கேம்ஷாப்ட்களை உறுதியாக வைத்திருக்கும் பொருளின் பண்புகள் யாவை?

கேம்ஷாப்ட் உறுதித்தன்மையை வரையறுக்கும் முக்கிய இயந்திர பண்புகள்

அதிக தொடர்பு வடிவ அழுத்தத்தின் கீழான கடினத்தன்மை மற்றும் மேற்பரப்பு ஒருமைப்பாடு

கேம்ஷாப்டின் ஆயுள் காலம் உண்மையில் அதன் பொருளின் கடினத்தன்மையைப் பொறுத்தது, ஏனெனில் அது 1500 MPa-க்கும் மேற்பட்ட மிகப்பெரிய தொடர்பு அழுத்தங்களுக்கு எதிராக நிற்க வேண்டும். மேற்பரப்பைச் சரியாக உருவாக்குவதும் முக்கியமானது. தயாரிப்பாளர்கள் மேற்பரப்பை சரியாக தேய்த்தும், பாலிஷ் செய்யும் போது அவர்கள் சிறிய பிளவுகள் உருவாகாமல் தடுக்கின்றனர்; இவை இல்லையெனில் தேய்மான பிரச்சினைகளை வேகப்படுத்தும். பெரும்பாலான பொறியாளர்கள், கடினத்தன்மையை தோராயமாக 55 முதல் 65 HRC வரை பராமரிப்பது சிறந்தது என்று ஒப்புக்கொள்கின்றனர், ஏனெனில் இது தேய்மானத்திற்கு எதிரான நல்ல பாதுகாப்பை வழங்குகிறது, மேலும் திடீரென உடையாமல் இருக்க அது போதுமான வலிமையையும் கொண்டிருக்கிறது. வடிவமைக்கப்பட்ட கலப்பு எஃகு பாகங்கள் இந்த நிலைமைகளில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன; இவை கால்வாய் திறப்புகளின் நூறு கோடி முறைக்குப் பிறகும் நிலையாகவே இருக்கின்றன. சில விற்பனை நிலையங்கள் 500 கோடி சுழற்சிகளுக்கு மேல் பயன்படுத்திய பின்னரும் மாற்றம் தேவைப்படவில்லை என்று அறிவித்துள்ளன, ஆனால் உண்மையான முடிவுகள் இயக்க நிலைமைகளைப் பொறுத்து மாறுபடுகின்றன.

நீடித்த அதிவேக சுழற்சி இயக்கத்திற்கான சோர்வு எதிர்ப்பு

இயந்திரங்கள் 6,000 RPMக்கு மேல் ஆயிரக்கணக்கான அழுத்தச் சுழற்சிகள் வழியாக இயங்கும்போது, நீண்ட காலமாக சோர்வை எதிர்கொள்ளக்கூடிய பொருட்கள் உண்மையில் தேவைப்படுகின்றன. இந்த கூறுகள், வலுவான வால்வ் ஸ்பிரிங்களிலிருந்து வரும் அனைத்து வளைவு விசைகளையும் பிளவுகள் ஏற்படத் தொடங்காமல் தாங்க வேண்டும். மேலும், பொருளின் முழு அளவிலும் ஒரு சீரான நுண்கட்டமைப்பைப் பெறுவதும் மிகவும் முக்கியமானது — குறிப்பாக, வெற்றிடத்தில் உருக்கப்பட்ட எஃகுகளைப் பயன்படுத்தும்போது. இவ்வகை எஃகுகளில் அழுத்தத்தின் கீழ் பிரச்சனையை ஏற்படுத்தக்கூடிய மறைந்த குறைபாடுகள் குறைவாகவே இருக்கும். முக்கிய எண்களைப் பார்ப்பது இந்தக் கதையை விளக்குகிறது: சோர்வு வலிமை குறைந்தபட்சம் தோராயமாக 800 MPa ஆக இருக்க வேண்டும்; மேலும், உடைவு வலிமை (fracture toughness) 90 MPa√m-ஐ விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும். இந்தப் பண்புகள் அனைத்தும் உறுதிப்படுத்தப்பட்டால், இந்தப் பாகங்கள் 250,000 மைல்களுக்கும் அதிகமான ஓட்டத்திற்கு நம்பகமாகச் செயல்படத் தொடங்கும்.

