टाइटेनियम

टाइटेनियम, जो स्टील जैसा दिखता है और जिसमें चांदी-ग्रे चमक होती है, एक संक्रमण धातु है और इसे पिछले कुछ समय से एक दुर्लभ धातु माना जाता है। टाइटेनियम एक दुर्लभ धातु नहीं है, पृथ्वी की पपड़ी में टाइटेनियम कुल वजन का लगभग 0.42% है, तांबा, निकल, सीसा, जस्ता संयुक्त 16 गुना है। धातु की दुनिया में सातवें स्थान पर, टाइटेनियम युक्त 70 से अधिक खनिज हैं। टाइटेनियम में उच्च शक्ति, कम घनत्व, उच्च कठोरता, उच्च गलनांक और मजबूत संक्षारण प्रतिरोध है। उच्च शुद्धता वाले टाइटेनियम में अच्छी प्लास्टिसिटी होती है, लेकिन अशुद्धियाँ मौजूद होने पर यह भंगुर और कठोर हो जाता है।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं को विभिन्न वर्गीकरण विधियों के अनुसार विभाजित किया जा सकता है, मुख्य रूप से संगठनात्मक संरचना, उपयोग तापमान, उपयोग और विशेषताओं और वर्गीकरण के अन्य तरीकों के अनुसार। 12

संरचना वर्गीकरण के अनुसार: टाइटेनियम मिश्र धातु को टाइटेनियम मिश्र धातु, + टाइटेनियम मिश्र धातु और टाइटेनियम मिश्र धातु में विभाजित किया जा सकता है। -टाइटेनियम मिश्र धातु स्थिर माइक्रोस्ट्रक्चर, मजबूत पहनने के प्रतिरोध और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के साथ एक एकल चरण ठोस समाधान मिश्र धातु है, लेकिन कमरे के तापमान पर उच्च शक्ति नहीं है। -टाइटेनियम मिश्र धातु एक एकल चरण ठोस समाधान मिश्र धातु है, जिसमें गर्मी उपचार के बिना उच्च शक्ति होती है और गर्मी उपचार के बाद इसे और मजबूत किया जा सकता है, लेकिन थर्मल स्थिरता खराब होती है। + टाइटेनियम मिश्र धातु एक द्वि-चरण मिश्र धातु है जिसमें अच्छे व्यापक गुण होते हैं, जैसे कि क्रूरता, प्लास्टिसिटी और उच्च तापमान विरूपण गुण, और गर्मी उपचार द्वारा मजबूत किया जा सकता है।

तापमान वर्गीकरण के उपयोग के अनुसार: टाइटेनियम मिश्र धातु को विमान संरचना टाइटेनियम मिश्र धातु और इंजन संरचना टाइटेनियम मिश्र धातु, आदि में विभाजित किया जा सकता है, तापमान के विशिष्ट उपयोग और प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार चुनने के लिए।

उपयोग और विशेषताओं के आधार पर वर्गीकरण: टाइटेनियम मिश्र धातुओं को विभिन्न क्षेत्रों और अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए कम-शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं, मध्यम-शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं, उच्च-शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं, अति-उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं, क्षति सहिष्णुता वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं, कम लागत वाले उच्च-प्रदर्शन वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं आदि में विभाजित किया जा सकता है।

उत्पादन प्रक्रिया द्वारा वर्गीकरण: टाइटेनियम मिश्र धातुओं को कास्ट टाइटेनियम मिश्र धातु, विकृत टाइटेनियम मिश्र धातु और पाउडर टाइटेनियम मिश्र धातु में विभाजित किया जा सकता है, जिन्हें विशिष्ट उत्पादन और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।

एनीलिंग संरचना वर्गीकरण के अनुसार: विभाजन की एनीलिंग संरचना के अनुसार टाइटेनियम मिश्र धातु को टाइटेनियम मिश्र धातु, + टाइटेनियम मिश्र धातु और ε टाइटेनियम मिश्र धातु तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।

टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग विमानन, एयरोस्पेस, रासायनिक उद्योग, समुद्री विकास और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है, क्योंकि इसकी उत्कृष्ट व्यापक विशेषताओं, जैसे उच्च शक्ति, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और गर्मी प्रतिरोध के कारण। विभिन्न प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातुओं की अपनी विशेषताएं और फायदे हैं जो विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों की जरूरतों को पूरा करते हैं।

