Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) का परिचय
Ti-5Al-2.5Sn, जिसे ग्रेड 6 टाइटेनियम के रूप में नामित किया जाता है, एक नियर-अल्फा टाइटेनियम मिश्रधातु है जो मध्यम मजबूती, उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और श्रेष्ठ क्रीप प्रतिरोध का संयोजन प्रदान करती है। इसे विशेष रूप से एयरोस्पेस, समुद्री (मरीन) और पावर जेनरेशन वातावरणों में ऊँचे तापमान पर सेवा के लिए इंजीनियर किया गया है।
अपनी तापीय स्थिरता और ऑक्सीकरण वातावरणों में निरंतर प्रदर्शन के कारण, Ti-5Al-2.5Sn महत्वपूर्ण CNC-मशीन किए गए टाइटेनियम पार्ट्स के लिए एक भरोसेमंद विकल्प है। उच्च-प्रदर्शन CNC मशीनिंग सेवाएँ असाधारण डायमेंशनल एक्यूरेसी के साथ प्रिसिजन कंपोनेंट्स प्रदान करने के लिए उपयोग की जाती हैं, यहाँ तक कि जटिल, पतली दीवार वाली एयरोस्पेस संरचनाओं के लिए भी।
Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
टाइटेनियम (Ti) | शेष | जंग प्रतिरोध और संरचनात्मक स्थिरता प्रदान करता है |
एल्युमिनियम (Al) | 4.5–5.5 | अल्फा स्टेबलाइज़र, मजबूती और ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाता है |
टिन (Sn) | 2.0–3.0 | क्रीप और थर्मल थकान प्रतिरोध में सुधार करता है |
ऑक्सीजन (O) | ≤0.15 | मैट्रिक्स को मजबूत करता है, लेकिन डक्टिलिटी को प्रभावित करता है |
लोहा (Fe) | ≤0.30 | अवशिष्ट तत्व |
हाइड्रोजन (H) | ≤0.015 | हाइड्रोजन एम्ब्रिटलमेंट से बचने के लिए नियंत्रण आवश्यक |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 4.54 g/cm³ | ASTM B311 |
गलनांक सीमा | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 7.1 W/m·K (100°C पर) | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 1.60 µΩ·m (20°C पर) | ASTM B193 |
तापीय विस्तार | 8.3 µm/m·°C | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 565 J/kg·K (20°C पर) | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 110 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (एनील्ड अवस्था)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
टेंसाइल स्ट्रेंथ | 745–860 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 690–790 MPa | ASTM E8/E8M |
एलॉन्गेशन | ≥10% | ASTM E8/E8M |
हार्डनेस | 280–320 HB | ASTM E10 |
क्रीप प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उच्च | ASTM E466 |
Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) की प्रमुख विशेषताएँ
उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रदर्शन: 450°C तक यांत्रिक मजबूती और क्रीप प्रतिरोध बनाए रखता है, जेट इंजन डक्ट्स और आफ्टरबर्नर संरचनाओं के लिए आदर्श।
श्रेष्ठ वेल्डेबिलिटी: ग्रेड 6 महत्वपूर्ण यांत्रिक गुणों में उल्लेखनीय गिरावट के बिना उत्कृष्ट वेल्ड इंटीग्रिटी प्रदान करता है—प्रेशर वेसल्स और एयरोस्पेस ट्यूबिंग के लिए आदर्श।
तापीय स्थिरता: कम तापीय विस्तार (8.3 µm/m·°C) और थर्मल थकान के प्रति उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, जिससे हाई-साइकिल हीट-लोड वातावरणों में प्रदर्शन समर्थित होता है।
ऑक्सीकरण प्रतिरोध: स्थिर TiO₂ सतह परत का निर्माण गर्म गैस और समुद्री वातावरणों में स्केलिंग और जंग से भागों की रक्षा करता है।
ग्रेड 6 टाइटेनियम के लिए CNC मशीनिंग की चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
टफनेस और कम चालकता: उच्च टफनेस और केवल 7.1 W/m·K की तापीय चालकता कटिंग ज़ोन में अत्यधिक ऊष्मा पैदा करती है, जिससे टूल वियर होता है।
वर्क हार्डनिंग व्यवहार: यदि चिप लोड पर्याप्त नहीं है तो Ti-5Al-2.5Sn मशीनिंग के दौरान कठोर हो जाता है, जिससे टूल लाइफ और सतह फिनिश की गुणवत्ता प्रभावित होती है।
