सामग्री प्रसंस्करण और विनिर्माण की प्रक्रिया में, अवशिष्ट तनाव एक सामान्य घटना है, जिसका सामग्रियों के प्रदर्शन और सेवा जीवन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार के लिए अवशिष्ट तनाव के कारणों, स्थानिक वितरण विशेषताओं और भौतिक गुणों पर इसके प्रभाव को समझना, सुरक्षा दुर्घटनाओं की रोकथाम करना बहुत महत्वपूर्ण है।
I. अवशिष्ट तनाव के कारण
अवशिष्ट तनाव सामग्री प्रसंस्करण के अंत को संदर्भित करता है, वर्कपीस अभी भी आंतरिक तनाव को बरकरार रखता है। यह तनाव मुख्यतः निम्नलिखित पहलुओं से उत्पन्न होता है:
1. असमान प्लास्टिक विरूपण
जब वर्कपीस को जटिल भार (जैसे कोल्ड रोलिंग, ड्राइंग, एक्सट्रूज़न और सतह शॉट पीनिंग, रोलिंग इत्यादि) के अधीन किया जाता है, तो क्रॉस सेक्शन पर असमान बल के कारण, बड़े बल का स्थान प्लास्टिक विरूपण उत्पन्न कर सकता है, जबकि छोटे बल का स्थान अभी भी लोचदार विरूपण हो सकता है। जब उतार दिया जाता है, तो ये असमान प्लास्टिक विकृतियाँ वर्कपीस के भीतर अवशिष्ट तनाव पैदा कर सकती हैं। विशेष रूप से, फैले हुए क्षेत्र अनलोडिंग के बाद संपीड़न तनाव के अधीन होते हैं, जबकि आसन्न क्षेत्र तन्य तनाव के अधीन होते हैं। असमान प्लास्टिक विरूपण के कारण यह अवशिष्ट तनाव मशीनिंग प्रक्रियाओं में तनाव का एक सामान्य रूप है।
2. अमानवीय तापमान क्षेत्र के थर्मल प्रभाव
थर्मल प्रसंस्करण में, हीटिंग और कूलिंग प्रक्रियाएं आमतौर पर बहुत जटिल होती हैं, जिसमें तेजी से हीटिंग और कूलिंग के साथ-साथ स्थानीय हीटिंग और कूलिंग भी शामिल होती है। चूंकि गर्मी को केवल सतह के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है, वर्कपीस में हीटिंग और शीतलन के दौरान तापमान की असमानता के कारण थर्मल विस्तार में अंतर होगा, जो बदले में क्षणिक थर्मल तनाव उत्पन्न करता है। जब इन क्षणिक तापीय तनावों का मान सामग्री की उच्च तापमान उपज सीमा से अधिक हो जाता है, तो कुछ क्षेत्रों में प्लास्टिक विरूपण होता है। जब हीटिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है, हालांकि वर्कपीस कमरे के तापमान तक ठंडा हो गया है, हीटिंग प्रक्रिया के दौरान असमान प्लास्टिक विरूपण के कारण वर्कपीस के भीतर अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होता है। असमान तापमान क्षेत्रों के कारण ऐसे अवशिष्ट तनाव गर्मी उपचार प्रक्रियाओं में विशेष रूप से आम हैं।
3. चरण संक्रमण प्रभाव
सामग्री प्रसंस्करण के दौरान, धातुकर्म संगठन में परिवर्तन (उदाहरण के लिए शमन के दौरान ऑस्टेनाइट से मार्टेंसाइट परिवर्तन) से सामग्री की आंतरिक विशिष्ट मात्रा में परिवर्तन होता है, जो बदले में चरण संक्रमण तनाव उत्पन्न करता है। यह चरण संक्रमण तनाव प्रसंस्करण के बाद भी वर्कपीस के अंदर रहेगा, जिससे अवशिष्ट तनाव बनेगा।
दूसरा, अवशिष्ट तनाव विशेषताओं का स्थानिक वितरण
अवशिष्ट तनाव का स्थानिक वितरण इसके कारण और प्रसंस्करण की विशिष्ट स्थितियों पर निर्भर करता है। सामान्यतया, अवशिष्ट तनाव को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: स्थूल अवशिष्ट तनाव, सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव और अति-सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव।
1. स्थूल अवशिष्ट तनाव
मैक्रोस्कोपिक अवशिष्ट तनाव संतुलन प्राप्त करने के लिए वर्कपीस में संपूर्ण या अवशिष्ट तनाव की मैक्रो रेंज में होता है। इस तनाव का वितरण आमतौर पर अधिक समान होता है, वर्कपीस के समग्र प्रदर्शन पर अधिक प्रभाव पड़ता है। इस प्रक्रिया में, असमान प्लास्टिक विरूपण या थर्मल प्रभाव के असमान तापमान क्षेत्र के कारण, वर्कपीस मैक्रो तन्यता या संपीड़ित अवशिष्ट तनाव उत्पन्न करेगा।
2. सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव
सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव अवशिष्ट तनाव हैं जो वर्कपीस के भीतर कुछ अनाजों के भीतर संतुलन तक पहुंचते हैं। इस तनाव का वितरण आमतौर पर अधिक जटिल होता है, और अनाज का आकार, आकार और अभिविन्यास और अन्य कारक। प्लास्टिक विरूपण के दौरान, अनाज की परस्पर क्रिया और अनाज की सीमाओं की उपस्थिति के कारण सूक्ष्म तन्यता या संपीड़ित अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होते हैं। इन तनावों का सामग्री के स्थानीय गुणों, जैसे थकान शक्ति और दरार विस्तार दर पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।
