single crystal

अब यदि हमें उच्च तापमान पर जाना है तो उच्च तनाव अनुप्रयोग के लिए फिर से हमें

casting so or growth. So, in that case there are no grain boundary at all.

अवक्षेप के उच्च अंश के लिए जाना होगा। तो, यह वह नियंत्रण है जिसकी तलाश करनी

So, the whole turbine blade is made out of a single crystal only. This is a single crystal, using a seed crystal, we will going into detail of the processing

चाहिए। अब, आइए हम इस बात पर ध्यान दें कि कैसे कुछ फैलाव सुदृढ़ीकरण का उपयोग करके क्षमता

of those alloys do not worry.

को बढ़ाया जाए।

So, here there is no grain boundary at all, ok.

अब तक हमने ठोस समाधान को मजबूत बनाने के

So, if we apply some stress, then crack will be very difficult and there will be no grain

बारे में बात की है, और यहाँ वर्षा को

boundary.

मजबूत बनाने, अगर हमारे पास एक मिश्र

So, these is no grain boundary diffusion, only grain body diffusion. That can be controlled by adding some rhenium and so on. So, this will be a very very best material for a highest creep life.

धातु को मजबूत करना है तो हम तापमान को एक चरण में बढ़ा सकते हैं, हम इसे भंग कर सकते हैं।

You can also see this is a schematically I have shown you here that you have a very very

या यह सूक्ष्म रूप से ट्यून करने के लिए जानबूझकर घुल जाता है।

large time compared to any directionally solidified or let us say conventionally cast alloys.

लेकिन यह भी हो सकता है कि मैं एक उम्र के कठोर मिश्र धातु का उपयोग कर रहा हूं,

Now, there are some other aspects like environmental resistance, which we partly talked about;

इसे उच्च तापमान पर वर्षा मजबूती या उम्र के कठोर मिश्र धातु के रूप में कहा जाता है। इसकी सेवा के दौरान अवक्षेप बढ़ सकता

however, for enhancing the capability we can choose the alloying element.

है, उस स्थिति में, मजबूत करने वाला तंत्र बदल जाएगा और सेवा जीवन नीचा

Let us have a look at some nickel based alloy we want to add some chromium or aluminium.

हो जाएगा या कम हो जाएगा, क्योंकि उच्च परिचालन तापमान पर मैट्रिक्स में अवक्षेप

People have seen that there are some optimized condition whether you want a alumina on the

भी भंग हो सकता है। तो, इसे रोकने के लिए, वैकल्पिक समाधान

surface after oxidation or chromium in the surface.

में से एक फैलाव को मजबूत करने के लिए

Like in a stainless steel you already know about chromia scale basically protect.

जाना है। तो, यहाँ यह फैलाव सुदृढ़ीकरण एक विशेष

So, this chromium concentration or aluminium concentration in a nickel base alloy could

शब्दावली है जिसका हम उपयोग करते हैं

be adjusted to avoid some internal oxidation. So, alumina always provide a better protection during oxidation environment and chromia during contaminated environment in presence of some sort of sulphur containing compounds.

जहाँ हम एक दूसरे चरण को शामिल करते हैं जो बहुत छोटा होता है, लेकिन वे गैर-धातु, गैर-धातु संबंध में होते हैं, इसका मतलब है कि वे ऑक्साइड, नाइट्राइड

और सिरेमिक कण हैं।

So, let us say if we increase alumina content then instead of forming nickel, oxide we will get a mostly alumina oxide on the top; whereas, if we increase chromium content we will get

इसलिए, यह उपजीवन वे आमतौर पर विकसित नहीं होते हैं, और सिरेमिक के मामले में प्रगतिशील मोटे तौर पर कभी नहीं होगा। इसलिए, यहां हम फैलाने वाले कण का एक अच्छा

chromia, but there are some boundary and so on.

और एक समान वितरण नियोजित करते हैं

So, the basic requirement is that we have an alloy and the oxide scale, this is an alloy

जो मैट्रिक्स में अनिवार्य रूप से अघुलनशील हैं। तो, बहुत अच्छे उदाहरण हैं जैसे हम एल्यूमीनियम-एल्यूमिना समग्र जानते हैं।

and the oxide scale, which one will dominate depend on the aluminium content or chromium

तो, मेरे पास एक एल्यूमीनियम मैट्रिक्स है, मेरे अंदर अवक्षेप है, जो एक एल्यूमीनियम मैट्रिक्स में Al2O3 हैं।

content, this is interesting part.

