टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का ताप उपचार (1)

हीट ट्रीटमेंट एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके तहत उत्पाद के आकार को बदले बिना धातु की भौतिक या यांत्रिक विशेषताओं को बदलने के लिए बहुत सटीक पर्यावरणीय परिस्थितियों में धातुओं का नियंत्रित ताप और शीतलन किया जाता है। यदि ताप उपचार सही ढंग से नहीं किया जाता है, तो धातु इंजीनियरों के डिज़ाइन विनिर्देशों को पूरा करने के लिए आवश्यक वांछित गुणों को प्राप्त नहीं कर सकती है।
हीट ट्रीटमेंट आम तौर पर सामग्री की ताकत बढ़ाने से जुड़ा होता है, लेकिन इसका उपयोग अक्सर मशीनेबिलिटी में सुधार, फॉर्मेबिलिटी में सुधार, लचीलापन बढ़ाने या संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है। इसलिए, यह एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है जो यह सुनिश्चित करती है कि धातु की निर्दिष्ट विशेषताएं हासिल की जाएं।

टाइटेनियम मिश्र धातु ताप उपचार के लाभ:

निर्माण के दौरान उत्पन्न अवशिष्ट तनाव को कम करें (तनाव से राहत)
लचीलापन, मशीनेबिलिटी, और आयामी और संरचनात्मक स्थिरता (एनीलिंग) का एक इष्टतम संयोजन तैयार करें
ताकत बढ़ाएँ (समाधान उपचार और उम्र बढ़ने)

फ्रैक्चर कठोरता, थकान शक्ति, और उच्च तापमान रेंगने की शक्ति जैसे विशेष गुणों को अनुकूलित करें

टाइटेनियम से तनाव मुक्ति

टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं को ताकत या लचीलेपन पर प्रतिकूल प्रभाव डाले बिना तनाव से राहत दी जा सकती है।

तनाव-मुक्त उपचारों से अवांछित अवशिष्ट तनाव में कमी आती है, जो पहले, गैर-समान गर्म फोर्जिंग या ठंड बनाने और सीधा करने से होने वाली विकृति, दूसरा, प्लेट या फोर्जिंग की असममित मशीनिंग, और, तीसरा, कास्टिंग की वेल्डिंग और शीतलन के परिणामस्वरूप होता है। इस तरह के तनावों को हटाने से आकार स्थिरता बनाए रखने में मदद मिलती है और प्रतिकूल परिस्थितियों को समाप्त किया जाता है, जैसे कि संपीड़न उपज शक्ति का नुकसान जिसे आमतौर पर बॉशिंगर प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

तनाव से राहत संभवतः टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं को दिया जाने वाला सबसे आम ताप उपचार है। इसका उपयोग गैर-समान गर्म फोर्जिंग विरूपण, गैर-समान ठंड बनाने और सीधा करने, प्लेट (हॉगआउट्स) या फोर्जिंग की असममित मशीनिंग, गढ़ा, कास्ट या पाउडर धातु विज्ञान (पी / एम) भागों की वेल्डिंग के परिणामस्वरूप होने वाले अवांछित अवशिष्ट तनाव को कम करने के लिए किया जाता है। कास्टिंग का ठंडा होना।

तनाव से राहत आकार की स्थिरता को बनाए रखने में मदद करती है और प्रतिकूल परिस्थितियों को भी खत्म कर सकती है जैसे कि संपीड़न उपज शक्ति का नुकसान - बॉशिंगर प्रभाव - जो विशेष रूप से टाइटेनियम मिश्र धातुओं में गंभीर हो सकता है। ताकत या लचीलेपन पर प्रतिकूल प्रभाव डाले बिना तनाव से मुक्ति पाई जा सकती है।

एनीलिंग

टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं की एनीलिंग मुख्य रूप से फ्रैक्चर क्रूरता, कमरे के तापमान पर लचीलापन, आयामी और थर्मल स्थिरता और रेंगना प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए कार्य करती है। कई टाइटेनियम मिश्र धातुओं को एनील्ड अवस्था में सेवा में रखा जाता है। क्योंकि एक या अधिक गुणों में सुधार आम तौर पर किसी अन्य संपत्ति की कीमत पर प्राप्त किया जाता है, उपचार के उद्देश्य के अनुसार एनीलिंग चक्र का चयन किया जाना चाहिए।
सामान्य एनीलिंग उपचार हैं:

मिल एनीलिंग सभी मिल उत्पादों को दिया जाने वाला एक सामान्य प्रयोजन उपचार है। यह पूर्ण एनील नहीं है और भारी काम वाले उत्पादों, विशेष रूप से शीट के माइक्रोस्ट्रक्चर में ठंड या गर्म काम के निशान छोड़ सकता है।

