11Cr-3Al (TC11)
11Cr-3Al (TC11) का परिचय
11Cr-3Al, जिसे TC11 के रूप में नामित किया गया है, एक उच्च-शक्ति, उच्च-तापमान अल्फा-बीटा टाइटेनियम मिश्रधातु है जिसे मुख्य रूप से कठोर एयरोस्पेस और पावर जनरेशन अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है। उत्कृष्ट उच्च-तापमान यांत्रिक गुणों, श्रेष्ठ क्रीप प्रतिरोध और स्थिर ऑक्सीकरण व्यवहार के साथ, TC11 500°C तक के सेवा वातावरण के लिए आदर्श है।
एनील्ड या सॉल्यूशन-ट्रीटेड अवस्था में इसकी मजबूती और अनुकूल मशीनिंग क्षमता इसे CNC-मशीन्ड टाइटेनियम पार्ट्स के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाती है। उन्नत CNC मशीनिंग सेवाओं का उपयोग करने पर, TC11 घटक एयरोस्पेस संरचनाओं, कंप्रेसर डिस्क और इंजन केसिंग के लिए उच्च सटीकता, श्रेष्ठ थकान प्रदर्शन और दीर्घकालिक तापीय स्थिरता प्राप्त कर सकते हैं।
11Cr-3Al (TC11) के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
टाइटेनियम (Ti) | शेष | संरचनात्मक स्थिरता के साथ जंग-प्रतिरोधी आधार |
क्रोमियम (Cr) | 10.0–12.0 | बीटा स्टेबलाइज़र, ऑक्सीकरण और क्रीप प्रतिरोध में सुधार |
एल्यूमिनियम (Al) | 2.5–3.5 | अल्फा स्टेबलाइज़र, मजबूती और ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 0.8–1.5 | हार्डनेबिलिटी और क्रीप शक्ति में वृद्धि |
सिलिकॉन (Si) | ≤0.30 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार |
आयरन (Fe) | ≤0.50 | अवशिष्ट तत्व |
ऑक्सीजन (O) | ≤0.15 | मजबूती बढ़ाने वाला, नम्यता बनाए रखने हेतु नियंत्रण आवश्यक |
कार्बन (C) | ≤0.08 | अवशिष्ट तत्व |
हाइड्रोजन (H) | ≤0.015 | भंगुरता से बचाव हेतु नियंत्रित |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 4.57 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1620–1670°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 6.3 W/m·K | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 20°C पर 1.67 µΩ·m | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 20°C पर 560 J/kg·K | ASTM E1269 |
लोच मापांक | 115 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (सॉल्यूशन-ट्रीटेड + एज्ड)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
तन्य शक्ति | 950–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड शक्ति (0.2%) | 850–950 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥10% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 300–340 HB | ASTM E10 |
क्रीप प्रतिरोध | 500°C तक उत्कृष्ट | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उच्च | ASTM E466 |
11Cr-3Al (TC11) की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च-तापमान प्रदर्शन: 450–500°C पर निरंतर सेवा में 950 MPa से अधिक तन्य शक्ति और उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध बनाए रखता है।
ऑक्सीकरण और तापीय स्थिरता: क्रोमियम और एल्यूमिनियम घनी सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत बनाते हैं, जिससे टरबाइन और एग्जॉस्ट वातावरण में सामग्री क्षरण सीमित होता है।
उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध: चक्रीय तापीय और यांत्रिक तनाव के अधीन घूमने या कंपन करने वाले घटकों के लिए उपयुक्त।
अच्छी वेल्डेबिलिटी और संरचनात्मक अखंडता: विश्वसनीय जॉइनिंग और हीट-ट्रीटमेंट के बाद सुसंगत यांत्रिक प्रदर्शन की अनुमति देता है।
