स्टील चुंबकीय है? इस्पात चुंबकत्व के लिए एक संपूर्ण मार्गदर्शिका

परिचय

पहली नज़र में, प्रश्न "क्या स्टील चुंबकीय है?"मामूली लगता है. एक पेपरक्लिप रेफ्रिजरेटर चुंबक से चिपक जाता है - तो हाँ, स्टील चुंबकीय है.

लेकिन स्टेनलेस स्टील पाइपलाइन घटकों के साथ काम करने वाले एक इंजीनियर से पूछें, और उत्तर बन जाता है: यह निर्भर करता है.

स्टील कोई एकल सामग्री नहीं है; यह व्यापक रूप से भिन्न सूक्ष्म संरचनाओं के साथ लौह-कार्बन मिश्र धातुओं का एक परिवार है.

कुछ स्टील्स अत्यधिक लौहचुम्बकीय होते हैं, अन्य पूरी तरह से गैर-चुंबकीय हैं, और कुछ बीच में गिर जाते हैं.

यह लेख स्टील के चुंबकत्व का पांच कोणों से विश्लेषण करता है: मौलिक भौतिकी, क्रिस्टलोग्राफी, मिश्र धातु संरचना, प्रसंस्करण इतिहास, और व्यावहारिक परीक्षण.

अंत तक, आप न केवल समझ जायेंगे चाहे दिया गया स्टील चुंबकीय है, लेकिन क्यों - और उस व्यवहार की भविष्यवाणी या संशोधन कैसे करें.

1. स्टील आमतौर पर चुंबकीय क्यों होता है?

स्टील आमतौर पर चुंबकीय होता है क्योंकि इसके सबसे आम धातुकर्म चरण बने होते हैं लोहा, और लोहा अपने शरीर-केंद्रित क्रिस्टल रूपों में एक लौहचुंबकीय तत्व है.

व्यवहारिक अर्थों में, स्टील की चुंबकीय प्रतिक्रिया किसके द्वारा नियंत्रित की जाती है? क्रिस्टल की संरचना, इलेक्ट्रॉन स्पिन संरेखण, और चरण संतुलन.

स्टील में जितना अधिक फेरिटिक या मार्टेंसिटिक संरचना होती है, किसी चुंबक के प्रति उसका आकर्षण आमतौर पर उतना ही मजबूत होगा.

चुंबकत्व की नींव के रूप में क्रिस्टल संरचना

स्टील का चुंबकीय व्यवहार यादृच्छिक नहीं है. इसकी जड़ें क्रिस्टल जाली में लोहे के परमाणुओं को व्यवस्थित करने के तरीके और उनके अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया में निहित हैं.

फेराइट: मुख्य चुंबकीय चरण

साधारण स्टील में सबसे महत्वपूर्ण चुंबकीय चरण है अल्फा फेराइट, जिसमें एक है शरीर केन्द्रित घन (बीसीसी) क्रिस्टल की संरचना.

इस व्यवस्था में, लौह परमाणु चुंबकीय डोमेन को आसानी से संरेखित करने की अनुमति देते हैं, इसलिए सामग्री मजबूत लौहचुंबकत्व दिखाती है.

इसीलिए कार्बन स्टील, कम मिश्र धातु इस्पात, और कई संरचनात्मक स्टील्स चुंबक की ओर दृढ़ता से आकर्षित होते हैं.

ऑस्टेनाइट्स: कमजोर चुंबकीय या गैर-चुंबकीय चरण

इसके विपरीत, ऑस्टेनाइट्स एक संभोगी क्यूबिक (एफसीसी) संरचना.

यह सख्त परमाणु पैकिंग इलेक्ट्रॉन व्यवस्था को बदल देती है और फेराइट की तरह ही लंबी दूरी के चुंबकीय डोमेन संरेखण को रोकती है.

नतीजतन, ऑस्टेनिटिक स्टील एनील्ड स्थिति में आमतौर पर कमजोर चुंबकीय या लगभग गैर-चुंबकीय होता है.

