ٹائٹینیم مرکب ساختی مواد میں ایک منفرد مقام رکھتے ہیں۔ خالص ٹائٹینیم، اپنی بہترین سنکنرن مزاحمت اور بائیو کمپیٹیبلٹی کے باوجود، صرف اعتدال پسند طاقت (تقریباً 240–550 MPa ٹینسائل طاقت) پیش کرتا ہے۔ تجارتی طور پر خالص دھات سے ایک اعلی-کارکردگی کے انجینئرنگ مواد-میں 1500+ MPa کی پیداواری طاقت-کی صلاحیت میں ٹائٹینیم کی تبدیلی پوری طرح سے متواتر جدول کے تمام مرکب عناصر کے ساتھ تعامل میں مضمر ہے۔
سٹیل یا ایلومینیم مرکب کے برعکس، جہاں مضبوط بنانے کے طریقہ کار اکثر عناصر کے ایک تنگ سیٹ پر انحصار کرتے ہیں، ٹائٹینیم ایک غیر معمولی طور پر وسیع الوئنگ لینڈ سکیپ پیش کرتا ہے۔ 60 سے زیادہ عناصر نمایاں طور پر ٹائٹینیم کے مرحلے کے توازن، تبدیلی کے حرکیات، اور مکینیکل ردعمل کو تبدیل کرتے ہیں۔ یہ عناصر تصادفی طور پر منتخب نہیں کیے گئے ہیں۔ ان کے کردار کا تعین بنیادی کرسٹالوگرافک مطابقت، الیکٹرانک ڈھانچہ، اور متواتر جدول میں ٹائٹینیم کی نسبت ان کی پوزیشن سے ہوتا ہے۔
یہ مضمون ایک منظم جانچ فراہم کرتا ہے کہ کس طرح یہ "ملٹی-عنصر پارٹنر" فیملی "-ڈیمانڈ کسٹمائزیشن"-سے ال-V امتزاج پر غلبہ والے ایرو اسپیس ایپلی کیشنز سے لے کر ریفریکٹری میٹل کے اضافے سے سروس کے درجہ حرارت کو 600 ڈگری سے آگے بڑھاتی ہے۔
میٹالرجیکل فریم ورک: کیوں ٹائٹینیم بہت سارے عناصر کا جواب دیتا ہے۔
1.1 ڈیزائن متغیر کے طور پر ایلوٹروپک تبدیلی
ٹائٹینیم کی استعداد اس کی ایلوٹروپک تبدیلی سے پیدا ہوتی ہے۔ 882 ڈگری سے نیچے، خالص ٹائٹینیم ہیکساگونل کلوز-پیکڈ (HCP) ڈھانچے میں کرسٹلائز ہوتا ہے، جسے -Ti کے طور پر نامزد کیا گیا ہے۔ اس درجہ حرارت سے اوپر، یہ باڈی-سینٹرڈ کیوبک (BCC) -Ti میں بدل جاتا ہے۔
یہ تبدیلی کا درجہ حرارت-اور ہر ایک مرحلے کا استحکام- ملاوٹ کے اضافے سے گہرا بدل جاتا ہے۔ وہ عناصر جو -ٹرانسس درجہ حرارت کو بڑھاتے ہیں وہ -فیز فیلڈ کو پھیلاتے ہیں اور انہیں -سٹیبلائزر کہا جاتا ہے۔ وہ عناصر جو -ٹرانسس درجہ حرارت کو کم کرتے ہیں وہ -فیز فیلڈ کو پھیلاتے ہیں اور انہیں -سٹیبلائزر کہا جاتا ہے۔ تیسری قسم، غیر جانبدار عناصر، تبدیلی کے درجہ حرارت پر کم سے کم اثر ڈالتے ہیں۔
اس مرحلے کے استحکام کا فریم ورک مائیکرو اسٹرکچرل انجینئرنگ کو متعدد پیمانے پر قابل بناتا ہے: بنیادی اناج کا سائز، ثانوی لیتھ موٹائی، اناج کی شکل، اور انٹرمیٹالک مرکبات کی تقسیم۔
1.2 درجہ بندی کا نظام
ٹائٹینیم کی ایلوٹروپک تبدیلی کے ساتھ ان کے تعامل کی بنیاد پر، ملاوٹ کرنے والے عناصر چار فعال زمروں میں تقسیم ہوتے ہیں:
| زمرہ | عناصر |
-ٹرانسس پر اثر |
عام ارتکاز کی حد |
| -سٹیبلائزرز | ال، گا، جی، بی، او، این، سی | اضافہ |
l: 2–7 wt%; O: 0.1–0.3 wt% |
| -اسٹیبلائزر (آسمورفوس) | Mo, V, Nb, Ta, W | کمی |
V: 2–15 wt%; نوٹ: 10-40 wt% |
| -سٹیبلائزرز (eutectoid) | Fe, Cr, Ni, Cu, Si, H | کمی |
V: 2–15 wt%; نوٹ: 10-40 wt% |
| غیر جانبدار عناصر | Zr, Hf, Sn | کم سے کم تبدیلی |
Zr: 1–8 wt%; Sn: 2–5 wt% |
شکل 1 ہر زمرے کے لیے بائنری فیز ڈایاگرام کی خصوصیات کی وضاحت کرتا ہے، یہ دکھاتا ہے کہ کس طرح ملاوٹ کے اضافے مرحلے کی حدود کو نئی شکل دیتے ہیں اور مختلف مائیکرو اسٹرکچرل نتائج کو فعال کرتے ہیں۔
-سٹیبلائزرز: طاقت اور آکسیڈیشن فاؤنڈیشن
2.1 ایلومینیم: یونیورسل مضبوط کرنے والا