तो, एल्यूमीनियम मैट्रिक्स में कुछ

At the same time one can think that they should be sticking to the sample surface and provide

अनाज होते हैं, और मेरे पास इस अनाज के अंदर कुछ एल्यूमिना अवक्षेप होते हैं।

a better protection. Otherwise it does not make any sense, how to do that the scale adherence is important.

तो, एल्यूमिना अवक्षेप प्रकृति में सिरेमिक है, और वे बिल्कुल भी नहीं बढ़ेंगे,

And we can adhere or we can make the adherence or improve the adherence by some sort of pinning

विकास बहुत कम है। और वे भी घुलनशील नहीं हैं। ऐसी परिस्थिति में, हम इसे मिश्र धातु

effect, ok. How it is that?

को मजबूत करने वाला फैलाव कहते हैं।

In order to avoid spalling, we can use some active elements like cerium lanthanum or yttrium.

एक और बहुत अच्छा उदाहरण है थोरिया छितराया हुआ निकल, टीडी निकल, टीडी निकल

These elements form their oxides, and this active metal take the alloy at the oxide interface

में एक निकल मैट्रिक्स में थोरिया कण है। तो, यह फैलाव चरण बिल्कुल सुसंगत नहीं है।

by some sort of mechanical keying effect and keep the oxide layer along with the base alloy.

क्योंकि वे सिरेमिक हैं और उनके पास मैट्रिक्स एल्यूमीनियम या निकल मैट्रिक्स की तुलना

And that is one of the very beneficial effect of using any kind of any of these active elements,

में एक बहुत अलग क्रिस्टल संरचना, जाली पैरामीटर है। और इसे कठोर वर्षा के रूप में स्पष्ट

like cerium and yttrium.

नहीं किया जाता है।

Now, for a ceramic high temperature application, there are 3 important aspect that one should

वर्षा सख्त होने की स्थिति में, हम बहुत हद तक ताकत बढ़ा सकते हैं, लेकिन इसे

consider for enhancing the capability.

बनाए रखा जाता है, यहाँ दिलचस्प बात

One is the phase control, another one is the defect tolerance, another one is the thermal

यह है कि हम इस सम्मिश्र को उच्च तापमान पर

shock resistance.

उपयोग करने की अनुमति दे सकते हैं; क्योंकि

In that case, you have seen that ceramic may contain multi-phase, and one of the phase

अवक्षेप बहुत अधिक हैं या फैलाव बहुत स्थिर हैं।

is mostly like silica.

अब, क्षमता बढ़ाने का दूसरा तरीका अनाज

So, this silica could be glassy or may be crystalline.

के आकार और अनाज की सीमा के प्रभाव को

So, the strength basically depends on a certain temperature on the volume fraction of this silica, because if silica is in the glassy forms then their strength would be different

नियंत्रित करना है। क्योंकि एक बार जब हमने दूसरे चरण के बारे में बात की है, क्योंकि फैलाव को मजबूत करने और ठोस समाधान को मजबूत

than the crystalline form. So, the amount of phases we can control for enhancing the capability for high temperature

करने के संदर्भ में, और हम कहते हैं कि वर्षा सख्त है।

application. Now, since the defect tolerance is very less in case of ceramic we have a very, very low

हालांकि, एक बेस मिश्र धातु में अनाज हैं, है ना? और एक बार जब ये अनाज उच्च तापमान के संपर्क

fracture toughness, or very less process zone size.

में आ जाते हैं तो अनाज की वृद्धि हो

So, during manufacturing process or shaping or any kind of other mechanical operation, the local stress distribution does not occur homogenously, which will cause stress concentration

जाएगी क्योंकि अनाज की सीमा पलायन कर जाएगी, यानी कि प्रसार के लिए हाँ होगा। तो, इस अनाज सीमा का कम तापमान पर सकारात्मक

in the material, and during it’s use the material fails.

प्रभाव पड़ता है, क्योंकि अनाज की

So, there must be solution how we do that, like transformation toughening.

सीमा होमोलॉगस टेम्परेचर (homologous temperature), या इक्वि-कोएसेवेटिव (equi-cohesive) तापमान से नीचे मजबूत होती

There is a ceramic and we incorporate some phase which will transform and absorb the

है। इक्वि-कोएसेवेटिव तापमान का मतलब है जहां अनाज शरीर और अनाज की सीमा है, उनके

shock, and absorb the stress.