डुप्लेक्स एनीलिंग बेहतर रेंगने वाले प्रतिरोध या फ्रैक्चर क्रूरता के लिए आवश्यक चरणों के आकार, आकार और वितरण को बदल देता है। उदाहरण के लिए, कोरोना 5 मिश्र धातु के डुप्लेक्स एनील में, विकृत को गोलाकार बनाने और इसके वॉल्यूम अंश को कम करने के लिए पहला एनील ट्रांसस के पास होता है। इसके बाद गोलाकार कणों के बीच नए लेंटिकुलर (एसिक्यूलर) को अवक्षेपित करने के लिए एक दूसरा, निम्न-तापमान एनील होता है। एसिकुलर का यह गठन रेंगने की शक्ति और फ्रैक्चर कठोरता में सुधार के साथ जुड़ा हुआ है।

फ्रैक्चर की कठोरता में सुधार के लिए पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग और एनीलिंग का उपयोग किया जाता है। पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग में, मिश्रधातु को रेंज के ऊपरी सिरे में गर्म किया जाता है, कुछ समय के लिए रखा जाता है, और फिर बहुत धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है। हाल के वर्षों में, फ्रैक्चर वाले महत्वपूर्ण एयरफ्रेम घटकों के लिए एनीलिंग की जगह पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग ने ले ली है।

(बीटा) एनीलिंग। पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग की तरह, एनीलिंग से फ्रैक्चर की कठोरता में सुधार होता है। बीटा एनीलिंग एनीलिंग किए जा रहे मिश्र धातु के ट्रांसस से ऊपर के तापमान पर किया जाता है। अनाज की अत्यधिक वृद्धि को रोकने के लिए, एनीलिंग के लिए तापमान ट्रांसस से थोड़ा ही अधिक होना चाहिए। एनीलिंग का समय अनुभाग की मोटाई पर निर्भर करता है और पूर्ण परिवर्तन के लिए पर्याप्त होना चाहिए। अनाज की वृद्धि को नियंत्रित करने के लिए परिवर्तन के बाद का तापमान न्यूनतम रखा जाना चाहिए। अनाज की सीमाओं पर चरण के गठन को रोकने के लिए बड़े हिस्सों को पंखे से ठंडा किया जाना चाहिए या पानी से बुझाया जाना चाहिए।

समाधान उपचार और उम्र बढ़ना

समाधान उपचार और उम्र बढ़ने से - या मिश्र धातुओं में ताकत के स्तर की एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त की जा सकती है। अद्वितीय Ti-2.5Cu मिश्र धातु के अपवाद के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की ताप-उपचार प्रतिक्रियाओं की उत्पत्ति कम तापमान पर उच्च तापमान चरण की अस्थिरता में निहित है।
किसी मिश्रधातु को घोल-उपचार तापमान पर गर्म करने से चरण का उच्च अनुपात उत्पन्न होता है। चरणों का यह विभाजन शमन द्वारा बनाए रखा जाता है; बाद में उम्र बढ़ने पर, अस्थिर चरण का विघटन होता है, जो उच्च शक्ति प्रदान करता है। वाणिज्यिक मिश्र धातुएं आम तौर पर समाधान-उपचारित स्थिति में आपूर्ति की जाती हैं, और उन्हें केवल पुराना करने की आवश्यकता होती है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं के समाधान उपचार में आम तौर पर ट्रांसस तापमान से थोड़ा ऊपर या थोड़ा नीचे तापमान पर हीटिंग शामिल होता है।
(बीटा) मिश्रधातुएँ सामान्यतः उत्पादकों से समाधान-उपचारित स्थिति में प्राप्त की जाती हैं। यदि दोबारा गर्म करने की आवश्यकता है, तो पूर्ण समाधान प्राप्त करने के लिए भिगोने का समय उतना ही लंबा होना चाहिए जितना आवश्यक हो। मिश्रधातुओं के लिए समाधान-उपचार तापमान ट्रांसस से ऊपर होता है; क्योंकि कोई दूसरा चरण मौजूद नहीं है, अनाज की वृद्धि तेजी से आगे बढ़ सकती है।
- (अल्फा-बीटा) मिश्र धातु। मिश्रधातुओं के लिए समाधान-उपचार तापमान का चयन उम्र बढ़ने के बाद वांछित यांत्रिक गुणों के संयोजन पर आधारित होता है। मिश्रधातुओं के घोल-उपचार तापमान में परिवर्तन से चरण की मात्रा बदल जाती है और परिणामस्वरूप उम्र बढ़ने की प्रतिक्रिया बदल जाती है।
पर्याप्त लचीलेपन के साथ उच्च शक्ति प्राप्त करने के लिए, मिश्र धातु के ट्रांसस के नीचे सामान्य रूप से 25 से 85 डिग्री (50 से 150 डिग्री एफ) के क्षेत्र में उच्च तापमान पर समाधान का उपचार करना आवश्यक है। यदि उच्च फ्रैक्चर क्रूरता या तनाव संक्षारण के लिए बेहतर प्रतिरोध की आवश्यकता है, तो एनीलिंग या समाधान उपचार वांछनीय हो सकता है। हालाँकि, ताप उपचार - श्रेणी में मिश्रधातु से लचीलापन में महत्वपूर्ण हानि होती है। लचीलापन, फ्रैक्चर क्रूरता, रेंगना और तनाव टूटना गुणों का इष्टतम संतुलन प्राप्त करने के लिए इन मिश्र धातुओं को आमतौर पर ट्रांसस के नीचे समाधान गर्मी का इलाज किया जाता है।

