टाइटेनियम मिश्र की संरचना और वर्गीकरण

टाइटेनियम का आधार ज्ञान

टाइटेनियम 1950 के दशक में विकसित एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक धातु है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है क्योंकि उनकी उच्च विशिष्ट शक्ति, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और उच्च गर्मी प्रतिरोध है। दुनिया के कई देशों ने टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री के महत्व को मान्यता दी है, और उन्हें क्रमिक रूप से अध्ययन और विकास किया है, और व्यावहारिक अनुप्रयोग प्राप्त किया है। आवर्त सारणी में टाइटेनियम चौथा B तत्व है। यह स्टील की तरह दिखता है और इसमें 1 672 सी। का गलनांक होता है। यह एक दुर्दम्य धातु है। क्रस्ट में टाइटेनियम प्रचुर मात्रा में है, जो कि क्यू, जेडएन, एसएन और पीबी जैसी सामान्य धातुओं से कहीं अधिक है। चीन में टाइटेनियम संसाधन बेहद प्रचुर मात्रा में हैं। केवल सुपर-बड़े वैनेडियम-टाइटेनियम मैग्नेटाइट में खोजे गए पंजहुआ क्षेत्र, सिचुआन प्रांत में, संबद्ध टाइटेनियम भंडार लगभग 420 मिलियन टन है, जो कि विदेशों में कुल साबित टाइटेनियम भंडार के करीब है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं को गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं, उच्च शक्ति वाले मिश्र धातुओं, संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातुओं (Ti-Mo, Ti-Pd मिश्र धातुओं, आदि), निम्न तापमान मिश्र धातुओं और विशेष कार्यात्मक मिश्र धातुओं (Ti-Fe हाइड्रोजन भंडारण सामग्री और Ti-Ni मेमोरी) में विभाजित किया जा सकता है। मिश्र)।

टाइटेनियम मिश्र धातु के तत्व

टाइटेनियम मिश्र धातु टाइटेनियम पर आधारित मिश्र धातु हैं और अन्य तत्वों के साथ जोड़ा जाता है। टाइटेनियम में दो प्रकार के सजातीय विषम क्रिस्टल होते हैं: 882 सी से नीचे घनी हेक्सागोनल संरचना के साथ अल्फा टाइटेनियम और 882 सी के ऊपर शरीर केंद्रित घन संरचना के साथ बीटा टाइटेनियम। मिश्र धातु तत्वों को चरण परिवर्तन तापमान पर उनके प्रभाव के अनुसार तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: 1. जो तत्व अल्फा चरण को स्थिर करते हैं और चरण परिवर्तन तापमान को बढ़ाते हैं वे अल्फा स्थिर तत्व हैं, जिनमें एल्यूमीनियम, कार्बन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन शामिल हैं। उनमें से, एल्यूमीनियम टाइटेनियम मिश्र धातु का मुख्य मिश्र धातु तत्व है। कमरे के तापमान और उच्च तापमान पर ताकत में सुधार, विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण को कम करने और मिश्र धातु के लोचदार मापांक में वृद्धि पर इसका स्पष्ट प्रभाव है। (2) स्थिर बीटा चरण और घटते हुए चरण संक्रमण तापमान बीटा स्थिर तत्व हैं, जिन्हें दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: आइसोमॉर्फिक और यूटेक्टॉइड। पूर्व में मोलिब्डेनम, नाइओबियम और वैनेडियम शामिल हैं, जबकि बाद में क्रोमियम, मैंगनीज, तांबा, लोहा और सिलिकॉन शामिल हैं। (3) न्यूट्रल तत्व, जैसे जिरकोनियम और टिन, चरण संक्रमण तापमान पर बहुत कम प्रभाव डालते हैं।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं में ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन और हाइड्रोजन मुख्य अशुद्धियाँ हैं। अल्फा चरण में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन में घुलनशीलता अधिक होती है, जिसका टाइटेनियम मिश्र धातु पर एक महत्वपूर्ण मजबूत प्रभाव पड़ता है, लेकिन इसकी प्लास्टिसिटी कम हो जाती है। टाइटेनियम में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन सामग्री आमतौर पर क्रमशः 0.15-0.2% और 0.04-0.05% से नीचे होने के लिए निर्धारित है। अल्फा चरण में हाइड्रोजन की घुलनशीलता बहुत कम है। टाइटेनियम मिश्र धातु में घुले अत्यधिक हाइड्रोजन से हाइड्राइड का उत्पादन होगा, जो मिश्र धातु को भंगुर बनाता है। आमतौर पर टाइटेनियम मिश्र धातुओं में हाइड्रोजन सामग्री 0.015% से नीचे नियंत्रित होती है। टाइटेनियम में हाइड्रोजन का विघटन प्रतिवर्ती है।

