गर्म करने पर द्रव के आयतन का क्या होता है? गर्म करने पर धातु में होने वाली घटना - हैंड फोर्जिंग - धातु - लोहा

गर्म होने पर शरीर को गर्मी मिलती है और ठंडा होने पर शरीर छोड़ देता है।

गर्म होने पर शरीर द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

जहाँ c पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है,
m पदार्थ का द्रव्यमान है,

अंत और प्रारंभ तापमान के बीच का अंतर।

शरीर के ठंडा होने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना के लिए भी यही सूत्र उपयुक्त है।

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा एक भौतिक मात्रा होती है जो उस ऊष्मा की मात्रा को दर्शाती है जिसे इस पदार्थ के 1 किलो में स्थानांतरित किया जाना चाहिए ताकि इसे 1 ° C तक गर्म किया जा सके।
विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई:
[एस] = 1 जे / (किलो डिग्री सेल्सियस)।

जब किसी पिंड को पिछले तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो उतनी ही ऊष्मा निकलती है जो इस पिंड को गर्म करने में खर्च की गई थी।

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दिलचस्प

1. गर्मियों में जलाशयों में पर्याप्त गहराई पर पानी खराब तरीके से गर्म क्यों होता है?

ऊपर से सूरज की किरणों से पानी गर्म होता है। हालांकि, पानी में खराब तापीय चालकता है।

2. सर्दियों में जलाशय के तल पर +4 डिग्री सेल्सियस का तापमान गहराई पर क्यों रहता है?

सबसे पहले, बर्फ नहीं डूबती है।
दूसरा यह है कि +4 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने वाले पानी का घनत्व सबसे अधिक होता है, इसलिए यह नीचे तक डूब जाता है।
तीसरा, पानी की खराब तापीय चालकता पूरी गहराई पर तापमान के बराबर नहीं हो सकती है।

बबल बढ़ईगीरी के स्तर को गर्म करना

इस उपकरण के साथ, बढ़ई निर्माण कार्य के दौरान एक क्षैतिज स्तर निर्धारित करते हैं।
यदि उपकरण एक क्षैतिज सतह पर स्थित है, तो पानी से भरी कांच की नली में हवा का बुलबुला बिल्कुल केंद्र में स्थित होगा। जैसे ही स्तर झुका हुआ है, बुलबुला ट्यूब के एक छोर पर चला जाएगा।
तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ हवा के बुलबुले की लंबाई बदल जाती है। पर कैसे? बुलबुला कब बड़ा होता है: गर्म या ठंडे मौसम में? इन परिस्थितियों में, गैस का विस्तार नहीं हो सकता, क्योंकि यह स्तर में बंद तरल द्वारा रोका जाता है। गर्म होने पर, तरल का विस्तार ट्यूब के विस्तार से अधिक होगा, जो बुलबुले को संकुचित करता है।
तो, ठंडे मौसम की तुलना में गर्म मौसम में स्तर बुलबुला छोटा होता है।
क्या आप इससे सहमत हैं?

बर्फ का उपयोग अक्सर शीतलन उद्देश्यों के लिए किया जाता है। यह संभव है क्योंकि बर्फ पिघलने (पिघलने) पर बड़ी मात्रा में गर्मी अवशोषित होती है।

जापानी भौतिक विज्ञानी मसाकाज़ु मात्सुमोतो ने एक सिद्धांत सामने रखा जो बताता है कि क्यों पानी, 0 से 4 डिग्री सेल्सियस तक गर्म होने पर, विस्तार के बजाय सिकुड़ता है। उनके मॉडल के अनुसार, पानी में सूक्ष्म संरचनाएं होती हैं - "विट्राइट्स", जो उत्तल खोखले पॉलीहेड्रॉन होते हैं, जिसके शीर्ष पर पानी के अणु होते हैं, और हाइड्रोजन बांड किनारों के रूप में काम करते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, दो घटनाएं एक-दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं: पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड का लंबा होना और विट्राइट्स का विरूपण, जिससे उनकी गुहाओं में कमी आती है। 0 से 3.98 डिग्री सेल्सियस के तापमान में, बाद की घटना हाइड्रोजन बांडों को लंबा करने के प्रभाव पर हावी होती है, जो अंततः पानी का मनाया संपीड़न देता है। मात्सुमोतो के मॉडल की अभी भी कोई प्रयोगात्मक पुष्टि नहीं हुई है - हालांकि, साथ ही साथ अन्य सिद्धांत जो पानी के संपीड़न की व्याख्या करते हैं।

पदार्थों के भारी बहुमत के विपरीत, जब गर्म किया जाता है, तो पानी इसकी मात्रा (छवि 1) को कम करने में सक्षम होता है, यानी इसमें थर्मल विस्तार का नकारात्मक गुणांक होता है। हालांकि, हम पूरे तापमान रेंज के बारे में बात नहीं कर रहे हैं जहां पानी तरल अवस्था में मौजूद है, लेकिन केवल एक संकीर्ण क्षेत्र के बारे में - 0 डिग्री सेल्सियस से लगभग 4 डिग्री सेल्सियस तक। बी के लिए हेउच्च तापमान पर, पानी, अन्य पदार्थों की तरह फैलता है।