शमन

यदि सभी बीटा क्षेत्र से मिश्रधातुओं को जल शमन द्वारा तेजी से ठंडा किया जाता है, तो अल्फा चरण बनने की प्रवृत्ति दब जाती है, और बीटा चरण बरकरार रहता है। हालाँकि, कुछ मिश्र धातु रचनाएँ शमन पर एक अजीब परिवर्तन प्रदर्शित करती हैं। मार्टेंसिटिक या कतरनी जैसे परिवर्तन की यह क्रियाविधि पूरी तरह से समझ में नहीं आती है। इस संरचना का निर्माण, तथाकथित अल्फा प्राइम, जाली के कुछ विरूपण का कारण बनता है। यह विकृति और परिणामी तनाव एक ऐसी सामग्री का उत्पादन करता है, जो कठोर और सख्त होती है, और इसमें अल्फा की तुलना में बेहतर थकान गुण होते हैं। यह शमन प्रक्रिया तड़के के लिए प्रारंभिक बिंदु भी है।

टेम्परिंग

जब टाइटेनियम को ऊंचे तापमान से बुझाया जाता है, बीटा ट्रांसस से नीचे के तापमान पर दोबारा गर्म किया जाता है, लंबे समय तक रखा जाता है और फिर से बुझाया जाता है, तो इसे तड़का हुआ कहा जाता है। तड़के में तीन चर मौजूद होते हैं: वर्तमान चरण, आयोजित समय और तड़के का तापमान।

जब प्रारंभिक संरचना में अल्फा प्राइम होता है, तो दो परिवर्तन होते हैं: अल्फा प्राइम अल्फा में बदल जाता है, और लंबे समय में अल्फा दाँतेदार हो जाता है। इसका परिणाम कठोरता और ताकत का नुकसान और लचीलापन और प्रभाव में वृद्धि है। हालाँकि, अल्फा-बीटा संरचनाएँ इस पैटर्न का पालन नहीं करती हैं। अल्फ़ा मुख्य रूप से अपरिवर्तित रहता है; बीटा चरण की कीमत पर बीटा विघटित होकर अधिक अल्फा बनाता है। कम तापमान पर अधिक अल्फा बनेगा; इस प्रकार, कम तापमान वाले तापमान के परिणामस्वरूप ताकत और कठोरता में अधिक कमी आती है और समान समय अंतराल पर उच्च तापमान वाले तापमान की तुलना में लचीलेपन में अधिक वृद्धि होती है।

इज़ोटेर्मल परिवर्तन

किसी मिश्रधातु को सभी बीटा क्षेत्र से अल्फा-बीटा क्षेत्र के तापमान तक गर्म-शमन करने और कुछ समय तक रखने और फिर कमरे के तापमान पर और अधिक शमन करने पर, सामग्री को इज़ोटेर्मली रूप से बदल दिया जाता है। इस तरह से उपचार करने से बीटा से अल्फा चरण का अवक्षेपण होता है। उच्च तापमान पर अल्फा पहले अनाज की सीमाओं पर और बाद में बीटा अनाज के भीतर अवक्षेपित होता है।
यह उपचार, जब परिवर्तन तापमान से ठीक नीचे के तापमान पर रखा जाता है, तो पहले बीटा प्राइम के निर्माण के कारण बहुत कठोर सामग्री मिलती है। यदि धारण का समय बढ़ाया जाता है, तो कठोरता और ताकत कम हो जाती है और साथ ही लचीलापन और कठोरता में भी वृद्धि होती है। कम तापमान पर कठोरता और भंगुरता में धीरे-धीरे वृद्धि होती है, और लंबे समय तक उच्च तापमान उपचार की तुलना में लंबे समय तक अधिक कठोरता प्राप्त की जा सकती है।

(करने के लिए जारी)