താപാനുശീതനം

ഗ്ലാസ്, ലോഹങ്ങൾ, ലോഹസങ്കരങ്ങൾ എന്നിവയ്ക്ക് കാഠിന്യവും ഉറപ്പും മറ്റു സവിശേഷ ഗുണങ്ങളും ഉണ്ടാക്കുവാനായി നടത്തുന്ന ഒരു താപോപചാര പ്രക്രിയയാണ് താപാനുശീതനം. ഉയർന്ന താപനിലയിലേക്ക് ഒരേ പ്രകാരത്തിൽ ചൂടാക്കുകയും തുടർന്ന് നിയന്ത്രണവിധേയമായി സാവധാനം തണുപ്പിക്കുകയുമാണ് ചെയ്യുന്നത്. ഗ്ലാസ്സുകൊണ്ട് വിവിധ വസ്തുക്കളുണ്ടാക്കുന്ന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളിൽ ഗ്ലാസ് ചൂടാക്കുകയും തണുപ്പിക്കുകയും മറ്റും ചെയ്യുമ്പോൾ താപനിലയിൽ പല അസമതകളും ഉണ്ടാകാനിടയുണ്ട്. ഗ്ലാസ്സുരുക്കി ഒഴിക്കുന്ന മോൾഡിനുള്ളിൽ എല്ലായിടത്തും താപനില സമാനമല്ലാതിരിക്കാം. തുടർന്ന് ഗ്ലാസ് തണുപ്പിക്കുന്ന നിരക്കിലും വ്യതിയാനങ്ങൾ വരാനിടയുണ്ട്. നിർമ്മാണ പ്രക്രമങ്ങൾക്കൊടുവിൽ ഗ്ലാസ് തണുത്ത് അന്തരീക്ഷ താപനിലയിലെത്തുമ്പോൾ ആദ്യം തണുക്കുന്ന ഭാഗങ്ങൾ സങ്കോചിച്ചും അവസാനം തണുക്കുന്ന ഭാഗങ്ങൾ വലിഞ്ഞുമിരിക്കും. തന്മൂലം ഗ്ലാസ്സിന്റെ ഘനം ഏകരൂപത്തിലായിരിക്കുകയില്ല. ഇപ്രകാരം ഉടലെടുക്കുന്ന ആന്തരിക പ്രതിബലം ഗ്ലാസ്സിനെ ഭംഗുരമാക്കുന്നു. ഗ്ലാസ്സിനെ ഒരേ രീതിയിൽ 538ºC വരെ ചൂടാക്കി സാവധാനത്തിൽ നിയന്ത്രിതമായി 38ºC വരെ തണുപ്പിക്കുക വഴി ആന്തരിക പ്രതിബലം ഒഴിവാക്കാനാകും. ഈ പ്രക്രിയയാണ് താപാനുശീതനം. ഉയർന്ന താപനിലകളിൽ ഗ്ലാസ്സിന്റെ ശ്യാനത കുറയുകയും അണുകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള അകലം വർധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിന്റെ ഫലമായി അണുകങ്ങൾ സ്വതന്ത്രമായി ആയാസരഹിതമായ സ്ഥാനങ്ങൾ സ്വീകരിക്കുന്നു. തുടർന്ന് വളരെ സാവധാനത്തിൽ തണുപ്പിക്കുക വഴി ആയാസം വീണ്ടും ഉടലെടുക്കാതെ നോക്കാം.

നിർമ്മാണാവശ്യങ്ങൾക്കായി ലോഹങ്ങളെ സാധാരണ ഊഷ്മാവിൽ അപരൂപണത്തിനു വിധേയമാക്കുമ്പോൾ (cold working) കാഠിന്യം വർധിക്കുവാനും ഭംഗുരമാകുവാനും സാധ്യതയുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ലോഹദണ്ഡ് പല തവണ വളയ്ക്കുകയാണെങ്കിൽ ഓരോ തവണ വളയ്ക്കുമ്പോഴും വളയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ബുദ്ധിമുട്ട് കൂടിക്കൂടി ഒടുവിൽ ദണ്ഡ് പൊട്ടാതെ വളയ്ക്കാനാവാത്ത അവസ്ഥയിലെത്തുന്നു. എന്നാൽ ദണ്ഡിനെ ചൂടാക്കുന്നതോടെ ലോഹം മൃദുവാകുകയും വീണ്ടും വളയ്ക്കാൻ സാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ലോഹചങ്ങലകളിലെ കണ്ണികളും മറ്റും കാലക്രമേണ ദൃഢമാകാനും പൊട്ടാനും ഇടയുണ്ട്. താപാനുശീതനത്തിനു വിധേയമാക്കി ലോഹത്തിന്റെ ഉറപ്പും തന്യതയും നിലനിർത്താനാകും.

വാർപ്പ് ലോഹങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ വ്യത്യസ്ത ലോഹങ്ങൾ ഖരാവസ്ഥയിലെത്തുന്ന നിരക്ക്, തണുക്കുമ്പോഴുള്ള പ്രതിബലം എന്നിവ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കും. തത്ഫലമായി വാർപ്പ് ലോഹങ്ങളുടെ വ്യാപനം ഏകസമാനമായിരിക്കില്ല. താപാനുശീതനം വഴി ലോഹ അണുകങ്ങളുടെ ചലനം വർധിക്കുകയും കൂടുതൽ നന്നായി വ്യാപനം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. അങ്ങനെ ലോഹസങ്കരങ്ങൾക്ക് ഏകസമാനമായ സംയോഗം ലഭ്യമാകും. ഫേസ് സെന്റേഡ് ക്യുബിക് (FCC) ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന രൂപീകൃതമാകുന്നതു വരെ ചൂടാക്കുകയും ബോഡി സെന്റേഡ് ക്യുബിക്ക് (BCC) ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന രൂപീകൃതമാകുന്ന വിധത്തിൽ സാവധാനത്തിൽ തണുപ്പിക്കുകയുമാണ് ഉരുക്കിനനുയോജ്യമായ താപാനുശീതന പ്രക്രിയ.

പദാർഥത്തിന്റെ കാഠിന്യം നിർണയിക്കുകയാണ് താപാനു ശീതനത്തിന്റെ പുരോഗതി നിർണയിക്കുവാനുള്ള മാർഗം. താപാനുശീതനത്തിനാവശ്യമായ താപനിലയും സമയവും വിപരീതാനുപാതത്തിലാണ്. സാധാരണഗതിയിൽ ഉരുകൽ നില കൂടുതലുള്ള ലോഹങ്ങൾക്ക് താപാനുശീതനത്തിനാവശ്യമായ താപനിലയും കൂടുതലായിരിക്കും.