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

आइसोमोर्फस β-स्टेबलाइजर्स टाइटेनियम की बीसीसी क्रिस्टल संरचना को साझा करते हैं और β-चरण में पूर्ण ठोस घुलनशीलता प्रदर्शित करते हैं। ये तत्व {{3}Mo, V, Nb, Ta, W- α+β और β-टाइटेनियम मिश्रधातु की रीढ़ बनाते हैं।

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >वैश्विक टाइटेनियम खपत का 50%। कमरे के तापमान पर लगभग 10-50% β{7}} चरण के साथ दो {{4} चरण माइक्रोस्ट्रक्चर को सक्षम करने के लिए 4 wt% का V परिवर्धन β - ट्रांसस को पर्याप्त रूप से दबा देता है।

V कई महत्वपूर्ण कार्य प्रदान करता है:

β प्रतिधारण: गर्मी उपचार के माध्यम से माइक्रोस्ट्रक्चरल नियंत्रण को सक्षम बनाता है

बिना भंगुरता के मजबूती: अंतरालीय मजबूती के विपरीत, वी ठोस समाधान को मजबूत बनाने में योगदान करते हुए लचीलापन बनाए रखता है

फैब्रिकेबिलिटी: दो - चरण माइक्रोस्ट्रक्चर गर्म कार्यशीलता और अंतिम यांत्रिक गुणों का एक इष्टतम संतुलन प्रदान करता है

मोलिब्डेनम तुल्यता अवधारणा ([Mo]eq) के माध्यम से मात्राबद्ध, β-चरण को स्थिर करने में Mo, V से लगभग दोगुना प्रभावी है। प्रत्येक 1 wt% Mo लगभग 2 wt% V के बराबर स्थिर शक्ति प्रदान करता है।

चरण नियंत्रण: Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (उच्च शक्ति वाले एयरोस्पेस फास्टनरों के लिए प्रयुक्त) जैसे मिश्रधातुओं में, Mo शमन पर पूर्ण β-अवधारण को सक्षम बनाता है, इसके बाद उम्र बढ़ने के दौरान नियंत्रित α वर्षा होती है।

संक्षारण प्रतिरोध: मो के अतिरिक्त एसिड वातावरण को कम करने में निष्क्रियता को बढ़ाते हैं। Ti-Mo मिश्रधातु TiO₂ के साथ मिश्रित MoO₃ युक्त निष्क्रिय फिल्में बनाते हैं, जो बिना मिश्रधातु टाइटेनियम की तुलना में HCl समाधानों में बेहतर स्थिरता प्रदान करते हैं।

हालिया प्रगति: झांग एट अल। प्रदर्शित किया गया कि नियंत्रित एन परिवर्धन के साथ मिश्रधातु वाले Mo-विषम लैमेला संरचनाओं के माध्यम से असाधारण गुण प्राप्त करते हैं। उनके Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N मिश्र धातु ने 10.2% समान बढ़ाव के साथ 1532 MPa उपज शक्ति हासिल की, जो इसे टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए रिपोर्ट किए गए सबसे अच्छे संयोजनों में से एक बनाता है।

एनबी और टीए ने बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में प्रमुखता प्राप्त की है जहां दीर्घकालिक बायोकम्पैटिबिलिटी आवश्यक है। वी के विपरीत, जो साइटोटॉक्सिसिटी संबंधी चिंताओं को बढ़ाता है, एनबी और टा शारीरिक रूप से निष्क्रिय हैं।

कम मापांक डिजाइन: एनबी परिवर्धन 50 GPa से कम लोचदार मॉड्यूल के साथ β {0 }}टाइटेनियम मिश्र धातु को सक्षम बनाता है {{2 } जो हड्डी के 10-30 GPa तक पहुंचता है और Ti-6Al-4V के 110 GPa से काफी नीचे है। Ti-35Nb-7Zr-5Ta मिश्र धातु इस दृष्टिकोण का उदाहरण देते हैं, आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण में तनाव ढाल को कम करने के लिए Nb को Zr और Ta के साथ जोड़ते हैं।

निष्क्रिय फिल्म वृद्धि: एनबी और टा ऑक्साइड सतह निष्क्रिय फिल्म में शामिल हो जाते हैं, जिससे इसकी स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध बढ़ जाता है। क्लोराइड युक्त वातावरण में, Nb - संशोधित निष्क्रिय फिल्में कम बिंदु दोष घनत्व और स्थानीयकृत टूटने के लिए बढ़ा हुआ प्रतिरोध दिखाती हैं।

गौटियर एट अल द्वारा हाल ही में व्यवस्थित अध्ययन। उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए डब्ल्यू, टा और एचएफ परिवर्धन की जांच की गई। हवा में 650 डिग्री सेल्सियस पर 5000 घंटे के प्रदर्शन के बाद, डब्ल्यू ने ऑक्सीकरण कैनेटीक्स में सबसे स्पष्ट कमी का प्रदर्शन किया।