पास समान शक्ति स्तर है।

Now, the other point is the thermal shock resistance.

तो, इसे सम-कोशिक्टिव तापमान कहा जाता

Means, if we apply heat to a ceramic material, since the conductivity of ceramic is not so

है। तो, यह आमतौर पर 0.5 टीएम पर होता है, पिघलने का तापमान 0.5 से गुणा होता है।

high as metal, there is a temperature gradient which will cause the material to fail.

अब, अनाज सीमा आमतौर पर 0.5 टीएम से ऊपर के

In such a case, the ceramic cannot redistribute the thermal stress during also plastic deformation,

तापमान पर कमजोर होती है, और 0.5 टीएम पर बहुत मजबूत होती है। यह बस कहा गया है कि एक महीन माइक्रोस्ट्रक्चर

and shock resistance. So, here it is the important criteria people have find out that the temperature difference

का कम तापमान पर बेहतर सुदृढ़ीकरण प्रभाव होगा और उच्च तापमान पर हाई टेम्परेचर

that is delta T like a shock resistance how we can estimate that a given fracture stress

मैटेरियल्स (High temperature materials) के रूप में एक मोटे माइक्रोस्ट्रक्चर का सकारात्मक प्रभाव

of a material, the poisons ratio, E is the Young’s modulus and alpha is a coefficient

पड़ता है। और इसका कारण बहुत स्पष्ट है, क्योंकि हम सभी हॉल-पेच ेकशन (Hall-Petch equation) के बारे में जानते हैं।

तो, एक हॉल-पेट समीकरण में: जहां σ मूल रूप से एक आनुपातिक है जहां के व्युत्क्रम में एक स्थिरांक होता है। तो, यहाँ यह हमें एक फ्रिक्शन स्ट्रेस

of thermal expansion will give you the how much thermal shock resistance ceramic can

(friction stress) है, और अनाज के आकार पर निर्भर करते हैं; के-हॉल-पेट स्थिर कहाँ है, ठीक है? तो, उस स्थिति में, यदि हम अनाज की सीमा

या बारीक अनाज के आकार को बढ़ा सकते हैं, तो एएसटीएम अनाज का आकार, यह एक उदाहरण

provide.

के रूप में है कि हम ताकत को बहुत अधिक

In such a case, I show you 3 different ceramic like, alumina silicon nitride or zirconia

और बहुत अधिक बढ़ा सकते हैं। एएसटीएम अनाज का आकार बड़ा अनाज है। यह हमें एएसटीएम 2 और बहुत महीन अनाज एएसटीएम 8 महीन अनाज या एएसटीएम 6 कहते

हैं। तो, यहाँ हम देखते हैं कि 575 ° C पर प्रमाण तनाव, यह 752 है जहाँ महीन अनाज के आकार

or let us say lithium aluminium silicate, where the delta T for lithium aluminium silicate

में इस दिए गए तापमान पर उच्च सबूत तनाव है, जो अच्छा है। हालांकि, आप प्रमुख लाभ देख सकते हैं, कि आप केवल 104 चक्र से 3 x 103 गुना अधिक थकान

जीवन को बढ़ा सकते हैं एक थकान चक्र को एक महीन अनाज का आकार प्राप्त किया

is the highest.

जा सकता है। अब, उच्च तापमान पर अनाज की सीमा कमजोर

So, by using some parameter we can estimate which material will provide us the better

क्षेत्र है। तो हम क्या कर सकते हैं? हम बस इस सामग्री को ले सकते हैं, और जानबूझकर अनाज की सीमा पर कुछ उपजीवन

डाल सकते हैं। यह क्या करता है?

service life.

यह बस अनाज सीमा की गति को बाधित करता है, इसे रोक दिया जाएगा।

So, with this today we finish our discussion.

क्योंकि वे अनाज की सीमा को कम कर रहे हैं, अगर अनाज की सीमा को स्थानांतरित करना है तो उन्हें उसके साथ चलना होगा। यह एक अच्छा उद्देश्य होगा।

उसको कैसे करे? हम अनाज सीमा इंजीनियरिंग द्वारा कुछ कार्बाइड

And we will continue other aspect of high temperature material in the next class.

