टाइटेनियम प्लेट्स और टाइटेनियम रॉड्स पर सतह दोष

टाइटेनियम प्लेटों और बार्स पर सतह दोष प्रतिक्रिया परतों का उपचार

टाइटेनियम प्लेटें और बार, चाहे गर्म रोलिंग, फोर्जिंग या कास्टिंग के माध्यम से उत्पादित हों, उच्च तापमान प्रसंस्करण के दौरान अनिवार्य रूप से सतह प्रतिक्रिया परतें विकसित करते हैं। ये परतें सतह की अखंडता से समझौता करती हैं, थकान प्रदर्शन को कम करती हैं, और संक्षारण प्रतिरोध को कम करती हैं जब तक कि ठीक से हटाया न जाए। इन दोषों की प्रकृति को समझना और उचित निवारण तकनीकों को लागू करना यह सुनिश्चित करता है कि टाइटेनियम उत्पाद अपनी पूर्ण इंजीनियरिंग क्षमता प्राप्त करें।

सतही प्रतिक्रिया परतों की प्रकृति और गठन

टाइटेनियम पर सतह प्रतिक्रिया परतें ऊंचे तापमान पर सामग्री की अत्यधिक रासायनिक प्रतिक्रिया से उत्पन्न होती हैं। जब ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, या हाइड्रोजन की उपस्थिति में लगभग 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म किया जाता है, तो टाइटेनियम तेजी से इन अंतरालीय तत्वों को अवशोषित करता है, जिससे अलग-अलग धातुकर्म क्षेत्र बनते हैं जो यांत्रिक और रासायनिक गुणों को ख़राब करते हैं।

अल्फ़ा केससबसे प्रचलित प्रतिक्रिया परत का प्रतिनिधित्व करता है, जो तब बनता है जब टाइटेनियम को ऑक्सीकरण या वायु वायुमंडल में संसाधित किया जाता है। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन सतह में फैलते हैं, हेक्सागोनल क्लोज़ पैक्ड अल्फा चरण को स्थिर करते हैं और इंटरस्टिशियल से संतृप्त एक कठोर, भंगुर सतह परत बनाते हैं। यह परत अप्रभावित आधार धातु के लिए 150 से 200 एचवी की तुलना में 400 एचवी से अधिक सूक्ष्म कठोरता मान प्रदर्शित करती है, और नगण्य लचीलापन प्रदर्शित करती है। अल्फ़ा केस आम तौर पर मेटलोग्राफ़िक परीक्षण के तहत हल्के रंग की, नक़्क़ाशी प्रतिरोधी परत के रूप में दिखाई देता है, जिसकी मोटाई एक्सपोज़र तापमान और अवधि के आधार पर कुछ माइक्रोमीटर से लेकर 200 माइक्रोमीटर तक होती है।

हाइड्रोजन से समृद्ध परतेंगर्म करने या अचार बनाने के दौरान जब टाइटेनियम हाइड्रोजन युक्त वायुमंडल के संपर्क में आता है तो बनता है। हाइड्रोजन अंतरालीय रूप से फैलता है, परिवर्तन तापमान को कम करता है और ठंडा होने पर हाइड्राइड वर्षा को बढ़ावा देता है। टाइटेनियम हाइड्राइड्स सुई की तरह दिखाई देते हैं या अल्फा मैट्रिक्स के भीतर प्लेटलेट अवक्षेपित होते हैं, सतह क्षेत्र को कमजोर करते हैं और चक्रीय या प्रभाव लोडिंग के तहत दरार दीक्षा स्थल बनाते हैं।

ऑक्साइड तराजूगर्म कार्य या ताप उपचार के दौरान दृश्यमान सतह जमाव के रूप में विकसित होते हैं। इन पैमानों में मुख्य रूप से मेटल स्केल इंटरफ़ेस पर संभावित सबऑक्साइड्स (Ti₂O₃, TiO) के साथ रूटाइल (TiO₂) शामिल होते हैं। जबकि मुख्य रूप से कॉस्मेटिक, मोटे ऑक्साइड स्केल अंतर्निहित अल्फा केस को छिपा सकते हैं और बाद के प्रसंस्करण या निरीक्षण में हस्तक्षेप कर सकते हैं।

संदूषण परतेंस्नेहक, डाई सामग्री, या विदेशी कण गर्म काम के दौरान यांत्रिक रूप से जुड़ सकते हैं या सतह में फैल सकते हैं, जिससे स्थानीय दोष पैदा होते हैं जो थकान दरारों या संक्षारण गड्ढों में फैल जाते हैं।

