अल, वी, एनबी, टा... मल्टी-टाइटेनियम मिश्र धातु के एलिमेंट पार्टनर एटलस: 60+ एलिमेंट्स मांग अनुकूलन पर प्रदर्शन कैसे हासिल करते हैं?(आई)

टाइटेनियम मिश्र धातु संरचनात्मक सामग्रियों में एक अद्वितीय स्थान रखती है। शुद्ध टाइटेनियम, अपने उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और जैव-अनुकूलता के बावजूद, केवल मध्यम ताकत (लगभग 240-550 एमपीए तन्य शक्ति) प्रदान करता है। व्यावसायिक रूप से शुद्ध धातु से टाइटेनियम का उच्च प्रदर्शन वाली इंजीनियरिंग सामग्री में परिवर्तन, जो एमपीए उपज शक्ति में सक्षम है, पूरी तरह से आवर्त सारणी के मिश्र धातु तत्वों के साथ इसकी बातचीत में निहित है।

स्टील या एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के विपरीत, जहां सुदृढ़ीकरण तंत्र अक्सर तत्वों के एक संकीर्ण सेट पर निर्भर करते हैं, टाइटेनियम एक असामान्य रूप से व्यापक मिश्र धातु परिदृश्य प्रस्तुत करता है। 60 से अधिक तत्व टाइटेनियम के चरण संतुलन, परिवर्तन कैनेटीक्स और यांत्रिक प्रतिक्रिया को महत्वपूर्ण रूप से संशोधित करते हैं। इन तत्वों को यादृच्छिक रूप से नहीं चुना गया है; उनकी भूमिकाएँ मौलिक क्रिस्टलोग्राफिक संगतता, इलेक्ट्रॉनिक संरचना और आवर्त सारणी में टाइटेनियम के सापेक्ष उनकी स्थिति से निर्धारित होती हैं।

यह आलेख इस बात की एक व्यवस्थित जांच प्रदान करता है कि कैसे यह "बहु {{0} तत्व भागीदार" परिवार एयरोस्पेस अनुप्रयोगों पर हावी होने वाले एएल - वी संयोजन से लेकर दुर्दम्य धातु परिवर्धन तक सेवा तापमान को 600 डिग्री से अधिक बढ़ाने के लिए "ऑन {{1} }डिमांड अनुकूलन" - प्रदर्शन को सक्षम बनाता है।

टाइटेनियम की बहुमुखी प्रतिभा इसके एलोट्रोपिक परिवर्तन से उत्पन्न होती है। 882 डिग्री से नीचे, शुद्ध टाइटेनियम एक हेक्सागोनल क्लोज्ड {{2}पैक्ड (एचसीपी) संरचना में क्रिस्टलीकृत होता है, जिसे -टीआई के रूप में नामित किया जाता है। इस तापमान से ऊपर, यह पिंड केन्द्रित घन (BCC) {{6}Ti में परिवर्तित हो जाता है।

यह परिवर्तन तापमान {{0}और प्रत्येक चरण की स्थिरता{{1}मिश्र धातु जोड़ने से गहराई से बदल जाती है। जो तत्व ट्रांसस तापमान को बढ़ाते हैं, वे चरण क्षेत्र का विस्तार करते हैं और उन्हें स्टेबलाइज़र कहा जाता है। वे तत्व जो -ट्रांसस तापमान को दबाते हैं, वे {{8}चरण क्षेत्र का विस्तार करते हैं और उन्हें -स्टेबलाइजर्स कहा जाता है। एक तीसरी श्रेणी, तटस्थ तत्व, परिवर्तन तापमान पर न्यूनतम प्रभाव डालते हैं।

यह चरण स्थिरता ढांचा कई पैमानों पर माइक्रोस्ट्रक्चरल इंजीनियरिंग को सक्षम बनाता है: प्राथमिक अनाज का आकार, माध्यमिक लैथ मोटाई, अनाज आकृति विज्ञान, और इंटरमेटेलिक यौगिकों का वितरण।

टाइटेनियम के एलोट्रोपिक परिवर्तन के साथ उनकी बातचीत के आधार पर, मिश्रधातु तत्वों को चार कार्यात्मक श्रेणियों में विभाजित किया गया है:

चित्र 1 प्रत्येक श्रेणी के लिए बाइनरी चरण आरेख विशेषताओं को दर्शाता है, जिसमें दिखाया गया है कि कैसे मिश्रधातु परिवर्धन चरण सीमाओं को नया आकार देता है और विभिन्न माइक्रोस्ट्रक्चरल परिणामों को सक्षम करता है।

एल्यूमीनियम टाइटेनियम में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला मिश्रधातु तत्व है, जो Ti{2}}6Al{3}}4V से लेकर उच्च तापमान वाले निकट-मिश्रधातु तक लगभग सभी वाणिज्यिक मिश्रधातुओं में मौजूद है। इसका प्रभुत्व कई योगदानों से उपजा है:

·ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण: अल एचसीपी जाली के भीतर संस्थागत साइटों पर कब्जा करते हुए, -चरण में अधिमानतः घुल जाता है। यह दो सुदृढ़ीकरण प्रभाव उत्पन्न करता है: (1) जाली विरूपण, अव्यवस्था गति के प्रतिरोध को बढ़ाता है, और (2) चरण स्टैकिंग दोष ऊर्जा का संशोधन।

·घनत्व में कमी: 2.7 ग्राम/सेमी³ पर, अल मिश्रधातु के घनत्व को काफी कम कर देता है। प्रत्येक 1 wt% Al जोड़ घनत्व को लगभग 1.5% कम कर देता है, जो एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ है जहां विशिष्ट ताकत घटक डिजाइन को निर्धारित करती है।

·आदेश देने की क्षमता: लगभग 8 wt% से अधिक सांद्रता पर, Al आदेशित ₂ (Ti₃Al) अवक्षेपों के निर्माण को बढ़ावा देता है। हालांकि मोटे तौर पर वितरित होने पर ये मिश्र धातु को भंगुर कर सकते हैं, नियंत्रित वर्षा अतिरिक्त मजबूती के रास्ते प्रदान करती है।

हुआंग एट अल द्वारा हालिया काम। प्रदर्शित किया गया कि अल परिवर्धन मौलिक रूप से टाइटेनियम में अव्यवस्था व्यवहार को बदल देता है। बाइनरी Ti-6Al मिश्रधातु में, Al विरूपण ट्विनिंग को दबाता है और मल्टीपल स्लिप सिस्टम के लिए क्रिटिकल रिजॉल्व्ड शीयर स्ट्रेस (CRSS) को संशोधित करता है। यह मजबूती एक व्यापार-बंद के साथ आती है: जबकि उपज ताकत बढ़ती है, लचीलापन और प्रभाव क्रूरता आम तौर पर कम हो जाती है।

ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन टाइटेनियम जाली के भीतर अंतरालीय स्थलों पर कब्जा कर लेते हैं, जो कम सांद्रता में असाधारण रूप से कुशल मजबूती पैदा करते हैं। प्रत्येक 0.1 wt% O उपज शक्ति को लगभग 150-200 MPa तक बढ़ा देता है।

·ऑक्सीजन: सबसे आम अंतरालीय के रूप में, O एक मजबूत अवसर और एक संदूषण चिंता का विषय दोनों है। ऑक्सीजन चरण को स्थिर करती है, ट्रांसस तापमान को बढ़ाती है, और ठोस समाधान को पर्याप्त मजबूती प्रदान करती है। हालाँकि, लगभग 0.3-0.4 wt% O से अधिक होने पर तन्य विरूपण तंत्र के दमन के माध्यम से गंभीर भंगुरता उत्पन्न होती है।

·नाइट्रोजन: हाल की प्रगति ने एन की भूमिका पर पुनर्विचार किया है। झांग एट अल. प्रदर्शित किया गया कि अनाज सीमा इंजीनियरिंग के साथ संयुक्त नियंत्रित एन परिवर्धन (0.17–0.40 wt%) असाधारण ताकत {{4}लचीलापन संयोजन उत्पन्न कर सकता है। उनके Ti-1800 मिश्र धातु (Ti-4.1Al-2.5Zr-2.5Cr-6.8Mo-0.17O-0.10N) ने प्राथमिक, माध्यमिक और अल्ट्राफाइन -विडमैनस्टेटन अवक्षेप की एक पदानुक्रमित संरचना के माध्यम से 1800 MPa उपज शक्ति हासिल की।

·कार्बन: 0.05-0.2 wt% C का योग TiC निर्माण को बढ़ावा देता है। ये कार्बाइड दोहरे कार्य करते हैं: (1) उच्च तापमान प्रसंस्करण के दौरान अनाज की सीमाओं को पिन करना, अंतिम माइक्रोस्ट्रक्चर को परिष्कृत करना, और (2) वर्षा के लिए विषम न्यूक्लियेशन साइटों के रूप में कार्य करना। परिणामी सूक्ष्म संरचना महीन दाने और अधिक यादृच्छिक लैथ झुकाव दिखाती है।

बी (0.01-0.2 डब्ल्यूटी%) के साथ माइक्रोअलॉयिंग से टीआईबी मूंछें पैदा होती हैं जो पूर्व अनाज के आकार को काफी हद तक परिष्कृत करती हैं। TA6.5 मिश्रधातुओं में, 0.2 wt% B ने सूक्ष्म संरचना को मोटे विडमैनस्टैटन से परिष्कृत टोकरी बुनाई आकृति विज्ञान में बदल दिया, जिससे कॉलोनी का आकार कम हो गया और कमरे के तापमान और 650 डिग्री तन्यता गुणों में सुधार हुआ।

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