मार्टेंसाईट: चुंबकीय और कठोर

जब स्टील को बुझाया जाता है, ऑस्टेनाइट में परिवर्तित हो सकता है मार्टेंसाईट, बीसीसी परिवार से प्राप्त एक शरीर-केंद्रित चतुष्कोणीय संरचना.

मार्टेंसाइट चुंबकीय रूप से प्रतिक्रियाशील रहता है, यही कारण है कि कठोर स्टील अभी भी चुंबकीय हैं और अक्सर उस ऑस्टेनिटिक स्थिति से भी अधिक मजबूत होते हैं जहां से वे आए थे.

कमरे के तापमान वाला स्टील आमतौर पर चुंबकीय क्यों होता है?

कमरे के तापमान पर, अधिकांश सामान्य स्टील्स में या तो फेराइट होता है, मार्टेंसाईट, या दोनों का मिश्रण. ये चरण लौहचुंबकत्व के लिए आवश्यक डोमेन संरेखण को संरक्षित करते हैं.

इसीलिए साधारण संरचनात्मक इस्पात, उपकरण इस्पात, और कई मिश्र धातु इस्पात बिना किसी विशेष उपचार के चुंबक पर दृढ़ता से प्रतिक्रिया करते हैं.

ऑस्टेनिटिक स्टील्स मुख्य अपवाद हैं, लेकिन फिर भी वे हमेशा पूरी तरह से गैर-चुंबकीय नहीं होते हैं.

ठंडा काम करना, गठन, या गंभीर विकृति स्थानीय मार्टेंसिटिक परिवर्तन पैदा कर सकती है और उन्हें आंशिक रूप से चुंबकीय बना सकती है.

इस प्रकार, व्यावहारिक उत्तर "स्टील चुंबकीय है।"?" है: लौहचुम्बकीय स्टील्स चुंबकीय होते हैं; पैरामैग्नेटिक स्टील्स आकस्मिक अवलोकन के लिए लगभग गैर-चुंबकीय हैं.

क्यूरी तापमान प्रभाव

स्टील में चुंबकत्व तापमान पर भी निर्भर करता है. प्रत्येक लौहचुंबकीय पदार्थ में एक होता है क्यूरी तापमान, जिसके ऊपर तापीय हलचल चुंबकीय डोमेन क्रम पर हावी हो जाती है और सामग्री अनुचुंबकीय बन जाती है.

शुद्ध लोहे के लिए, क्यूरी तापमान लगभग है 770° C. इस बिंदु से ऊपर, लोहा अस्थायी रूप से अपना लौहचुम्बकत्व खो देता है.

जब यह वापस ठंडा हो जाए, चुंबकत्व बिना किसी स्थायी संरचनात्मक परिवर्तन के लौट आता है.

यह एक उपयोगी औद्योगिक अवलोकन की व्याख्या करता है: फोर्जिंग के दौरान गर्म होने पर स्टील गैर-चुंबकीय दिखाई दे सकता है, उष्मा उपचार, या सहायक, लेकिन ठंडा होने के बाद अपना चुंबकीय व्यवहार पुनः प्राप्त कर लेता है.

इसलिए चुंबकीय परिवर्तन प्रतिवर्ती और तापमान-चालित होता है, जरूरी नहीं कि यह रासायनिक परिवर्तन का संकेत हो.

2. इस्पात परिवार द्वारा चुंबकीय व्यवहार

व्यावहारिक इंजीनियरिंग की दृष्टि से, एक इस्पात परिवार में जितना अधिक होता है फेराइट या मार्टेंसाईट, यह उतना ही अधिक चुंबकीय होता है.

जितना अधिक यह एक में स्थिर होता है austenitic संरचना, इसकी चुंबकीय प्रतिक्रिया आमतौर पर उतनी ही कमजोर हो जाती है.

सामान्य इस्पात परिवार और चुंबकीय व्यवहार

3. स्टील की चुंबकीय प्रतिक्रिया में क्या परिवर्तन होता है?

स्टील की चुंबकीय प्रतिक्रिया निश्चित नहीं है. इसके साथ परिवर्तन हो सकता है संघटन, उष्मा उपचार, विकृति, चरण संतुलन, और तापमान.