मूल्यांकन और पता लगाने के तरीके

प्रभावी उपचार सतह दोष परतों के सटीक लक्षण वर्णन के साथ शुरू होता है। दृश्य निरीक्षण सकल ऑक्साइड स्केलिंग, मलिनकिरण और यांत्रिक क्षति की पहचान करता है, लेकिन पतले अल्फा केस या उपसतह संदूषण का पता नहीं लगा सकता है।

माइक्रोहार्डनेस प्रोफाइलिंगअल्फ़ा केस गहराई का मात्रात्मक मूल्यांकन प्रदान करता है। सतह से कोर तक जाने वाली कठोरता आधार धातु की कठोरता में परिवर्तित होने वाली ऊंची रीडिंग के माध्यम से कठोर परत को प्रकट करती है। मानक अभ्यास अल्फा केस की गहराई को सतह से उस दूरी के रूप में परिभाषित करता है जहां कठोरता आधार धातु स्तर प्लस 50 एचवी तक गिरती है, या वैकल्पिक रूप से एक निर्दिष्ट कठोरता सीमा जैसे कि 320 एचवी तक गिरती है।

मेटलोग्राफिक परीक्षाक्रोल के अभिकर्मक (2 प्रतिशत एचएफ, 4 प्रतिशत एचएनओ₃, संतुलन पानी) जैसे उपयुक्त एट्चेंट्स के साथ तैयार किए गए माउंटेड क्रॉस {0}सेक्शन, अल्फा केस को एक अनएच्च्ड या हल्के ढंग से नक़्क़ाशीदार परत के रूप में प्रकट करते हैं जो नक़्क़ाशीदार बेस मेटल माइक्रोस्ट्रक्चर से अलग है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी लगभग 5 माइक्रोमीटर तक की परतों का समाधान करती है, जबकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को ऊर्जा के साथ स्कैन करने पर {{5}फैलाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपी ऑक्सीजन और नाइट्रोजन संवर्धन की पुष्टि करने वाली मौलिक मैपिंग प्रदान करती है।

एड़ी वर्तमान परीक्षणअंतरालीय संवर्धन से जुड़ी चालकता भिन्नताओं का पता लगाते हुए, सतह की स्थिति का गैर-{0}}विनाशकारी मूल्यांकन प्रदान करता है। यह तकनीक उत्पादन गुणवत्ता नियंत्रण के लिए उपयुक्त है लेकिन मेटलोग्राफिक मानकों के अनुरूप अंशांकन की आवश्यकता होती है।

अल्ट्रासोनिक सतह तरंग परीक्षणनिकट {{0}सतह विच्छेदन और संपत्ति ग्रेडिएंट का पता लगा सकता है, हालांकि पतले अल्फा केस के लिए आवेदन के लिए उच्च आवृत्ति ट्रांसड्यूसर और परिष्कृत सिग्नल व्याख्या की आवश्यकता होती है।

यांत्रिक निष्कासन के तरीके

यांत्रिक निष्कासन तकनीक भौतिक रूप से भंगुर प्रतिक्रिया परत को घिसती या खंडित करती है, जिससे नीचे ध्वनि आधार धातु उजागर हो जाती है।

मशीनिंग और मोड़नापारंपरिक कटिंग ऑपरेशन के माध्यम से सतह की परतों को हटा दें। टाइटेनियम बार के लिए, सटीक मोड़ने से बाद की फिनिशिंग के लिए उपयुक्त सतह की खुरदरापन के साथ सामग्री को नियंत्रित रूप से हटाया जाता है। कटिंग मापदंडों को अत्यधिक गर्मी उत्पादन के खिलाफ उत्पादकता को संतुलित करना चाहिए जो मशीनिंग के दौरान अल्फा केस में सुधार कर सकता है। उच्च दबाव शीतलक वितरण के साथ तीव्र कार्बाइड या पॉलीक्रिस्टलाइन हीरे के उपकरण थर्मल क्षति को कम करते हैं।

