اعلی درجہ حرارت کا مرکب کیا ہے؟

اعلی درجہ حرارت والے مرکب دھاتوں کو تین قسم کے مواد میں تقسیم کیا گیا ہے: 760 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریل، 1200 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریلز اور 1500 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریلز، جس کی ٹینسائل طاقت 800MPa ہے۔ دوسرے لفظوں میں، اس سے مراد اعلی درجہ حرارت والے دھاتی مواد ہیں جو 760--1500 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت پر اور مخصوص حالات میں طویل عرصے تک کام کرتے ہیں۔ ان میں بہترین اعلی درجہ حرارت کی طاقت، آکسیکرن اور گرم سنکنرن کے خلاف اچھی مزاحمت، اچھی تھکاوٹ کی کارکردگی، فریکچر کی سختی اور دیگر جامع خصوصیات ہیں۔ یہ فوجی اور سویلین گیس ٹربائن انجنوں کے ہاٹ اینڈ پرزوں کے لیے ایک ناقابل تبدیلی کلیدی مواد بن گیا ہے۔

ہائی ٹمپریچر مین اللوائیز کا استعمال ہائی ٹمپریچر اجزاء جیسے ٹربائن بلیڈ، بلیڈ، ٹربائن ڈسکس، ہائی پریشر گیس ٹربائن ڈسکس اور ہوا بازی، بحری اور صنعتی گیس ٹربائنز کے لیے کمبشن چیمبرز بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ وہ ایرو اسپیس گاڑیاں، راکٹ انجن، جوہری ری ایکٹر، پیٹرو کیمیکل آلات اور کوئلہ بنانے کے لیے بھی استعمال ہوتے ہیں۔ تبادلوں اور دیگر توانائی کے تبادلوں کے آلات.

1930 کی دہائی کے آخر سے، برطانیہ، جرمنی، ریاستہائے متحدہ اور دیگر ممالک نے اعلی درجہ حرارت کے مرکب کا مطالعہ کرنا شروع کر دیا ہے۔ دوسری جنگ عظیم کے دوران، نئے ایرو اسپیس انجنوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، اعلی درجہ حرارت کے مرکب دھاتوں کی تحقیق اور استعمال نے بھرپور ترقی کی۔ 1940 کی دہائی کے اوائل میں، برطانیہ نے سب سے پہلے 80Ni-20کروڑ مرکب میں ایلومینیم اور ٹائٹینیم کی تھوڑی مقدار شامل کی تاکہ مضبوطی کے لیے ایک مرحلہ بنایا جا سکے، اور اعلی درجہ حرارت کی طاقت کے ساتھ نکل پر مبنی پہلا مرکب تیار کیا۔ اسی عرصے کے دوران، پسٹن ایرو انجنوں کے لیے ٹربو چارجرز کی ترقی کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، ریاست ہائے متحدہ امریکہ نے بلیڈ بنانے کے لیے وائٹالیم کوبالٹ پر مبنی مرکبات کا استعمال شروع کیا۔

اس کے علاوہ، امریکہ نے جیٹ انجنوں کا کمبشن چیمبر بنانے کے لیے انکونل نکل پر مبنی مرکب بھی تیار کیا ہے۔ بعد میں، مصر دات کی اعلی درجہ حرارت کی طاقت کو مزید بہتر بنانے کے لیے، ماہرین دھاتوں نے نکل پر مبنی مرکب میں ٹنگسٹن، مولبڈینم، کوبالٹ اور دیگر عناصر شامل کیے، ایلومینیم اور ٹائٹینیم کے مواد میں اضافہ کیا، اور مرکب برانڈز کی ایک سیریز تیار کی، جیسے برطانوی "Nimonic"، امریکی "Mar-M" اور "IN"، وغیرہ؛ کوبالٹ پر مبنی مرکب دھاتوں میں، نکل اور ٹنگسٹن جیسے عناصر کو مختلف قسم کے اعلی درجہ حرارت والے مرکب تیار کرنے کے لیے شامل کیا جاتا ہے، جیسے کہ X-45، HA-188، FSX-414، وغیرہ۔ کوبالٹ وسائل کی کمی کی وجہ سے، کوبالٹ پر مبنی سپراللویز کی ترقی محدود ہے۔

