Ti-4Al-2V
Ti-4Al-2V का परिचय
Ti-4Al-2V एक नियर-अल्फा टाइटेनियम मिश्रधातु है जिसे उच्च-प्रदर्शन संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है, जहाँ मध्यम मजबूती, उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध और विश्वसनीय तापीय स्थिरता की आवश्यकता होती है। Ti-6Al-4V की तुलना में इसमें वैनाडियम और एल्यूमिनियम की मात्रा कम होने से यह अधिक वेल्डेबल और फॉर्मेबल बन जाती है, विशेषकर मोटे सेक्शन और प्रेशर-कंटेनिंग (दबाव धारण करने वाले) घटकों में।
Ti-4Al-2V सटीक CNC मशीन्ड टाइटेनियम पार्ट्स के लिए उपयुक्त है, जहाँ टाइट टॉलरेंस और दीर्घकालिक स्थिर यांत्रिक गुण आवश्यक होते हैं। उन्नत CNC मशीनिंग सेवाओं के साथ, Ti-4Al-2V घटक समुद्री, एयरोस्पेस, पावर जनरेशन और मेडिकल क्षेत्रों में सामान्यतः उपयोग किए जाते हैं, जहाँ मध्यम मजबूती और जंग प्रतिरोध अत्यंत आवश्यक है।
Ti-4Al-2V के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
टाइटेनियम (Ti) | शेष | आधार तत्व, उत्कृष्ट जंग प्रतिरोध प्रदान करता है |
एल्यूमिनियम (Al) | 3.8–4.2 | अल्फा स्टेबलाइज़र, मजबूती और ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाता है |
वैनाडियम (V) | 1.8–2.2 | बीटा स्टेबलाइज़र, टफनेस और हार्डनेबिलिटी बढ़ाता है |
ऑक्सीजन (O) | ≤0.15 | मजबूती में योगदान; नम्यता के लिए नियंत्रित होना चाहिए |
आयरन (Fe) | ≤0.30 | अवशिष्ट तत्व |
हाइड्रोजन (H) | ≤0.015 | भंगुरता रोकने के लिए कम मात्रा |
कार्बन (C) | ≤0.08 | अवशिष्ट तत्व |
नाइट्रोजन (N) | ≤0.03 | अवशिष्ट तत्व |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 4.46 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1610–1660°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 6.5 W/m·K | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 20°C पर 1.66 µΩ·m | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 8.7 µm/m·°C | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 20°C पर 560 J/kg·K | ASTM E1269 |
लोच मापांक | 114 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (एनील्ड अवस्था)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
तन्य शक्ति | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड शक्ति (0.2%) | 730–800 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥14% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 260–300 HB | ASTM E10 |
क्रीप प्रतिरोध | 400°C तक अच्छा | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | मध्यम से उच्च | ASTM E466 |
Ti-4Al-2V की प्रमुख विशेषताएँ
अच्छी वेल्डेबिलिटी और फैब्रिकेबिलिटी: अधिक अलॉय-युक्त ग्रेड्स की तुलना में बेहतर वेल्डेबिलिटी प्रदान करता है, जिससे असेंबली और फॉर्मिंग के दौरान क्रैक की संभावना कम होती है।
उच्च जंग प्रतिरोध: स्थिर ऑक्साइड फिल्म बनाने की क्षमता के कारण समुद्री और रासायनिक वातावरण के लिए उपयुक्त।
मध्यम उच्च-तापमान शक्ति: 400°C तक टरबाइन केसिंग या प्रेशर हाउसिंग जैसे संरचनात्मक अनुप्रयोगों में अच्छा प्रदर्शन।
बेहतर आयामी स्थिरता: हीट साइक्लिंग के दौरान न्यूनतम विकृति के साथ लोड-बेयरिंग पार्ट्स में उत्कृष्ट प्रदर्शन।
Ti-4Al-2V के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