लागू तनाव या भार के लिए टाइटेनियम सामग्री की यांत्रिक प्रतिक्रिया। लोडिंग तापमान, विरूपण दर और पर्यावरण माध्यम सभी यांत्रिक गुणों को प्रभावित करते हैं। मुख्य (डी) यांत्रिक गुण हैं: उपज शक्ति और फ्रैक्चर शक्ति, बढ़ाव, सतह संकोचन और प्रभाव कार्य, थकान शक्ति और थकान सीमा, फ्रैक्चर क्रूरता और थकान दरार विकास दर और रेंगना प्रतिरोध।

उपज शक्ति (σ0.2) और फ्रैक्चर शक्ति (σF) औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु (de) की ताकत सामग्री में अंतरालीय स्थिति (de) तत्वों [O], [N], [C] और अन्य (de) तत्वों की सामग्री से संबंधित है, और इन तत्वों को आमतौर पर एक साथ एकीकृत किया जाता है और समकक्ष ऑक्सीजन [O]eq के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है, जिसकी गणना निम्नानुसार की जाती है: [O]eq=[O]+2[N]+0.75[C](परमाणु प्रतिशत)। [O]eq(de) की वृद्धि के साथ, टाइटेनियम सामग्री (de) की उपज शक्ति काफी बढ़ जाती है। उपज शक्ति माइक्रोस्ट्रक्चर से निकटता से संबंधित है, उदाहरण के लिए, + टाइटेनियम मिश्र धातु (Ti-6Al-4V) ठीक (de) आइसोमेट्रिक संरचना (de)

प्राथमिक सममितीय चरण और महीन सुईनुमा (या शीट) (डीई) के मिश्रण को द्विरूपी संरचना कहा जाता है, और इसकी फ्रैक्चर शक्ति (1455 एमपीए) मोटे सममितीय (डीई) (0 एमपीए) की तुलना में अधिक है। पूर्ण सुईनुमा संरचना (डीई)σ0.2 सबसे कम है। मेटास्टेबल टाइटेनियम मिश्रधातुओं, जैसे कि Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, की फ्रैक्चर शक्ति कोल्ड रोलिंग विरूपण, समाधान उपचार और शीतलन दर (डीई) से प्रभावित होती है।

बढ़ाव, सिकुड़न और प्रभाव ऊर्जा [O]eq की वृद्धि कमरे के तापमान (de) पर टाइटेनियम के बढ़ाव को कम करती है। [N](de) का सबसे बड़ा प्रभाव होता है, उसके बाद [O] और फिर [C] होता है। लंबे समय (500h) तक एनीलिंग करने से औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम (de) की सतह सिकुड़न और प्रभाव कार्य 500 डिग्री के करीब सबसे कम मूल्य पर दिखाई दे सकता है। उच्च तापमान पर बढ़ाव लगभग 500 डिग्री है, और न्यूनतम मूल्य भी दिखाई देता है। जब तन्य दर ε 2.7×10-5/s है, तो औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम का प्रदर्शन विशेष रूप से स्पष्ट है। उच्च तापमान पर महीन क्रिस्टल (6μm) टाइटेनियम का बढ़ाव कम नहीं हुआ।

+ टाइटेनियम मिश्रधातु की महीन समअक्षीय संरचना (डीई) का विस्तार या फ्रैक्चर 1088K पर 4V घोल के बाद पानी से बुझ जाता है। विरूपण के दौरान चरण को मार्टेंसाइट में प्रेरित किया जा सकता है, यह दर्शाता है कि 223K (डीई) पर चार्पी प्रभाव ऊर्जा और गतिशील फ्रैक्चर कठोरता में काफी सुधार हुआ है। साथ ही, विस्तार और फ्रैक्चर तनाव भी बढ़ जाता है। नई हाइड्रोजन उपचार प्रक्रिया का उपयोग करके Ti-5Al-2.5Fe और Ti-6Al-4V मिश्रधातु (डीई) की उपज शक्ति, फ्रैक्चर शक्ति और विस्तार को क्रमशः 8% ~ 15%, 5% ~ 13% और 7% ~ 14% तक बढ़ाया जा सकता है।

थकान शक्ति और थकान सीमा औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम में एक निश्चित (डी) थकान सीमा होती है, जो समकक्ष ऑक्सीजन की वृद्धि के साथ बढ़ती है और अनाज के मोटे होने के साथ घटती है। Ti-6Al-4V(de) की थकान शक्ति (σN) (यानी, 107 सप्ताह (de) तनाव सीमा का जीवन काल) परीक्षण के दौरान मिश्र धातु (de) की संरचना और परिवेशी माध्यम (de) दोनों पर निर्भर करती है। मोटे समतुल्य संरचना (de) में सबसे कम σN, 500MPa से कम होता है, और हवा और 3.5% NaCl समाधान में, द्वि-आयामी संरचना (de) में उच्च σN होता है, 650 ~ 700MPa तक। टाइटेनियम मिश्र धातुओं में, समअक्षीय + सूक्ष्म संरचना वाले चिकने नमूनों (de) के थकान गुण, रूपांतरित सूक्ष्म संरचना (de) की तुलना में बेहतर होते हैं हालाँकि, रूपांतरित संरचना (de) का थकान दरार प्रसार प्रतिरोध बड़ा है।

