टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेटों के लिए तकनीकी आवश्यकताएँ और संदर्भित मानक

टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेटों के लिए तकनीकी आवश्यकताएँ और संदर्भित मानक

1. सामग्री वर्गीकरण और ग्रेड

टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेटों को उनकी सूक्ष्म संरचना और मिश्र धातु संरचना के आधार पर मोटे तौर पर चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है। अल्फा मिश्रधातु, जैसे Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) में मुख्य रूप से एल्यूमीनियम और टिन जैसे अल्फा स्टेबलाइजर्स होते हैं। ये मिश्र धातुएं ऊंचे तापमान पर उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और रेंगना प्रतिरोध प्रदान करती हैं, जो उन्हें एयरफ्रेम संरचनाओं और क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं। Ti-8Al-1Mo-1V (ग्रेड 9) और Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo सहित लगभग अल्फा मिश्र धातु, अल्फा-प्रमुख संरचना को बनाए रखते हुए थोड़ी मात्रा में बीटा स्टेबलाइजर्स को शामिल करते हैं। वे गैस टरबाइन इंजन घटकों के लिए बेहतर उच्च तापमान स्थिरता प्रदान करते हैं।

अल्फ़ा {{0} बीटा मिश्र धातु सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली श्रेणी का प्रतिनिधित्व करती है, जिसमें Ti - 6Al-4V (ग्रेड 5) एयरोस्पेस, चिकित्सा और औद्योगिक क्षेत्रों में वर्कहॉर्स मिश्र धातु है। यह मिश्र धातु अपने दोहरे चरण माइक्रोस्ट्रक्चर के माध्यम से ताकत, लचीलापन और फ्रैक्चर कठोरता का इष्टतम संतुलन प्राप्त करती है। अतिरिक्त निम्न अंतरालीय संस्करण, Ti-6Al-4V ELI (ग्रेड 23), महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए क्षति सहनशीलता बढ़ाने के लिए ऑक्सीजन, लौह और हाइड्रोजन सामग्री को प्रतिबंधित करता है। Ti-10V-2Fe-3Al और Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn जैसे बीटा मिश्र धातुओं को टाइटेनियम मिश्र धातुओं के बीच उच्चतम शक्ति स्तर प्राप्त करने के लिए समाधान उपचारित और वृद्ध किया जा सकता है, जिसमें गर्मी उपचार से पहले फॉर्मेबिलिटी में विशेष लाभ होते हैं।

2. रासायनिक संरचना आवश्यकताएँ

लगातार यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध को सुनिश्चित करने के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेटों की रासायनिक संरचना को कसकर नियंत्रित किया जाना चाहिए। Ti-6Al-4V (ग्रेड 5) के लिए, एल्यूमीनियम सामग्री 5.50 से 6.75 प्रतिशत तक होती है, जबकि वैनेडियम 3.50 से 4.50 प्रतिशत तक होती है। आयरन अधिकतम 0.30 प्रतिशत, ऑक्सीजन 0.20 प्रतिशत, कार्बन 0.08 प्रतिशत, नाइट्रोजन 0.05 प्रतिशत और हाइड्रोजन 0.015 प्रतिशत तक सीमित है। सभी अवशिष्ट तत्वों का योग 0.40 प्रतिशत से अधिक नहीं होना चाहिए।

ईएलआई ग्रेड के लिए, एल्युमीनियम 5.50 से 6.50 प्रतिशत, लोहा अधिकतम 0.25 प्रतिशत, ऑक्सीजन 0.13 प्रतिशत और हाइड्रोजन 0.0125 प्रतिशत तक सीमित है। ये कम अंतरालीय स्तर फ्रैक्चर की कठोरता और लचीलेपन में काफी सुधार करते हैं, यही कारण है कि यह ग्रेड सर्जिकल प्रत्यारोपण और महत्वपूर्ण एयरोस्पेस संरचनात्मक घटकों के लिए अनिवार्य है। Ti-5Al-2.5Sn (ग्रेड 6) 4.00 और 6.00 प्रतिशत के बीच एल्युमीनियम, 2.00 और 3.00 प्रतिशत के बीच टिन, 0.50 प्रतिशत तक लोहा और 0.020 प्रतिशत तक हाइड्रोजन की अनुमति देता है। ऑक्सीजन सीमा मानक Ti-6Al-4V से 0.20 प्रतिशत मेल खाती है।