गैलिंग और घर्षण: पर्याप्त लुब्रिकेशन न होने पर टाइटेनियम की प्रतिक्रियाशीलता के कारण कटिंग टूल्स पर चिपकाव (adhesion) हो सकता है।
तापीय संवेदनशीलता: कम तापीय चालकता के कारण गर्मी कटिंग ज़ोन में केंद्रित होती है, जिससे टूल लाइफ और सतह फिनिश प्रभावित होते हैं।
टूल घिसाव: Ti-6Al-4V की तुलना में कम अलॉय-युक्त होने के बावजूद, सही कूलिंग और ऑप्टिमाइज़ेशन के बिना यह काफी टूल वियर पैदा कर सकता है।
लोचीय रिकवरी: मध्यम लोच मापांक के कारण अंतिम पास में स्प्रिंगबैक होता है, जिससे टॉलरेंस नियंत्रण प्रभावित होता है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | फाइन-ग्रेन कार्बाइड (K30) | तापीय तनाव के तहत घिसाव प्रतिरोध प्रदान करता है |
कोटिंग | AlTiN या TiCN | घर्षण कम करता है और टूल एज की सुरक्षा करता है |
ज्यामिति | शार्प रेक, होन्ड एज (~0.05 mm) | कटिंग बल कम करता है और चिप फ्लो बेहतर बनाता है |
कटिंग गति | 20–45 m/min | अधिक गर्मी जमा होने से रोकता है |
फीड दर | 0.10–0.20 mm/rev | वर्क हार्डनिंग से बचने में मदद करता है |
कूलेंट | हाई-प्रेशर थ्रू-टूल (≥100 bar) | हीट रिमूवल और साफ कटिंग ज़ोन सुनिश्चित करता है |
Ti-4Al-2V 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 |
Ti-4Al-2V टाइटेनियम पार्ट्स के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) आंतरिक पोरोसिटी को हटाता है और संरचनात्मक एयरोस्पेस पार्ट्स में थकान प्रतिरोध बढ़ाता है।
हीट ट्रीटमेंट वेल्डिंग या कोल्ड फॉर्मिंग के बाद यांत्रिक मजबूती और स्ट्रेस रिलीफ में सुधार करता है, आमतौर पर 700–800°C पर।
सुपरएलॉय वेल्डिंग पोस्ट-वेल्ड हीट ट्रीटमेंट के साथ उच्च-अखंडता जॉइनिंग की अनुमति देता है ताकि नम्यता बहाल हो सके।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) टरबाइन और औद्योगिक वातावरण में थर्मल साइक्लिंग से घटकों की रक्षा करती है।
CNC मशीनिंग एयरोस्पेस, समुद्री और ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए उच्च-सटीक, टाइट-टॉलरेंस फीचर्स का उत्पादन सक्षम करती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) कठोर या पतली-दीवार वाले क्षेत्रों पर थर्मल डिस्टॉर्शन उत्पन्न किए बिना सटीकता सुनिश्चित करता है।
डीप होल ड्रिलिंग L/D >30:1 के साथ लंबे, संकरे बोर की मशीनिंग और सतह खुरदरापन Ra ≤1.6 µm का समर्थन करती है।
सामग्री परीक्षण में SEM/EDS विश्लेषण, क्रीप और थकान परीक्षण, तथा AMS और GB मानकों के अनुसार अल्ट्रासोनिक दोष जांच शामिल है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
Ti-4Al-2V घटकों को तन्य और क्रीप परीक्षण, SEM/XRD द्वारा फेज सत्यापन, हार्डनेस प्रोफाइलिंग और अल्ट्रासोनिक NDT के माध्यम से वैलिडेट किया जाता है ताकि एयरोस्पेस और ऊर्जा-ग्रेड विश्वसनीयता सुनिश्चित हो सके।
Ti-4Al-2V के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस: संरचनात्मक एयरफ्रेम, इंजन ब्रैकेट्स और मध्यम-तापमान घटकों में उपयोग।
समुद्री (Marine): खारे पानी के जंग के संपर्क में आने वाले उच्च-शक्ति फिटिंग्स, बोल्ट और वाल्व के लिए उपयोग।
पावर जनरेशन: टरबाइन केसिंग, पाइपिंग सपोर्ट्स और रोटेटिंग हार्डवेयर के लिए आदर्श।
मेडिकल डिवाइसेज़: बायोकम्पैटिबल घटक जैसे हाउसिंग्स, कपलिंग्स और ऑर्थोपेडिक टूलिंग।
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