पिसाईएल्यूमीनियम ऑक्साइड या सिलिकॉन कार्बाइड पहियों के साथ आयामी सटीकता की आवश्यकता वाली प्लेटों और बारों के लिए सटीक परत हटाने की सुविधा मिलती है। क्रीप-फीड ग्राइंडिंग से एकल पास में गहरी सामग्री को हटाया जाता है, जबकि सतही ग्राइंडिंग से सपाट, समानांतर सतह बनती है। टाइटेनियम को पीसने के लिए सावधानीपूर्वक पहिया चयन और शीतलक अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है ताकि लोडिंग, जलने और अवशिष्ट तन्य तनाव को रोका जा सके जो थकान प्रदर्शन को खराब कर सकता है।

बेल्ट ग्राइंडिंग और अपघर्षक ब्लास्टिंगबड़ी सतहों और अनियमित ज्यामिति के अनुरूप। ज़िरकोनिया या सिरेमिक अपघर्षक बेल्ट के साथ बेल्ट पीसने से प्रतिक्रिया परतें धीरे-धीरे दूर हो जाती हैं, ग्रिट अनुक्रम आमतौर पर 80-ग्रिट रफ रिमूवल से 320-ग्रिट फिनिशिंग के माध्यम से आगे बढ़ता है। नियंत्रित दबाव और कोण पर एल्यूमिना या गार्नेट मीडिया के साथ अपघर्षक विस्फोट एक समान सतह की तैयारी प्रदान करता है, हालांकि बाद में एसिड पिकलिंग के माध्यम से अपघर्षक कणों के एम्बेडिंग से बचा जाना चाहिए।

बैरल और कंपन परिष्करणबड़े पैमाने पर परिष्करण क्रिया के माध्यम से सतह की परतों को हटाने के लिए यौगिक समाधान के साथ सिरेमिक या सिंथेटिक मीडिया का उपयोग करके बड़ी मात्रा में छोटी छड़ों या कटे हुए टुकड़ों को संसाधित करें। यह विधि मानकीकृत उत्पाद श्रृंखलाओं के लिए उपयुक्त है जहां व्यक्तिगत प्रबंधन अलाभकारी साबित होता है।

यांत्रिक निष्कासन से अत्यधिक स्टॉक हानि के बिना पूर्ण अल्फा केस उन्मूलन प्राप्त होना चाहिए। गर्म काम वाले उत्पादों के लिए विशिष्ट निष्कासन भत्ते 0.5 से 2.0 मिलीमीटर प्रति सतह तक होते हैं, वास्तविक गहराई नमूना अनुभागों पर सूक्ष्म कठोरता सत्यापन द्वारा निर्धारित की जाती है।

रासायनिक और विद्युत रासायनिक निष्कासन के तरीके

रासायनिक विधियाँ नियंत्रित संक्षारण के माध्यम से प्रतिक्रिया परतों को भंग कर देती हैं, जिससे यांत्रिक तकनीकों के लिए दुर्गम जटिल ज्यामितियों को लाभ मिलता है।

अम्ल अचार बनानाहाइड्रोफ्लोरोइक नाइट्रिक एसिड मिश्रण के साथ टाइटेनियम के लिए मानक रासायनिक उपचार का प्रतिनिधित्व करता है। विशिष्ट फॉर्मूलेशन में संतुलन पानी के साथ 2 से 5 प्रतिशत हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और 20 से 40 प्रतिशत नाइट्रिक एसिड होता है। हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड टाइटेनियम और उसके ऑक्साइड को घोलता है, जबकि नाइट्रिक एसिड बेस मेटल के निष्क्रियता को बनाए रखता है, अत्यधिक सामान्य हमले और हाइड्रोजन अवशोषण को रोकता है। अचार बनाने की दर एसिड सांद्रता, तापमान और उत्तेजना पर निर्भर करती है, परिवेश के तापमान पर सामान्य निष्कासन दर 10 से 50 माइक्रोमीटर प्रति मिनट होती है।

भारी अल्फा केस या ऑक्साइड स्केल के लिए, मजबूत हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड समाधान (10 से 20 प्रतिशत) या पिघले हुए नमक स्नान (ऑक्सीडाइजिंग एडिटिव्स के साथ सोडियम हाइड्रॉक्साइड) में प्रारंभिक अचार बनाना मानक अचार बनाने से पहले हो सकता है। पिघला हुआ नमक 400 से 500 डिग्री सेल्सियस पर डीस्केलिंग करके रासायनिक कटौती और भौतिक स्पैलिंग के माध्यम से मोटे ऑक्साइड स्केल को तेजी से हटा देता है।

इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंगपरक्लोरिक एसिड {{0}एसिटिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स या क्षारीय ग्लिसरॉल समाधान में रासायनिक अचार की तुलना में बेहतर सतह खत्म के साथ नियंत्रित एनोडिक विघटन प्राप्त होता है। यह प्रक्रिया अधिमानतः सतह की असमानताओं और प्रतिक्रिया परतों को विघटित करती है, जिससे न्यूनतम हाइड्रोजन पिकअप के साथ दर्पण जैसी सतहों का निर्माण होता है। इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंग सटीक घटकों और इष्टतम सतह अखंडता की आवश्यकता वाले चिकित्सा प्रत्यारोपण के लिए उपयुक्त है।

क्षारीय सफाईसोडियम हाइड्रॉक्साइड या पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड समाधान के साथ कार्बनिक संदूषकों और कुछ ऑक्साइड फिल्मों को हटा दिया जाता है, जो प्राथमिक प्रतिक्रिया परत को हटाने के बजाय प्रारंभिक चरण के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, ऊंचे तापमान पर लंबे समय तक क्षारीय संपर्क टाइटेनियम पर हमला कर सकता है, जिसके लिए सावधानीपूर्वक प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

रासायनिक उपचारों के लिए हाइड्रोजन उत्सर्जन को रोकने के लिए कठोर नियंत्रण की आवश्यकता होती है। पर्याप्त ऑक्सीकरण एजेंटों के बिना फ्लोराइड युक्त एसिड अचार समाधान हाइड्रोजन अवशोषण को बढ़ावा देते हैं, विशेष रूप से उच्च एसिड सांद्रता और कम तापमान पर। अचार वाली सामग्री में हाइड्रोजन सामग्री की निगरानी, ​​आमतौर पर आवेदन के आधार पर 125 से 150 भाग प्रति मिलियन से नीचे की सीमा के साथ अक्रिय गैस संलयन विश्लेषण के माध्यम से, प्रक्रिया की पर्याप्तता की पुष्टि करती है।

थर्मल उपचार के तरीके

थर्मल दृष्टिकोण विभेदक थर्मल विस्तार या चरण परिवर्तनों के माध्यम से प्रतिक्रिया परतों को हटा देते हैं।

वैक्यूम एनीलिंगउच्च निर्वात (10⁻³ पास्कल से नीचे) में 700 से 850 डिग्री सेल्सियस पर निर्वात वातावरण में प्रसार के माध्यम से सतह ऑक्सीजन और नाइट्रोजन सांद्रता को कम किया जा सकता है, हालांकि यह प्रक्रिया महत्वपूर्ण अल्फा केस हटाने के लिए अव्यवहारिक रूप से धीमी साबित होती है और आधार धातु में अनाज के विकास को जोखिम में डालती है।

हाइड्रोजनीकरण-डीहाइड्रोजनीकरणप्रसंस्करण जानबूझकर सतह की प्रतिक्रिया परत को कमजोर करने के लिए हाइड्रोजन के साथ टाइटेनियम को संतृप्त करता है, जिससे क्षय के माध्यम से यांत्रिक निष्कासन की सुविधा मिलती है, इसके बाद लचीलापन बहाल करने के लिए वैक्यूम डिहाइड्रोजनेशन होता है। प्रक्रिया जटिलता और हाइड्रोजन प्रबंधन आवश्यकताओं के कारण इस विशेष तकनीक का उपयोग सीमित है।

संयुक्त और उन्नत उपचार दृष्टिकोण

समसामयिक अभ्यास अक्सर इष्टतम परिणामों के लिए कई तकनीकों को जोड़ता है। हॉट रोल्ड टाइटेनियम प्लेट के लिए एक विशिष्ट अनुक्रम में शामिल हो सकते हैं: स्केल हटाने के लिए अपघर्षक ब्लास्टिंग, डीग्रीजिंग के लिए क्षारीय सफाई, अल्फा केस विघटन के लिए एसिड पिकलिंग, आयामी बहाली के लिए यांत्रिक पीस, और सतह खत्म अनुकूलन के लिए अंतिम इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंग।

लेजर सतह रीमेल्टिंगनिष्क्रिय वातावरण में सतह की परत तेजी से पिघलती है और फिर से जम जाती है, अल्फा केस को थोक में घोल देती है और एक परिष्कृत, सजातीय सतह माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण करती है। लेज़र प्रसंस्करण में निहित अत्यंत तीव्र शीतलन दरें महत्वपूर्ण अंतरालीय उठाव को रोकती हैं जबकि पहले से मौजूद प्रतिक्रिया परतों को नष्ट कर देती हैं।