1940 کی دہائی میں، لوہے پر مبنی سپر اللویز بھی تیار کی گئیں۔ 1950 کی دہائی میں، A-286 اور Incoloy901 جیسے برانڈز نمودار ہوئے۔ تاہم، خراب اعلی درجہ حرارت کے استحکام کی وجہ سے، 1960 کی دہائی سے ترقی سست رہی ہے۔ سوویت یونین نے 1950 کے آس پاس "ЭИ" برانڈ کے نکل پر مبنی سپر ایلوئے تیار کرنا شروع کیا، اور بعد میں "ЭП" سیریز کے ڈیفارمڈ سپر ایلوئیز اور ЖС سیریز کاسٹ سپر ایلوئے تیار کیے۔ چین نے 1956 میں اعلی درجہ حرارت والے مرکب دھاتوں کی آزمائشی پیداوار شروع کی، اور دھیرے دھیرے بگڑے ہوئے سپر ایلویوں کی "GH" سیریز اور کاسٹ سپر ایلویوں کی "K" سیریز تشکیل دی۔ 1970 کی دہائی میں، ریاستہائے متحدہ نے دشاتمک کرسٹلائزڈ بلیڈز اور پاؤڈر میٹالرجی ٹربائن ڈسکوں کی تیاری کے لیے نئے پیداواری عمل کا بھی استعمال کیا، اور ہوائی جہاز کے انجن ٹربائن کے اندر جانے والے درجہ حرارت کی بڑھتی ہوئی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے اعلی درجہ حرارت کے مرکب اجزاء جیسے سنگل کرسٹل بلیڈ تیار کیے۔

اب تک، تمام ممالک نئے اعلی درجہ حرارت کے مرکب دھاتوں پر تحقیق کر رہے ہیں، مسلسل کامیابیاں، اختراعات، اور درخواست کے شعبوں کو بڑھا رہے ہیں۔ جدید صنعت کی ترقی میں، وہ واضح طور پر ایک ناگزیر مرکب مواد بن گئے ہیں.

(1) لوہے پر مبنی اعلی درجہ حرارت کا مرکب

لوہے پر مبنی اعلی درجہ حرارت والے مرکب کو گرمی سے بچنے والے مرکب اسٹیل بھی کہا جاسکتا ہے۔ اس کا میٹرکس Fe عنصر ہے، جس میں تھوڑی مقدار میں Ni، Cr اور دیگر مرکب عناصر شامل کیے گئے ہیں۔ گرمی سے بچنے والے مرکب اسٹیل کو اس کی معمول کی ضروریات کے مطابق مارٹینائٹ، آسٹنائٹ، پرلائٹ، فیرائٹ گرمی مزاحم اسٹیل وغیرہ میں تقسیم کیا جاسکتا ہے۔

(2) نکل پر مبنی اعلی درجہ حرارت کا مرکب

نکل پر مبنی اعلی درجہ حرارت کے مرکب میں نصف سے زیادہ نکل ہوتے ہیں اور یہ 1000 ڈگری سے اوپر کام کرنے والے حالات کے لیے موزوں ہیں۔ ٹھوس حل اور عمر رسیدہ پروسیسنگ کا استعمال کرتے ہوئے، رینگنے کی مزاحمت اور کمپریسیو پیداوار کی طاقت کو بہت بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ فی الحال، اعلیٰ درجہ حرارت والے ماحول میں استعمال ہونے والے سپر الائیز کے تجزیے کی بنیاد پر، نکل پر مبنی سپر الائیز کے استعمال کا دائرہ لوہے پر مبنی اور کوبالٹ پر مبنی سپر ایللویز کے استعمال سے کہیں زیادہ ہے۔ ایک ہی وقت میں، نکل پر مبنی ہائی ٹمپریچر ملاوٹ بھی میرے ملک میں سب سے زیادہ پیداوار اور سب سے زیادہ استعمال کے ساتھ ہائی ٹمپریچر ملاوٹ ہے۔ بہت سے ٹربائن انجن ٹربائن بلیڈ اور کمبشن چیمبرز، اور یہاں تک کہ ٹربو چارجر بھی تیاری کے مواد کے طور پر نکل پر مبنی مرکب استعمال کرتے ہیں۔ نصف صدی سے زائد عرصے سے، ایرو اسپیس انجنوں میں استعمال ہونے والے اعلی درجہ حرارت والے مواد کی اعلی درجہ حرارت کی صلاحیتیں 1940 کی دہائی کے آخر میں 750 ڈگری سے بڑھ کر 1990 کی دہائی کے آخر میں 1200 ڈگری تک پہنچ گئی ہیں۔ یہ کہا جانا چاہئے کہ اس بہت بڑی بہتری نے معدنیات سے متعلق عمل، سطح کی ملمع کاری وغیرہ میں تیزی سے ترقی کو بھی فروغ دیا ہے۔