वैसे, पानी ही एकमात्र ऐसा पदार्थ नहीं है जिसमें बढ़ते तापमान (या ठंडा होने पर फैलने) के साथ सिकुड़ने का गुण होता है। बिस्मथ, गैलियम, सिलिकॉन और सुरमा भी इसी तरह के व्यवहार का "घमंड" कर सकते हैं। फिर भी, इसकी अधिक जटिल आंतरिक संरचना के साथ-साथ विभिन्न प्रक्रियाओं में इसकी व्यापकता और महत्व के कारण, यह पानी है जो वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित करता है (देखें पानी की संरचना का अध्ययन जारी है, "तत्व", 09.10.2006)।

कुछ समय पहले, आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत इस सवाल का जवाब देता है कि पानी घटते तापमान के साथ अपनी मात्रा क्यों बढ़ाता है (चित्र 1) दो घटकों के मिश्रण का मॉडल था - "सामान्य" और "बर्फ जैसा"। यह सिद्धांत पहली बार 19 वीं शताब्दी में हेरोल्ड व्हिटिंग द्वारा प्रस्तावित किया गया था और बाद में कई वैज्ञानिकों द्वारा विकसित और परिष्कृत किया गया था। अपेक्षाकृत हाल ही में, पानी के खोजे गए बहुरूपता के ढांचे के भीतर, व्हिटिंग के सिद्धांत पर पुनर्विचार किया गया था। अब से, यह माना जाता है कि सुपरकूल्ड पानी में दो प्रकार के बर्फ जैसे नैनोडोमेन होते हैं: उच्च और निम्न घनत्व वाले अनाकार बर्फ के समान क्षेत्र। सुपरकूल्ड पानी को गर्म करने से इन नैनोस्ट्रक्चर के पिघलने और दो प्रकार के पानी की उपस्थिति होती है: उच्च और निम्न घनत्व के साथ। परिणामी पानी के दो "प्रकारों" के बीच एक मुश्किल तापमान प्रतियोगिता तापमान पर घनत्व की एक गैर-मोनोटोनिक निर्भरता को जन्म देती है। हालाँकि, इस सिद्धांत की अभी तक प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं की गई है।

आपको इस स्पष्टीकरण से सावधान रहना होगा। यह कोई संयोग नहीं है कि यहां केवल अनाकार बर्फ जैसी संरचनाओं की बात की जाती है। मुद्दा यह है कि अनाकार बर्फ के नैनोस्कोपिक क्षेत्रों और इसके मैक्रोस्कोपिक एनालॉग्स के अलग-अलग भौतिक पैरामीटर हैं।

जापानी भौतिक विज्ञानी मसाकाज़ु मात्सुमोतो ने दो-घटक मिश्रण के सिद्धांत को त्यागकर, खरोंच से यहां चर्चा किए गए प्रभाव के लिए एक स्पष्टीकरण खोजने का फैसला किया। कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने एक विस्तृत तापमान सीमा पर पानी के भौतिक गुणों की जांच की - 200 से 360 K तक शून्य दबाव पर, आणविक पैमाने पर यह पता लगाने के लिए कि पानी ठंडा होने के साथ ही विस्तार के सही कारणों का पता लगाता है। उनका पत्रिका लेख शारीरिक समीक्षा पत्रइसे कहा जाता है: ठंडा होने पर पानी क्यों फैलता है? ("ठंडा होने पर पानी क्यों फैलता है?")।

प्रारंभ में, लेख के लेखक ने सवाल पूछा: पानी के थर्मल विस्तार के गुणांक को क्या प्रभावित करता है? मात्सुमोतो का मानना ​​​​है कि इसके लिए केवल तीन कारकों के प्रभाव को स्पष्ट करने के लिए पर्याप्त है: 1) पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड की लंबाई में परिवर्तन, 2) टोपोलॉजिकल इंडेक्स - प्रति पानी अणु बांड की संख्या, और 3) कोण का विचलन संतुलन मूल्य (कोणीय विकृति) से बांड के बीच।

जापानी भौतिक विज्ञानी द्वारा प्राप्त परिणामों के बारे में बात करने से पहले, आइए हम उपरोक्त तीन कारकों के बारे में महत्वपूर्ण टिप्पणी और स्पष्टीकरण दें। सबसे पहले, पानी का सामान्य रासायनिक सूत्र एच 2 ओ केवल इसकी वाष्पशील अवस्था से मेल खाता है। तरल रूप में, पानी के अणुओं को हाइड्रोजन बांड के माध्यम से समूहों (H2O) में संयोजित किया जाता है एक्स, कहाँ पे एक्स- अणुओं की संख्या। पांच पानी के अणुओं का सबसे ऊर्जावान रूप से अनुकूल संयोजन ( एक्स= 5) चार हाइड्रोजन बंधों के साथ, जिनमें बंध बनते हैं संतुलन, तथाकथित चतुष्फलकीय कोण 109.47 डिग्री के बराबर (चित्र 2 देखें)।

तापमान पर पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन की लंबाई की निर्भरता का विश्लेषण करने के बाद, मात्सुमोतो अपेक्षित निष्कर्ष पर आया: तापमान में वृद्धि हाइड्रोजन बांडों की एक रैखिक लंबाई को जन्म देती है। और यह, बदले में, पानी की मात्रा में वृद्धि की ओर जाता है, अर्थात इसका विस्तार होता है। यह तथ्य देखे गए परिणामों का खंडन करता है, इसलिए, उन्होंने आगे दूसरे कारक के प्रभाव पर विचार किया। थर्मल विस्तार का गुणांक टोपोलॉजिकल इंडेक्स पर कैसे निर्भर करता है?