3. अति सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव
अल्ट्रा-सूक्ष्म अवशिष्ट तनाव वर्कपीस में परमाणु सतहों की एक बड़ी संख्या है, अवशिष्ट तनाव के संतुलन के निकट परमाणु स्तंभ। इस तनाव का वितरण अधिक जटिल है, और सामग्री की सूक्ष्म संरचना और दोषों और अन्य कारकों से संबंधित है। चरण परिवर्तनों के दौरान, जाली विकृतियों और दोषों के कारण अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक तन्यता या संपीड़ित अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होते हैं। ये तनाव सामग्री के भौतिक और रासायनिक गुणों पर प्रभाव डालते हैं।
अवशिष्ट तनावों की स्थानिक वितरण विशेषताएँ न केवल उनके कारणों पर निर्भर करती हैं, बल्कि प्रक्रिया की विशिष्ट स्थितियों से भी निकटता से संबंधित होती हैं। उदाहरण के लिए, वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, वेल्ड सीम और उसके पड़ोसी क्षेत्र तेजी से हीटिंग और कूलिंग से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इन क्षेत्रों में अवशिष्ट तनाव का एक जटिल वितरण होता है। इन तनाव वितरणों की विषमता वेल्ड की ताकत और कठोरता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है।
तीसरा, भौतिक गुणों पर अवशिष्ट तनाव का प्रभाव
अवशिष्ट तनाव का सामग्रियों के यांत्रिक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। उपज शक्ति के संदर्भ में, जब सामग्री के भीतर अवशिष्ट तन्य तनाव होते हैं, तो यह सामग्री की उपज शक्ति को कम कर देगा, जिससे सामग्री प्लास्टिक विरूपण के प्रति अधिक प्रवण हो जाएगी। इसके विपरीत, अवशिष्ट संपीड़न तनाव कुछ हद तक सामग्री की उपज शक्ति को बढ़ाता है। तन्य शक्ति के लिए, अवशिष्ट तनाव की उपस्थिति तन्य प्रक्रिया में सामग्री के तनाव वितरण को बदल देगी, जिससे इसकी तन्य शक्ति प्रभावित होगी। इसके अलावा, अवशिष्ट तनाव का सामग्री की प्लास्टिसिटी, कठोरता और कठोरता और अन्य संकेतकों पर भी प्रभाव पड़ेगा। उदाहरण के लिए, अवशिष्ट तन्य तनाव सामग्री की लम्बाई को बढ़ाता है, जबकि अवशिष्ट संपीड़न तनाव सामग्री की लम्बाई को कम करता है। कठोरता के संदर्भ में, अवशिष्ट तन्य तनाव कठोरता माप को कम कर देता है, जबकि अवशिष्ट संपीड़न तनाव कठोरता माप को बढ़ा देता है।
किसी सामग्री के थकाने वाले जीवन पर अवशिष्ट तनाव का प्रभाव और भी अधिक गंभीर होता है। वैकल्पिक भार के प्रभाव के तहत, लागू भार के साथ अवशिष्ट तन्य तनाव आरोपित हो जाएगा, जिससे दरारों के उद्भव और विस्तार में तेजी आएगी, जिससे सामग्री का थकान जीवन काफी कम हो जाएगा। इसलिए, यांत्रिक भागों के डिजाइन और निर्माण में, अत्यधिक अवशिष्ट तनाव के कारण होने वाली थकान विफलता से बचने के लिए अवशिष्ट तनाव के प्रभाव पर पूरी तरह से विचार किया जाना चाहिए।
2. भौतिक गुणों पर प्रभाव
अवशिष्ट तनाव का सामग्री के भौतिक गुणों पर भी प्रभाव पड़ेगा। उदाहरण के लिए, थर्मल विस्तार के गुणांक के संदर्भ में, अवशिष्ट तनाव सामग्री की आंतरिक जाली संरचना को बदल देगा, जो बदले में इसकी थर्मल विस्तार विशेषताओं को प्रभावित करता है। जब किसी सामग्री में अवशिष्ट तनाव मौजूद होता है, तो थर्मल विस्तार का गुणांक बदल सकता है, जो कुछ तापमान संवेदनशील अनुप्रयोगों (उदाहरण के लिए, एयरोस्पेस में थर्मल नियंत्रण प्रणाली) में घटकों के फिट होने में समस्याएं पैदा कर सकता है। इसके अलावा, अवशिष्ट तनाव का सामग्री की तापीय और विद्युत चालकता पर प्रभाव पड़ता है। अध्ययनों से पता चला है कि अवशिष्ट तनाव किसी सामग्री के भीतर परमाणु व्यवस्था को विकृत कर सकता है, जिससे फोनन और इलेक्ट्रॉनों के बिखरने की संभावना बढ़ जाती है, जिससे सामग्री की थर्मल और विद्युत चालकता कम हो जाती है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, जहां गर्मी अपव्यय और विद्युत चालकता महत्वपूर्ण है, अवशिष्ट तनाव के इस प्रभाव से थर्मल दक्षता में कमी हो सकती है और डिवाइस के प्रतिरोध में वृद्धि हो सकती है, जो बदले में डिवाइस के प्रदर्शन और स्थिरता को प्रभावित करती है।