3. यांत्रिक संपत्ति आवश्यकताएँ

अनुदैर्ध्य दिशा में कमरे के तापमान पर, Ti-6Al-4V प्लेट को 895 MPa की न्यूनतम अंतिम तन्य शक्ति, 828 MPa के 0.2 प्रतिशत ऑफसेट पर न्यूनतम उपज शक्ति, 10 प्रतिशत की न्यूनतम बढ़ाव और 25 प्रतिशत के क्षेत्र में न्यूनतम कमी हासिल करनी चाहिए। ईएलआई संस्करण समान बढ़ाव और कमी की आवश्यकताओं को बनाए रखता है लेकिन थोड़ी कम ताकत के स्तर के साथ: 860 एमपीए न्यूनतम परम तन्यता ताकत और 795 एमपीए न्यूनतम उपज ताकत। Ti-5Al-2.5Sn के लिए 827 MPa न्यूनतम तन्य शक्ति, 759 MPa न्यूनतम उपज शक्ति और मिलान लचीलापन मेट्रिक्स की आवश्यकता होती है।

ऊंचे तापमान पर सेवा के लिए, Ti{8}}6Al-2Sn-4Zr-2Mo प्लेट को 315 डिग्री सेल्सियस पर 620 एमपीए की न्यूनतम तन्य शक्ति प्रदर्शित करनी चाहिए, जिसमें रेंगना प्रतिरोध 425 डिग्री सेल्सियस पर सत्यापित होना चाहिए। फ्रैक्चर क्रूरता क्षति-सहिष्णु डिजाइन के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर का प्रतिनिधित्व करती है। Ti-6Al-4V ELI प्लेट को कम से कम 75 MPa वर्गमूल मीटर की प्लेन स्ट्रेन फ्रैक्चर कठोरता K_IC प्राप्त करनी होगी, जबकि Ti-5Al-2.5Sn को न्यूनतम 55 MPa वर्गमूल मीटर की आवश्यकता होती है। चार्पी वी-नॉच प्रभाव ऊर्जा आवश्यकताएँ क्रमशः 20 जूल और 16 जूल हैं।

4. आयामी सहनशीलता और सतह खत्म

मोटाई सहनशीलता प्लेट की मोटाई के अनुसार भिन्न होती है। 6.35 मिलीमीटर तक की प्लेटों के लिए, मानक सहनशीलता प्लस या माइनस 0.13 मिलीमीटर है, सटीक सहनशीलता प्लस या माइनस 0.08 मिलीमीटर तक सीमित है। 6.35 और 25.4 मिलीमीटर के बीच, मानक सहनशीलता प्लस या माइनस 0.25 मिलीमीटर हो जाती है, सटीकता प्लस या माइनस 0.13 मिलीमीटर पर होती है। 25.4 मिलीमीटर से 50.8 मिलीमीटर तक की प्लेटों के लिए, मानक सहनशीलता प्लस या माइनस 0.38 मिलीमीटर है और सटीक सहनशीलता प्लस या माइनस 0.25 मिलीमीटर है।

मानक परिस्थितियों में चौड़ाई सहिष्णुता प्लस 6.35 मिलीमीटर है, जिसमें कोई माइनस नहीं है, परिशुद्धता के लिए इसे प्लस 3.18 मिलीमीटर तक कस दिया गया है। लंबाई सहनशीलता प्लस 25 मिलीमीटर मानक, प्लस 13 मिलीमीटर परिशुद्धता है। मानक आवश्यकताओं के तहत समतलता 3.2 मिलीमीटर प्रति मीटर या सटीक प्लेट के लिए 1.6 मिलीमीटर प्रति मीटर से अधिक नहीं होनी चाहिए। एज कैम्बर 3.2 मिलीमीटर प्रति 3 मीटर मानक और 1.6 मिलीमीटर प्रति 3 मीटर सटीकता तक सीमित है।

सतही फिनिश की आवश्यकताएं प्रसंस्करण विधि पर निर्भर करती हैं। हॉट रोल्ड प्लेटों को सतह खुरदरापन रा 6.3 माइक्रोमीटर से अधिक नहीं प्राप्त करना चाहिए। कोल्ड रोल्ड या रासायनिक रूप से अचार वाली प्लेटों के लिए आरए की आवश्यकता 3.2 माइक्रोमीटर से अधिक नहीं होती है। परिशुद्धता-ग्राउंड प्लेट्स की मांग आरए 1.6 माइक्रोमीटर से अधिक नहीं है।