व्यवहारिक अर्थों में, एक स्टील जो एक स्थिति में अत्यधिक चुंबकीय प्रतीत होता है वह कमजोर हो सकता है, मजबूत, या दूसरे में स्थानीय रूप से परिवर्तनशील.

मिश्रधातु रसायन

स्टील में मिश्र धातु तत्व प्रभावित करते हैं कि कौन से चरण बनते हैं और वे कितने स्थिर रहते हैं.

• निकल ऑस्टेनाइट को स्थिर करने और चुंबकीय प्रतिक्रिया को कम करने की प्रवृत्ति होती है.
• क्रोमियम संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करता है, लेकिन स्वयं चुंबकत्व को दूर नहीं करता है.
• मैंगनीज और नाइट्रोजन कुछ स्टील्स में ऑस्टेनिटिक संरचना को भी स्थिर कर सकता है.
• कार्बन कठोरता को दृढ़ता से प्रभावित करता है और शमन के बाद मार्टेंसिटिक परिवर्तन को बढ़ावा दे सकता है.

इसीलिए सादा कार्बन स्टील आमतौर पर अत्यधिक चुंबकीय होता है, जबकि पर्याप्त निकल सामग्री वाला ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील केवल कमजोर रूप से चुंबकीय हो सकता है.

उष्मा उपचार

ताप उपचार से स्टील की आंतरिक क्रिस्टल संरचना बदल जाती है, और वह सीधे चुंबकत्व को बदलता है.

• एनीलिंग स्टील को नरम कर सकता है और मौजूद चरण के आधार पर चुंबकीय प्रतिक्रिया को बदल सकता है.
• शमन ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में परिवर्तित कर सकते हैं, जो आमतौर पर चुंबकत्व को बढ़ाता है.
• टेम्परिंग मार्टेंसाइट को संशोधित करता है लेकिन आम तौर पर चुंबकीय व्यवहार को समाप्त नहीं करता है.
• समाधान एनीलिंग ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में अधिक स्थिर ऑस्टेनिटिक संरचना को बहाल करके चुंबकत्व को कम किया जा सकता है.

यही कारण है कि एक ही मिश्र धातु ऊष्मा उपचार से पहले और बाद में अलग-अलग चुंबकीय व्यवहार दिखा सकती है.

ठंडा काम और प्लास्टिक विरूपण

यांत्रिक विरूपण चुंबकत्व को बढ़ा सकता है, विशेषकर ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स में.

झुकने, रोलिंग, मुद्रांकन, चित्रकला, या भारी मशीनिंग के कारण ऑस्टेनाइट का कुछ हिस्सा मार्टेंसाइट में बदल सकता है.

परिणाम एक ऐसा स्टील है जो बनने के बाद एनील्ड अवस्था की तुलना में अधिक चुंबकीय हो जाता है.

यह प्रभाव अक्सर सबसे अधिक ध्यान देने योग्य होता है:

• मुड़ी हुई स्टेनलेस ट्यूबिंग,
• गहरे खींचे गए स्टेनलेस घटक,
• भारी लुढ़की हुई चादर,
• और स्थानीय स्ट्रेन के साथ मशीनीकृत ऑस्टेनिटिक हिस्से.

चरण संतुलन

स्टील की चुंबकीय प्रतिक्रिया काफी हद तक इस पर निर्भर करती है कि कितनी है फेराइट, मार्टेंसाईट, और ऑस्टेनाइट्स इसमें है.

• अधिक फेराइट → मजबूत चुंबकीय प्रतिक्रिया
• अधिक मार्टेंसाइट → मजबूत चुंबकीय प्रतिक्रिया
• अधिक ऑस्टेनाइट → कमजोर चुंबकीय प्रतिक्रिया

यह डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां फेराइट और ऑस्टेनाइट के बीच संतुलन समग्र चुंबकीय व्यवहार को निर्धारित करता है.

चूंकि डुप्लेक्स स्टील्स में फेरिटिक अंश होता है, वे आम तौर पर चुंबकीय होते हैं, भले ही वे सादे कार्बन स्टील के समान प्रबल चुंबकीय नहीं होते हैं.

