अलौह धातुओं की ढलाई

लौह धातुओं का उनकी श्रेष्ठता, यांत्रिक गुणों की सीमा और कम लागत के कारण इंजीनियरिंग उद्योग में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। फिर भी, आम तौर पर उच्च लागत के बावजूद, अलौह धातुओं का उपयोग लौह मिश्र धातुओं की तुलना में उनके विशिष्ट गुणों के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है। इन मिश्र धातुओं में वांछित यांत्रिक गुण कार्य सख्तीकरण, आयु सख्तीकरण आदि द्वारा प्राप्त किए जा सकते हैं, लेकिन लौह मिश्र धातुओं के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य ताप उपचार प्रक्रियाओं के माध्यम से नहीं। रुचि की कुछ प्रमुख अलौह सामग्री एल्यूमीनियम, तांबा, जस्ता और मैग्नीशियम हैं

1. एल्यूमिनियम

सभी अलौह मिश्रधातुओं में से एल्युमीनियम और इसकी मिश्रधातु अपने उत्कृष्ट गुणों के कारण सबसे महत्वपूर्ण हैं। शुद्ध एल्यूमीनियम के कुछ गुण जिनके लिए इसका उपयोग इंजीनियरिंग उद्योग में किया जाता है:

• 1) उत्कृष्ट तापीय चालकता (0.53 cal/cm/C)
• 2) उत्कृष्ट विद्युत चालकता (376 600/ओम/सेमी)
• 3) कम द्रव्यमान घनत्व (2.7 ग्राम/सेमी)
• 4) निम्न गलनांक (658C)
• 5) उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध
• 6) यह नॉनटॉक्सिक है.
• 7) इसमें उच्चतम परावर्तनशीलता (85 से 95%) और बहुत कम उत्सर्जन क्षमता (4 से 5%) है।
• 8) यह बहुत नरम और लचीला है जिसके परिणामस्वरूप इसमें बहुत अच्छे विनिर्माण गुण हैं।

कुछ अनुप्रयोग जहां शुद्ध एल्यूमीनियम का उपयोग आम तौर पर किया जाता है वे विद्युत कंडक्टर, रेडिएटर फिन सामग्री, एयर कंडीशनिंग इकाइयां, ऑप्टिकल और प्रकाश रिफ्लेक्टर, और फ़ॉइल और पैकेजिंग सामग्री में होते हैं।

उपरोक्त उपयोगी अनुप्रयोगों के बावजूद, निम्नलिखित समस्याओं के कारण शुद्ध एल्यूमीनियम का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है:

• 1) इसमें कम तन्यता ताकत (65 एमपीए) और कठोरता (20 बीएचएन) है
• 2. वेल्ड या सोल्डर करना बहुत कठिन है।

मिश्रधातु द्वारा एल्यूमीनियम के यांत्रिक गुणों में काफी सुधार किया जा सकता है। उपयोग किए जाने वाले प्रमुख मिश्रधातु तत्व तांबा, मैंगनीज, सिलिकॉन, निकल और जस्ता हैं।

एल्युमीनियम और तांबा रासायनिक यौगिक CuAl2 बनाते हैं। 548 C के तापमान से ऊपर यह तरल एल्यूमीनियम में पूरी तरह से घुल जाता है। जब इसे बुझाया जाता है और कृत्रिम रूप से वृद्ध किया जाता है (लंबे समय तक 100 - 150C पर रखा जाता है), तो एक कठोर मिश्र धातु प्राप्त होती है। CuAl2, जो पुराना नहीं है, के पास एल्यूमीनियम और तांबे के ठोस घोल से अवक्षेपित होने का समय नहीं है और इस प्रकार यह अस्थिर स्थिति में है (कमरे के तापमान पर अति-संतृप्त)। उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में CuAl2 के बहुत महीन कण अवक्षेपित होते हैं, जो मिश्र धातु को मजबूत बनाते हैं। इस प्रक्रिया को सॉल्यूशन हार्डनिंग कहा जाता है।

उपयोग किए जाने वाले अन्य मिश्रधातु तत्व 7% तक मैग्नीशियम, 1.5% तक मैंगनीज, 13% तक सिलिकॉन, 2% तक निकल, 5% तक जस्ता और 1.5% तक लौह हैं। इनके अलावा, टाइटेनियम, क्रोमियम और कोलंबियम को भी छोटे प्रतिशत में जोड़ा जा सकता है। स्थायी मोल्डिंग और डाई कास्टिंग में उपयोग किए जाने वाले कुछ विशिष्ट एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की संरचना उनके अनुप्रयोगों के साथ तालिका 2.10 में दी गई है। स्थायी साँचे या प्रेशर डाई कास्टिंग का उपयोग करके इन सामग्रियों को ढालने के बाद इनसे अपेक्षित यांत्रिक गुण तालिका 2.1 में दिखाए गए हैं

2. तांबा

एल्युमीनियम के समान, शुद्ध तांबे का भी इसके निम्नलिखित गुणों के कारण व्यापक उपयोग होता है

• 1) शुद्ध तांबे की विद्युत चालकता अपने शुद्धतम रूप में उच्च (5.8 x 105 /ओम/सेमी) होती है। कोई भी छोटी अशुद्धता चालकता को काफी कम कर देती है। उदाहरण के लिए, 0.1% फॉस्फोरस चालकता को 40% तक कम कर देता है।
• 2) इसकी तापीय चालकता बहुत अधिक है (0.92 cal/cm/C)
• 3) यह एक भारी धातु है (विशिष्ट गुरुत्व 8.93)
• 4) इसे टांककर आसानी से एक साथ जोड़ा जा सकता है
• 5) यह संक्षारण का प्रतिरोध करता है,
• 6) इसका रंग मनभावन है.

