Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grade 4)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (ग्रेड 4) का परिचय
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, जिसे एयरोस्पेस एलॉय परिवार में ग्रेड 4 टाइटेनियम के नाम से भी जाना जाता है, एक नियर-अल्फा टाइटेनियम मिश्रधातु है जिसे उत्कृष्ट उच्च-तापमान मजबूती, तापीय स्थिरता और जंग प्रतिरोध के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह मिश्रधातु गैस टर्बाइनों, एयरफ्रेम्स और अन्य ऐसे अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग होती है जहाँ ऊँचे तापमान पर दीर्घकालिक प्रदर्शन की आवश्यकता होती है।
इसकी भरोसेमंद यांत्रिक स्थिरता और ऑक्सीकरण प्रतिरोध इसे उच्च-विशिष्टता वाले CNC मशीन किए गए टाइटेनियम पार्ट्स के लिए पसंदीदा सामग्री बनाते हैं। अत्यधिक वातावरणों में कड़े टॉलरेंस और डायमेंशनल कंट्रोल की मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए, निर्माता ग्रेड 4 टाइटेनियम से प्रिसिजन कंपोनेंट्स बनाने हेतु उन्नत CNC मशीनिंग सेवाओं पर निर्भर करते हैं।
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (ग्रेड 4) के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
टाइटेनियम (Ti) | शेष | जंग और तापीय प्रतिरोध के साथ आधार तत्व |
एल्युमिनियम (Al) | 5.5–6.5 | उच्च-तापमान मजबूती के लिए अल्फा स्टेबलाइज़र |
टिन (Sn) | 1.8–2.5 | क्रीप प्रतिरोध में सुधार करता है |
ज़िरकोनियम (Zr) | 3.6–4.5 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध और मजबूती बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 1.8–2.5 | बीटा स्टेबलाइज़र, हार्डनेबिलिटी बढ़ाता है |
सिलिकॉन (Si) | ≤0.25 | मैट्रिक्स को मजबूत करता है और क्रीप प्रतिरोध बढ़ाता है |
ऑक्सीजन (O) | ≤0.15 | मजबूती बढ़ाता है, लेकिन डक्टिलिटी को प्रभावित करता है |
लोहा (Fe) | ≤0.30 | अवशिष्ट तत्व |
हाइड्रोजन (H) | ≤0.015 | भंगुरता से बचने के लिए नियंत्रित |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 4.55 g/cm³ | ASTM B311 |
गलनांक सीमा | 1600–1660°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 6.8 W/m·K (100°C पर) | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 1.62 µΩ·m (20°C पर) | ASTM B193 |
तापीय विस्तार | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 570 J/kg·K (20°C पर) | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 108 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (एनील्ड अवस्था)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
टेंसाइल स्ट्रेंथ | 860–980 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 790–900 MPa | ASTM E8/E8M |
एलॉन्गेशन | ≥10% | ASTM E8/E8M |
हार्डनेस | 300–340 HB | ASTM E10 |
क्रीप प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उच्च | ASTM E466 |
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (ग्रेड 4) की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च तापमान पर मजबूती: ग्रेड 4 500°C तक उच्च मजबूती और क्रीप प्रतिरोध बनाए रखता है, जिससे यह गैस टर्बाइन इंजनों, एयरफ्रेम्स और हीट शील्ड्स के लिए उपयुक्त है।
उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध: Zr और Sn का जोड़ एक स्थिर ऑक्साइड परत बनने में मदद करता है, जिससे उच्च तापमान और ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरणों में दीर्घकालिक टिकाऊपन सुनिश्चित होता है।
थर्मल थकान प्रतिरोध: मिश्रधातु का संतुलित एलॉयइंग चक्राकार हीटिंग और कूलिंग के दौरान स्थिरता प्रदान करता है, जो एयरोस्पेस और पावर जेनरेशन घटकों के लिए महत्वपूर्ण है।
उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और स्थिरता: नियर-अल्फा मिश्रधातु होने के बावजूद, यह आसानी से वेल्ड की जा सकती है और हीट साइकिल्स के बाद भी फेज़ संतुलन बनाए रखती है—उच्च-दबाव असेंबली के लिए आदर्श।
