टाइटेनियम मिश्र धातु और उनके सुदृढ़ीकरण तंत्र के लिए समाधान उपचार और उम्र बढ़ने की प्रक्रिया - ब्लॉग

टाइटेनियम मिश्र धातु एयरोस्पेस और चिकित्सा प्रत्यारोपण जैसे क्षेत्रों में मुख्य संरचनात्मक सामग्री हैं, और उनके गुण गर्मी उपचार पर अत्यधिक निर्भर हैं। स्टील के विपरीत, जिसे मार्टेंसिटिक चरण परिवर्तनों या एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के माध्यम से मजबूत किया जाता है, जो मेटास्टेबल चरणों की वर्षा पर निर्भर करते हैं, समाधान उपचार और टाइटेनियम मिश्र धातुओं की उम्र बढ़ने की कुंजी और चरणों की आकृति विज्ञान और अनुपात को नियंत्रित करने में निहित है; इसलिए, अन्य धातुओं से स्थापित प्रक्रिया प्रणालियों को सीधे लागू नहीं किया जा सकता है।

I. प्रक्रिया सिद्धांत और सूक्ष्म संरचनात्मक विकास

समाधान उपचार का सार एक चरण परिवर्तन प्रक्रिया है जिसमें मिश्रधातु तत्वों का पूरी तरह से प्रसार और विघटन शामिल है: मिश्रधातु को + दो - चरण क्षेत्र या एकल - चरण क्षेत्र तक गर्म किया जाता है, जिससे प्राथमिक चरण चरण में बदल जाता है, जिससे V और Mo जैसे स्थिर तत्वों को मैट्रिक्स में पूरी तरह से घुलने की अनुमति मिलती है। तत्वों के समान वितरण को सुनिश्चित करने के लिए तापमान पर रखने के बाद, उच्च तापमान सुपरसैचुरेटेड चरण को कमरे के तापमान तक बनाए रखने के लिए पानी शमन जैसी तीव्र शीतलन विधियों का उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक मेटास्टेबल सुपरसैचुरेटेड ठोस समाधान प्राप्त होता है। यह प्रक्रिया न केवल पूर्व प्रसंस्करण के दौरान उत्पन्न आंतरिक तनाव और कार्य कठोरता को समाप्त करती है, बल्कि बाद की आयु कठोरता और वर्षा के लिए सूक्ष्म संरचनात्मक आधार भी स्थापित करती है। उम्र बढ़ने का उपचार प्रदर्शन को बढ़ाने में मुख्य कदम है: समाधान उपचार के माध्यम से प्राप्त मेटास्टेबल चरण थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर स्थिति में होता है और मध्यम तापमान धारण के दौरान स्वचालित रूप से विघटित हो जाता है, सुपरसैचुरेटेड मैट्रिक्स से समान रूप से नैनोस्केल माध्यमिक चरण को अवक्षेपित करता है। ये बारीक बिखरे हुए कण अव्यवस्था की गति को प्रभावी ढंग से पिन करते हैं, जिससे लचीलेपन के महत्वपूर्ण नुकसान के बिना मिश्र धातु की समग्र ताकत में काफी वृद्धि होती है, जिससे यांत्रिक गुण प्राप्त होते हैं जो ताकत और लचीलापन दोनों को जोड़ते हैं।

द्वितीय. मुख्य प्रक्रिया पैरामीटर और उनके प्रभाव

समाधान उपचार तापमान: समाधान उपचार तापमान का चयन करने की कुंजी इसे मिश्र धातु के चरण परिवर्तन बिंदु से सटीक रूप से मिलान करने में निहित है; यह पैरामीटर सीधे कमरे के तापमान पर अंतिम माइक्रोस्ट्रक्चर को निर्धारित करता है। जब समाधान उपचार तापमान चरण परिवर्तन बिंदु के नीचे 30-60 डिग्री की सीमा के भीतर सेट किया जाता है, तो मिश्र धातु प्राथमिक समवर्ती चरण का एक निश्चित अनुपात बनाए रखता है। ठंडा होने पर, एक समअक्षीय या दोहरी चरण वाली सूक्ष्म संरचना प्राप्त होती है। इस प्रकार की माइक्रोस्ट्रक्चर उत्कृष्ट प्लास्टिसिटी और थकान गुणों को प्रदर्शित करती है और उच्च फॉर्मेबिलिटी आवश्यकताओं वाले संरचनात्मक घटकों के लिए उपयुक्त है; जब समाधान उपचार का तापमान चरण परिवर्तन बिंदु से ऊपर उठाया जाता है, तो प्राथमिक चरण पूरी तरह से भंग हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ठंडा होने पर एक लैमेलर विडमैनस्टैटन संरचना बनती है। यह संरचना बेहतर फ्रैक्चर कठोरता और उच्च तापमान रेंगना प्रतिरोध प्रदान करती है, लेकिन प्लास्टिसिटी काफी कम हो जाती है। वास्तविक उत्पादन में, समाधान उपचार तापमान में उतार-चढ़ाव को ±5-10 डिग्री के भीतर सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए। तापमान में प्रत्येक 50 डिग्री की वृद्धि के लिए, पुराने मिश्र धातु की ताकत लगभग 5% तक बढ़ाई जा सकती है; हालाँकि, संबंधित बढ़ाव एक साथ कम हो जाएगा, जिससे ताकत और लचीलेपन के बीच पूर्व निर्धारित संतुलन सीधे बाधित हो जाएगा।