टूल एडहेशन का जोखिम: उच्च तापमान पर बिल्ट-अप एज (BUE) बनता है, जिससे एक्यूरेसी प्रभावित होती है और गैलिंग की संभावना बढ़ती है।
डायमेंशनल एक्यूरेसी: इलास्टिक रिकवरी और स्प्रिंगबैक (मॉड्यूलस ~110 GPa) के कारण प्रिसिजन फीचर्स पर डायमेंशनल कंट्रोल बनाए रखने हेतु कंपन्सेशन आवश्यक होता है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | अनुशंसा | कारण |
|---|---|---|
टूल सामग्री | कार्बाइड या CBN इन्सर्ट्स | उच्च-तापमान वियर प्रतिरोध के लिए उपयुक्त |
कोटिंग | AlTiN या TiAlSiN (3–5 µm PVD) | एडहेशन और ऊष्मा-संबंधित डिग्रेडेशन को न्यूनतम करता है |
ज्योमेट्री | तेज रेक, होंड किनारे | बल कम करता है और चिप निकासी में सुधार करता है |
कटिंग स्पीड | 20–60 m/min | थर्मल लोड और सतह फिनिश के बीच संतुलन बनाता है |
फीड रेट | 0.10–0.25 mm/rev | उचित चिप निर्माण सुनिश्चित करता है |
कूलेंट | हाई-प्रेशर इमल्शन ≥100 bar | ऊष्मा संचय रोकता है और घर्षण कम करता है |
Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) 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 | 2.0–3.0 | 80–100 (थ्रू-टूल) |
फिनिशिंग | 45–65 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
ग्रेड 6 टाइटेनियम पार्ट्स के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) पार्ट की घनता बढ़ाता है और आंतरिक रिक्तताओं को समाप्त करता है, जिससे टर्बाइन और प्रोपल्शन पार्ट्स में थकान प्रदर्शन बेहतर होता है।
हीट ट्रीटमेंट में ~600°C पर स्ट्रेस रिलीविंग और एजिंग शामिल है, जिससे क्रीप प्रतिरोध और डायमेंशनल स्थिरता अनुकूलित होती है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग प्रेशर-रेटेड एयरोस्पेस सिस्टम्स में न्यूनतम पोरोसिटी और क्रैकिंग के साथ पूर्ण-मजबूती वेल्ड्स सक्षम बनाती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) जेट इंजन एग्ज़ॉस्ट या केमिकल रिएक्टरों में ग्रेड 6 पार्ट्स को ऑक्सीकरण और थर्मल थकान से बचाती है।
CNC मशीनिंग ±0.01 mm प्रिसिजन सक्षम बनाती है और इंजन डक्ट्स, कंट्रोल हाउसिंग्स तथा प्रिसिजन एयरोस्पेस ट्यूबिंग के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) थर्मल स्ट्रेस उत्पन्न किए बिना प्रिसिजन होल्स और कूलिंग चैनल बनाने की अनुमति देती है।
डीप होल ड्रिलिंग उच्च L/D अनुपात के साथ <0.3 mm/m सीधाई और Ra ≤ 1.6 µm प्राप्त करती है, जो प्रेशर ट्यूबिंग और डक्टवर्क के लिए उपयुक्त है।
मटेरियल परीक्षण में क्रीप रप्चर वैलिडेशन, SEM माइक्रोस्ट्रक्चर समीक्षा और गुणवत्ता आश्वासन के लिए अल्ट्रासोनिक दोष परीक्षण शामिल हैं।
मटेरियल परीक्षण और विश्लेषण
ग्रेड 6 पार्ट्स पर उच्च-तापमान टेंसाइल परीक्षण, क्रीप मूल्यांकन, थकान जीवन परीक्षण और XRD/SEM विश्लेषण किया जाता है, ताकि एयरोस्पेस, न्यूक्लियर और समुद्री सेवा स्थितियों में अखंडता सुनिश्चित हो सके।
Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस: उच्च तापीय लोड के तहत काम करने वाले जेट इंजन डक्ट्स, हाइड्रोलिक ट्यूबिंग और एयरफ्रेम स्किन्स में उपयोग।
पावर जेनरेशन: स्टीम और गैस टर्बाइनों के लिए उच्च-तापमान पाइपिंग और फ्लो-कंट्रोल कंपोनेंट्स।
समुद्री (मरीन): डीसैलिनेशन प्लांट हीट एक्सचेंजर्स और ट्यूबिंग, जो गर्म ब्राइन और समुद्री जल वातावरण के संपर्क में रहते हैं।
डिफेंस: प्रोपल्शन और एग्ज़ॉस्ट सिस्टम्स के लिए संरचनाएँ और हाउसिंग्स, जहाँ स्ट्रेंथ-टू-वेट संतुलन आवश्यक है।
औद्योगिक उपकरण: संक्षारक और थर्मल-साइक्लिंग वातावरणों में उपकरण, जैसे रिएक्टर और हीट एक्सचेंजर्स।
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