टाइटेनियम मिश्र धातु

टाइटेनियम मिश्र धातु ऐसे मिश्र धातु हैं जिनमें टाइटेनियम और अन्य रासायनिक तत्वों का मिश्रण होता है। ऐसी मिश्रधातुओं में बहुत अधिक तन्यता शक्ति और कठोरता होती है (अत्यधिक तापमान पर भी)। वे वजन में हल्के होते हैं, उनमें असाधारण संक्षारण प्रतिरोध और अत्यधिक तापमान का सामना करने की क्षमता होती है। हालाँकि, कच्चे माल और प्रसंस्करण दोनों की उच्च लागत उनके उपयोग को सैन्य अनुप्रयोगों, विमान, अंतरिक्ष यान, साइकिल, चिकित्सा उपकरणों, आभूषणों, महंगी स्पोर्ट्स कारों पर कनेक्टिंग छड़ जैसे अत्यधिक तनाव वाले घटकों और कुछ प्रीमियम खेल उपकरण और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स तक सीमित कर देती है।

हालाँकि व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम में स्वीकार्य यांत्रिक गुण होते हैं और इसका उपयोग हड्डी और दंत प्रत्यारोपण के लिए किया जाता है, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए टाइटेनियम को अल्युमीनियम और वैनेडियम की थोड़ी मात्रा के साथ मिश्रित किया जाता है, आमतौर पर वजन के अनुसार क्रमशः 6% और 4%। इस मिश्रण में ठोस घुलनशीलता होती है जो तापमान के साथ नाटकीय रूप से बदलती रहती है, जिससे यह वर्षा को मजबूत करने की अनुमति देती है। यह ताप उपचार प्रक्रिया मिश्रधातु के अंतिम आकार में काम करने के बाद लेकिन इसे उपयोग में लाने से पहले की जाती है, जिससे उच्च शक्ति वाले उत्पाद का निर्माण बहुत आसान हो जाता है।

श्रेणियाँ

टाइटेनियम मिश्र धातुओं को आम तौर पर चार मुख्य श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है:^[1]

अल्फा मिश्र धातु जिसमें केवल तटस्थ मिश्र धातु तत्व (जैसे विश्वास ) और/या अल्फा स्टेबलाइजर्स (जैसे एल्यूमीनियम या ऑक्सीजन) होते हैं। ये ताप उपचार योग्य नहीं हैं। उदाहरणों में शामिल हैं: <संदर्भ नाम = टाइटेनियम - एक तकनीकी गाइड >टाइटेनियम - एक तकनीकी गाइड. ASM International. 2000. ISBN 9781615030620.</ref> Ti-5Al-2Sn-ELI, Ti-8Al-1Mo-1V।
निकट-अल्फा मिश्र धातुओं में थोड़ी मात्रा में तन्य बीटा-चरण होता है। अल्फा-चरण स्टेबलाइजर्स के अलावा, निकट-अल्फा मिश्र धातु को 1-2% बीटा चरण स्टेबलाइजर्स जैसे मोलिब्डेनम, सिलिकॉन या वैनेडियम के साथ मिश्रित किया जाता है। उदाहरणों में शामिल हैं: Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo, IMI 685, Ti 1100।
अल्फा और बीटा मिश्र धातु, जो मेटास्टेबल हैं और आम तौर पर अल्फा और बीटा स्टेबलाइजर्स दोनों के कुछ संयोजन शामिल होते हैं, और जिन्हें गर्मी से इलाज किया जा सकता है। उदाहरणों में शामिल हैं: <संदर्भ नाम = टाइटेनियम - एक तकनीकी गाइड /> Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb, और Ti62A रेफरी>Wang, B.; Zhou, L.; Du, J.; Cao, Y. (January 2023). "Ti62A मिश्र धातु के भराव तार के साथ इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग में अवशिष्ट तनाव का विश्लेषण". Journal of Materials Research and Technology. 23: 985–997. doi:10.1016/j.jmrt.2023.01.081. Retrieved 14 April 2023.</ref>
बीटा और निकट बीटा मिश्र धातु, जो metastability हैं और जिनमें पर्याप्त बीटा स्टेबलाइजर्स (जैसे मोलिब्डेनम, सिलिकॉन और वैनेडियम) होते हैं, जो उन्हें शमन करते समय बीटा चरण को बनाए रखने की अनुमति देते हैं, और जिन्हें ताकत में सुधार करने के लिए समाधान उपचारित और वृद्ध भी किया जा सकता है। उदाहरणों में शामिल हैं: Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr,