या बोराइड कणों को शामिल कर सकते हैं, और एक बेहतर पालक प्रतिरोध के लिए अंदर उन वेग को शामिल कर सकते हैं। एक उदाहरण के रूप में UDIMET इस तरह का एक

Thank you very much.

उदाहरण है। तो, यहाँ कुछ ज़िरकोनियम और बोरॉन के साथ बेस मिश्र धातु है। उस मामले में, रेंगने वाले जीवन को इतना

अधिक बढ़ाया जा सकता है कि आप अनाज की सीमा पर इस तरह के अवक्षेप जोड़कर सिर्फ 50 से 650 घंटे के उपयोग को देख सकते हैं, जबकि रप्चर दुक्तिलिटी (rupture ductility) भी बेहतर

हो सकती है। तो, यह भी अनाज के आकार को नियंत्रित करने और कुछ अनाज सीमा प्रभाव को शुरू करने का एक और दिलचस्प तरीका है।

अब, इसे और कैसे सुधारें। अब दूसरे भाग की मैंने बात की, वह एक रेंगना था। क्योंकि उच्च तापमान वाले मिश्र धातुओं

को डिजाइन करने के लिए रेंगना भी महत्वपूर्ण घटना है। अब, यहां हम अनाज सीमा आबादी को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न प्रक्रिया के बारे

में बात करेंगे। कैसे? हम पारंपरिक कास्टिंग विधि द्वारा एक मिश्र धातु कास्ट कर सकते हैं।

हम कहते हैं कि हमने जो सुपरलैल का उपयोग किया है या किसी भी मिश्र धातु का उपयोग किया है, हम एक पारंपरिक कास्टिंग का उपयोग कर डाल सकते हैं, यह क्या करता है?

यह कुछ समान प्रकार के माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करेगा, एक समान माइक्रोस्ट्रक्चर जिसे आप एक मधुकोश संरचनाओं की तरह जानते हैं।

और इस समान संरचना का मतलब है, अनाज की सीमाएं काफी बड़ी हैं, और अगर हम इसे तनाव देते हैं, तो ऐसी सामग्री तो अनाज सीमा क्षेत्र में दरारें दिखाई देंगी।

यह लागू तनाव की दिशा के लिए सामान्य है, यह अपेक्षित है, लेकिन अगर हम दिशात्मक ठोसकरण के लिए जाते हैं, तो इसका मतलब है कि मेरे पास एक बड़ा टरबाइन ब्लेड

है, और ये दिशात्मक जमने के कारण अनाज हैं, यह एक ही अनाज है, हम मानते हैं। तो, योजनाबद्ध माइक्रोस्ट्रक्चर यहां दिखाया गया है।

तो, ये अनाज व्यक्तिगत अनाज हैं, और अनाज को एक ब्लेड में संरेखित किया जाता है, मार्ग से टिप तक; यह हमें एक ब्लेड का मार्ग बताता है, यह एक मार्ग से टिप तक है।

और उस मामले में कोई अनाज की सीमा नहीं है जो कि लागू प्रमुख के लिए सामान्य है। तो, हम कहते हैं कि तनाव को इस तरह से लागू किया जाता है, और रेंगने वाले जीवन

को बढ़ाया जा सकता है। क्योंकि अगर दरार को प्रकट करना है तो उसे यहाँ प्रकट होना है। तो, केवल इस तरह के मामले में, दरार दिखाई

देगी और शेष अनाज सीमाओं में एक बहुत छोटा तत्व होता है जो लागू तनाव के करीब सामान्य होता है और दरार शुरू करने के लिए।

तो, आप देख सकते हैं कि यह एक रेंगना तनाव है, और यह रेंगने का समय है। तो, पारंपरिक रूप से डाले गए मिश्र धातु के मामले में, प्रदर्शन प्रत्यक्ष

रूप से ठोस मिश्र धातुओं की तुलना में खराब है। तो, यहाँ हम एक बेहतर सेवा जीवन प्राप्त करते हैं; हालाँकि, दूसरे मामले में

हम एकल क्रिस्टल कास्टिंग के लिए जा सकते हैं। तो, उस मामले में कोई अनाज सीमा नहीं है। तो, पूरे टरबाइन ब्लेड केवल सिंगल क्रिस्टल

(single crystal) से बना है। यह एक एकल क्रिस्टल है, एक बीज क्रिस्टल का उपयोग करके, हम उन के प्रसंस्करण के विस्तार में जाएंगे।