टाइटेनियम मिश्र धातु (de) की समतल तनाव फ्रैक्चर क्रूरता इसकी सूक्ष्म संरचना से निकटता से संबंधित है। शक्ति के स्तर पर ध्यान दिए बिना, प्रसंस्करण द्वारा गठित फ्रैक्चर क्रूरता KIC समान शक्ति (de) आइसैमिक संरचना की तुलना में अधिक है, लेकिन पारंपरिक (de) बढ़ाव क्षतिग्रस्त है। यद्यपि + टाइटेनियम मिश्र धातु की संरचना निर्धारित की जाती है, विभिन्न ताप उपचार (de) अनुभव के कारण, यह बहुत अलग (de) सूक्ष्म संरचना दिखाई दे सकती है। भले ही उपज शक्ति लगभग समान हो, विभिन्न उन्मुख सामग्रियों (de) की फ्रैक्चर क्रूरता बहुत अलग है। Ti-6Al-4V मोटी प्लेट के TL अभिविन्यास (de) में मोटे ढांचे (de) का KIC ठीक ढांचे (de) की तुलना में 22% अधिक था। Ti-6Al-4V मिश्रधातु (de) की सूक्ष्म संरचना का धीमी दरार वृद्धि (de) आंसू मापांक (TR)(de) पर प्रभाव फ्रैक्चर कठोरता (JIC)(de) की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है। यदि मिश्रधातु में मेटास्टेबल चरण है, तो विरूपण के दौरान प्रेरित "मार्टेंसाइट कम तापमान (de) पर फ्रैक्चर कठोरता को बेहतर बनाने में सहायक है। -टाइप टाइटेनियम मिश्रधातु (de) फ्रैक्चर कठोरता 2(Ti3Al) अवक्षेपण (de) से प्रभावित होती है, ताकत बढ़ जाती है, और KIC कम हो जाती है।

टाइटेनियम मिश्र धातु की फ्रैक्चर कठोरता मुख्य रूप से चरण से (डी) चरण (डी) अवक्षेपण द्वारा निर्धारित की जाती है। Ti-15-3 मिश्र धातु उच्च तापमान और फिर कम तापमान पर वृद्ध होती है, सूक्ष्म संरचना में मोटे चरण और महीन (डी) चरण दोनों होते हैं, और ताकत और फ्रैक्चर कठोरता संतोषजनक रूप से संतुलित होती है। कास्ट Ti-15-3 टाइटेनियम मिश्र धातु (डी)केआईसी और Ti-6Al-4V टाइटेनियम मिश्र धातु समतुल्य। टाइटेनियम मिश्र धातु की फ्रैक्चर कठोरता (डी) में सुधार करना एक धातुकर्म कारक है, और यह थकान दरार वृद्धि दर (डीए/डीएन)(डी) को कम करने का एक कारक भी है।

लगभग टाइटेनियम मिश्र धातु का रेंगना प्रतिरोध 400 ~ 500 डिग्री उच्च तापमान (डीई) टाइटेनियम मिश्र धातु है, और इसका उच्चतम रेंगना प्रतिरोध चरण क्षेत्र (डीई) में गर्मी उपचार के बाद कमरे के तापमान तक ठंडा करके प्राप्त किया जाता है। उच्च तापमान पर (डीई) टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग धातुकर्म अस्थिरता, आदेशित चरण Ti3X वर्षा, सिलिकेट वर्षा और ऑक्सीजन युक्त सतह परत गठन की घटना के कारण उनके यांत्रिक गुणों को नुकसान पहुंचाता है।

टाइटेनियम धातु का उपयोग क्या है?
क्योंकि टाइटेनियम मिश्र धातु में मानव शरीर के साथ भी अच्छी संगतता है, टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग कृत्रिम हड्डी के रूप में भी किया जा सकता है। ज़िरकोनियम एक रासायनिक पदार्थ है जिसका उपयोग परमाणु ऊर्जा उद्योग में और उच्च तापमान और दबाव पर संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री के रूप में किया जाता है, लेकिन घोल में इसकी गतिविधि सोडियम के बाद दूसरे स्थान पर है।

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