रेफरी>Najdahmadi, A.; Zarei-Hanzaki, A.; Farghadani, E. (1 February 2014). "गर्मी उपचार के माध्यम से Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr मिश्र धातु में यांत्रिक गुणों में वृद्धि, इसकी जैव-अनुकूलता पर कोई हानिकारक प्रभाव नहीं". Materials & Design. 54: 786–791. doi:10.1016/j.matdes.2013.09.007. ISSN 0261-3069.</ref> टी-13एफ-11एसआर-3एल, जिसमें डी-वर्ब, डक-एस, टी-15-3 शामिल है।

बीटा-टाइटेनियम

बीटा टाइटेनियम मिश्र धातुएं टाइटेनियम के शरीर-केंद्रित घन बहुरूपी रूप को प्रदर्शित करती हैं (जिसे बीटा कहा जाता है)। इस मिश्र धातु में प्रयुक्त तत्व अलग-अलग मात्रा में टाइटेनियम के अलावा निम्नलिखित में से एक या अधिक हैं। ये हैं मोलिब्डेनम, वैनेडियम, नाइओबियम, टैंटलम, zirconium , मैंगनीज, लोहा, क्रोमियम, कोबाल्ट, निकल और तांबा।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं में उत्कृष्ट निर्माण क्षमता होती है और इन्हें आसानी से वेल्ड किया जा सकता है।^[2] आजकल बीटा टाइटेनियम का उपयोग बड़े पैमाने पर ऑर्थोडॉन्टिक क्षेत्र में किया जाता है और इसे 1980 के दशक में ऑर्थोडॉन्टिक्स के उपयोग के लिए अपनाया गया था। इस प्रकार के मिश्र धातु ने कुछ उपयोगों के लिए स्टेनलेस स्टील का स्थान ले लिया, क्योंकि 1960 के दशक से स्टेनलेस स्टील ऑर्थोडॉन्टिक्स पर हावी हो गया था। इसमें 18-8 ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की ताकत/लोच अनुपात का लगभग दोगुना है, स्प्रिंग्स में बड़ा लोचदार विक्षेपण है, और प्रति यूनिट विस्थापन बल स्टेनलेस स्टील उपकरणों की तुलना में 2.2 गुना कम है।

कुछ बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु क्रायोजेनिक तापमान पर कठोर और भंगुर हेक्सागोनल क्रिस्टल परिवार ओमेगा-टाइटेनियम में परिवर्तित हो सकते हैं^[3] या आयनकारी विकिरण के प्रभाव में।^[4]

संक्रमण तापमान

परिवेश के तापमान और दबाव पर टाइटेनियम की क्रिस्टल संरचना 1.587 के एसी/ए अनुपात के साथ क्लोज-पैक हेक्सागोनल α चरण है। लगभग 890 डिग्री सेल्सियस पर, टाइटेनियम एक शरीर-केंद्रित क्यूबिक β चरण में अपररूपता परिवर्तन से गुजरता है जो पिघलने के तापमान पर स्थिर रहता है।

कुछ मिश्र धातु तत्व, जिन्हें अल्फा स्टेबलाइजर्स कहा जाता है, अल्फा-टू-बीटा संक्रमण तापमान बढ़ाते हैं,^{[lower-roman 1]} जबकि अन्य (बीटा स्टेबलाइजर्स) संक्रमण तापमान को कम करते हैं। एल्युमीनियम, गैलियम, जर्मेनियम, कार्बन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन अल्फा स्टेबलाइजर हैं। मोलिब्डेनम, वैनेडियम, टैंटलम, नाइओबियम, मैंगनीज, लोहा, क्रोमियम, कोबाल्ट, निकल, तांबा और सिलिकॉन बीटा स्टेबलाइजर हैं।^[5]

गुण

आम तौर पर, बीटा-चरण टाइटेनियम अधिक नमनीय चरण होता है और अल्फा-चरण मजबूत होते हुए भी कम नमनीय होता है, क्योंकि क्लोज-पैकिंग की तुलना में बीटा-चरण की घन क्रिस्टल प्रणाली संरचना में स्लिप (सामग्री विज्ञान) की बड़ी संख्या होती है। समान गोले का अल्फा-चरण। अल्फा-बीटा-चरण टाइटेनियम में एक यांत्रिक गुण होता है जो दोनों के बीच में होता है।

रंजातु डाइऑक्साइड उच्च तापमान पर धातु में घुल जाता है, और इसका गठन बहुत ऊर्जावान होता है। इन दो कारकों का मतलब है कि सबसे सावधानी से शुद्ध किए गए टाइटेनियम को छोड़कर सभी टाइटेनियम में घुलनशील ऑक्सीजन की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है, और इसलिए इसे Ti-O मिश्र धातु माना जा सकता है। ऑक्साइड अवक्षेप कुछ ताकत प्रदान करते हैं (जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है), लेकिन गर्मी उपचार के प्रति बहुत प्रतिक्रियाशील नहीं हैं और मिश्र धातु की कठोरता को काफी हद तक कम कर सकते हैं।