(3) کوبالٹ پر مبنی اعلی درجہ حرارت کا مرکب

کوبالٹ پر مبنی اعلی درجہ حرارت کے مرکب کوبالٹ کو میٹرکس کے طور پر استعمال کرتے ہیں، اور کوبالٹ کا مواد تقریباً 60 فیصد ہے۔ ایک ہی وقت میں، اعلی درجہ حرارت والے مرکب کی گرمی کی مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے Cr اور Ni جیسے عناصر کو شامل کرنے کی ضرورت ہے۔ اگرچہ اس اعلی درجہ حرارت کے مرکب میں گرمی کی مزاحمت بہتر ہے، مختلف ممالک کی وجہ سے کوبالٹ کے وسائل کی پیداوار نسبتاً کم ہے اور پروسیسنگ مشکل ہے، اس لیے مقدار زیادہ نہیں ہے۔ یہ عام طور پر اعلی درجہ حرارت کے حالات (600 ~ 1000 ڈگری) اور اعلی درجہ حرارت والے حصوں میں استعمال ہوتا ہے جو طویل عرصے تک انتہائی پیچیدہ دباؤ کا شکار ہوتے ہیں، جیسے ایرو انجن کے کام کرنے والے بلیڈ، ٹربائن ڈسک، دہن کے چیمبروں کے گرم آخر والے اجزاء، اور ایرو اسپیس انجن. گرمی کی بہتر مزاحمت حاصل کرنے کے لیے، عام حالات میں، تیاری کے دوران W، MO، Ti، Al، اور Co جیسے عناصر کو شامل کیا جانا چاہیے تاکہ اس کی اعلیٰ گرمی کی مزاحمت اور تھکاوٹ کی مزاحمت کو یقینی بنایا جا سکے۔

مصر کی مضبوطی کی قسم کے مطابق، اعلی درجہ حرارت کے مرکب کو ٹھوس حل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، اعلی درجہ حرارت کے مرکب کو مضبوط بنایا جاتا ہے اور عمر کی ورن کو مضبوط بنایا جاتا ہے.

(1) ٹھوس حل مضبوط قسم

نام نہاد ٹھوس محلول کو مضبوط بنانے والی قسم یہ ہے کہ سنگل فیز آسٹنائٹ ڈھانچہ بنانے کے لیے لوہے، نکل یا کوبالٹ پر مبنی اعلی درجہ حرارت کے مرکب میں کچھ مرکب عناصر شامل کیے جائیں۔ محلول ایٹم ٹھوس محلول میٹرکس جالی کو مسخ کرتے ہیں، جو ٹھوس محلول میں پرچی مزاحمت کو بڑھاتا ہے اور اسے مضبوط کرتا ہے۔ کچھ محلول ایٹم مصر کے نظام کی اسٹیکنگ فالٹ انرجی کو کم کر سکتے ہیں، ڈس لوکیشن سڑنے کے رجحان کو بڑھا سکتے ہیں، کراس سلپ کو مشکل بنا سکتے ہیں، اور اعلی درجہ حرارت والے مرکب کو مضبوط بنانے کے مقصد کو حاصل کرنے کے لیے مرکب کو مضبوط بنا سکتے ہیں۔

(2) عمر رسیدہ ورن کو مضبوط کرنا

نام نہاد عمر کی ترسیب کو مضبوط کرنا گرمی کے علاج کا ایک عمل ہے جس میں مصر دات کی ورک پیس ٹھوس محلول کے علاج سے گزرتی ہے، ٹھنڈے پلاسٹک کی خرابی سے گزرتی ہے، اور اس کی خصوصیات کو برقرار رکھنے کے لیے اسے زیادہ درجہ حرارت یا کمرے کے درجہ حرارت پر رکھا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر: GH4169 الائے میں 650 ڈگری پر زیادہ سے زیادہ پیداوار کی طاقت 1000MPa ہے، اور بلیڈ بنانے کے لیے مرکب کا درجہ حرارت 950 ڈگری تک پہنچ سکتا ہے۔

مواد کی تشکیل کے طریقوں سے تقسیم: کاسٹ اعلی درجہ حرارت کے مرکب (بشمول عام معدنیات سے متعلق مرکب، واحد کرسٹل مرکب، دشاتمک مرکب، وغیرہ)، خراب شدہ اعلی درجہ حرارت کے مرکب، اور پاؤڈر دھات کاری اعلی درجہ حرارت کے مرکب (بشمول عام پاؤڈر دھات کاری اور آکسائڈ بازی- اعلی درجہ حرارت کے مرکب کو مضبوط بنایا)۔