शुद्ध तांबे का उपयोग बिजली के तार, बस बार, ट्रांसमिशन केबल, रेफ्रिजरेटर ट्यूबिंग और पाइपिंग के निर्माण में किया जाता है।

शुद्धतम अवस्था में तांबे के यांत्रिक गुण बहुत अच्छे नहीं होते हैं। यह मुलायम और अपेक्षाकृत कमज़ोर होता है। यांत्रिक गुणों में सुधार के लिए इसे लाभप्रद रूप से मिश्रित किया जा सकता है। उपयोग किए जाने वाले मुख्य मिश्रधातु तत्व जस्ता, टिन, सीसा और फॉस्फोरस हैं।

तांबा और जस्ता की मिश्रधातु को पीतल कहा जाता है। 39% तक जस्ता सामग्री के साथ, तांबा एकल चरण (α-चरण) संरचना बनाता है। ऐसी मिश्रधातुओं में उच्च लचीलापन होता है। मिश्रधातु का रंग 20% जिंक की मात्रा तक लाल रहता है, लेकिन उसके बाद यह पीला हो जाता है। β-चरण नामक दूसरा संरचनात्मक घटक 39 से 46% जस्ता के बीच दिखाई देता है। यह वास्तव में अंतर-धात्विक यौगिक CuZn है जो बढ़ी हुई कठोरता के लिए जिम्मेदार है। थोड़ी मात्रा में मैंगनीज और निकल मिलाने पर पीतल की ताकत और बढ़ जाती है।

टिन के साथ तांबे की मिश्र धातु को कांस्य कहा जाता है। टिन की मात्रा में कमी के साथ कांस्य की कठोरता और ताकत बढ़ जाती है। 5 से ऊपर टिन प्रतिशत में वृद्धि के साथ लचीलापन भी कम हो जाता है। जब एल्यूमीनियम भी जोड़ा जाता है (4 से 11%), तो परिणामी मिश्र धातु को एल्यूमीनियम कांस्य कहा जाता है, जिसमें काफी अधिक संक्षारण प्रतिरोध होता है। टिन की उपस्थिति के कारण पीतल तुलनात्मक रूप से महंगा होता है, जो एक महंगी धातु है।

3. अन्य अलौह धातुएँ

जस्ता

जिंक का उपयोग मुख्य रूप से इंजीनियरिंग में इसके कम पिघलने के तापमान (419.4 C) और उच्च संक्षारण प्रतिरोध के कारण किया जाता है, जो जिंक की शुद्धता के साथ बढ़ता है। संक्षारण प्रतिरोध सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड कोटिंग के गठन के कारण होता है। जस्ता का प्रमुख अनुप्रयोग स्टील को जंग से बचाने के लिए गैल्वनाइजिंग, मुद्रण उद्योग और डाई कास्टिंग में होता है।

जिंक के नुकसान विकृत परिस्थितियों में प्रदर्शित होने वाली मजबूत अनिसोट्रॉपी, उम्र बढ़ने की स्थिति में आयामी स्थिरता की कमी, कम तापमान पर प्रभाव शक्ति में कमी और अंतर-दानेदार जंग की संवेदनशीलता हैं। इसका उपयोग 95.C के तापमान से ऊपर की सेवा के लिए नहीं किया जा सकता क्योंकि इससे तन्य शक्ति और कठोरता में काफी कमी आएगी।

डाई कास्टिंग में इसका व्यापक उपयोग इसलिए होता है क्योंकि इसमें कम दबाव की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अन्य डाई कास्टिंग मिश्र धातुओं की तुलना में डाई जीवन अधिक होता है। इसके अलावा, इसकी मशीनेबिलिटी बहुत अच्छी है। जिंक डाइकास्टिंग द्वारा प्राप्त फिनिश अक्सर किसी भी आगे की प्रक्रिया की गारंटी देने के लिए पर्याप्त होती है, सिवाय पार्टिंग प्लेन में मौजूद फ्लैश को हटाने के।

मैगनीशियम

अपने हल्के वजन और अच्छी यांत्रिक शक्ति के कारण, मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का उपयोग बहुत तेज़ गति में किया जाता है। समान कठोरता के लिए, मैग्नीशियम मिश्र धातुओं को C25 स्टील के वजन का केवल 37. 2% की आवश्यकता होती है, जिससे वजन में बचत होती है। उपयोग किए जाने वाले दो प्रमुख मिश्र धातु तत्व एल्यूमीनियम और जस्ता हैं। मैग्नीशियम मिश्र धातु को रेत से ढाला जा सकता है, स्थायी रूप से ढाला जा सकता है या डाई कास्ट किया जा सकता है। रेत-कास्ट मैग्नीशियम मिश्र धातु घटकों के गुण स्थायी मोल्ड कास्ट या डाई-कास्ट घटकों के साथ तुलनीय हैं। डाई-कास्टिंग मिश्र धातुओं में आम तौर पर तांबे की मात्रा अधिक होती है ताकि लागत कम करने के लिए उन्हें द्वितीयक धातुओं से बनाया जा सके। इनका उपयोग ऑटोमोबाइल पहियों, क्रैंक केस आदि बनाने के लिए किया जाता है। सामग्री जितनी अधिक होगी, मैग्नीशियम-निर्मित मिश्र धातु जैसे लुढ़का और जाली घटकों की यांत्रिक शक्ति उतनी ही अधिक होगी। अधिकांश पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं द्वारा मैग्नीशियम मिश्र धातुओं को आसानी से वेल्ड किया जा सकता है। मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का एक बहुत ही उपयोगी गुण उनकी उच्च मशीनीकरण क्षमता है। उन्हें कम कार्बन स्टील की तुलना में मशीनिंग के लिए केवल 15% बिजली की आवश्यकता होती है।