Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) का परिचय
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, जिसे सामान्यतः Beta C टाइटेनियम कहा जाता है, एक मेटास्टेबल बीटा टाइटेनियम मिश्रधातु है जिसे अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ, उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध और बेहतरीन कोल्ड फॉर्मेबिलिटी के लिए इंजीनियर किया गया है। इस मिश्रधातु का उपयोग अक्सर एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव और केमिकल प्रोसेसिंग जैसे कठोर वातावरणों में किया जाता है, जहाँ स्ट्रेंथ-टू-वेट अनुपात और थकान प्रतिरोध अत्यंत महत्वपूर्ण होते हैं।
गहरी हार्डनेबिलिटी और उच्च फ्रैक्चर टफनेस का इसका संयोजन Beta C को कस्टम CNC मशीन किए गए टाइटेनियम पार्ट्स के लिए आदर्श बनाता है, जिनमें जटिल ज्योमेट्री, पतली दीवार संरचनाएँ या उच्च-परिशुद्धता बोर की आवश्यकता होती है। इसकी हीट ट्रीटमेंट प्रतिक्रिया और चुनौतीपूर्ण मशीनबिलिटी के कारण, अंतिम घटकों में सटीक टॉलरेंस और यांत्रिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए उच्च-प्रदर्शन CNC मशीनिंग सेवाएँ अनिवार्य हैं।
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
टाइटेनियम (Ti) | शेष | आधार धातु, जंग प्रतिरोध प्रदान करता है |
एल्युमिनियम (Al) | 2.5–3.5 | बीटा फेज़ की मजबूती को संशोधित करता है |
वैनेडियम (V) | 7.0–9.0 | बीटा स्टेबलाइज़र और मजबूती बढ़ाने वाला तत्व |
क्रोमियम (Cr) | 5.5–6.5 | जंग प्रतिरोध और बीटा स्थिरता को बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 3.5–4.5 | क्रीप स्ट्रेंथ और थकान प्रदर्शन में सुधार करता है |
ज़िरकोनियम (Zr) | 3.5–4.5 | क्रीप, मजबूती और ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाता है |
ऑक्सीजन (O) | ≤0.12 | मजबूती बढ़ाने वाला तत्व, डक्टिलिटी को प्रभावित करता है |
लोहा (Fe) | ≤0.30 | सूक्ष्म अशुद्धि |
हाइड्रोजन (H) | ≤0.015 | भंगुरता से बचने के लिए नियंत्रित |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक / स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 4.82 g/cm³ | ASTM B311 |
गलनांक सीमा | 1600–1660°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 7.0 W/m·K (100°C पर) | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 1.70 µΩ·m (20°C पर) | ASTM B193 |
तापीय विस्तार | 9.0 µm/m·°C | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 550 J/kg·K (20°C पर) | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 110 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (सॉल्यूशन ट्रीटेड + एज्ड)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
टेंसाइल स्ट्रेंथ | 1100–1400 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 1000–1300 MPa | ASTM E8/E8M |
एलॉन्गेशन | ≥8% | ASTM E8/E8M |
हार्डनेस | 340–400 HB | ASTM E10 |
क्रीप प्रतिरोध | उच्च | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E466 |
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) की प्रमुख विशेषताएँ
अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ: एजिंग के बाद 1400 MPa तक की टेंसाइल स्ट्रेंथ प्राप्त करने में सक्षम, Beta C लगभग आधे वजन पर उच्च-प्रदर्शन स्टील के समान मजबूती प्रदान करता है।
उत्कृष्ट कोल्ड फॉर्मेबिलिटी: सॉल्यूशन-ट्रीटेड अवस्था में Beta C अत्यधिक फॉर्मेबल होता है, जिससे एजिंग से पहले डीप ड्रॉइंग और जटिल आकार बनाना संभव होता है।
बेहतरीन जंग प्रतिरोध: इसमें मौजूद क्रोमियम और मोलिब्डेनम क्लोराइड-समृद्ध, अम्लीय और ऑक्सीडाइजिंग वातावरणों में प्रतिरोध बढ़ाते हैं, जिससे यह एयरोस्पेस हाइड्रोलिक सिस्टम और केमिकल रिएक्टरों के लिए उपयुक्त बनता है।
सटीक ट्यूनिंग के लिए हीट ट्रीटेबल: मशीनिंग के बाद एजिंग (आमतौर पर 480–540°C) के माध्यम से अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुसार यांत्रिक गुणों को अनुकूलित किया जा सकता है।
श्रेष्ठ थकान और फ्रैक्चर टफनेस: साइक्लिक लोडिंग में क्रैक प्रसार के प्रति असाधारण प्रतिरोध, उच्च-साइकिल एयरोस्पेस और संरचनात्मक फास्टनरों के लिए आदर्श।
Beta C टाइटेनियम के लिए CNC मशीनिंग की चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
