एलएनजी और एयरोस्पेस सेवा के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु के क्रायोजेनिक गुण

एल्यूमीनियम मिश्र धातु कुछ संरचनात्मक धातुओं में से हैं जो तापमान पूर्ण शून्य की ओर गिरने पर अधिक भंगुर होने के बजाय मजबूत हो जाते हैं। यह व्यवहार उन्हें तरलीकृत प्राकृतिक गैस रोकथाम, वायु पृथक्करण कॉलम, सुपरकंडक्टिंग चुंबक संरचनाओं और क्रायोजेनिक परीक्षण रिग के लिए डिफ़ॉल्ट विकल्प बनाता है, जहां स्टील को प्रभाव {{1}परीक्षण ग्रेड और सावधानीपूर्वक संक्रमण {{2}तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होगी। इसका कारण क्रिस्टल संरचना में निहित है और जिस तरह से तापीय ऊर्जा लगभग अनुपस्थित होने पर अव्यवस्थाएं चलती हैं।

कम तापमान पर फलक-केन्द्रित घन संरचना क्यों मायने रखती है

एल्युमीनियम में बारह स्लिप प्रणालियों के साथ एक फलक केन्द्रित घन जाली होती है, और यह शरीर केन्द्रित घन स्टील्स में पाए जाने वाले प्रकार का कोई तन्य {{1} से {{2} भंगुर संक्रमण नहीं दिखाती है। तापमान कम करने से अव्यवस्थाओं को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक तनाव बढ़ जाता है, जबकि उपलब्ध स्लिप सिस्टम की संख्या अपरिवर्तित रहती है, इसलिए सामग्री प्लास्टिक रूप से विकृत होने की क्षमता खोए बिना कठोर हो जाती है। यही कारण है कि एक एल्यूमीनियम घटक को फेरिटिक स्टील के साथ होने वाली कठोरता के अचानक नुकसान के बिना तरल नाइट्रोजन या तरल हीलियम में बुझाया जा सकता है।

एल्युमीनियम की उच्च तापीय चालकता एक ही दिशा में काम करती है: यह एक घटक के माध्यम से गर्मी को समान रूप से वितरित करती है, स्थानीय थर्मल ग्रेडिएंट को सीमित करती है जो अन्यथा पोत की दीवार या समर्थन स्ट्रट में उच्च माध्यमिक तनाव उत्पन्न करती है।

यांत्रिक संपत्ति का रुझान -150 डिग्री से नीचे

तापमान -150 डिग्री से नीचे जाने पर अधिकांश एल्युमीनियम मिश्र धातुएं तन्य हो जाती हैं और ताकत पैदा कर देती हैं, जबकि बढ़ाव या तो बढ़ जाता है या अनिवार्य रूप से स्थिर रहता है क्योंकि अव्यवस्था की गति दब जाती है और विरूपण स्थानीयकरण के बजाय जाली के माध्यम से फैलता है।

5xxx और 1xxx परिवारों में सबसे बड़े सापेक्ष लाभ के साथ, तरल हीलियम तापमान तक तन्य शक्ति उत्तरोत्तर बढ़ती जाती है।

बढ़ाव को बरकरार रखा जाता है या सुधार किया जाता है; उदाहरण के लिए मिश्रधातु 5083 -269 डिग्री पर 20% से अधिक बढ़ाव बनाए रखता है।

पायदान संवेदनशीलता कम हो जाती है, इसलिए नोकदार तन्य नमूने कमरे के तापमान की तुलना में चिकने नमूनों के सापेक्ष कम दंड दिखाते हैं।

गंभीर थर्मल साइक्लिंग के तहत थकान दरार की वृद्धि तेज हो सकती है, इसलिए चक्रीय रूप से लोड किए गए क्रायोजेनिक घटकों के लिए थर्मल थकान मूल्यांकन आवश्यक है।

फ्रैक्चर क्रूरता उच्च बनी हुई है, जो वह संपत्ति है जो मिश्र धातु परिवार को रोकथाम सेवा के लिए योग्य बनाती है।

क्रायोजेनिक तापमान पर धातुकर्म परिवर्तन

दिलचस्प बदलाव संरचनात्मक के बजाय थर्मोडायनामिक हैं। तापमान कम होने पर मैग्नीशियम जैसे मिश्रधातु तत्वों की घुलनशीलता तेजी से गिरती है, इसलिए कोई भी घुला हुआ पदार्थ अपनी संतुलन सीमा से बहुत ऊपर होता है। हालाँकि, प्रसार प्रभावी ढंग से जम जाता है, इसलिए वर्षा का सख्त होना आगे नहीं बढ़ पाता है और सेवा के दौरान अधिक उम्र बढ़ने नहीं लगती है। व्यावहारिक प्रभाव हैं:

विलेय परमाणुओं में अव्यवस्थाएं बनी रहती हैं, जो उपज शक्ति बढ़ने का एक कारण है।

प्रसार और पुनर्प्राप्ति सहित प्रसार -नियंत्रित प्रक्रियाएं लगभग पूरी तरह से दबा दी गई हैं।

शरीर-केन्द्रित घन धातुओं के विपरीत, कोई तन्य {{0} से {{1} भंगुर संक्रमण नहीं होता है।

डिज़ाइन में थर्मल संकुचन को ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि एल्यूमीनियम का संकुचन स्टील या मिश्रित से भिन्न होता है, जिस पर इसे अक्सर बोल्ट किया जाता है।

ये विशेषताएं ही हैं जो एल्यूमीनियम को सुपरकंडक्टिंग चुंबक प्रणालियों के संरचनात्मक घटकों के लिए उपयोग करने की अनुमति देती हैं, जहां तरल हीलियम तापमान पर एक गैर-चुंबकीय, आयामी स्थिर और थर्मल प्रवाहकीय सामग्री की आवश्यकता होती है।