(1) معدنیات سے متعلق اعلی درجہ حرارت مصر

الائے مواد جو پرزوں کو براہ راست تیار کرنے کے لیے معدنیات سے متعلق طریقوں کا استعمال کرتے ہیں انہیں کاسٹ ہائی ٹمپریچر الائے کہا جاتا ہے۔ الائے میٹرکس کی ساخت کے مطابق، اسے تین اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: آئرن پر مبنی کاسٹنگ سپر الائے، نکل بیسڈ کاسٹنگ سپر الائے اور ڈائمنڈ بیسڈ کاسٹنگ سپر الائے۔ کرسٹلائزیشن کے طریقہ کار کے مطابق، اسے چار اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پولی کرسٹل لائن کاسٹ سپرالائے، دشاتمک سالڈیفیکیشن کاسٹ سپرالائے، دشاتمک یوٹیکٹک کاسٹ سپرالائے اور سنگل کرسٹل کاسٹ سپرالائے۔

(2) اعلی درجہ حرارت کھوٹ درست شکل

یہ اب بھی ایرو اسپیس انجنوں میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا مواد ہے اور اندرون و بیرون ملک وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ میرے ملک کی بگڑی ہوئی سپر الائیز کی سالانہ پیداوار ریاستہائے متحدہ کی سالانہ پیداوار کا تقریباً 1/8 ہے [2]۔ مثال کے طور پر GH4169 مرکب کو لے کر، یہ ملک اور بیرون ملک سب سے زیادہ ایپلی کیشنز کے ساتھ اہم قسم ہے۔ میرے ملک میں، بولٹ، کمپریسر اور پہیے، اور ٹربو شافٹ انجنوں کے آئل سلنگ پین بنیادی طور پر مین پرزوں کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ جیسے جیسے دیگر مرکب مصنوعات تیزی سے پختہ ہوتی جاتی ہیں، اعلی درجہ حرارت پر اخترتی ہوتی ہے۔ مرکب دھاتوں کا استعمال بتدریج کم ہو سکتا ہے لیکن آنے والی دہائیوں میں غالب رہے گا۔

(3) نیا اعلی درجہ حرارت کھوٹ

پاؤڈر اعلی درجہ حرارت کے مرکب، ٹائٹینیم-ایلومینیم انٹرمیٹالک مرکبات، آکسائڈ بازی سے مضبوط اعلی درجہ حرارت کے مرکب، سنکنرن مزاحم اعلی درجہ حرارت کے مرکب، پاؤڈر میٹالرجی اور نینو میٹریل اور دیگر مصنوعات کے حصے شامل ہیں۔

①پاؤڈر سپراللویز کی تیسری نسل کی ملاوٹ کی ڈگری کو بہتر بنایا گیا ہے، جس سے یہ پہلی دو نسلوں کے فوائد کو مدنظر رکھ کر زیادہ طاقت اور کم نقصان حاصل کر سکتا ہے۔ پاؤڈر superalloys کی پیداوار کا عمل تیزی سے بالغ ہوتا جا رہا ہے. مستقبل میں، اسے درج ذیل پہلوؤں سے تیار کیا جا سکتا ہے: پاؤڈر کی تیاری، گرمی کے علاج کا عمل، کمپیوٹر سمولیشن ٹیکنالوجی، دوہری کارکردگی والی پاؤڈر ڈسک؛

②Titanium-aluminium intermetallic مرکبات کو چوتھی نسل تک تیار کیا گیا ہے، اور بتدریج کثیر عنصر مائیکرو عنصر اور بڑے عنصر مائیکرو عنصر کی دو سمتوں میں پھیل رہے ہیں۔ جرمنی میں ہیمبرگ یونیورسٹی، جاپان کی کیوٹو یونیورسٹی، اور جرمنی میں جی کے ایس ایس سینٹر سبھی نے ٹائٹینیم پر وسیع تحقیق کی ہے۔ ایلومینیم انٹر میٹالک مرکبات اب جہاز سازی، بائیو میڈیکل اور کھیلوں کے سامان کے شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔

③ آکسائیڈ ڈسپریشن کو مضبوط بنانے والے سپر ایللوز پاؤڈر سپر ایلوائیز کا حصہ ہیں۔ پیداوار اور ترقی کے تحت تقریبا 20 اقسام ہیں. ان میں اعلی درجہ حرارت کی طاقت اور کم تناؤ کے گتانک ہوتے ہیں اور یہ گیس ٹربائنز، جدید ایرو اسپیس انجن وغیرہ کے گرمی سے بچنے والے اور اینٹی آکسیڈیشن اجزاء میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ پیٹرو کیمیکل ری ایکٹر وغیرہ۔

④ سنکنرن مزاحم اعلی درجہ حرارت کے مرکب بنیادی طور پر تعمیراتی اور ایرو اسپیس کے شعبوں میں ریفریکٹری مواد اور گرمی سے بچنے والے اسٹیل کو تبدیل کرنے کے لئے استعمال ہوتے ہیں۔

NiTi میموری الائے پلیٹ

میڈیکل نائٹینول وائر