तापमान

तापमान अस्थायी रूप से लौहचुंबकीय स्टील में चुंबकत्व को दबा सकता है.

के ऊपर क्यूरी तापमान, क्रमित चुंबकीय डोमेन संरेखण खो देते हैं और सामग्री अनुचुंबकीय बन जाती है.

एक बार जब स्टील उस सीमा से नीचे ठंडा हो जाए, चुंबकत्व लौट आता है.

इसका मतलब है कि फोर्जिंग या ताप उपचार के दौरान गर्म स्टील गैर-चुंबकीय दिखाई दे सकता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि सामग्री ने स्टील बनना बंद कर दिया है या स्थायी रूप से चुंबकीय गुण खो दिया है.

परिवर्तन प्रतिवर्ती और थर्मल है.

सतह की स्थिति और स्थानीय प्रसंस्करण

सतह पीसना, वेल्डिंग, गोली मारना, मशीनिंग, और अवशिष्ट तनाव चुंबकीय प्रतिक्रिया में स्थानीय भिन्नता पैदा कर सकते हैं.

कुछ स्टील्स में, यदि सतह तनाव-प्रेरित परिवर्तन या स्थानीयकृत चरण परिवर्तन से गुजरती है तो सतह परत कोर की तुलना में अधिक चुंबकीय बन सकती है.

यह एक कारण है कि चुंबक परीक्षण एक ही हिस्से में असमान आकर्षण दिखा सकता है.

4. स्टील चुंबकीय प्रदर्शन के आधार पर अनुप्रयोग-उन्मुख सामग्री चयन

इस्पात चुंबकत्व केवल प्रयोगशाला की जिज्ञासा नहीं है. असली इंजीनियरिंग में, यह प्रभावित करता है असेंबली व्यवहार, संवेदन अनुकूलता, पुनर्चक्रण, निरीक्षण, विद्युत संपर्क, और पर्यावरणीय उपयुक्तता.

इसलिए सही विकल्प सरल अर्थ में "चुंबकीय स्टील बनाम गैर-चुंबकीय स्टील" नहीं है, लेकिन अनुप्रयोग की चुंबकीय आवश्यकता के लिए सही इस्पात परिवार.

जब प्रबल चुम्बकत्व लाभदायक होता है

जब अनुप्रयोग में ही चुंबकीय प्रतिक्रिया उपयोगी होती है तो अत्यधिक चुंबकीय स्टील आमतौर पर सबसे अच्छा विकल्प होते हैं.

विशिष्ट उपयोग के मामले

• संरचनात्मक निर्माण और सामान्य मशीनरी
• चुंबकीय क्लैम्पिंग और फिक्स्चर सिस्टम
• स्क्रैप छँटाई और पुनर्चक्रण
• चुंबकीय विभाजक और होल्डिंग डिवाइस
• कार्बन में घिसाव-प्रवण घटक, औजार, या मार्टेंसिटिक स्टील

इन मामलों में, मजबूत चुंबकीय प्रतिक्रिया से निपटने में मदद मिलती है, पृथक्करण, और स्थिरता प्रतिधारण.

कार्बन स्टील, कम मिश्र धातु इस्पात, उपकरण इस्पात, और फेरिटिक या मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील को अक्सर पसंद किया जाता है क्योंकि वे विश्वसनीय चुंबकीय आकर्षण के साथ यांत्रिक उपयोगिता को जोड़ते हैं.

जब कम चुम्बकत्व की आवश्यकता होती है

कुछ एप्लिकेशन बहुत कमजोर चुंबकीय प्रतिक्रिया या लगभग-गैर-चुंबकीय व्यवहार की मांग करते हैं.

उन मामलों में, एनील्ड ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील आमतौर पर मूल्यांकन करने वाला पहला भौतिक परिवार होता है.

विशिष्ट उपयोग के मामले

• चिकित्सा और प्रयोगशाला उपकरण
• संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक असेंबलियाँ
• परिशुद्धता माप प्रणाली
• एमआरआई से संबंधित वातावरण
• चुंबकीय रूप से संवेदनशील आवास और फिक्स्चर

इन स्थितियों में, यहां तक ​​कि थोड़ा सा चुंबकत्व भी कार्य में हस्तक्षेप कर सकता है.