कई मिश्र धातुओं में मामूली योजक के रूप में टाइटेनियम भी होता है, लेकिन चूंकि मिश्र धातुओं को आमतौर पर इस आधार पर वर्गीकृत किया जाता है कि किस तत्व से अधिकांश सामग्री बनती है, इसलिए इन्हें आमतौर पर टाइटेनियम मिश्र धातु नहीं माना जाता है। टाइटेनियम#एप्लिकेशन पर उप-लेख देखें।

अकेले टाइटेनियम एक मजबूत, हल्की धातु है। यह सामान्य, निम्न-कार्बन स्टील्स से अधिक मजबूत है, लेकिन 45% हल्का है। यह कमजोर एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं से भी दोगुना मजबूत है लेकिन केवल 60% भारी है। टाइटेनियम में समुद्री जल के प्रति उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध है, और इस प्रकार इसका उपयोग प्रोपेलर शाफ्ट, रिगिंग और नावों के अन्य हिस्सों में किया जाता है जो समुद्री जल के संपर्क में आते हैं। टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग हवाई जहाज, मिसाइलों और रॉकेटों में किया जाता है जहां ताकत, कम वजन और उच्च तापमान का प्रतिरोध महत्वपूर्ण होता है।^[6]^[7]^[8] इसके अलावा, चूंकि टाइटेनियम मानव शरीर के भीतर प्रतिक्रिया नहीं करता है, इसलिए इसका और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग कृत्रिम जोड़ों, स्क्रू और प्लेटों में फ्रैक्चर और अन्य जैविक प्रत्यारोपण के लिए किया जाता है। देखें: टाइटेनियम#आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण।

टाइटेनियम ग्रेड

टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु सीमलेस पाइप पर एएसटीएम अंतर्राष्ट्रीय मानक निम्नलिखित मिश्र धातुओं का संदर्भ देता है, जिनके लिए निम्नलिखित उपचार की आवश्यकता होती है: <ब्लॉककोट> मिश्र धातुओं की आपूर्ति निम्नलिखित स्थितियों में की जा सकती है: ग्रेड 5, 23, 24, 25, 29, 35, या 36 एनील्ड या वृद्ध; ग्रेड 9, 18, 28, या 38 कोल्ड-वर्क्ड और तनाव-मुक्त या एनील्ड; ग्रेड 9, 18, 23, 28, या 29 रूपांतरित-बीटा स्थिति; और ग्रेड 19, 20, या 21 समाधान-उपचारित या समाधान-उपचारित और वृद्ध।^[9]</ब्लॉककोट> <ब्लॉककोट> नोट 1-एच ग्रेड सामग्री उच्च गारंटीकृत न्यूनतम अंतिम तन्यता ताकत को छोड़कर संबंधित संख्यात्मक ग्रेड (यानी, ग्रेड 2एच = ग्रेड 2) के समान है, और हमेशा इसके संबंधित संख्यात्मक ग्रेड की आवश्यकताओं को पूरा करने के रूप में प्रमाणित किया जा सकता है। . ग्रेड 2एच, 7एच, 16एच, और 26एच मुख्य रूप से दबाव पोत के उपयोग के लिए हैं।^[9]</ब्लॉककोट> <ब्लॉककोट> एच ग्रेड को 5200 से अधिक वाणिज्यिक ग्रेड 2, 7, 16 और 26 परीक्षण रिपोर्टों के अध्ययन के आधार पर उपयोगकर्ता एसोसिएशन के अनुरोध के जवाब में जोड़ा गया था, जहां 99% से अधिक 58 केएसआई न्यूनतम यूटीएस को पूरा करते थे।^[9]</ब्लॉककोट>

ग्रेड 1: सबसे लचीला और नरम टाइटेनियम मिश्र धातु है। यह ठंड पैदा करने वाले और संक्षारक वातावरण के लिए एक अच्छा समाधान है। एएसटीएम/एएसएमई एसबी-265 व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम शीट और प्लेट के लिए मानक प्रदान करता है।^[10]
ग्रेड 2: शुद्ध टाइटेनियम, मानक ऑक्सीजन।
ग्रेड 2एच: शुद्ध टाइटेनियम (58 केएसआई न्यूनतम यूटीएस के साथ ग्रेड 2)।
ग्रेड 3: शुद्ध टाइटेनियम, मध्यम ऑक्सीजन।