कंप्यूटर सिमुलेशन ने निम्नलिखित परिणाम दिए। कम तापमान पर, प्रतिशत के संदर्भ में पानी की सबसे बड़ी मात्रा पानी के समूहों द्वारा कब्जा कर ली जाती है, जिसमें प्रति अणु 4 हाइड्रोजन बांड होते हैं (टोपोलॉजिकल इंडेक्स 4 है)। तापमान में वृद्धि सूचकांक 4 के साथ सहयोगियों की संख्या में कमी का कारण बनती है, लेकिन साथ ही, सूचकांक 3 और 5 वाले समूहों की संख्या बढ़ने लगती है। संख्यात्मक गणना करने के बाद, मात्सुमोतो ने पाया कि टोपोलॉजिकल के साथ क्लस्टर की स्थानीय मात्रा सूचकांक 4 व्यावहारिक रूप से बढ़ते तापमान के साथ नहीं बदलता है, और किसी भी तापमान पर सूचकांक 3 और 5 के साथ सहयोगियों की कुल मात्रा में परिवर्तन परस्पर एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करते हैं। नतीजतन, तापमान में बदलाव से पानी की कुल मात्रा में बदलाव नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि गर्म होने पर टोपोलॉजिकल इंडेक्स का पानी के संपीड़न पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

यह हाइड्रोजन बांड के कोणीय विरूपण के प्रभाव को स्पष्ट करने के लिए बनी हुई है। और यहाँ सबसे दिलचस्प और महत्वपूर्ण शुरू होता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, पानी के अणु एकजुट होते हैं ताकि हाइड्रोजन बांड के बीच का कोण चतुष्फलकीय हो। हालांकि, पानी के अणुओं के थर्मल कंपन और अन्य अणुओं के साथ बातचीत जो क्लस्टर में शामिल नहीं हैं, उन्हें ऐसा करने से रोकते हैं, हाइड्रोजन बांड कोण के मूल्य को 109.47 डिग्री के संतुलन मूल्य से विचलित करते हैं। किसी तरह कोणीय विरूपण, मात्सुमोतो और सहयोगियों की इस प्रक्रिया को मात्रात्मक रूप से चिह्नित करने के लिए, उनके पिछले काम के आधार पर पानी में हाइड्रोजन बांड नेटवर्क के टोपोलॉजिकल बिल्डिंग ब्लॉक, 2007 में प्रकाशित जर्नल ऑफ केमिकल फिजिक्स, उत्तल खोखले पॉलीहेड्रा जैसी त्रि-आयामी सूक्ष्म संरचनाओं के पानी में अस्तित्व के बारे में एक परिकल्पना को सामने रखें। बाद में, बाद के प्रकाशनों में, उन्होंने ऐसे सूक्ष्म संरचनाओं को बुलाया विट्राइट्स(अंजीर। 3)। उनमें, कोने पानी के अणु होते हैं, किनारों की भूमिका हाइड्रोजन बॉन्ड द्वारा निभाई जाती है, और हाइड्रोजन बॉन्ड के बीच का कोण विट्राइट में किनारों के बीच का कोण होता है।

मात्सुमोतो के सिद्धांत के अनुसार, विट्राइट के रूपों की एक विशाल विविधता है, जो मोज़ेक तत्वों की तरह, पानी की संरचना का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं और साथ ही साथ इसकी पूरी मात्रा को समान रूप से भरते हैं।

पानी के अणु इन विट्रो में टेट्राहेड्रल कोण बनाते हैं, क्योंकि इन विट्रो में सबसे कम संभव ऊर्जा होनी चाहिए। हालांकि, थर्मल गति और अन्य विट्रोइट्स के साथ स्थानीय बातचीत के कारण, कुछ माइक्रोस्ट्रक्चर में टेट्राहेड्रल कोण (या इस मान के करीब कोण) के साथ ज्यामिति नहीं होती है। वे ऐसे संरचनात्मक रूप से गैर-संतुलन विन्यास (जो ऊर्जावान दृष्टिकोण से उनके लिए सबसे अनुकूल नहीं हैं) को स्वीकार करते हैं, जो संभव के बीच सबसे कम ऊर्जा मूल्य प्राप्त करने के लिए विट्राइट्स के पूरे "परिवार" को समग्र रूप से अनुमति देते हैं। ऐसे विट्रिट्स, जो कि विट्रिट्स हैं, जैसे कि, "सामान्य ऊर्जा हितों" के लिए खुद को बलिदान करते हैं, उन्हें निराश कहा जाता है। यदि किसी दिए गए तापमान पर गैर-निराश विट्रिट्स में अधिकतम गुहा मात्रा होती है, तो इसके विपरीत, कुंठित विट्रिट्स में न्यूनतम संभव मात्रा होती है।

मात्सुमोतो द्वारा किए गए कंप्यूटर सिमुलेशन से पता चला है कि बढ़ते तापमान के साथ विट्राइट गुहाओं की औसत मात्रा रैखिक रूप से घट जाती है। इसी समय, कुंठित विट्राइट अपने आयतन को काफी कम कर देते हैं, जबकि गैर-निराश विट्राइट की गुहा की मात्रा लगभग अपरिवर्तित रहती है।

तो, बढ़ते तापमान के साथ पानी का संपीड़न दो प्रतिस्पर्धी प्रभावों के कारण होता है - हाइड्रोजन बांड का लंबा होना, जिससे पानी की मात्रा में वृद्धि होती है, और कुंठित विट्राइट में गुहाओं की मात्रा में कमी होती है। तापमान में 0 से 4 डिग्री सेल्सियस तक, अंतिम घटना, जैसा कि गणना द्वारा दिखाया गया है, तस, जो अंततः बढ़ते तापमान के साथ पानी के मनाया संपीड़न की ओर जाता है।