वर्गीकरण

टाइटेनियम एक आइसोमर है जो 1720 के गलनांक (?) C और 882 (?) से नीचे के तापमान पर एक घने षट्कोणीय जाली संरचना है, जिसे अल्फा टाइटेनियम और 882 (?) के ऊपर तापमान पर एक शरीर-केंद्रित क्यूबिक लैटिस संरचना कहा जाता है। , जिसे बीटा टाइटेनियम कहा जाता है। विभिन्न परिवर्तन के साथ टाइटेनियम मिश्र धातुओं को धीरे-धीरे चरण परिवर्तन तापमान और चरण सामग्री को बदलने के लिए उचित मिश्र धातु तत्वों को जोड़कर प्राप्त किया जा सकता है। कमरे के तापमान पर टाइटेनियम मिश्र धातु तीन प्रकार की मैट्रिक्स संरचनाएं हैं। टाइटेनियम मिश्र धातुओं को भी तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: अल्फा मिश्र, (अल्फा + बीटा) मिश्र और बीटा मिश्र। क्रमशः टीए, टीसी और टीबी का प्रतिनिधित्व चीन करता है।

अल्फा टाइटेनियम मिश्र धातु

यह एकल-चरण मिश्र धातु है जिसमें अल्फा-चरण ठोस समाधान होता है। यह सामान्य तापमान पर और उच्च व्यावहारिक अनुप्रयोग तापमान पर अल्फा-चरण है। इसमें शुद्ध टाइटेनियम की तुलना में स्थिर संरचना, उच्च पहनने के प्रतिरोध और मजबूत ऑक्सीकरण प्रतिरोध है। इसकी ताकत और रेंगना प्रतिरोध 500 600 C के तापमान पर बनाए रखा जाता है, लेकिन गर्मी उपचार द्वारा इसे मजबूत नहीं किया जा सकता है, और कमरे के तापमान पर इसकी ताकत अधिक नहीं है।

बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु

यह एक एकल-चरण मिश्र धातु है जो बीटा-चरण ठोस समाधान से बना है। यह गर्मी उपचार के बिना उच्च शक्ति है। शमन और उम्र बढ़ने के बाद, मिश्र धातु को और मजबूत किया जाता है, और इसके कमरे के तापमान की ताकत 1372-1666 एमपीए तक पहुंच सकती है। हालांकि, इसकी थर्मल स्थिरता खराब है और यह उच्च तापमान पर उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है।

अल्फा + बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु

यह एक दोहरे चरण का मिश्र धातु है जिसमें अच्छे व्यापक गुण, अच्छी संरचनात्मक स्थिरता, अच्छी बेरहमी, प्लास्टिसिटी और उच्च तापमान विरूपण गुण हैं। इसे गर्म दबाव में संसाधित किया जा सकता है और शमन और उम्र बढ़ने से मजबूत किया जा सकता है। गर्मी उपचार के बाद, एनेलिंग राज्य की तुलना में ताकत 50%-100% बढ़ जाती है, और उच्च तापमान ताकत 400 500 के तापमान पर लंबे समय तक काम कर सकती है और इसकी थर्मल स्थिरता अल्फा टाइटेनियम मिश्र धातु की तुलना में कम है।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं के तीन प्रकारों में, अल्फा-टाइटेनियम मिश्र धातु और अल्फा + बीटा-टाइटेनियम मिश्र धातु का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है; अल्फा-टाइटेनियम मिश्र धातु में सर्वोत्तम मशीनीता है, इसके बाद अल्फा + बीटा-टाइटेनियम मिश्र धातु और बीटा-टाइटेनियम मिश्र धातु है। अल्फा टाइटेनियम मिश्र धातु कोड टीए, बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु कोड टीबी, अल्फा + बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु कोड टीसी।