तो, यहाँ कोई अनाज सीमा नहीं है। इसलिए, यदि हम कुछ तनाव लागू करते हैं, तो दरार बहुत मुश्किल हो जाएगा और कोई अनाज सीमा नहीं होगी।

तो, ये कोई अनाज सीमा प्रसार नहीं है, केवल अनाज शरीर प्रसार है। कुछ रेनियम जोड़कर इसे नियंत्रित किया जा सकता है।

तो, यह उच्चतम रेंगने वाले जीवन के लिए एक बहुत अच्छी सामग्री होगी। आप योजनाबद्ध रूप से यह भी देख सकते हैं कि मैंने आपको यहाँ दिखाया है कि

आपके पास किसी भी ठोस रूप से ठोस की तुलना में बहुत बड़ा समय है या हमें पारंपरिक रूप से मिश्र धातुओं को कहने दें। अब, पर्यावरणीय प्रतिरोध जैसे कुछ अन्य पहलू

हैं, जिनके बारे में हमने आंशिक रूप से बात की है; हालाँकि, क्षमता बढ़ाने के लिए हम मिश्र धातु तत्व का चयन कर सकते हैं।

आइए हम कुछ निकल आधारित मिश्र धातु पर एक नजर डालते हैं जिसे हम कुछ क्रोमियम या एल्यूमीनियम जोड़ना चाहते हैं। लोगों ने देखा कि कुछ अनुकूलित स्थिति

है कि क्या आप सतह पर ऑक्सीकरण या क्रोमियम के बाद सतह पर एल्यूमिना चाहते हैं। जैसे स्टेनलेस स्टील में आप पहले से ही क्रोमिया स्केल के बारे में जानते हैं

जो सतह को ऑक्सीकरण से बचाते हैं। तो, एक निकल बेस मिश्र धातु में इस क्रोमियम एकाग्रता या एल्यूमीनियम एकाग्रता कुछ आंतरिक ऑक्सीकरण से बचने के लिए समायोजित

किया जा सकता है। इसलिए, एलुमिना हमेशा कुछ प्रकार के सल्फर युक्त यौगिकों की उपस्थिति में दूषित वातावरण के दौरान ऑक्सीकरण वातावरण

और क्रोमिया के दौरान एक बेहतर सुरक्षा प्रदान करता है। तो, हम कहते हैं कि यदि हम एल्यूमिना सामग्री बढ़ाते हैं तो निकल बनाने के

बजाय, ऑक्साइड हमें शीर्ष पर ज्यादातर एल्यूमिना ऑक्साइड मिलेगा; जबकि, यदि हम क्रोमियम सामग्री बढ़ाते हैं तो हमें क्रोमिया मिलेगा, लेकिन कुछ सीमाएँ

हैं। तो, बुनियादी आवश्यकता यह है कि हमारे पास एक मिश्र धातु और ऑक्साइड स्केल है, यह एक मिश्र धातु और ऑक्साइड स्केल

है, जो एक एल्यूमीनियम सामग्री या क्रोमियम सामग्री पर निर्भर करेगा, यह दिलचस्प हिस्सा है। उसी समय कोई सोच सकता है कि उन्हें नमूना

सतह से चिपका होना चाहिए और एक बेहतर सुरक्षा प्रदान करना चाहिए। अन्यथा इसका कोई मतलब नहीं है, कैसे करें कि पैमाने का पालन करना महत्वपूर्ण

है। और हम पालन कर सकते हैं या हम पालन कर सकते हैं या किसी प्रकार की पिनिंग इफ़ेक्ट (pinning effect) द्वारा पालन में सुधार कर

सकते हैं। यह कैसे है? स्पॉलिंग से बचने के लिए, हम कुछ सक्रिय तत्वों जैसे कि सीरियम लैंथेनम या यट्रियम

का उपयोग कर सकते हैं। ये तत्व अपने ऑक्साइड बनाते हैं, और यह सक्रिय धातु ऑक्साइड इंटरफ़ेस पर मिश्र धातु को किसी प्रकार के यांत्रिक कुंजीयन प्रभाव द्वारा

ले जाता है और ऑक्साइड परत को बेस मिश्र धातु के साथ रखता है। और कि इन सक्रिय तत्वों में से किसी का उपयोग करने का एक बहुत ही लाभकारी प्रभाव है,