यह विट्रोइट्स के अस्तित्व और उनके व्यवहार की प्रायोगिक पुष्टि की प्रतीक्षा करना बाकी है। लेकिन यह, अफसोस, बहुत मुश्किल काम है।

फोर्जिंग से पहले धातुओं को गर्म करना एक महत्वपूर्ण और जिम्मेदार ऑपरेशन है, जो बड़े पैमाने पर न केवल भविष्य के हिस्सों की गुणवत्ता को निर्धारित करता है, बल्कि श्रम उत्पादकता, उपकरण संचालन, उपकरण जीवन और उत्पादन लागत भी निर्धारित करता है।

हीटिंग की प्रक्रिया में, धातु की संरचना, उसके गुण, सतह की परतों की स्थिति आदि बदल जाती है। प्रत्येक मिश्र धातु में दबाव उपचार और एक निश्चित हीटिंग मोड के लिए एक तापमान सीमा होती है। इन हीटिंग मापदंडों के उल्लंघन से भागों की गुणवत्ता में कमी आती है, और संभवतः धातु का विनाश होता है। इसलिए, भविष्य के विशेषज्ञ के लिए, गर्म होने पर धातु में होने वाली घटनाओं का अध्ययन करना आवश्यक है।

वर्कपीस के आयामों को बदलना... गर्म करने पर धातु फैलती है और ठंडा होने पर सिकुड़ती है। वर्कपीस के आयामों में परिवर्तन सूत्र ∆l = l₀β∆t द्वारा निर्धारित किया जाता है, जहां l लंबाई के साथ वर्कपीस के आकार में परिवर्तन होता है जब इसका तापमान ∆t "С, β द्वारा बदलता है, इसका गुणांक है रैखिक विस्तार (स्टील के लिए β = 0.0000122, एल्यूमीनियम के लिए β = 0.000024)।

फोर्जिंग स्टील फोर्जिंग, जो विकृत होते हैं, एक नियम के रूप में, 1100 - 1200 "सी के तापमान पर, संकोचन की मात्रा लगभग निर्धारित की जाती है, यह मानते हुए कि संकोचन गर्म राज्य में वर्कपीस के आकार का 1.2% है। के लिए उदाहरण के लिए, दुकान के फर्श को ठंडा करने के बाद 500 मिमी की लंबाई के साथ फोर्जिंग तापमान की लंबाई 495 मिमी होगी, यदि धातु के संकोचन को ध्यान में नहीं रखा जाता है, तो परिणाम फोर्जिंग के आकार में एक दोष है।

फोर्जिंग के आकार और आकार पर संकोचन का प्रभाव विशेष रूप से तब स्पष्ट होता है जब लंबी शाखाओं के साथ जटिल आकार के भागों के वर्कपीस को फोर्ज किया जाता है, क्योंकि संकोचन से फोर्जिंग का गंभीर युद्ध हो सकता है। डाई फोर्जिंग की कार्यशील धाराओं के निर्माण में धातु के संकोचन को ध्यान में रखना बहुत महत्वपूर्ण है, खासकर जब महंगी मिश्र धातुओं की सटीक फोर्जिंग।

वर्कपीस की सतह परतों में हीटिंग के दौरान होने वाली घटनाएं।तापमान में वृद्धि के साथ, भट्ठी के वातावरण के साथ धातुओं की बातचीत की गतिविधि बढ़ जाती है। जब स्टील्स को गर्म किया जाता है, तो वर्कपीस की सतह पर आयरन ऑक्साइड FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, जिसे स्केल भी कहा जाता है, की एक परत बन जाती है। स्केल परत की मोटाई तापमान और हीटिंग समय, भट्ठी में रिक्त स्थान की स्थिति, भट्ठी गैसों की संरचना और मिश्र धातु की रासायनिक संरचना पर निर्भर करती है। स्टील्स को 900 "C. से ऊपर के तापमान पर सबसे अधिक तीव्रता से ऑक्सीकृत किया जाता है। इस प्रकार, ऑक्सीकरण दर 900" C की तुलना में 1000 "C पर, ऑक्सीकरण दर दोगुनी हो जाती है, 1200" C - पांच बार।

स्केल गठन से धातु की हानि होती है, मशीनिंग भत्ते में वृद्धि होती है, श्रम उत्पादकता कम हो जाती है और ठोस होने के कारण, दबाव और काटने के दौरान उपकरण का जीवन कम हो जाता है।

हीटिंग कार्बन स्टील्स के साथ एक ढीली स्केल परत का निर्माण होता है, जिसे आसानी से हटाया जा सकता है, लेकिन धातु को आगे ऑक्सीकरण से नहीं बचाता है। क्रोमियम, सिलिकॉन, टंगस्टन, निकल के साथ मिश्रित स्टील्स में स्केल एक छोटी मोटाई, घनी संरचना है, दरार नहीं करता है और आगे ऑक्सीकरण के खिलाफ सुरक्षा है। क्रोमियम-निकल स्टील 15-20% निकेल के साथ। व्यावहारिक रूप से ऑक्सीकरण नहीं करता है और इसलिए इसे अपवर्तक कहा जाता है।