टाइटेनियम मिश्र धातु का अनुप्रयोग

टाइटेनियम मिश्र धातुओं को गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं, उच्च शक्ति वाले मिश्र धातुओं, संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातुओं (Ti-Mo, Ti-Pd मिश्र धातुओं, आदि), निम्न तापमान मिश्र धातुओं और विशेष कार्यात्मक मिश्र धातुओं (Ti-Fe हाइड्रोजन भंडारण सामग्री और Ti-Ni मेमोरी) में विभाजित किया जा सकता है। मिश्र)। ठेठ मिश्र धातुओं की संरचना और गुणों को तालिका में दिखाया गया है।

गर्मी उपचार प्रक्रिया को समायोजित करके विभिन्न चरण रचना और संरचना प्राप्त की जा सकती है। यह आमतौर पर माना जाता है कि ठीक समान संरचना में बेहतर प्लास्टिसिटी, थर्मल स्थिरता और थकान ताकत है; एसिकुलर संरचना में उच्च धीरज शक्ति, रेंगना शक्ति और फ्रैक्चर क्रूरता है; समान और एकिक मिश्रित संरचना में बेहतर व्यापक गुण होते हैं।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं में उच्च शक्ति, कम घनत्व, अच्छे यांत्रिक गुण, अच्छी क्रूरता और संक्षारण प्रतिरोध होते हैं। इसके अलावा, टाइटेनियम मिश्र धातु में खराब तकनीकी प्रदर्शन और मुश्किल काटने हैं। गर्म काम में हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन जैसी अशुद्धियों को अवशोषित करना आसान है। खराब पहनने के प्रतिरोध और जटिल उत्पादन प्रक्रिया भी हैं। टाइटेनियम का औद्योगिक उत्पादन 1948 में शुरू हुआ। विमानन उद्योग के विकास के साथ, टाइटेनियम उद्योग प्रति वर्ष औसतन 8% की दर से बढ़ रहा है। वर्तमान में, दुनिया में टाइटेनियम मिश्र धातु प्रसंस्करण सामग्री का वार्षिक उत्पादन 40,000 टन से अधिक हो गया है, और लगभग 30 प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु ग्रेड हैं। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले टाइटेनियम मिश्र धातुएं हैं Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) और औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम (TA1, TA 2 और TA3)।

टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग मुख्य रूप से विमान के इंजन के कंप्रेसर भागों को बनाने के लिए किया जाता है, उसके बाद रॉकेट, मिसाइल और उच्च गति वाले विमान। 1960 के दशक के मध्य में, टाइटेनियम और इसकी मिश्र धातुओं का उपयोग सामान्य उद्योग में इलेक्ट्रोलिसिस उद्योग, बिजली संयंत्रों में कंडेनसर, पेट्रोलियम शोधन के लिए हीटर और समुद्री जल विलवणीकरण और पर्यावरण प्रदूषण नियंत्रण उपकरणों के लिए किया जाता है। टाइटेनियम और इसकी मिश्र धातु एक प्रकार की जंग प्रतिरोधी संरचनात्मक सामग्री बन गई है। इसके अलावा, इसका उपयोग हाइड्रोजन भंडारण सामग्री और मेमोरी मिश्र धातुओं को आकार देने के लिए भी किया जाता है।