प्लाज्मा इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरणसतह ऑक्साइड को नियंत्रित सरंध्रता और कठोरता के साथ एक मोटी, सिरेमिक जैसी कोटिंग में बदल देता है, जो प्रभावी रूप से प्रतिक्रिया परतों को हटाने के बजाय कार्यात्मक सतह परत के नीचे दबा देता है। यह दृष्टिकोण उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जहां पहनने के प्रतिरोध या ढांकता हुआ गुणों को अधिकतम सब्सट्रेट लचीलापन पर प्राथमिकता दी जाती है।

गुणवत्ता सत्यापन और स्वीकृति मानदंड

उपचार के बाद सत्यापन पूर्ण प्रतिक्रिया परत हटाने और स्वीकार्य सतह की स्थिति सुनिश्चित करता है। गवाह नमूनों या उत्पाद अनुभागों पर माइक्रोहार्डनेस ट्रैवर्स निर्दिष्ट मानदंडों को पूरा करने वाले कठोरता प्रोफाइल के माध्यम से अल्फा केस उन्मूलन की पुष्टि करता है। मेटलोग्राफिक परीक्षण सूक्ष्म संरचनात्मक सुदृढ़ता, हाइड्राइड अवक्षेप की अनुपस्थिति और स्वीकार्य अनाज के आकार की पुष्टि करता है।

सतह खुरदरापन माप परिष्करण गुणवत्ता की मात्रा निर्धारित करता है, जिसमें सटीक असर वाली सतहों के लिए Ra 0.4 माइक्रोमीटर से लेकर सामान्य संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए Ra 3.2 माइक्रोमीटर तक की आवश्यकताएं होती हैं। एड़ी वर्तमान निरीक्षण सतह की स्थिति की स्थिरता का उत्पादन लाइन सत्यापन प्रदान करता है।

आमतौर पर अक्रिय गैस संलयन द्वारा हाइड्रोजन विश्लेषण, पुष्टि करता है कि रासायनिक उपचारों ने हानिकारक हाइड्रोजन स्तर पेश नहीं किया है। स्वीकृति सीमा आवेदन के अनुसार अलग-अलग होती है, चिकित्सा प्रत्यारोपण और एयरोस्पेस घटकों के लिए 80 से 125 भाग प्रति मिलियन से कम की मांग होती है, जबकि औद्योगिक अनुप्रयोग 150 से 200 भाग प्रति मिलियन तक सहन कर सकते हैं।

आवेदन-विशिष्ट विचार

के लिएएयरोस्पेस संरचनात्मक घटक, गर्म काम वाली सामग्री पर प्रति सतह 1.0 से 2.0 मिलीमीटर के सामान्य मशीनिंग भत्ते के साथ, पूर्ण अल्फा केस हटाना अनिवार्य है। शॉट पीनिंग या कम {{4}प्लास्टिसिटी बर्निंग सहित बाद के सतह उपचार थकान प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए संपीड़ित अवशिष्ट तनाव पेश कर सकते हैं।

के लिएचिकित्सा प्रत्यारोपण, सतह की सफाई, निष्क्रियता और धातु संदूषण की अनुपस्थिति के लिए अतिरिक्त आवश्यकताओं के साथ, जैव अनुकूलता सुनिश्चित करने के लिए सतह प्रतिक्रिया परतों को समाप्त किया जाना चाहिए। नाइट्रिक एसिड निष्क्रियता के बाद इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंग ऊतक एकीकरण के लिए इष्टतम ऑक्साइड परत का उत्पादन करती है।

के लिएरासायनिक प्रक्रिया उपकरण, प्रतिक्रिया परत हटाने का ध्यान संक्षारण प्रतिरोध सुनिश्चित करने पर केंद्रित है, अचार और निष्क्रियता उपचार के साथ आक्रामक मीडिया में सेवा के लिए आवश्यक सुरक्षात्मक ऑक्साइड फिल्म स्थापित की जाती है।

के लिएवास्तु अनुप्रयोग, सौंदर्यात्मक स्थिरता और निर्माणशीलता उपचार चयन को नियंत्रित करती है, यांत्रिक परिष्करण और हल्के अचार के साथ अत्यधिक सामग्री को हटाए बिना वांछित सतह उपस्थिति उत्पन्न करती है।