TC11 टाइटेनियम के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
तापीय संचय: TC11 की तापीय चालकता अपेक्षाकृत कम होती है, जिससे निरंतर कटिंग के दौरान टूल एज का अधिक गरम होना और आयु में कमी होती है।
लोचीय रिकवरी और वर्क-हार्डनिंग: उच्च लोच मापांक और स्ट्रेन-हार्डनिंग प्रवृत्तियाँ अंतिम पास की सटीकता और चिप नियंत्रण को जटिल बनाती हैं।
घर्षणीय ऑक्साइड निर्माण: उच्च-गति मशीनिंग के दौरान कठोर सतह ऑक्साइड बनने से कटिंग टूल का घिसाव बढ़ सकता है।
उच्च सतह गुणवत्ता आवश्यकताएँ: एयरोस्पेस सीलिंग सतहों और घूमने वाले भागों के लिए सूक्ष्म फिनिश (Ra < 0.8 µm) की मांग।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | फाइन-ग्रेन कार्बाइड, कोटेड इंसर्ट्स | उच्च-तापमान घिसाव प्रतिरोध |
कोटिंग | AlTiN या TiSiN | चिपकाव का प्रतिरोध, ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार |
ज्यामिति | पॉजिटिव रेक, 0.05 mm होन्ड एज | कटिंग बल और ताप संचय कम करता है |
कटिंग गति | 20–45 m/min | तापीय क्षति और चिप वेल्डिंग से बचाव |
फीड दर | 0.10–0.20 mm/rev | टूल दबाव और फिनिश गुणवत्ता का संतुलन |
कूलेंट | थ्रू-टूल इमल्शन ≥100 bar | फ्लशिंग और ताप नियंत्रण में सुधार |
11Cr-3Al (TC11) कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुपालन)
ऑपरेशन | गति (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (थ्रू-टूल) |
फिनिशिंग | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
TC11 टाइटेनियम पार्ट्स के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) छिद्रता को समाप्त कर और घनत्व बढ़ाकर थकान व क्रीप प्रदर्शन में सुधार करता है।
हीट ट्रीटमेंट में 950–970°C पर सॉल्यूशन एनीलिंग और 500–540°C पर एजिंग शामिल है, जिससे सर्वोत्तम क्रीप शक्ति प्राप्त होती है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग आर्गन शील्डिंग के तहत संरचनात्मक असेंबली और पोस्ट-वेल्ड स्ट्रेस रिलीफ सक्षम करती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) टरबाइन केस जैसे ऑक्सीकरण और तापीय साइक्लिंग वातावरण में काम करने वाले TC11 भागों की रक्षा करती है।
CNC मशीनिंग महत्वपूर्ण घूमने वाले घटकों के लिए ±0.01 mm सहनशीलता और कम Ra सतह सुनिश्चित करती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) कठोर और मोटी-दीवार वाले भागों पर सटीक फीचर निर्माण की अनुमति देती है।
डीप होल ड्रिलिंग उच्च-तापमान कूलिंग घटकों में L/D >30:1 और Ra ≤1.6 µm का समर्थन करती है।
सामग्री परीक्षण में क्रीप परीक्षण, फेज विश्लेषण, SEM इमेजिंग और अल्ट्रासोनिक NDT शामिल हैं।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
TC11 घटकों पर उच्च तापमान पर तन्य और क्रीप परीक्षण, SEM द्वारा माइक्रोस्ट्रक्चर विश्लेषण तथा GB, AMS और एयरोस्पेस मानकों के अनुसार अल्ट्रासोनिक दोष जांच की जाती है।
11Cr-3Al (TC11) के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस: कंप्रेसर डिस्क, इंजन केसिंग और उच्च तापीय चक्रों के संपर्क में आने वाली संरचनाएँ।
पावर जनरेशन: टरबाइन ब्लेड, ट्रांजिशन डक्ट और दहन कक्षों में उपयोग।
औद्योगिक उपकरण: तापीय थकान के अधीन घूमने वाले शाफ्ट और उच्च-लोड असेंबली के लिए उपयुक्त।
रक्षा: एयरोस्पेस रक्षा प्रणोदन और संरचनात्मक फ्रेम घटकों में उपयोग।
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