अत्यधिक उच्च मजबूती और वर्क हार्डनिंग: एज्ड Beta C अत्यधिक हार्डनेस (>340 HB) प्रदर्शित करता है, जिससे बिना अनुकूल रणनीतियों के टूल एंगेजमेंट और कटिंग कठिन हो जाती है।
कम तापीय चालकता: केवल 7.0 W/m·K होने के कारण, ऊष्मा टूल–चिप इंटरफेस पर केंद्रित हो जाती है, जिससे टूल तेजी से घिसते हैं और पार्ट डिफॉर्मेशन का जोखिम बढ़ता है।
एब्रैसिवनेस और गैलिंग: Beta C चिप्स बनाता है जो टूल से चिपक जाते हैं, जबकि कार्बाइड बनाने वाले तत्व कटिंग एज घिसाव बढ़ाते हैं।
डायमेंशनल कंट्रोल: उच्च स्प्रिंग-बैक और इलास्टिक रिकवरी के कारण, पतली दीवार वाले Beta C पार्ट्स के लिए सटीक फिक्स्चरिंग और टूल पाथ कंपन्सेशन आवश्यक है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | अनुशंसा | कारण |
|---|---|---|
टूल सामग्री | कार्बाइड (K-ग्रेड), फिनिशिंग के लिए CBN | अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ मिश्रधातुओं में कटिंग एज बनाए रखता है |
कोटिंग | AlTiN या TiAlSiN PVD (≥4 µm) | ऊष्मा संचय कम करता है और चिपकाव का प्रतिरोध करता है |
ज्योमेट्री | तेज कटिंग एज, कम हेलिक्स | बिल्ट-अप एज कम करता है और चिप फ्लो सुधारता है |
कटिंग स्पीड | 20–50 m/min (रफिंग), 50–80 m/min (फिनिशिंग) | ऊष्मा और टूल लाइफ को नियंत्रित करता है |
फीड रेट | 0.08–0.20 mm/rev | उचित चिप मोटाई सुनिश्चित करता है और ग्लेज़िंग से बचाता है |
कूलेंट | हाई-प्रेशर इमल्शन (≥100 bar) | चिप फ्लशिंग और थर्मल स्थिरता सुनिश्चित करता है |
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुपालन)
ऑपरेशन | स्पीड (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 20–30 | 0.15–0.20 | 1.5–2.5 | 80–100 (थ्रू-टूल) |
फिनिशिंग | 50–80 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Beta C टाइटेनियम पार्ट्स के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) अवशिष्ट पोरोसिटी को समाप्त करता है और थकान जीवन को बढ़ाता है, विशेष रूप से दबाव और कंपन के अधीन भागों में।
हीट ट्रीटमेंट 500–550°C पर 4–8 घंटे तक एजिंग की अनुमति देता है, जिससे यील्ड स्ट्रेंथ बढ़ती है और डक्टिलिटी को अनुकूलित किया जाता है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग समान बीटा टाइटेनियम फिलर का उपयोग कर वेल्ड की अखंडता बनाए रखती है और फेज़ संतुलन तथा मजबूती संरक्षित करती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) 600°C से अधिक तापमान पर कार्य करने वाले इंजन और केमिकल वातावरणों में Beta C पार्ट्स की सुरक्षा करती है।
CNC मशीनिंग एयरोस्पेस या हाइड्रोलिक हार्डवेयर में आवश्यक कड़े टॉलरेंस और जटिल ज्योमेट्री को संभव बनाती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) एज्ड Beta C घटकों में सूक्ष्म फीचर्स और टाइट-टॉलरेंस बोर बनाने के लिए आवश्यक है।
डीप होल ड्रिलिंग उच्च-दबाव हाइड्रोलिक अनुप्रयोगों में <0.3 mm/m की बोर सीधाई और आंतरिक Ra ≤ 1.6 µm सुनिश्चित करती है।
मटेरियल परीक्षण में माइक्रोस्ट्रक्चर, फेज़ विश्लेषण (XRD), अल्ट्रासोनिक दोष परीक्षण और टेंसाइल टेस्ट शामिल हैं, ताकि पूर्ण यांत्रिक अनुपालन सुनिश्चित हो सके।
मटेरियल परीक्षण और विश्लेषण
Beta C का मटेरियल सत्यापन टेंसाइल परीक्षण (RT और उच्च तापमान), फ्रैक्चर टफनेस मूल्यांकन और SEM/XRD विश्लेषण के माध्यम से किया जाता है, जिससे माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता और एजिंग प्रतिक्रिया का आकलन किया जा सके।
Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C) के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस: उच्च स्ट्रेंथ-टू-वेट अनुपात और थकान प्रदर्शन के कारण फास्टनर, एक्टुएटर और हाइड्रोलिक ट्यूबिंग सिस्टम में उपयोग।
केमिकल प्रोसेसिंग: क्लोराइड, अम्ल और ऑक्सीडाइज़र संभालने वाले वाल्व, प्रेशर वेसल और ऑटोक्लेव के लिए उपयुक्त।
ऑटोमोटिव: उच्च-प्रदर्शन सस्पेंशन और ड्राइव घटकों में उपयोग, जहाँ कठोरता और वजन में बचत महत्वपूर्ण होती है।
मेडिकल डिवाइस: संरचनात्मक इम्प्लांट और सर्जिकल टूल्स के लिए आदर्श, जहाँ थकान सहनशीलता और बायोकम्पैटिबिलिटी आवश्यक होती है।
पावर जेनरेशन: कंप्रेसर ब्लेडिंग, फ्यूल सिस्टम कनेक्टर और दबाव-संवेदनशील रोटेटिंग पार्ट्स में उपयोग।
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