तंत्र: डब्ल्यू ऑक्साइड/धातु इंटरफ़ेस पर Ti₂N गठन को बढ़ावा देता है, एक नाइट्रोजन समृद्ध परत बनाता है जो थोक मिश्र धातु में ऑक्सीजन के विघटन को कम करता है। टर्नरी Ti-10Al-2W (पर%) मिश्र धातु ने ऑक्सीकरण प्रतिरोध में वाणिज्यिक उच्च तापमान मिश्र धातु Ti6242S से बेहतर प्रदर्शन किया।

व्यापार-बंद: डब्ल्यू सघन है (19.3 ग्राम/सेमी³), और भारी परिवर्धन टाइटेनियम के घनत्व लाभ को नकार देता है। चुनौती न्यूनतम सांद्रता (आमतौर पर) की पहचान करने में है<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

यूटेक्टॉइड {{0} बनाने वाले तत्व {{1} Fe, Cr, Ni, Cu, Si - भी β {{3} ट्रांसस को दबाते हैं, लेकिन यूटेक्टॉइड अपघटन के माध्यम से इंटरमेटेलिक यौगिक बनाने की उनकी क्षमता में आइसोमोर्फस स्टेबलाइजर्स से भिन्न होते हैं।
 

Fe एक शक्तिशाली और सस्ता β-स्टेबलाइज़र है। इसकी तीव्र प्रसार दर गर्मी उपचार के लिए तेजी से प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाती है, लेकिन जमने के दौरान अलगाव को भी बढ़ावा देती है। Fe{3}युक्त मिश्रधातुओं को सावधानीपूर्वक प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, ताकि गैर-समान यांत्रिक गुणों का उत्पादन करने वाले समृद्ध β{6}स्टेबलाइज़र के β{{4}फ़्लेकिंग{5}स्थानीयकृत क्षेत्रों से बचा जा सके।
 

0.1-0.5 wt% का Si परिवर्धन लगभग -α उच्च -तापमान वाले मिश्रधातुओं (जैसे, Ti-6242S, IMI 834) में मानक है। सी दो लाभ प्रदान करता है:

ठोस घोल को मजबूत बनाना: घोल में मौजूद Si ऊंचे तापमान पर अव्यवस्था पर चढ़ने में बाधा डालता है

सिलिसाइड अवक्षेपण: महीन (Ti,Zr)₅Si₃ पिन ग्रेन सीमाओं और उप{0}}सीमाओं को अवक्षेपित करता है, रेंगने की विकृति को रोकता है

गौटियर एट अल द्वारा हालिया काम। पुष्टि की गई कि सी, दुर्दम्य तत्वों के साथ मिलकर, 600-650 डिग्री सेल्सियस पर रेंगना और ऑक्सीकरण प्रतिरोध दोनों में सहक्रियात्मक सुधार प्रदान करता है।
 

Zr, Hf, और Sn β-ट्रांसस तापमान पर न्यूनतम प्रभाव डालते हैं लेकिन α और β दोनों चरणों में पर्याप्त ठोस समाधान मजबूती प्रदान करते हैं।

Zr, α और β दोनों चरणों में Ti के साथ पूरी तरह से मिश्रणीय है। आवर्त सारणी के समूह IVB में उनकी स्थिति से उत्पन्न होने वाली एक अनूठी विशेषता है। यह पूर्ण घुलनशीलता सक्षम बनाती है:

चरण अस्थिरता के बिना मजबूती: Zr परिवर्धन चरण संतुलन में बदलाव किए बिना, मिश्र धातु डिजाइन को सरल बनाते हुए ठोस समाधान तंत्र के माध्यम से ताकत बढ़ाता है।

संक्षारण वृद्धि: समुद्री वातावरण में, Zr{0}}युक्त मिश्रधातुएँ अधिक स्थिर निष्क्रिय फ़िल्में बनाती हैं। ZrO₂ TiO₂ परत में समाहित हो जाता है, जिससे ऑक्सीजन रिक्तियों की सांद्रता कम हो जाती है और क्लोराइड हमले के प्रतिरोध में वृद्धि होती है।

हाल के निष्कर्ष: Ti575 मिश्र धातुओं (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) पर Mo और Zr परिवर्धन की तुलना करने वाले अध्ययनों से पता चला है कि जबकि Zr Mo की तुलना में कम α शोधन प्रदान करता है, यह न्यूक्लियेशन बाधाओं को कम करके सिलिसाइड वर्षा को बढ़ावा देता है।

एसएन चरण स्थिरता में महत्वपूर्ण परिवर्तन किए बिना ठोस समाधान मजबूती प्रदान करता है। उच्च तापमान वाले मिश्रधातुओं (Ti-6242, Ti-1100) में, Sn ठोस समाधान प्रभावों के माध्यम से और सिलिसाइड अवक्षेपण व्यवहार को संशोधित करके रेंगने के प्रतिरोध में योगदान देता है।

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