ऑस्टेनिटिक ग्रेड जैसे 304 और 316 आमतौर पर इसलिए चुना जाता है क्योंकि एनील्ड स्थिति में वे आमतौर पर कमजोर चुंबकीय होते हैं.

तथापि, डिज़ाइन को इस तथ्य को ध्यान में रखना चाहिए कि ठंडा काम चुंबकत्व को बढ़ा सकता है, इसलिए इतिहास का प्रसंस्करण नाममात्र ग्रेड जितना ही मायने रखता है.

नियंत्रित होने पर चुम्बकत्व उपयोगी होता है

कुछ अनुप्रयोगों को अधिकतम चुंबकत्व या न्यूनतम चुंबकत्व की आवश्यकता नहीं होती है. उन्हें जरूरत है उम्मीद के मुताबिक, मध्यम चुंबकीय व्यवहार.

विशिष्ट उपयोग के मामले

• डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील संरचनाएं
• भार वहन आवश्यकताओं के साथ संक्षारण प्रतिरोधी उपकरण
• क्लोराइड वातावरण के संपर्क में आने वाले औद्योगिक घटक
• दबाव सहने वाले भागों को 316L से बेहतर ताकत की आवश्यकता होती है

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील इसका एक सशक्त उदाहरण है. यह अपने फेरिटिक अंश के कारण चुंबकीय बने रहते हुए उच्च शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है.

यह तब उपयोगी होता है जब भाग को क्लोराइड तनाव-संक्षारण क्रैकिंग का विरोध करना चाहिए और फिर भी अच्छा यांत्रिक प्रदर्शन बनाए रखना चाहिए.

चुंबकीय प्रतिक्रिया डिज़ाइन लक्ष्य नहीं है, लेकिन यह सूक्ष्म संरचना का एक पूर्वानुमानित परिणाम है.

5. व्यावहारिक निहितार्थ और गलत धारणाएँ

मेरा "स्टेनलेस स्टील" फ्रिज चुंबकीय क्यों है??

कई रेफ्रिजरेटर के दरवाजे बने होते हैं फेरिटिक स्टेनलेस स्टील (उदा।, 430), ऑस्टेनिटिक नहीं.

फेरिटिक स्टेनलेस सस्ता है, इनडोर उपयोग के लिए अच्छा संक्षारण प्रतिरोध है, और चुंबकीय है - जो चुम्बकों को आसानी से चिपक जाने देता है.

यदि आपका फ्रिज बना हुआ है 304, चुंबक चिपकेंगे नहीं.

क्या मैं स्टील स्क्रैप को छांटने के लिए चुंबक का उपयोग कर सकता हूं??

हाँ, लेकिन चेतावनियों के साथ:

• कार्बन स्टील, फेरिटिक, मार्टेंसिटिक → चुंबकीय → लौह स्क्रैप.
• ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस (304, 316) → गैर-चुंबकीय → उच्च-मूल्य स्टेनलेस स्क्रैप.
• डुप्लेक्स स्टेनलेस → कमजोर चुंबकीय → सावधानी न बरतने पर गलत तरीके से क्रमबद्ध किया जा सकता है.
• कोल्ड-वर्क्ड ऑस्टेनिटिक → कमजोर चुंबकीय हो सकता है, सॉर्टर को भ्रमित करना.

क्या "गैर-चुंबकीय स्टील" पूरी तरह से गैर-चुंबकीय है?

नहीं. यहां तक ​​कि ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस में भी पैरामैग्नेटिक पारगम्यता होती है >1. मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में (उदा।, एमआरआई मशीनें), वे एक छोटा लेकिन मापने योग्य आकर्षण पैदा करते हैं.

आवश्यक अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत कम चुंबकीय संवेदनशीलता (उदा।, एनएमआर ट्यूब), MP35N या टाइटेनियम जैसी विशेष मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है.

क्या मैं चुंबकीय स्टील को विचुंबकीय कर सकता हूँ??