जैसे सेरियम और yttrium। अब, सिरेमिक उच्च तापमान अनुप्रयोग के लिए, 3 महत्वपूर्ण पहलू हैं जो किसी को क्षमता बढ़ाने के लिए विचार करना

चाहिए। एक चरण नियंत्रण है, एक अन्य दोष सहिष्णुता है, और एक अन्य थर्मल शॉक रेजिस्टेंस (thermal shock resistance) है।

उस स्थिति में, आपने देखा है कि सिरेमिक में बहु-चरण हो सकते हैं, और एक चरण ज्यादातर सिलिका की तरह होता है। तो, यह सिलिका कांचयुक्त हो सकती है या क्रिस्टलीय

हो सकती है। तो, ताकत मूल रूप से एक निश्चित तापमान पर, इस सिलिका के आयतन अंश पर निर्भर करती है, क्योंकि यदि सिलिका कांच के रूपों में

है, तो उनकी ताकत क्रिस्टलीय रूप से भिन्न होगी। तो, उच्च तापमान अनुप्रयोग के लिए क्षमता बढ़ाने के लिए हम चरणों की मात्रा को नियंत्रित कर सकते हैं।

अब, चूंकि सिरेमिक के मामले में दोष सहिष्णुता बहुत कम है, इसलिए हमारे पास बहुत कम, फ्रैक्चर टफनेस (fracture toughness) , या बहुत कम प्रक्रिया क्षेत्र का आकार

है। इसलिए, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान या किसी अन्य मैकेनिकल ऑपरेशन को आकार देने या बनाने के दौरान, स्थानीय तनाव वितरण

समरूप रूप से नहीं होता है, जिससे सामग्री में तनाव एकाग्रता हो जाएगी, और इसके उपयोग के दौरान सामग्री विफल हो जाती है। इसलिए, इसका समाधान होना चाहिए कि हम

ऐसा कैसे करें, जैसे ट्रांसफॉर्मेशन टफनिंग (transformation toughening) करना। एक सिरेमिक है और हम कुछ चरण को शामिल करते हैं जो सदमे को बदल देगा और अवशोषित

करेगा, और तनाव को अवशोषित करेगा। अब, दूसरा बिंदु थर्मल शॉक प्रतिरोध है। इसका मतलब है, अगर हम एक सिरेमिक सामग्री पर गर्मी लागू करते हैं, क्योंकि सिरेमिक

की कंडक्टिवित्य (conductivity) धातु के रूप में इतनी अधिक नहीं है, एक तापमान ढाल है जो सामग्री को विफल करने का कारण होगा।

ऐसे मामले में, सिरेमिक प्लास्टिक डेफोर्मेशन (plastic deformation) और सदमे प्रतिरोध के दौरान थर्मल तनाव को फिर से वितरित नहीं कर सकता है।

इसलिए, यहां यह महत्वपूर्ण मानदंड है कि लोगों को पता चला है कि तापमान अंतर जो सदमे प्रतिरोध की तरह ΔT है कि हम कैसे अनुमान लगा सकते हैं कि एक सामग्री का एक फ्रैक्चर स्ट्रेस

(fracture stress), पाइजन रेसिओ (Poissons ratio), ई यंग का मापांक है और α एक गुणांक है थर्मल विस्तार आपको दे देगा कि कितना थर्मल शॉक प्रतिरोध सिरेमिक प्रदान कर सकता है।

ऐसे मामले में, मैं आपको 3 अलग-अलग सिरेमिक दिखाता हूं, जैसे एल्यूमिना सिलिकॉन नाइट्राइड या ज़िरकोनिया या हमें लिथियम एल्यूमीनियम सिलिकेट कहते हैं, जहां लिथियम एल्यूमीनियम

सिलिकेट(lithium aluminium silicate) के लिए ΔT सबसे अधिक है। इसलिए, कुछ पैरामीटर का उपयोग करके हम अनुमान लगा सकते हैं कि कौन सी सामग्री

हमें बेहतर सेवा जीवन प्रदान करेगी। इसलिए, इसके साथ आज हम अपनी चर्चा समाप्त करते हैं। और हम अगली कक्षा में हाई टेम्परेचर

मैटेरियल्स (High temperature materials) के अन्य पहलू को जारी रखेंगे। आपका बहुत बहुत धन्यवाद।