5. धातुकर्म आवश्यकताएँ

मिल में अल्फा{0}बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट की माइक्रोस्ट्रक्चर{{1}एनील्ड स्थिति में एक रूपांतरित बीटा मैट्रिक्स के भीतर वितरित समान प्राथमिक अल्फा चरण शामिल होना चाहिए। निरंतर अनाज सीमा अल्फा चरण की अनुमति नहीं है क्योंकि यह लचीलापन और थकान प्रतिरोध को कम करता है। अनाज का आकार एएसटीएम 5 या महीन होना चाहिए, सामान्य उत्पादन एएसटीएम 6 से 8 तक प्राप्त होता है। अल्फा केस, उच्च तापमान प्रसंस्करण के दौरान बनने वाली कठोर ऑक्सीजन समृद्ध सतह परत को पूरी तरह से हटा दिया जाना चाहिए। सत्यापन के लिए सूक्ष्म कठोरता प्रोफाइलिंग की आवश्यकता होती है, जिसमें सतह पर कोई कठोरता स्पाइक नहीं दिखाई देती है, या मेटलोग्राफिक परीक्षण से यह पुष्टि होती है कि कोई अल्फा स्थिर परत नहीं बची है।

बीटा फ़्लेक्स, जो बीटा-स्टेबलाइज़र संवर्धन के स्थानीयकृत क्षेत्र हैं, महत्वपूर्ण एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में निषिद्ध हैं। उचित अभिकर्मकों का उपयोग करके मैक्रो-ईच निरीक्षण के माध्यम से उनका पता लगाया जाता है। समावेशन सामग्री को एएसटीएम ई45 विधि ए के अनुसार रेट किया गया है, जिसमें पतले, भारी, सिलिकेट और गोलाकार ऑक्साइड समावेशन के लिए क्रमशः ए2, बी2, सी2 और डी2 के अधिकतम अनुमेय स्तर हैं।

6. गैर-विनाशकारी परीक्षण आवश्यकताएँ

6.35 मिलीमीटर और उससे अधिक मोटी सभी प्लेटों के लिए अल्ट्रासोनिक परीक्षण अनिवार्य है, जो एएमएस-एसटीडी-2154 क्लास ए मानदंड के अनुसार आयोजित किया जाता है। 3.2-मिलीमीटर फ्लैट-बॉटम छेद के बराबर से अधिक का कोई संकेत स्वीकार्य नहीं है। डाई पेनेट्रेंट परीक्षण एएसटीएम ई1417 के अनुसार सभी तैयार सतहों पर लागू होता है, जिसमें 3.2 मिलीमीटर से अधिक लंबाई का कोई रैखिक संकेत नहीं होता है। रेडियोग्राफिक परीक्षण एएसटीएम ई1742 के अनुसार वेल्डेड या मरम्मत क्षेत्रों के लिए आरक्षित है। क्रेता और आपूर्तिकर्ता के बीच समझौते द्वारा स्थापित संवेदनशीलता के साथ एएसटीएम ई426 प्रक्रियाओं का पालन करते हुए एड़ी वर्तमान परीक्षण 6.35 मिलीमीटर से नीचे की पतली प्लेटों पर अल्ट्रासोनिक परीक्षण का स्थान ले सकता है।

7. ताप उपचार की स्थितियाँ

मिल {{0}एनील्ड प्लेट को 704 से 760 डिग्री सेल्सियस पर संसाधित किया जाता है और उसके बाद वायु शीतलन किया जाता है। यह स्थिति सामान्य अनुप्रयोगों के लिए संतुलित गुण प्रदान करती है। डुप्लेक्स एनीलिंग में जल शमन के साथ 954 डिग्री सेल्सियस पर समाधान उपचार शामिल है, इसके बाद 538 डिग्री सेल्सियस वायु शीतलन किया जाता है, जिससे क्षति सहिष्णु डिजाइनों के लिए फ्रैक्चर कठोरता में सुधार होता है। घोल से उपचारित और पुरानी प्लेट पानी के शमन के साथ 927 डिग्री सेल्सियस पर उपचार के माध्यम से अधिकतम ताकत प्राप्त करती है, फिर 4 से 8 घंटे के लिए 538 डिग्री सेल्सियस पर पुरानी होती है। एयर कूलिंग के साथ 1010 डिग्री सेल्सियस पर बीटा एनीलिंग, उसके बाद 760 डिग्री सेल्सियस पर स्थिरीकरण, एयरोस्पेस इंजन अनुप्रयोगों में रेंगना प्रतिरोध के लिए अनुकूलित एक परिवर्तित बीटा माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करता है। 538 से 649 डिग्री सेल्सियस पर तनाव से राहत मशीनिंग या फॉर्मिंग ऑपरेशन के बाद मिलती है।