ایلومینیم ٹائٹینیم میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا ملاوٹ کرنے والا عنصر ہے، جو Ti-6Al-4V سے لے کر اعلی درجہ حرارت کے قریب قریب تمام تجارتی مرکبات میں موجود ہے۔ اس کا غلبہ متعدد شراکتوں سے ہوتا ہے:
· ٹھوس حل کو مضبوط بنانا: ال ترجیحی طور پر -مرحلے میں گھل جاتا ہے، HCP جالی کے اندر متبادل جگہوں پر قبضہ کرتا ہے۔ اس سے دو مضبوطی کے اثرات پیدا ہوتے ہیں: (1) جالی کی تحریف سے نقل مکانی کے خلاف مزاحمت میں اضافہ، اور (2) -فیز اسٹیکنگ فالٹ انرجی میں ترمیم۔
· کثافت میں کمی: 2.7 g/cm³ پر، Al نمایاں طور پر کھوٹ کی کثافت کو کم کرتا ہے۔ ہر 1 wt% Al اضافہ کثافت کو تقریباً 1.5% تک کم کرتا ہے، ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے ایک اہم فائدہ جہاں مخصوص طاقت اجزاء کے ڈیزائن کا حکم دیتی ہے۔
· ترتیب دینے کی صلاحیت: تقریباً 8 wt% سے زیادہ ارتکاز پر، ال آرڈرڈ ₂ (Ti₃Al) پریسیپیٹیٹس کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے۔ اگرچہ یہ موٹے طور پر تقسیم کیے جانے پر مصر دات کو گلا سکتے ہیں، لیکن کنٹرول شدہ بارش اضافی مضبوطی کے راستے پیش کرتی ہے۔
ہوانگ ایٹ ال کا حالیہ کام۔ نے یہ ظاہر کیا کہ Al اضافہ بنیادی طور پر ٹائٹینیم میں سندچیوتی رویے کو تبدیل کرتا ہے۔ بائنری Ti-6Al الائے میں، ال ڈیفارمیشن ٹوئننگ کو دباتا ہے اور ایک سے زیادہ سلپ سسٹمز کے لیے اہم حل شدہ شیئر اسٹریس (CRSS) میں ترمیم کرتا ہے۔ یہ مضبوطی ٹریڈ آف کے ساتھ آتی ہے: جب کہ پیداوار کی طاقت بڑھتی ہے، نرمی اور اثر کی سختی عام طور پر کم ہوتی ہے۔
2.2 انٹرسٹیشل مضبوط کرنے والے: آکسیجن، نائٹروجن، کاربن
آکسیجن، نائٹروجن، اور کاربن ٹائٹینیم جالی کے اندر بیچوالا مقامات پر قبضہ کرتے ہیں، جو کم ارتکاز میں غیر معمولی طور پر موثر مضبوطی پیدا کرتے ہیں۔ ہر 0.1 wt% O پیداوار کی طاقت کو تقریباً 150-200 MPa تک بڑھاتا ہے۔
· آکسیجن: سب سے عام بیچوالے کے طور پر، O مضبوط کرنے کا موقع اور آلودگی کی تشویش دونوں ہے۔ آکسیجن -مرحلے کو مستحکم کرتی ہے، -ٹرانسس درجہ حرارت کو بڑھاتی ہے، اور کافی ٹھوس حل فراہم کرتی ہے۔ تاہم، تقریباً 0.3–0.4 wt% O سے زیادہ ہونا ڈکٹائل ڈیفارمیشن میکانزم کو دبانے کے ذریعے شدید شکنجے کو جنم دیتا ہے۔
نائٹروجن: حالیہ پیش رفت نے N کے کردار پر نظر ثانی کی ہے۔ Zhang et al. یہ ظاہر کیا کہ کنٹرول شدہ N اضافہ (0.17–0.40 wt%) اناج کی حدود انجینئرنگ کے ساتھ مل کر غیر معمولی طاقت-لچکتا امتزاج پیدا کر سکتا ہے۔ ان کے Ti-1800 الائے (Ti-4.1Al-2.5Zr-2.5Cr-6.8Mo-0.17O-0.10N) نے پرائمری، سیکنڈری، اور الٹرا فائن -Widmanstatetäten کے درجہ بندی کے ڈھانچے کے ذریعے 1800 MPa پیداواری طاقت حاصل کی۔
کاربن: 0.05-0.2 wt% C کے اضافے سے TiC کی تشکیل کو فروغ ملتا ہے۔ یہ کاربائیڈز دوہری افعال انجام دیتے ہیں: (1) اعلی-درجہ حرارت کی پروسیسنگ کے دوران اناج کی حدود کو پن کرنا، حتمی مائیکرو اسٹرکچر کو بہتر بنانا، اور (2) بارش کے لیے متضاد نیوکلیشن سائٹس کے طور پر کام کرنا۔ نتیجے میں مائکرو اسٹرکچر باریک اناج اور زیادہ بے ترتیب لیتھ واقفیت کو ظاہر کرتا ہے۔
2.3 بورون: اناج کو صاف کرنے والا ایجنٹ
B (0.01–0.2 wt%) کے ساتھ Microalloying سے TiB سرگوشی پیدا ہوتی ہے جو پہلے کے اناج کے سائز کو کافی حد تک بہتر کرتی ہے۔ TA6.5 مرکبات میں، 0.2 wt% B نے مائیکرو اسٹرکچر کو موٹے Widmanstätten سے ریفائنڈ ٹوکری میں تبدیل کیا
جاری ہے...