ग्रेड 1-4 शुद्ध हैं और व्यावसायिक रूप से शुद्ध या सीपी माने जाते हैं। आम तौर पर इन शुद्ध ग्रेडों के लिए तन्यता और उपज शक्ति ग्रेड संख्या के साथ बढ़ती है। उनके भौतिक गुणों में अंतर मुख्यतः अंतरालीय तत्वों की मात्रा के कारण होता है। इनका उपयोग संक्षारण प्रतिरोध अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जहां लागत, निर्माण में आसानी और वेल्डिंग महत्वपूर्ण हैं।
ग्रेड 5 को Ti6Al4V, Ti-6Al-4V या Ti 6-4 के नाम से भी जाना जाता है।: Ti-6Al-4V-ELI (ग्रेड 23) के साथ भ्रमित न हों, यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला मिश्र धातु है। इसकी रासायनिक संरचना 6% एल्यूमीनियम, 4% वैनेडियम, 0.25% (अधिकतम) लोहा, 0.2% (अधिकतम) ऑक्सीजन और शेष टाइटेनियम है।^[11]यह व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम (ग्रेड 1-4) की तुलना में काफी मजबूत है, जबकि इसमें समान कठोरता और थर्मल गुण हैं (थर्मल चालकता को छोड़कर, जो सीपी टीआई की तुलना में ग्रेड 5 टीआई में लगभग 60% कम है)।^[12] इसके कई फायदों में से, यह गर्मी से उपचार योग्य है। यह ग्रेड ताकत, संक्षारण प्रतिरोध, वेल्ड और फैब्रिकेबिलिटी का उत्कृष्ट संयोजन है।

<ब्लॉककोट> यह अल्फा-बीटा मिश्र धातु टाइटेनियम उद्योग का वर्कहॉर्स मिश्र धातु है। मिश्र धातु 15 मिमी तक के अनुभाग आकार में पूरी तरह से गर्मी उपचार योग्य है और इसका उपयोग लगभग 400 डिग्री सेल्सियस (750 डिग्री फारेनहाइट) तक किया जाता है। चूंकि यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला मिश्र धातु है - पिघले हुए सभी मिश्र धातु ग्रेडों में से 70% से अधिक Ti6Al4V का उप-ग्रेड हैं, इसका उपयोग कई एयरोस्पेस एयरफ्रेम और इंजन घटक उपयोगों के साथ-साथ समुद्री, अपतटीय और बिजली उत्पादन में प्रमुख गैर-एयरोस्पेस अनुप्रयोगों तक होता है। विशेष रूप से उद्योग।^[13]</ब्लॉककोट> <ब्लॉककोट> अनुप्रयोग: ब्लेड, डिस्क, रिंग, एयरफ्रेम, फास्टनरों, घटक। जहाज, केस, हब, फोर्जिंग। बायोमेडिकल प्रत्यारोपण.^[11]</ब्लॉककोट>

आम तौर पर, Ti-6Al-4V का उपयोग 400 डिग्री सेल्सियस तक के अनुप्रयोगों में किया जाता है। इसका घनत्व लगभग 4420 किग्रा/मीटर है³, 120 GPa का यंग मापांक, और 1000 MPa की तन्य शक्ति।^[14] तुलनात्मक रूप से, एनील्ड प्रकार 316 स्टेनलेस स्टील का घनत्व 8000 किग्रा/मीटर है³, मापांक 193 GPa, और तन्य शक्ति 570 MPa।^[15] टेम्पर्ड 6061 एल्यूमीनियम मिश्र धातु का घनत्व 2700 किग्रा/मीटर है³, क्रमशः 69 GPa का मापांक, और 310 MPa की तन्य शक्ति।^[16]

Ti-6Al-4V मानक विशिष्टताओं में शामिल हैं:^[17]^[18]

एएमएस: 4911, 4928, 4965, 4967, 6930, 6931, टी-9046, टी9047
एएसटीएम: बी265, बी348, एफ1472
मिल: टी9046 टी9047
डीएमएस: 1592, 1570, 1583
बोइंग: बीएमएस 7-269

ग्रेड 6

इसमें 5% एल्यूमीनियम और 2.5% टिन होता है। इसे Ti-5Al-2.5Sn के नाम से भी जाना जाता है। ऊंचे तापमान पर इसकी अच्छी वेल्डेबिलिटी, स्थिरता और मजबूती के कारण इस मिश्र धातु का उपयोग एयरफ्रेम और जेट इंजन में किया जाता है।^[19]