முன்னணி கேம்ஷாஃப்ட் பொருட்கள் மற்றும் அவற்றின் உண்மையில் உள்ள செயல்திறன் வரம்புகள்

குண்டு விரிவாக்க இரும்பு மற்றும் கலப்பு எஃகுகள்: தேய்மானம், வலிமை மற்றும் விலை சமநிலை

கேம்ஷாஃப்டுகளுக்கான சரியான பொருளைத் தேர்வு செய்வது என்பது அதிக அளவு தேய்மான எதிர்ப்புத்தன்மை, கட்டமைப்பு வலிமை மற்றும் பொருளாதார ரீதியாக நடைமுறைக்கு ஏற்றதாக இருப்பது ஆகியவற்றிற்கு இடையே ஒரு சரியான சமநிலையைக் கண்டுபிடிப்பதை உள்ளடக்கியது. நாடுலார் காஸ்ட் ஐரன் (SG ஐரன்) என்றும் அழைக்கப்படும் இந்த பொருள், அதிக அளவு கம்பனத்தைத் தடுக்கும் தன்மையும், பல மாற்று பொருள்களை விட சுமை சார்ந்த வெடிப்பு (fatigue) எதிர்ப்புத்தன்மையும் கொண்டிருப்பதால் தனித்து நிற்கிறது; இதனால்தான் இது பெரும்பாலும் பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யப்படும் எஞ்சின்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த பொருளின் தனித்துவமான கோள வடிவிலான கிராபைட் அமைப்பு, குறிப்பிட்ட புள்ளிகளில் வடிவமைப்பு அழுத்தத்தை (stress) உறிஞ்சுவதில் உதவுகிறது; எனவே, எண்ணெய் திரவ திரவத்தால் கொடுக்கப்படும் திரவ பூச்சு (oil lubrication) நிலையில் இயங்கும்போது லோப்ஸில் (lobes) மீது ஏற்படும் தேய்மானம் குறைவாக இருக்கும். மேலும் கடினமான செயல்திறன் தேவைகளைக் கொண்டவர்களுக்கு, 4140 போன்ற கலப்பு உலோக எஃகுகள் மிக அதிக இழுவிசை வலிமை (tensile strength) மற்றும் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை (surface hardness) வழங்குகின்றன. இது எஞ்சின் வடிவமைப்பாளர்களுக்கு வால்வ் ஸ்பிரிங்குகளை மேலும் கடுமையாக இழுக்கவும், இயக்கத்தின் போது வேகமான ரேம்ப் விகிதங்களை (ramp rates) அடையவும் அனுமதிக்கிறது. இருப்பினும், இந்த எஃகு விருப்பங்களுக்கு சில பரிமாற்ற விதிகள் (tradeoffs) உள்ளன. இவை மிகவும் சிக்கலான இயந்திர செயல்முறைகளையும், விரிவான வெப்ப சிகிச்சைகளையும் (heat treatments) தேவைப்படுத்துகின்றன; இது பொதுவாக வார்ப்பு முறைகளை (casting methods) விட 30 முதல் 50 சதவீதம் வரை உற்பத்தி செலவுகளை அதிகரிக்கிறது.

குண்டு இரும்பு (Nodular iron) தோராயமாக 7,000 சுழற்சிகள்/நிமிடம் (RPM) வரை சிறப்பாகச் செயல்படும்; அதற்கு மேல், அந்த வேகமான சுழற்று இயக்கத்தினால் அது முறிவு அறிகுறிகளைக் காட்டத் தொடங்கும். மிக வேகமாகச் சுழலும் எளிய எடையுள்ள பாகங்களுக்கு கலப்பு உலோக எஃகுகள் (Alloy steels) மிகவும் ஏற்றவையாகும். ஆனால் இதற்கு ஒரு கட்டுப்பாடு உண்டு — அவை தயாரிப்பின் போது மிக முறையான வெப்பச் சிகிச்சையை (heat treatment) கட்டாயம் பெற வேண்டும்; அது இல்லையெனில், அழுத்தத்தின் கீழ் எதிர்பாராத விதமாக பிளவுகள் ஏற்படலாம். வணிக வாகனங்களின் இயக்கத்தில் செலவு மிக முக்கியமாக இருக்கும் போது, SG இரும்பு (Spheroidal Graphite iron) முதல் முதலில் செலவிடும் தொகைக்கு எதிராக அதன் ஆயுள் நீடித்தலை வைத்து ஒப்பிடும்போது இன்றும் சிறந்த தேர்வாக உள்ளது. அதனால்தான், போட்டிகளில் பயன்படுத்தப்படும் வாகனங்கள் மற்றும் கட்டாய ஊட்டு முறையில் (forced induction) இயங்கும் எஞ்சின்கள், தற்போது சந்தையில் கிடைக்கும் மற்ற பொருள்களை விட தோராயமாக 15 முதல் 20 சதவீதம் அதிக சுமையை தாங்கக்கூடியதாக இருப்பதால், கூடுதல் செலவை ஏற்றுக்கொண்டும் விலை உயர்ந்த எஃகு விருப்பங்களையே தேர்ந்தெடுக்கின்றன.