शीतलन दर: वर्कपीस को हीटिंग भट्ठी से शमन माध्यम में स्थानांतरित करने में लगने वाला समय 2-10 सेकंड के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए। इस समय सीमा से अधिक होने पर शीतलन के दौरान चरण की समय से पहले वर्षा हो जाएगी, जिससे पर्याप्त मेटास्टेबल चरण को बनाए रखना असंभव हो जाएगा और परिणामस्वरूप उम्र कम होने की संभावना कम हो जाएगी। मुख्यधारा की शीतलन विधियों में, जल शमन सबसे तेज़ शीतलन दर प्रदान करता है और सुपरसैचुरेटेड ठोस समाधान की अवधारण को अधिकतम करता है, लेकिन यह अवशिष्ट तनाव और आंशिक विरूपण को प्रेरित करने का खतरा है; तेल शमन एक मध्यवर्ती शीतलन दर प्रदान करता है, कम विरूपण आवश्यकताओं के साथ कठोरता को संतुलित करता है; वायु शीतलन सबसे धीमा है और केवल छोटे क्रॉस सेक्शन और कम अवशिष्ट तनाव आवश्यकताओं वाले भागों के लिए उपयुक्त है।

उम्र बढ़ने का तापमान और समय: ये सीधे तौर पर द्वितीयक चरण के आकार और वितरण को निर्धारित करते हैं और उच्च -शक्ति{{1}से{{2}लचीलापन संतुलन को विनियमित करने के लिए मुख्य चर हैं। कम उम्र बढ़ने के तापमान पर, द्वितीयक चरण की न्यूक्लियेशन दर इसकी वृद्धि दर से कहीं अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप अवक्षेप का आकार 100 एनएम से छोटा होता है; मिश्र धातु अत्यधिक उच्च शक्ति लेकिन अपेक्षाकृत कम लचीलापन प्रदर्शित करती है। जैसे-जैसे उम्र बढ़ने का तापमान बढ़ता है, परमाणु प्रसार तेज हो जाता है, जिससे अवक्षेप लगभग 200 एनएम तक बढ़ जाता है; मिश्र धातु की ताकत थोड़ी कम हो जाती है, जबकि लचीलापन और फ्रैक्चर क्रूरता में काफी सुधार होता है।

उम्र बढ़ने के समय को एक उचित सीमा के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए: अपर्याप्त उम्र बढ़ने के समय के परिणामस्वरूप अपूर्ण तत्व वर्षा और कमजोर मजबूत प्रभाव पड़ते हैं; उम्र बढ़ने का अत्यधिक समय "अधिक उम्र बढ़ने" की ओर ले जाता है, जिससे बारीक चरण एकत्रित और मोटे हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ताकत में अपरिवर्तनीय कमी आती है। वास्तविक उत्पादन में, उम्र बढ़ने के तापमान में 10 डिग्री विचलन के कारण मिश्र धातु की ताकत में 15% तक उतार-चढ़ाव हो सकता है, जिससे भागों के पूरे बैच में समान प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए उच्च परिशुद्धता तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

विभिन्न टाइटेनियम मिश्र धातु प्रणालियों के लिए प्रसंस्करण केस अध्ययन

जीआर5, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला + डुप्लेक्स टाइटेनियम मिश्र धातु, एक अच्छी तरह से स्थापित समाधान उपचार और उम्र बढ़ने की प्रक्रिया का पालन करता है: भाग की मोटाई के प्रति मिलीमीटर 1.5 मिनट की गणना की गई अवधि के लिए 900-950 डिग्री पर धारण करना; सुपरसैचुरेटेड माइक्रोस्ट्रक्चर में लॉक करने के लिए होल्ड के पूरा होने पर तुरंत पानी {{6}शमन करना; इसके बाद 500-600 डिग्री रेंज में 2-6 घंटे तक उम्र बढ़ने का उपचार किया जाता है। इस प्रक्रिया से उपचारित जीआर5 टाइटेनियम मिश्र धातु 1,100 एमपीए तक की तन्य शक्ति प्राप्त कर सकता है, जो लगभग 10% बढ़ाव को बरकरार रखते हुए एनील्ड अवस्था की तुलना में 30% से अधिक की वृद्धि है। इसकी थकान का जीवन प्राप्त स्थिति की तुलना में 2 से 3 गुना बढ़ जाता है, जिससे इसे एयरोस्पेस फास्टनरों और पारंपरिक आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण के क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

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