ग्रेड 7

इसमें 0.12 से 0.25% दुर्ग होता है। यह ग्रेड ग्रेड 2 के समान है। पैलेडियम की थोड़ी मात्रा मिलाने से यह कम तापमान और उच्च पीएच पर दरार संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाता है।^[20]

ग्रेड 7एच

उन्नत संक्षारण प्रतिरोध के साथ ग्रेड 7 के समान है।^[20]; ग्रेड 9: इसमें 3.0% एल्यूमीनियम और 2.5% वैनेडियम होता है। यह ग्रेड शुद्ध ग्रेड की वेल्डिंग और निर्माण में आसानी और ग्रेड 5 की उच्च शक्ति के बीच एक समझौता है। इसका उपयोग आमतौर पर हाइड्रोलिक्स और एथलेटिक उपकरणों के लिए विमान टयूबिंग में किया जाता है।

ग्रेड 11

इसमें 0.12 से 0.25% पैलेडियम होता है। इस ग्रेड ने संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाया है।^[21]

ग्रेड 12

इसमें 0.3% मोलिब्डेनम और 0.8% निकल होता है।^[21]; ग्रेड 13, 14, और 15: सभी में 0.5% निकल और 0.05% दयाता होता है।

ग्रेड 16

इसमें 0.04 से 0.08% पैलेडियम होता है। इस ग्रेड ने संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाया है।

ग्रेड 16एच

इसमें 0.04 से 0.08% पैलेडियम होता है।

ग्रेड 17

इसमें 0.04 से 0.08% पैलेडियम होता है। इस ग्रेड ने संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाया है।^{[citation needed]}

ग्रेड 18

इसमें 3% एल्यूमीनियम, 2.5% वैनेडियम और 0.04 से 0.08% पैलेडियम होता है। यांत्रिक विशेषताओं के मामले में यह ग्रेड ग्रेड 9 के समान है। जोड़ा गया पैलेडियम इसे संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाता है।^{[citation needed]}

ग्रेड 19

इसमें 3% एल्यूमीनियम, 8% वैनेडियम, 6% क्रोमियम, 4% ज़िरकोनियम और 4% मोलिब्डेनम शामिल हैं।

ग्रेड 20

इसमें 3% एल्यूमीनियम, 8% वैनेडियम, 6% क्रोमियम, 4% ज़िरकोनियम, 4% मोलिब्डेनम और 0.04% से 0.08% पैलेडियम होता है।

ग्रेड 21

इसमें 15% मोलिब्डेनम, 3% एल्यूमीनियम, 2.7% नाइओबियम और 0.25% सिलिकॉन होता है।

ग्रेड 23 को Ti-6Al-4V-ELI या TAV-ELI के नाम से भी जाना जाता है: इसमें 6% एल्यूमीनियम, 4% वैनेडियम, 0.13% (अधिकतम) ऑक्सीजन होता है। ELI का मतलब एक्स्ट्रा लो इंटरस्टिशियल है। कम अंतरालीय तत्व ऑक्सीजन और आयरन ताकत में कुछ कमी के साथ लचीलापन और फ्रैक्चर कठोरता में सुधार करते हैं।^[21]TAV-ELI सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला मेडिकल इंप्लांट (दवा)-ग्रेड टाइटेनियम मिश्र धातु है।^[21]^[22]:Ti-6Al-4V-ELI मानक विशिष्टताओं में शामिल हैं:^[22]

एएमएस: 4907, 4930, 6932, टी9046, टी9047
एएसटीएम: बी265, बी348, एफ136
मिल: टी9046 टी9047