கேம்ஷாப்ட் நுண்ணமைப்பு மற்றும் ஆயுளை மேம்படுத்துவதற்கான வெப்பச் சிகிச்சை முறைகள்

தூண்டல் கடினமாக்கல் மற்றும் ஆஸ்டெம்பரிங்: மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை மேம்படுத்துதல் மற்றும் உள்ளாங்கு வலிமையை பாதுகாத்தல்

சரியான வெப்ப சிகிச்சையைப் பெறுவது, மேற்பரப்பு விறைப்பு மற்றும் உள்ளே உள்ள நெகிழ்வுத்தன்மை ஆகிய இரண்டிற்கும் இடையேயான சரியான சமநிலையை அடைவதில் முழு வித்தியாசத்தையும் ஏற்படுத்துகிறது. தூண்டல் விறைப்பு (induction hardening) மூலம், மின்காந்த புலங்கள் மூலம் சுமார் 900 டிகிரி செல்சியஸ் வரை வெப்பப்படுத்தப்படும் லோப் மேற்பரப்புகளை நாம் குறிப்பிட்டு இலக்காகக் கொள்ள முடியும். இது ராக்வெல் அளவீட்டில் 50க்கு மேற்பட்ட மார்டென்சைட் (martensitic) அடுக்கை உருவாக்குகிறது, மேலும் பாரம்பரிய அடுப்பு முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது குறிப்பிடத்தக்க அளவில் குறைந்த வடிவ மாற்றத்தையும் ஏற்படுத்துகிறது. இந்தச் செயல்முறையுடன் இணைந்து செயல்படும் மற்றொரு செயல்முறை ஆஸ்டெம்பரிங் (austempering) ஆகும். இதில், சம வெப்பநிலை மாற்றத்தின் போது சுமார் 250 முதல் 400 டிகிரி செல்சியஸ் வரையிலான வெப்பநிலைகளில் உள்ளே உள்ள பகுதியை வெப்ப சிகிச்சைக்கு உட்படுத்துகிறோம்; இதன் விளைவாக, முழு பொருளிலும் பிரிட்டிள் மார்டென்சைட்டை விட வலுவான பெய்னைட் (bainite) அமைப்புகள் உருவாகின்றன.

இந்த இரட்டைச் செயல்முறை மூலம் இரண்டு பரஸ்பர சார்புடைய நன்மைகளை நாம் பெறுகிறோம்:

• விறைப்புற்ற மேற்பரப்பு, லிப்டர்கள் மற்றும் ஃபாலோவர்களின் நேரடி தொடர்பு வடிவ அழுத்தத்தை எதிர்கொள்ள முடியும்
• நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்ட, பெய்னைட் அமைப்புடைய உள்ளே உள்ள பகுதி, அதிக RPM இயக்கத்தின் போது சுழற்சி வளைவு மற்றும் சுழற்று சுமைகளை உறிஞ்சுகிறது
  ASM இன்டர்நேஷனலின் 2023 உலோகவியல் வழிகாட்டுதல்களின்படி, இதன் விளைவாக ஏற்படும் சுருக்கு மீதித் தன்மைகள் சுழற்சிச் சோர்வு பிளவு பரவலை 30% குறைக்கின்றன. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட குளிரூட்டும் வீதங்கள் வெப்ப இயக்க வரம்புகளில் ஒழுங்குமுறையை பாதிக்கக்கூடிய நுண்கட்டமைப்பு மாறுபாடுகளை—எடுத்துக்காட்டாக, வெப்பச் சிகிச்சை அளிக்கப்படாத மார்டென்சைட்—மேலும் தடுக்கின்றன.