कार्बन स्टील्स का ताप सतह परत से 2 - 4 मिमी की गहराई तक कार्बन बर्नआउट के साथ होता है। कार्बन सामग्री को कम करने, जिसे डीकार्बराइजेशन कहा जाता है, स्टील की ताकत और कठोरता में कमी और भाग की कठोरता में गिरावट की ओर जाता है। छोटे फोर्जिंग के लिए डीकार्बराइजेशन विशेष रूप से हानिकारक है जिसमें छोटे मशीनिंग भत्ते होते हैं और बाद में शमन के अधीन होते हैं। बड़े फोर्जिंग के लिए, डीकार्बराइजेशन खतरनाक नहीं है, क्योंकि फोर्जिंग और कूलिंग की प्रक्रिया में, कार्बन वर्कपीस की आंतरिक परतों से बाहरी परतों तक फैलता है और मिश्र धातु की रासायनिक संरचना को समतल किया जाता है।

वर्कपीस के अनुभाग पर असमान ताप और तापमान बराबर करना।बाहरी परतों से आंतरिक तक गर्मी हस्तांतरण के कारण अनुभाग के साथ वर्कपीस का ताप किया जाता है। धातु का गर्मी हस्तांतरण गुणांक जितना कम होगा, ताप दर * और वर्कपीस का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र उतना ही अधिक होगा, वर्कपीस की बाहरी और आंतरिक परतों के बीच तापमान का अंतर उतना ही अधिक होगा। उच्च तापमान के प्रभाव में, बाहरी परतें आंतरिक परतों की तुलना में अधिक फैलती हैं और उनके बीच बड़े तनाव उत्पन्न होते हैं, जिससे विनाश भी हो सकता है। 100 मिमी तक के क्रॉस-सेक्शन वाले कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील्स से बने अधिकांश रिक्त स्थान तेजी से हीटिंग के "डर नहीं" होते हैं और इसलिए उन्हें भट्ठी में 1300 "C तक के तापमान के साथ ठंडा रखा जा सकता है।

उच्च कार्बन और उच्च मिश्र धातु स्टील्स और कई जटिल मिश्र धातुओं में कम तापीय चालकता होती है और क्रैकिंग से बचने के लिए धीमी गति से हीटिंग की आवश्यकता होती है। इस तरह के स्टील्स और मिश्र धातुओं को पहले कम तापमान वाली भट्टी में लोड किया जाता है, इस तापमान पर कुछ समय के लिए रखा जाता है, और पूरे खंड के गर्म होने के बाद ही तापमान में और वृद्धि शुरू होती है।

बिलेट की बाहरी परतों को फोर्जिंग तापमान तक गर्म करने के बाद, पूरे खंड पर धातु के तापमान को बराबर करने के लिए बिलेट को कुछ समय के लिए भट्ठी में छोड़ दिया जाता है। इस समय को धारण काल ​​कहा जाता है।

इसके क्रॉस सेक्शन के साथ असमान धातु विरूपण और इसके संभावित विनाश के कारण असमान रूप से गर्म वर्कपीस बनाना खतरनाक है। डाई फोर्जिंग और अंडरले में फोर्जिंग मर जाता है, असमान हीटिंग से काम करने वाली डाई स्ट्रीम कम हो जाती है और टूल लाइफ में कमी आती है।

हीटिंग के समान, मिश्र धातु इस्पात फोर्जिंग को भी कम दर पर ठंडा किया जाना चाहिए। तेजी से शीतलन के दौरान, थर्मल तनाव उत्पन्न होता है, जिसके कारण फोर्जिंग में दरारें दिखाई दे सकती हैं और रिजेक्ट हो सकती हैं।

* हीटिंग दर समय की प्रति यूनिट वर्कपीस के तापमान में वृद्धि है (एक मिनट या एक घंटे के लिए, "सी / एच).

धातु संरचना पर ताप का प्रभाव... धातुओं और मिश्र धातुओं की संरचना और इससे जुड़े यांत्रिक और तकनीकी गुण मिश्र धातुओं की रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं; तापमान और उनके प्रसंस्करण के तरीकों पर। नीचे हम कार्बन स्टील्स की संरचना और गुणों पर तापमान के प्रभाव पर विचार करते हैं - मिश्र धातु का उपयोग अक्सर हाथ से जाली फोर्जिंग के निर्माण के लिए किया जाता है।

कार्बन सामग्री और तापमान के आधार पर स्टील की संरचना, लोहे - कार्बन (Fe - C) चरण आरेख (चित्र। 18) द्वारा रेखांकन द्वारा वर्णित है। भुज कार्बन (C) का प्रतिशत है, कोटि तापमान ("C) है।

एसी लाइन के ऊपर के तापमान पर, सभी स्टील तरल अवस्था (एल) में होते हैं, इस रेखा के नीचे, ठोस ऑस्टेनाइट क्रिस्टल (ए) तरल पिघल से निकलते हैं। एई लाइन के नीचे, पूरे मिश्र धातु में एक ऑस्टेनाइट संरचना होती है। ऑस्टेनाइट y-iron (Fe) में कार्बन एम्बेडिंग * का एक ठोस समाधान है, जिसमें एक चेहरा-केंद्रित क्यूबिक जाली है (देखें)।

* एक अंतरालीय ठोस समाधान एक मिश्र धातु है जिसमें एक आधार धातु क्रिस्टल जाली होती है, जिसमें एक अन्य घटक के कई परमाणु एम्बेडेड होते हैं। प्रतिस्थापन ठोस विलयन में, आधार धातु के कई परमाणुओं को दूसरे घटक के परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। कुछ अनुपातों में, लोहा और कार्बन अंतरालीय ठोस समाधान बनाते हैं, लोहा और निकल प्रतिस्थापन ठोस समाधान बनाते हैं.