ग्रेड 24: इसमें 6% एल्यूमीनियम, 4% वैनेडियम और 0.04% से 0.08% पैलेडियम होता है।
ग्रेड 25: इसमें 6% एल्यूमीनियम, 4% वैनेडियम और 0.3% से 0.8% निकल और 0.04% से 0.08% पैलेडियम होता है।
ग्रेड 26, 26एच, और 27: सभी में 0.08 से 0.14% रूथेनियम होता है।
ग्रेड 28: इसमें 3% एल्यूमीनियम, 2.5% वैनेडियम और 0.08 से 0.14% रूथेनियम होता है।
ग्रेड 29: इसमें 6% एल्यूमीनियम, 4% वैनेडियम और 0.08 से 0.14% रूथेनियम होता है।
ग्रेड 30 और 31: इसमें 0.3% कोबाल्ट और 0.05% पैलेडियम होता है।
ग्रेड 32: इसमें 5% एल्यूमीनियम, 1% टिन, 1% ज़िरकोनियम, 1% वैनेडियम और 0.8% मोलिब्डेनम होता है।
ग्रेड 33 और 34: इसमें 0.4% निकल, 0.015% पैलेडियम, 0.025% रूथेनियम और 0.15% क्रोमियम होता है।^{[citation needed]}
ग्रेड 35: इसमें 4.5% एल्यूमीनियम, 2% मोलिब्डेनम, 1.6% वैनेडियम, 0.5% लोहा और 0.3% सिलिकॉन होता है।
ग्रेड 36: इसमें 45% नाइओबियम होता है।
ग्रेड 37: इसमें 1.5% एल्यूमीनियम होता है।
ग्रेड 38: इसमें 4% एल्यूमीनियम, 2.5% वैनेडियम और 1.5% लोहा होता है। इस ग्रेड को 1990 के दशक में कवच चढ़ाना के रूप में उपयोग के लिए विकसित किया गया था। आयरन बीटा स्टेबलाइज़र के रूप में आवश्यक वैनेडियम की मात्रा को कम कर देता है। इसके यांत्रिक गुण ग्रेड 5 के समान हैं, लेकिन इसमें ग्रेड 9 के समान अच्छी ठंडी कार्यशीलता है।^[23]

ताप उपचार

टाइटेनियम मिश्र धातु कई कारणों से गर्मी का इलाज कर रहे हैं, जिनमें से मुख्य कारण समाधान उपचार और उम्र बढ़ने के साथ-साथ फ्रैक्चर कठोरता, थकान शक्ति और उच्च तापमान रेंगने की ताकत जैसे विशेष गुणों को अनुकूलित करना है।

गर्मी उपचार द्वारा अल्फा और निकट-अल्फा मिश्र धातुओं को नाटकीय रूप से नहीं बदला जा सकता है। तनाव से राहत और एनीलिंग ऐसी प्रक्रियाएं हैं जिन्हें टाइटेनियम मिश्र धातुओं के इस वर्ग के लिए नियोजित किया जा सकता है। बीटा मिश्र धातुओं के लिए ताप उपचार चक्र अल्फा और अल्फा-बीटा मिश्र धातुओं से काफी भिन्न होते हैं। बीटा मिश्रधातुओं को न केवल तनाव से राहत दी जा सकती है या ख़त्म किया जा सकता है, बल्कि समाधान द्वारा उपचारित और वृद्ध भी किया जा सकता है। अल्फा-बीटा मिश्र धातु दो-चरण मिश्र धातु हैं, जिसमें कमरे के तापमान पर अल्फा और बीटा दोनों चरण शामिल हैं। अल्फा-बीटा मिश्र धातुओं में चरणों की संरचना, आकार और वितरण को गर्मी उपचार द्वारा कुछ सीमाओं के भीतर हेरफेर किया जा सकता है, जिससे गुणों की सिलाई की अनुमति मिलती है।

अल्फा और निकट-अल्फा मिश्र धातु: अल्फा मिश्र धातुओं की सूक्ष्म संरचना को गर्मी उपचार द्वारा दृढ़ता से हेरफेर नहीं किया जा सकता है क्योंकि अल्फा मिश्र धातुओं में कोई महत्वपूर्ण चरण परिवर्तन नहीं होता है। परिणामस्वरूप, गर्मी उपचार द्वारा अल्फा मिश्र धातुओं के लिए उच्च शक्ति प्राप्त नहीं की जा सकती है। फिर भी, अल्फा और निकट-अल्फा टाइटेनियम मिश्र धातुओं को तनाव से राहत और एनील्ड किया जा सकता है।
अल्फा-बीटा मिश्र धातु: अल्फा-बीटा संक्रमण तापमान के नीचे या ऊपर अल्फा-बीटा मिश्र धातुओं के ताप उपचार के साथ-साथ काम करके, बड़े सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तन प्राप्त किए जा सकते हैं। इससे सामग्री काफी सख्त हो सकती है। अल्फा-बीटा मिश्र धातुओं में अधिकतम ताकत पैदा करने के लिए समाधान उपचार और उम्र बढ़ने का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, टाइटेनियम मिश्र धातुओं के इस समूह के लिए तनाव-राहत गर्मी उपचार सहित अन्य गर्मी उपचारों का भी अभ्यास किया जाता है।
बीटा मिश्र धातु: वाणिज्यिक बीटा मिश्र धातु में, तनाव से राहत और उम्र बढ़ने के उपचार को जोड़ा जा सकता है।

अनुप्रयोग

एयरोस्पेस संरचनाएं

संक्षारण और गर्मी के प्रतिरोध और इसके उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात के कारण विमानन में टाइटेनियम का नियमित रूप से उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातु आमतौर पर एल्यूमीनियम मिश्र धातु से अधिक मजबूत होती है, जबकि स्टील की तुलना में हल्की होती है।