सभी ताप उपचार निर्वात में 10 से माइनस 3 मिलीबार या बेहतर, या उच्च शुद्धता वाले आर्गन वातावरण में होने चाहिए। गर्मी उपचार के दौरान बने किसी भी अल्फा केस को अंतिम निरीक्षण से पहले पूरी तरह से हटा दिया जाना चाहिए।

8. संदर्भित मानक

टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट के लिए प्राथमिक विनिर्देश ASTM B265 है, जो टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु पट्टी, शीट और प्लेट को कवर करता है। यह मानक रासायनिक संरचना सीमा, यांत्रिक संपत्ति आवश्यकताओं, आयामी सहनशीलता और सामान्य गुणवत्ता प्रावधानों को परिभाषित करता है। बार और बिलेट्स के लिए एएसटीएम बी348 पूरक यांत्रिक परीक्षण संदर्भ प्रदान करता है।

यांत्रिक परीक्षण पद्धति के लिए, एएसटीएम ई8 और ई8एम धातु सामग्री के तनाव परीक्षण को नियंत्रित करते हैं। कठोरता सत्यापन रॉकवेल कठोरता के लिए एएसटीएम ई18 या ब्रिनेल कठोरता के लिए एएसटीएम ई10 का अनुसरण करता है। समावेशन सामग्री मूल्यांकन टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए अनुकूलित एएसटीएम ई45 का उपयोग करता है। अनाज का आकार माप ASTM E112 के अनुसार होता है। एएसटीएम ई384 के अनुसार माइक्रो-कठोरता प्रोफाइलिंग अवशिष्ट अल्फा केस का पता लगाती है। मेटलोग्राफिक नमूना तैयार करना और नक़्क़ाशी क्रमशः एएसटीएम ई3 और एएसटीएम ई407 का पालन करते हैं।

गैर--विनाशकारी परीक्षण मानकों में तरल प्रवेशक परीक्षण के लिए एएसटीएम ई1417, रेडियोग्राफिक जांच के लिए एएसटीएम ई1742, और पतले उत्पादों के विद्युत चुम्बकीय एड़ी वर्तमान परीक्षण के लिए एएसटीएम ई426 शामिल हैं। ASTM B600 में सतह की तैयारी और डीस्केलिंग मार्गदर्शन पाया जाता है।

एयरोस्पेस सामग्री विशिष्टताएं उड़ान के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए अधिक कठोर आवश्यकताएं प्रदान करती हैं। AMS 4907 एनील्ड अवस्था में Ti{28}}6Al{30}}4V प्लेट को कवर करता है। AMS 4911 समाधान उपचारित और वृद्ध Ti-6Al-4V प्लेट को संबोधित करता है। AMS 4930 अतिरिक्त निम्न अंतरालीय Ti-6Al-4V प्लेट निर्दिष्ट करता है। AMS 4940 Ti-5Al-2.5Sn प्लेट पर लागू होता है। AMS 4943 Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn बीटा मिश्र धातु प्लेट को कवर करता है। AMS 4945 Ti-8Al-1Mo-1V निकट-अल्फा मिश्र धातु प्लेट को संबोधित करता है। अल्ट्रासोनिक निरीक्षण स्वीकृति मानदंड AMS-STD-2154 में परिभाषित हैं।

विरासती सैन्य विशिष्टताओं में टाइटेनियम शीट, पट्टी और प्लेट के लिए MIL-T-9046 और बार और फोर्जिंग के लिए MIL{5}}T-9047 शामिल हैं। पर्यावरण परीक्षण MIL-STD-810 का अनुसरण करता है।