घटते तापमान के साथ, Fe में कार्बन की घुलनशीलता कम हो जाती है।

हाइपरयूटेक्टॉइड स्टील्स (C> 0.8%) में, ऑस्टेनाइट से मुक्त कार्बन की अधिकता, रासायनिक यौगिक Fe₃C - सीमेंटाइट * बनाती है। इसलिए, एसई लाइन के नीचे और आरके लाइन के ऊपर के तापमान रेंज में, हाइपरयूटेक्टॉइड स्टील्स में ऑस्टेनाइट ± सीमेंटाइट संरचना होती है। घटते तापमान के साथ, सीमेंटाइट की मात्रा बढ़ जाती है, ऑस्टेनाइट में कार्बन की सांद्रता कम हो जाती है।

* सीमेंटाइट में 6.67% कार्बन होता है.

723C पर, सीमेंटाइट की इतनी मात्रा अवक्षेपित हो जाती है कि ऑस्टेनाइट में कार्बन की सांद्रता 0.8% है। हाइपोयूटेक्टॉइड स्टील्स (C .) में< 0,8%) при температуре ниже линии GS из аустенита выпадают зерна феррита*, в котором углерод практически отсутствует. С понижением температуры от линии GS (температура 723" С) количество феррита увеличивается, за счет чего концентрация углерода в аустенитных зернах увеличивается до 0,8%.

* फेराइट एक लोहे (Fea) में कार्बन की शुरूआत का एक ठोस समाधान है, जिसमें एक शरीर-केंद्रित क्रिस्टल जाली होती है.

इस प्रकार, जीएसपी क्षेत्र में, हाइपोयूटेक्टॉइड स्टील्स में फेराइट + ऑस्टेनाइट संरचना होती है। 723 "C के तापमान पर, लोहे की क्रिस्टल संरचना एक एलोट्रोपिक परिवर्तन से गुजरती है: चेहरे-केंद्रित से इसे क्यूबिक बॉडी-केंद्रित (Fe → Fea) में पुनर्व्यवस्थित किया जाता है। इस मामले में, ऑस्टेनाइट को फेराइट में बदलना चाहिए था, लेकिन वहाँ है फेराइट में व्यावहारिक रूप से कोई कार्बन नहीं होता है, और ऑस्टेनाइट में t = 723 "इसमें 0.8% होता है। इसलिए, 723 "C पर, फेराइट को ऑस्टेनाइट से मुक्त किया जाता है, और कार्बन की अधिकता से सीमेंटाइट बनता है। 0.8% की कार्बन सांद्रता पर फेराइट और सीमेंटाइट 723" C - पर्लाइट से नीचे के तापमान पर एक यांत्रिक मिश्रण बनाते हैं।

जहां तक ​​कि
723 "C के तापमान पर हाइपरयूटेक्टॉइड और हाइपरयूटेक्टॉइड स्टील्स में ऑस्टेनाइट भी पर्लाइट में बदल जाता है, फिर जब कमरे के तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो हाइपोएक्टेक्टॉइड स्टील्स में एक पर्लाइट + फेराइट संरचना होगी, और हाइपरयूटेक्टॉइड वाले - पर्लाइट + सीमेंटाइट। अंजीर। 19, ए - डी स्टील्स की संरचना को दर्शाता है।

जब स्टील्स को 723 "C तक गर्म किया जाता है, तो उनमें एलोट्रोपिक परिवर्तन नहीं होते हैं और स्टील उनकी संरचना को नहीं बदलता है। जब तापमान 723" C से ऊपर हो जाता है, तो Fey → Fey और पर्लाइट ऑस्टेनाइट में बदल जाते हैं। जीएसई लाइन के ऊपर, किसी भी स्टील में एक ऑस्टेनाइट संरचना होती है।

ऑस्टेनाइट अवस्था में स्टील्स में सबसे अधिक लचीलापन होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि, सबसे पहले, धातु की संरचना सजातीय है: सभी अनाजों में ऑस्टेनाइट की समान संरचना होती है; दूसरे, ऑस्टेनाइट की क्रिस्टल संरचना में एक चेहरा-केंद्रित घन जाली होती है, और इस प्रकार की जाली वाली धातुएँ सबसे अधिक प्लास्टिक (सीसा, तांबा, एल्यूमीनियम, आदि) होती हैं।

पेर्लाइट में उच्च यांत्रिक शक्ति और कम लचीलापन है। नतीजतन, स्टील्स को आरके लाइन के ऊपर के तापमान पर दबाव का इलाज करने की आवश्यकता होती है। आरेख पर, धराशायी रेखा Tk फोर्जिंग तापमान सीमा की निचली सीमा को इंगित करती है। इस सीमा के नीचे विकृत स्टील, यानी t . पर< Тк, не следует, так как это может привести к разрушению металла.