बायोमेडिकल

कलाई के लिए टाइटेनियम प्लेट

धातु आर्थोपेडिक संयुक्त प्रतिस्थापन और हड्डी प्लेट सर्जरी के निर्माण के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है। वे आम तौर पर संख्यात्मक नियंत्रण, कंप्यूटर-सहायता प्राप्त डिज़ाइन-संचालित मशीनिंग, या पाउडर धातुकर्म उत्पादन द्वारा गढ़ा या कास्ट बार स्टॉक से उत्पादित होते हैं। इनमें से प्रत्येक तकनीक अंतर्निहित फायदे और नुकसान के साथ आती है। गढ़ा हुआ उत्पाद उत्पाद के अंतिम आकार में मशीनिंग के दौरान व्यापक सामग्री हानि के साथ आता है और कास्ट नमूनों के लिए किसी उत्पाद को उसके अंतिम आकार में प्राप्त करना कुछ हद तक आगे की प्रक्रिया और उपचार (उदाहरण के लिए वर्षा सख्त करना) को सीमित करता है, फिर भी कास्टिंग अधिक सामग्री प्रभावी होती है। पारंपरिक पाउडर धातुकर्म विधियां भी अधिक सामग्री कुशल हैं, फिर भी पूरी तरह से घने उत्पाद प्राप्त करना एक आम मुद्दा हो सकता है।^[24]

सॉलिड फ्रीफॉर्म फैब्रिकेशन (3 डी प्रिंटिग) के उद्भव के साथ कस्टम-डिज़ाइन किए गए बायोमेडिकल प्रत्यारोपण (जैसे कूल्हे जोड़ों) का उत्पादन करने की संभावना का एहसास हुआ है। हालांकि इसे वर्तमान में बड़े पैमाने पर लागू नहीं किया जाता है, फ्रीफॉर्म फैब्रिकेशन विधियां अपशिष्ट पाउडर (विनिर्माण प्रक्रिया से) को रीसायकल करने की क्षमता प्रदान करती हैं और चयनात्मकता के लिए वांछनीय गुणों और इस प्रकार प्रत्यारोपण के प्रदर्शन को तैयार करती हैं। इलेक्ट्रॉन बीम एडिटिव विनिर्माण (ईबीएम) और चयनात्मक लेजर पिघलने (एसएलएम) टीआई-मिश्र धातु के फ्रीफॉर्म फैब्रिकेशन के लिए लागू होने वाली दो विधियां हैं। विनिर्माण पैरामीटर उत्पाद की सूक्ष्म संरचना को बहुत प्रभावित करते हैं, उदाहरण के लिए। एसएलएम में पिघलने की कम डिग्री के साथ संयोजन में तेज शीतलन दर मार्टेंसिटिक अल्फा-प्राइम चरण के प्रमुख गठन की ओर ले जाती है, जिससे एक बहुत ही कठोर उत्पाद मिलता है।^[24]

Ti-6Al-4V / Ti-6Al-4V-ELI: इस मिश्र धातु में अच्छी जैव अनुकूलता है, और यह न तो साइटोटोक्सिक है और न ही जीनोटॉक्सिक है।^[25] Ti-6Al-4V कुछ लोडिंग स्थितियों में खराब कतरनी ताकत और खराब सतह पहनने के गुणों से ग्रस्त है:^[11]<ब्लॉककोट>जैव संगतता: उत्कृष्ट, खासकर जब ऊतक या हड्डी के साथ सीधे संपर्क की आवश्यकता होती है। Ti-6Al-4V की खराब कतरनी ताकत इसे हड्डी के पेंच या प्लेटों के लिए अवांछनीय बनाती है। इसकी सतह घिसने के गुण भी खराब हैं और यह स्वयं और अन्य धातुओं के संपर्क में आने पर चिपक जाता है। सतह के उपचार जैसे नाइट्राइडिंग और ऑक्सीकरण से सतह के घिसाव के गुणों में सुधार हो सकता है।^[11]</ब्लॉककोट>
Ti-6Al-7Nb: इस मिश्र धातु को Ti-6Al-4V के बायोमेडिकल प्रतिस्थापन के रूप में विकसित किया गया था, क्योंकि Ti-6Al-4V में वैनेडियम होता है, एक ऐसा तत्व जिसने पृथक होने पर साइटोटॉक्सिक परिणाम प्रदर्शित किए हैं।^[26]^: 1 Ti-6Al-7Nb में 6% एल्यूमीनियम और 7% नाइओबियम होता है।^[26]^: 18
Ti6Al7Nb सर्जिकल प्रत्यारोपण के लिए उत्कृष्ट जैव अनुकूलता के साथ एक समर्पित उच्च शक्ति टाइटेनियम मिश्र धातु है। कूल्हे के जोड़ों के प्रतिस्थापन के लिए उपयोग किया जाता है, यह 1986 की शुरुआत से नैदानिक उपयोग में है।^[27]</ब्लॉककोट>