ग्रेड 4 टाइटेनियम के लिए CNC मशीनिंग की चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
उच्च वर्क हार्डनिंग दर: टूल संपर्क के दौरान ग्रेड 4 में वर्क हार्डनिंग की प्रवृत्ति होती है, इसलिए सतह विकृति से बचने के लिए अनुकूलित चिप लोड और टूल की धार आवश्यक होती है।
कम तापीय चालकता: केवल 6.8 W/m·K चालकता के साथ, मिश्रधातु टूल-चिप इंटरफेस पर ऊष्मा बनाए रखती है, जिससे टूल लाइफ घटती है और थर्मल डिफॉर्मेशन की संभावना बढ़ती है।
टूल वियर और गैलिंग: आक्रामक ऑक्साइड निर्माण और बीटा-समृद्ध ज़ोन वियर को तेज करते हैं और चिप का टूल से चिपकना बढ़ाते हैं, जिससे सतह फिनिश प्रभावित होती है।
इलास्टिक रिकवरी: 108 GPa मॉड्यूलस के साथ, विशेषकर पतली दीवार वाले पार्ट्स और फिनिशिंग ऑपरेशन्स में, उल्लेखनीय स्प्रिंग-बैक देखा जाता है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | अनुशंसा | कारण |
|---|---|---|
टूल सामग्री | फाइन-ग्रेन कार्बाइड या सिरेमिक इन्सर्ट्स | उच्च मजबूती और ताप प्रतिरोध |
कोटिंग | AlTiN या TiSiN (3–5 µm) | BUE कम करता है और टूल लाइफ बढ़ाता है |
ज्योमेट्री | तेज धार, उच्च रेक एंगल | कटिंग फोर्स और थर्मल इनपुट कम करता है |
कटिंग स्पीड | 25–60 m/min | ओवरहीटिंग और सतह हार्डनिंग से बचाता है |
फीड रेट | 0.10–0.25 mm/rev | चिप निर्माण को समर्थन देता है और ग्लेज़िंग से बचाता है |
कूलेंट | इमल्शन कूलेंट, ≥100 bar | प्रभावी कूलिंग और चिप फ्लशिंग प्रदान करता है |
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (ग्रेड 4) 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 4 टाइटेनियम पार्ट्स के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) आंतरिक माइक्रोवॉयड्स को सघन (डेंस) करता है और थकान जीवन बढ़ाता है, विशेष रूप से फ्लाइट-क्रिटिकल कंपोनेंट्स के लिए।
हीट ट्रीटमेंट में 600–675°C पर एजिंग शामिल है, जिससे टर्बाइन हार्डवेयर में क्रीप प्रतिरोध और डायमेंशनल स्थिरता बढ़ती है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग संगत फिलर रॉड्स का उपयोग करके एयरोस्पेस और प्रोपल्शन असेंबली के लिए पूर्ण-मजबूती फ्यूज़न वेल्ड सुनिश्चित करती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC) जेट इंजनों और हाई-हीट रिएक्टरों के घटकों के लिए ऑक्सीकरण तथा थर्मल थकान सुरक्षा जोड़ती है।
CNC मशीनिंग ±0.01 mm टॉलरेंस को सपोर्ट करती है और फ्लाइट हार्डवेयर, हाई-परफॉर्मेंस फ्लैंज तथा ब्रैकेट्स के लिए आदर्श है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM) हीट-ट्रीटेड पार्ट्स में ऑरिफिस और डीप पॉकेट्स जैसी प्रिसिजन फीचर्स सक्षम बनाती है।
डीप होल ड्रिलिंग संरचनात्मक और कूलिंग कंपोनेंट्स में L/D > 30:1 के साथ बोर गहराई और सतह फिनिश Ra ≤ 1.6 µm प्रदान करती है।
मटेरियल परीक्षण में टेंसाइल, क्रीप रप्चर, SEM माइक्रोस्ट्रक्चर और एयरोस्पेस QA मानकों के अनुरूप अल्ट्रासोनिक NDT शामिल हैं।
मटेरियल परीक्षण और विश्लेषण
ग्रेड 4 के लिए मटेरियल वैलिडेशन में उच्च-तापमान टेंसाइल परीक्षण, क्रीप रप्चर मूल्यांकन, माइक्रोहार्डनेस, XRD और मेटालोग्राफिक विश्लेषण शामिल हैं, जिससे एयरोस्पेस और न्यूक्लियर मानकों के अनुरूपता सुनिश्चित होती है।
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (ग्रेड 4) के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस: 400°C से ऊपर काम करने वाले इंजन केसिंग, आफ्टरबर्नर कंपोनेंट्स और नोज़ल हार्डवेयर।
पावर जेनरेशन: गैस टर्बाइन ब्लेड्स, एग्ज़ॉस्ट डक्टिंग और हाई-प्रेशर कंबस्टर एलिमेंट्स।
डिफेंस सिस्टम्स: संरचनात्मक एयरोस्पेस कनेक्टर्स और प्रोपल्शन सिस्टम लाइनर्स, जिन्हें तापमान सहनशीलता चाहिए।
इंडस्ट्रियल इक्विपमेंट: हीट एक्सचेंजर्स और हाई-प्रेशर सील्स, जो संक्षारक और थर्मल-साइक्लिंग वातावरणों में काम करते हैं।
एयरोस्पेस फास्टनर्स: उच्च-साइकिल थकान और ऊँचे थर्मल लोड क्षेत्रों के लिए बोल्ट और फ्लैंज सिस्टम्स।
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