अंतर्राष्ट्रीय मानकों में गढ़ा Ti-6Al-4V मिश्र धातु सर्जिकल प्रत्यारोपण के लिए ISO 5832-3, और Ti-5Al-2.5Fe मिश्र धातु प्रत्यारोपण के लिए ISO 5832-10 शामिल हैं। ब्रिटिश मानक BS 2TA 2 और BS 2TA 11 Ti-6Al-4V शीट और प्लेट को कवर करते हैं। जर्मन DIN 17850 गढ़े हुए टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए तकनीकी विशिष्टताएँ प्रदान करता है। जापानी JIS H4600 शीट, प्लेट और स्ट्रिप्स को संबोधित करता है। चीनी राष्ट्रीय मानक जीबी/टी 3621 और सैन्य मानक जीजेबी 2505ए विमानन-ग्रेड टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट पर लागू होते हैं।

9. आवेदन-विशिष्ट आवश्यकताएँ

एयरोस्पेस संरचनात्मक अनुप्रयोग उच्च {{0}चक्र थकान डेटा, क्षति सहनशीलता विश्लेषण, और एएमएस 4907, एएमएस 4911, और एएमएस -एसटीडी-2154 प्रति स्तर ए एनडीटी अनुपालन की मांग करते हैं। एयरोस्पेस इंजन घटकों को एएमएस 4945 और एएसटीएम ई139 के अनुसार ऊंचे तापमान तन्य गुणों, रेंगना प्रतिरोध सत्यापन और थर्मल स्थिरता परीक्षण की आवश्यकता होती है।

मेडिकल इम्प्लांट अनुप्रयोगों में साइटोटॉक्सिसिटी और सेंसिटाइजेशन एसेज़ सहित बायोकम्पैटिबिलिटी परीक्षण को अनिवार्य किया गया है, जिसमें आईएसओ 5832 - 3, एएसटीएम एफ 136 और एएसटीएम एफ 1472 के अनुसार ईएलआई ग्रेड सामग्री अनिवार्य है। रासायनिक प्रसंस्करण उपकरण को विशिष्ट प्रक्रिया मीडिया में संक्षारण प्रतिरोध सत्यापन की आवश्यकता होती है और एएसटीएम बी265, एएसटीएम जी28, और एनएसीई एमआर0175 या आईएसओ 15156 के अनुसार वेल्डेबिलिटी का प्रदर्शन किया जाता है। समुद्री और अपतटीय संरचनाओं को समुद्री जल के क्षरण का विरोध करना चाहिए और एएसटीएम बी265 और डीएनवी {{9}ओएस -बी401 प्रति कैथोडिक सुरक्षा प्रणालियों के साथ संगतता प्रदर्शित करनी चाहिए। परमाणु अनुप्रयोग न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस-सेक्शन, विकिरण स्थिरता और प्रति एएसएमई बॉयलर और दबाव पोत कोड अनुभाग II भाग डी में तत्व सामग्री का पता लगाने को नियंत्रित करते हैं।

10. प्रमाणीकरण और दस्तावेज़ीकरण

प्रत्येक उत्पादन लॉट के साथ रासायनिक विश्लेषण परिणाम, यांत्रिक संपत्ति परीक्षण परिणाम, ताप संख्या पता लगाने की क्षमता और वास्तविक मापा आयामों का दस्तावेजीकरण करने वाला एक मिल टेस्ट प्रमाणपत्र होना चाहिए। यह प्रमाणपत्र एएसटीएम बी265 के अनुसार अनिवार्य है। गैर-विनाशक परीक्षण प्रमाणपत्र ऑपरेटर योग्यता रिकॉर्ड के साथ अल्ट्रासोनिक, पेनेट्रेंट, या रेडियोग्राफ़िक परिणामों की रिपोर्ट करते हैं। धातुकर्म रिपोर्ट में माइक्रोस्ट्रक्चर फोटोमाइक्रोग्राफ, मापा अनाज का आकार और महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए समावेशन रेटिंग शामिल हैं। ताप उपचार प्रमाणपत्र दस्तावेज़ चक्र पैरामीटर, वायुमंडल प्रकार और थर्मोकपल अंशांकन रिकॉर्ड। पूर्ण ट्रैसेबिलिटी रिपोर्ट सामग्री की उत्पत्ति, पिघल अभ्यास और पूर्ण प्रसंस्करण इतिहास स्थापित करती है, जो एयरोस्पेस और चिकित्सा उपकरण नियामक अनुपालन के लिए आवश्यक है।