संदर्भ

Notes

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Sources

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↑ Titanium Alloys – Ti6Al7Nb Properties and Applications. Retrieved 8 September 2012

बाहरी संबंध

[5] In a titanium or titanium alloy, alpha-to-beta transition temperature is the temperature above which the beta phase becomes thermodynamically favorable.

[1] Characteristics of Alpha, Alpha Beta and Beta Titanium Alloys

[2] Goldberg, Jon; Burstone, Charles J. (1979). "ऑर्थोडॉन्टिक उपकरणों में उपयोग के लिए बीटा टाइटेनियम मिश्र धातुओं का मूल्यांकन". Journal of Dental Research. 58 (2): 593–599. doi:10.1177/00220345790580020901. PMID 283089. S2CID 29064479.

[3] De Fontaine§§, D.; Paton, N.E.; Williams, J.C. (November 1971). "विस्थापन-नियंत्रित प्रतिक्रिया के उदाहरण के रूप में टाइटेनियम मिश्र धातुओं में ओमेगा चरण परिवर्तन". Acta Metallurgica. 19 (11): 1153–1162. doi:10.1016/0001-6160(71)90047-2. Retrieved 27 April 2020.

[4] Ishida, Taku; Wakai, Eiichi; Makimura, Shunsuke; Casella, Andrew M.; Edwards, Danny J.; Senor, David J.; Ammigan, Kavin; Hurh, Patrick G.; Densham, Christopher J.; Fitton, Michael D.; Bennett, Joe M.; Kim, Dohyun; Simos, Nikolaos; Hagiwara, Masayuki; Kawamura, Naritoshi; Meigo, Shin-ichiro; Yohehara, Katsuya (2020). "Tensile behavior of dual-phase titanium alloys under high-intensity proton beam exposure: Radiation-induced omega phase transformation in Ti-6Al-4V". Journal of Nuclear Materials. 541: 152413. arXiv:2004.11562. doi:10.1016/j.jnucmat.2020.152413. S2CID 216144772.

[6] Vydehi Arun Joshi. Titanium Alloys: An Atlas of Structures and Fracture Features. CRC Press, 2006.

[7] Nyamekye, Patricia; Rahimpour Golroudbary, Saeed; Piili, Heidi; Luukka, Pasi; Kraslawski, Andrzej (2023-05-01). "Impact of additive manufacturing on titanium supply chain: Case of titanium alloys in automotive and aerospace industries". Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 6: 100112. doi:10.1016/j.aime.2023.100112. ISSN 2666-9129.

[8] Gerdemann, Steven J. (2001-07-01). "TITANIUM: Process Technologies". Advanced Materials & Processes. 159 (7): 41–41.

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[13] Compare Materials: Commercially Pure Titanium and 6Al-4V (Grade 5) Titanium

[azomTi6Al4V-14] Titanium Alloys – Ti6Al4V Grade 5

[15] Material Properties Data: 6Al-4V (Grade 5) Titanium Alloy

[16] Material Properties Data: Marine Grade Stainless Steel

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[24] ArmyCorrosion.com^{[dead link]}

[:0-25] 24.0 ^24.1 Murr, L. E.; Quinones, S. A.; Gaytan, S. M.; Lopez, M. I.; Rodela, A.; Martinez, E. Y.; Hernandez, D. H.; Martinez, E.; Medina, F. (2009-01-01). "Microstructure and mechanical behavior of Ti–6Al–4V produced by rapid-layer manufacturing, for biomedical applications". Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2 (1): 20–32. doi:10.1016/j.jmbbm.2008.05.004. PMID 19627804.

[26] Velasco-Ortega, E (Sep 2010). "दंत प्रत्यारोपण विज्ञान के लिए वाणिज्यिक टाइटेनियम मिश्र धातु की साइटोटॉक्सिसिटी और जीनोटॉक्सिसिटी का इन विट्रो मूल्यांकन". Mutat. Res. 702 (1): 17–23. doi:10.1016/j.mrgentox.2010.06.013. PMID 20615479.

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[azomTi6Al7Nb-28] Titanium Alloys – Ti6Al7Nb Properties and Applications. Retrieved 8 September 2012

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