धातु का ताप तापमान न केवल निचली तापमान सीमा टीसी द्वारा सीमित है, बल्कि ऊपरी सीमा तक भी सीमित है, जिसे फोर्जिंग टीएन की शुरुआत का तापमान कहा जाता है। राज्य आरेख पर (चित्र 18 देखें), अनुमेय हीटिंग की ऊपरी सीमा को धराशायी रेखा н द्वारा दर्शाया गया है। जब उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, तो धातु में दो प्रकार के ताप दोष दिखाई देते हैं: अति ताप और बर्नआउट।

जब ज़्यादा गरम किया जाता है, तो दाने का आकार बढ़ जाता है, धातु एक मोटे दाने वाली संरचना प्राप्त कर लेती है, और इसकी प्लास्टिसिटी कम होने लगती है। इसके अलावा, मोटे अनाज वाले फोर्जिंग में खराब यांत्रिक गुण होते हैं। हालांकि अतिरिक्त गर्मी उपचार या फोर्जिंग द्वारा ओवरहीटिंग को ठीक किया जा सकता है, लेकिन इसे ठीक करना महंगा और समय लेने वाला है।

एई लाइन के करीब तापमान को गर्म करना अस्वीकार्य है। इस तरह के ताप से अतिवृष्टि होती है - धातु में ऑक्सीजन के त्वरित प्रसार के परिणामस्वरूप अनाज की सीमाओं के साथ धातु का ऑक्सीकरण होता है। बर्नआउट एक अपूरणीय विवाह है। फोर्जिंग के दौरान अनाज के बीच के बंधनों के उल्लंघन के कारण ऐसी धातु पूरी तरह से नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, धातुओं को तापमान सीमा T k . में दबाव के साथ व्यवहार किया जाता है< t нагр < Т н. На диаграмме состояния железо - углерод такой интервал определен для углеродистых сталей заштрихованной областью, расположенной между линиями Тк и Тн.

फोर्जिंग में उच्च यांत्रिक गुण होने के लिए, तापमान Tk के करीब तापमान पर फोर्जिंग खत्म करने का प्रयास किया जाता है। इस मामले में, धातु में पुन: क्रिस्टलीकरण का समय होगा, और संरचना ठीक-ठाक रहेगी।

पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पदार्थों में से एक: पानी। हमें इसकी जरूरत है, हवा की तरह, लेकिन कभी-कभी हम इसे बिल्कुल भी नोटिस नहीं करते हैं। वह बस है। लेकिन यह पता चला है

पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पदार्थों में से एक: पानी। हमें इसकी जरूरत है, हवा की तरह, लेकिन कभी-कभी हम इसे बिल्कुल भी नोटिस नहीं करते हैं। वह बस है। लेकिन यह पता चला है कि साधारण पानी अपनी मात्रा बदल सकता है और कम या ज्यादा वजन कर सकता है। जब पानी वाष्पित हो जाता है, गर्म हो जाता है और ठंडा हो जाता है, तो वास्तव में आश्चर्यजनक चीजें होती हैं, जिनके बारे में हम आज जानेंगे।
म्यूरियल मंडेल ने अपनी मनोरंजक पुस्तक "फिजिक एक्सपेरिमेंट्स फॉर चिल्ड्रन" में पानी के गुणों के बारे में सबसे दिलचस्प विचार प्रस्तुत किए हैं, जिसके आधार पर न केवल युवा भौतिक विज्ञानी बहुत कुछ सीख सकते हैं, बल्कि वयस्क अपने ज्ञान को ताज़ा करेंगे जिसके लिए उन्होंने आवेदन नहीं किया था। एक लंबा समय, इसलिए वे थोड़े भूले हुए निकले।आज हम पानी के आयतन और भार पर ध्यान देंगे। यह पता चला है कि पानी की समान मात्रा का वजन हमेशा समान नहीं होता है। और अगर आप एक गिलास में पानी डालते हैं और यह ओवरफ्लो नहीं होता है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि यह किसी भी परिस्थिति में उसमें फिट होगा।

1... गर्म करने पर पानी फैलता है

पांच सेंटीमीटर उबलने वाले सॉस पैन में पानी से भरा एक जार रखेंपानी, और इसे धीमी आंच पर उबलने के लिए रख दें। जार से पानी ओवरफ्लो होना शुरू हो जाएगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्म होने पर, पानी, अन्य तरल पदार्थों की तरह, अधिक जगह लेने लगता है। अणु एक दूसरे को अधिक तीव्रता से प्रतिकर्षित करते हैं और इससे पानी के आयतन में वृद्धि होती है।

2. ठंडा होने पर पानी संकुचित हो जाता है

जार में पानी को कमरे के तापमान पर ठंडा होने दें, या ताजा पानी डालें और ठंडा करें। थोड़ी देर बाद आप पाएंगे कि पहले वाला पूरा बैंक अब नहीं भरा है। जब 3.89 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो तापमान कम होने पर पानी की मात्रा घट जाती है। इसका कारण शीतलन के प्रभाव में अणुओं की गति की गति में कमी और एक दूसरे के प्रति उनका दृष्टिकोण था।ऐसा लगता है कि सब कुछ बहुत सरल है: पानी जितना ठंडा होगा, उसकी मात्रा उतनी ही कम होगी, लेकिन ...

3. ... जमने पर पानी का आयतन फिर से बढ़ जाता है

जार को किनारे तक पानी से भरें और कार्डबोर्ड के एक टुकड़े से ढक दें। इसे फ्रीजर में रखें और जमने तक प्रतीक्षा करें। आप पाएंगे कि कार्डबोर्ड "ढक्कन" को बाहर धकेल दिया गया है। 3.89 और 0 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान में, यानी अपने हिमांक के रास्ते में, पानी फिर से फैलने लगता है। यह इस संपत्ति के साथ कुछ ज्ञात पदार्थों में से एक है।यदि आप एक तंग ढक्कन का उपयोग करते हैं, तो बर्फ आसानी से जार को उड़ा देगी। क्या आपने इस तथ्य के बारे में सुना है कि पानी के पाइप भी बर्फ से टूट सकते हैं?