क्रायोजेनिक सेवा के लिए मिश्र धातु का चयन

5xxx श्रृंखला वेल्डेड क्रायोजेनिक रोकथाम के लिए वर्कहॉर्स बनी हुई है क्योंकि यह क्रायोजेनिक कठोरता को गैर-{1}गर्मी-उपचार योग्य तापमान के साथ जोड़ती है जो वेल्डिंग गर्मी से अप्रभावित होती है। फिर मिश्र धातु का चयन घटक के विशिष्ट तापीय संकुचन और शक्ति आवश्यकताओं को परिष्कृत करता है।

क्रायोजेनिक सेवा के लिए वेल्डिंग और निर्माण नियम

वेल्डिंग वह जगह है जहां क्रायोजेनिक डिज़ाइन सबसे अधिक बार विफल होता है, इसलिए निर्माण को ऑपरेटर के निर्णय के बजाय योग्य प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

भराव धातु चयन को जमने से होने वाली दरार को रोकना चाहिए; मिलान या थोड़ा अधिक -मैग्नीशियम फिलर्स 5xxx बेस मेटल के लिए विशिष्ट हैं।

सरंध्रता जोखिम को स्वच्छता, सूखी ढाल वाली गैस और नमी मुक्त उपभोग्य सामग्रियों के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है, क्योंकि हाइड्रोजन पिकअप वेल्ड सरंध्रता का मुख्य स्रोत है।

वेल्ड और आसन्न संरचना के बीच बेमेल थर्मल विस्तार अवशिष्ट तनाव उत्पन्न करता है, जिसे संयुक्त डिजाइन, संतुलित वेल्डिंग अनुक्रम और जहां आवश्यक हो वहां पूर्व तनाव के माध्यम से प्रबंधित किया जाता है।

5xxx कार्य के लिए आमतौर पर पोस्ट -वेल्ड ताप उपचार से बचा जाता है क्योंकि यह बहुत कम लाभ देता है और गुणों को कम कर सकता है; ऊष्मा उपचार योग्य मिश्रधातुओं के लिए इसे नियंत्रित किया जाता है ताकि तापमान नष्ट न हो।

प्रक्रिया योग्यता आईएसओ 15614-2 या एएसएमई सेक्शन IX जैसे उपयुक्त वेल्डिंग मानक का पालन करती है, जबकि बेस प्लेट स्वयं एएसटीएम बी209 या जीबी/टी 3880 को आपूर्ति की जाती है।

प्रभाव और कठोरता का सत्यापन सेवा तापमान पर किया जाता है, कमरे के तापमान पर नहीं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

प्रश्न: क्रायोजेनिक तापमान पर एल्युमीनियम मिश्रधातुएँ भंगुर क्यों नहीं हो जातीं?
तापमान गिरने पर उनका फलक केन्द्रित घन जाली बारह स्लिप प्रणालियों को सक्रिय रखती है, इसलिए धातु केन्द्रित घन स्टील्स में देखे गए तन्य {{1} से {{2} भंगुर संक्रमण के बिना ही कठोर हो जाती है।

प्रश्न: एलएनजी रोकथाम के लिए किस एल्यूमीनियम मिश्र धातु का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है?
मिश्र धातु 5083 संदर्भ सामग्री है: यह 269 डिग्री पर 20% से अधिक बढ़ाव बनाए रखता है, गर्मी-उपचार योग्य तापमान की समस्या के बिना वेल्ड करता है और सेवा तापमान पर उच्च फ्रैक्चर क्रूरता बनाए रखता है।

प्रश्न: क्या एल्यूमीनियम को -150 डिग्री से नीचे ठंडा करने पर ताकत बढ़ जाती है?
हाँ। तापमान गिरने पर तन्यता और उपज शक्ति में उत्तरोत्तर वृद्धि होती है, जो विस्थापन गति के प्रतिरोध में वृद्धि से प्रेरित होती है, और एक ही समय में लचीलापन सामान्य रूप से बरकरार रखा जाता है या सुधार किया जाता है।

प्रश्न: क्या क्रायोजेनिक वाहिकाओं के लिए एल्युमीनियम को बिना पोस्ट{0}वेल्ड हीट ट्रीटमेंट के वेल्ड किया जा सकता है?
5xxx मिश्रधातुओं के लिए वेल्ड ताप उपचार आम तौर पर अनावश्यक है और इससे बचा जाता है, लेकिन सरंध्रता, दरार और अवशिष्ट तनाव को नियंत्रित करने के लिए वेल्डिंग प्रक्रिया को अभी भी एक मान्यता प्राप्त मानक के अनुरूप होना चाहिए।

प्रश्न: क्रायोजेनिक एल्यूमीनियम संरचनाओं में मुख्य डिज़ाइन जोखिम क्या है?
आसन्न स्टील या मिश्रित संरचना के खिलाफ थर्मल संकुचन बेमेल है, जो बार-बार थर्मल साइक्लिंग के तहत थकान दरार वृद्धि के साथ-साथ अवशिष्ट और माध्यमिक तनाव उत्पन्न करता है।

प्रश्न: सुपरकंडक्टिंग सिस्टम में उच्च {{0}शुद्धता 1xxx एल्युमीनियम का उपयोग क्यों किया जाता है?
यह उच्च तापीय चालकता को कम चुंबकीय प्रतिक्रिया के साथ जोड़ता है और तरल हीलियम तापमान पर लचीला रहता है, जो क्रायोस्टेट और चुंबक संरचनात्मक घटकों के लिए उपयुक्त है।