हाँ, लेकिन सीमाओं के साथ:

• कार्बन स्टील के लिए: एक विकल्प लागू करें, घटता चुंबकीय क्षेत्र (डीगाउसिंग). तथापि, स्टील की लौहचुम्बकीय प्रकृति बनी रहती है; इसे आसानी से पुनः चुम्बकित किया जा सकता है.
• ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस में तनाव-प्रेरित मार्टेंसाइट के लिए: उच्च तापमान समाधान एनीलिंग (1050° C) गैर-चुंबकीय ऑस्टेनाइट को पुनर्स्थापित करेगा, चुंबकत्व को ख़त्म करना. लेकिन बड़ी सभाओं के लिए यह अव्यावहारिक है.

6. निष्कर्ष

“इस्पात चुंबकीय है?इसका उत्तर साधारण हाँ या ना में नहीं दिया जा सकता. सही उत्तर है:

स्टील चुंबकीय है यदि कमरे के तापमान पर इसकी क्रिस्टल संरचना शरीर-केंद्रित घनीय है (बीसीसी) या शरीर-केन्द्रित चतुष्कोणीय (बीसीटी).

यह गैर-चुंबकीय है (अनुचुंबकीय) यदि इसकी संरचना फलक-केन्द्रित घनीय है (एफसीसी).

चुंबकत्व के पीछे धातु विज्ञान को समझने से इंजीनियरों को चुंबकीय चक से लेकर अनुप्रयोगों के लिए सही स्टील का चयन करने की अनुमति मिलती है (जहां मजबूत लौहचुम्बकत्व की आवश्यकता होती है) एमआरआई-संगत सर्जिकल उपकरण के लिए (जहां चुम्बकत्व का अंश भी वर्जित है).

हमेशा कैलिब्रेटेड विधि से परीक्षण करें, और महत्वपूर्ण सामग्री सत्यापन के लिए कभी भी केवल साधारण चुंबक परीक्षण पर भरोसा न करें.

 

पूछे जाने वाले प्रश्न

क्या गैर-चुंबकीय 316L वेल्डिंग के बाद चुंबकीय हो सकता है?

स्थानीय डेल्टा फेराइट असमान शीतलन के दौरान वेल्डिंग गर्मी प्रभावित क्षेत्र के अंदर अवक्षेपित हो जाता है, वेल्ड सीम के पास हल्का आंशिक चुंबकत्व उत्पन्न करना; समग्र बेस प्लेट अभी भी गैर-चुंबकीय विशेषता बरकरार रखती है.

उच्च-निकल ऑस्टेनाइट गैर-चुंबकीय क्यों है जबकि निम्न-निकल फेराइट स्टेनलेस स्टील चुंबकीय है??

निकेल एफसीसी ऑस्टेनाइट जाली को स्थिर करता है जो क्रमबद्ध चुंबकीय डोमेन व्यवस्था को बाधित करता है; कम क्रोमियम-निकल फॉर्मूलेशन अंतर्निहित लौहचुंबकत्व के साथ बीसीसी फेराइट गठन को दबा नहीं सकता है.

क्या स्टेनलेस स्टील का चुंबकत्व इसकी संक्षारण-रोधी क्षमता को प्रभावित करता है??

विरूपण-प्रेरित आंशिक चुंबकत्व मिश्र धातु की क्रोमियम निष्क्रिय फिल्म निर्माण क्षमता को नहीं बदलता है;

संक्षारण प्रतिरोध मामूली स्थानीय चुंबकीय भिन्नता की परवाह किए बिना मूल ग्रेड विनिर्देश के अनुरूप रहता है.

क्या कोई फेरोमैग्नेटिक ऑस्टेनिटिक स्टील्स हैं??

हाँ, लेकिन आम नहीं. कुछ उच्च मैंगनीज, उच्च-एल्यूमीनियम स्टील्स (वास्तव में तथाकथित "गैर-चुंबकीय"।) बहुत कम तापमान पर लौहचुंबकीय हो सकता है.

कमरे के तापमान पर, कोई भी स्थिर ऑस्टेनिटिक वाणिज्यिक स्टेनलेस स्टील लौहचुंबकीय नहीं है.