4. बर्फ पानी से हल्की होती है

एक गिलास पानी में बर्फ के दो टुकड़े रखें। बर्फ सतह पर तैरने लगेगी। जब पानी जम जाता है तो उसका आयतन बढ़ जाता है। नतीजतन, बर्फ पानी की तुलना में हल्का है: इसकी मात्रा पानी की इसी मात्रा का लगभग 91% है।
पानी का यह गुण प्रकृति में एक कारण से मौजूद है। उसका एक बहुत ही विशिष्ट उद्देश्य है। कहा जाता है कि सर्दियों में नदियाँ जम जाती हैं। लेकिन वास्तव में, यह पूरी तरह सच नहीं है। आमतौर पर केवल एक छोटी शीर्ष परत जम जाती है। यह बर्फ की चादर नहीं डूबती क्योंकि यह तरल पानी से हल्की होती है। यह नदी की गहराई में पानी के जमने को धीमा कर देता है और एक प्रकार के कंबल के रूप में कार्य करता है, जो मछली और अन्य नदी और झील के जानवरों को गंभीर सर्दियों के ठंढों से बचाता है। भौतिकी का अध्ययन करते हुए, आप यह समझने लगते हैं कि प्रकृति में बहुत सी चीजें समीचीन रूप से व्यवस्थित होती हैं।

5. नल के पानी में खनिज होते हैं

एक छोटे कांच के कटोरे में 5 बड़े चम्मच नियमित नल का पानी डालें। जब पानी वाष्पित हो जाएगा, तो कटोरे पर एक सफेद बॉर्डर रहेगा। यह सीमा खनिजों द्वारा बनाई गई है जो पानी में घुल गए थे क्योंकि यह मिट्टी की परतों से होकर गुजरा था।अपने चायदानी के अंदर देखो और तुम वहाँ खनिज जमा देखेंगे। बाथटब में ड्रेनेज होल पर वही प्लाक बनता है।वर्षा जल को वाष्पित करने का प्रयास करें ताकि आप स्वयं परीक्षण कर सकें कि इसमें खनिज हैं या नहीं।

प्राकृतिक दुनिया में वायु एक रमणीय अवधारणा है। मुझे बचपन से ही पक्षी पसंद हैं, और घर पर मेरे पास कुछ मुखर तोते हैं। क्या आप जानते हैं कि पक्षी क्यों उड़ते हैं? यहां बिंदु न केवल उनके शरीर की संरचनात्मक विशेषताओं में है, बल्कि पर्यावरण में भी है। पक्षियों के लिए, हवा मछली के लिए पानी के एक एनालॉग के रूप में कार्य करती है, केवल इसका घनत्व बहुत कम होता है, और यह हवा की विशेषताओं की सूची की शुरुआत है।

तापमान परिवर्तन हवा को कैसे प्रभावित करता है

हर दिन मौसम बदलता है: आज अच्छा है, कल बुरा है, और परसों सर्दी आएगी। ठंड के मौसम के आगमन के साथ, जो राहत और जलवायु के कारण होता है, वायुमंडलीय हवा संकुचित होती है - यही कारण है कि पूर्वानुमानकर्ता हमें वायुमंडलीय दबाव में वृद्धि के बारे में बताते हैं, क्योंकि क्षोभमंडल में गैसें पृथ्वी की सतह के करीब होती हैं, और नीचे की सभी वस्तुओं पर अधिक दबाव डालें।

कम दबाव के कारण प्रतिचक्रवात का निर्माण होता है। वे वातावरण में भंवर बनाते हैं जो वामावर्त घूमते हैं। एंटीसाइक्लोन समुद्री वायु द्रव्यमान को अपने कार्य क्षेत्र में आने की अनुमति नहीं देते हैं - वर्षा की एक नगण्य मात्रा के साथ मौसम शांत हो जाता है।

जब सौर ऊर्जा के प्रभाव में वातावरण में हवा गर्म होने लगती है, तो वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है। गैसें वायुमंडल में फैलती और बिखरती हैं।

गर्म मौसम के दौरान, निम्न वायुमंडलीय दबाव वाले क्षेत्र अक्सर चक्रवातों से प्रभावित होते हैं:

• वर्षा की मात्रा में वृद्धि;
• बादल रहित दिनों की संख्या में कमी;
• हवा।

एक चक्रवात एक प्रतिचक्रवात के बिल्कुल विपरीत होता है।

गर्म हवा में रिकॉर्ड

पक्षियों के बीच उच्च ऊंचाई वाली उड़ानों की श्रेणी में चैंपियनशिप रुपेल गिद्धों की है। ये पक्षी वायुमंडलीय हवा की बदौलत 12 किलोमीटर से अधिक की ऊंचाई तक उठने में सक्षम हैं जो गर्मी के प्रभाव में फैल गई है।

बेशक ठंड के मौसम में गिद्धों की उड़ान की ऊंचाई कुछ कम होती है।

अफ्रीकी गिद्ध मानव निर्मित हेलीकाप्टरों से भी लम्बे थे। लोहे के पक्षी 9 किमी से अधिक की ऊंचाई तक नहीं बढ़ते हैं। ऊपर, हवा बहुत दुर्लभ हो जाती है और प्रोपेलर के पास आगे बढ़ने के लिए कुछ भी नहीं होता है।