चीन में 1956 में टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का अध्ययन किया गया था और 1960 के दशक के मध्य में टाइटेनियम सामग्री और टीबी 2 मिश्र धातुओं का औद्योगिक उत्पादन किया गया था।

टाइटेनियम मिश्र धातु एयरोस्पेस उद्योग में उपयोग की जाने वाली एक नई महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री है। इसका विशिष्ट गुरुत्व, शक्ति और सेवा तापमान एल्यूमीनियम और स्टील के बीच है, लेकिन इसमें उच्च विशिष्ट शक्ति और उत्कृष्ट समुद्री जल संक्षारण प्रतिरोध और अति-निम्न तापमान प्रदर्शन है। 1950 में, अमेरिका ने पहली बार F-84 फाइटर बॉम्बर का इस्तेमाल गैर-लोड-असर वाले घटकों जैसे रियर फ्यूजलेज हीट इंसुलेशन प्लेट, एयर गाइड हुड और टेल हुड के रूप में किया। 1960 के दशक के बाद से, टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग पीछे के धड़ से मध्य धड़ में स्थानांतरित हो गया है, आंशिक रूप से संरचनात्मक स्टील की जगह महत्वपूर्ण लोड-असर घटकों जैसे विभाजन, बीम, फ्लैप और स्लाइड के निर्माण के लिए। सैन्य विमानों में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम मिश्र धातु की मात्रा तेजी से बढ़ जाती है, जो विमान संरचना के वजन के 20%-25% तक पहुंच जाती है। 1970 के दशक से नागरिक विमानों में टाइटेनियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है। उदाहरण के लिए, बोइंग 747 यात्री विमान में इस्तेमाल होने वाले टाइटेनियम की मात्रा 3640 किलोग्राम से अधिक है। 2.5 से कम मच संख्या वाले विमान के लिए टाइटेनियम का उपयोग मुख्य रूप से संरचनात्मक वजन को कम करने के लिए स्टील को बदलने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, यूनाइटेड स्टेट्स SR-71 हाई-एल्टीट्यूड हाई-स्पीड टोही विमान (फ्लाइंग मच संख्या 3, 26,212 मीटर की उड़ान ऊंचाई), टाइटेनियम विमान के संरचनात्मक वजन के 93% के लिए जिम्मेदार है, जिसे "ऑल-टाइटेनियम" विमान के रूप में जाना जाता है। जब एयरो-इंजन का थ्रस्ट-वेट अनुपात 4 से 6 से 8 से 10 तक बढ़ जाता है और कंप्रेसर का आउटलेट तापमान 200 से 300 डिग्री सेल्सियस से 500 से 600 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो मूल निम्न-दबाव कंप्रेसर डिस्क और ब्लेड से बना होता है संरचनात्मक वजन को कम करने के लिए एल्यूमीनियम को टाइटेनियम मिश्र धातु, या उच्च दबाव कंप्रेसर डिस्क और स्टेनलेस स्टील के बजाय टाइटेनियम मिश्र धातु से बने ब्लेड से बदला जाना चाहिए। 1970 के दशक में, एयरो-इंजन में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम मिश्र धातु की मात्रा आमतौर पर संरचना के कुल वजन के 20%-30% के लिए जिम्मेदार होती है। यह मुख्य रूप से जाली टाइटेनियम प्रशंसकों, कंप्रेसर डिस्क और ब्लेड, कास्ट टाइटेनियम कंप्रेसर आवरण, मध्यवर्ती आवरण, असर आवास, आदि जैसे कंप्रेसर घटकों के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता था। अंतरिक्ष यान मुख्य रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु के उच्च विशिष्ट शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और कम तापमान प्रतिरोध का उपयोग करता है। विभिन्न दबाव वाहिकाओं, ईंधन टैंक, फास्टनरों, उपकरण पट्टियों, ढांचे और रॉकेट के गोले का निर्माण करने के लिए। टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट वेल्ड का उपयोग कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों, चंद्र मॉड्यूल, मानवयुक्त अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष शटल में भी किया जाता है।