Al, V, Nb, Ta… Multi-Element Partner Atlas of Titanium Alloys: How Do 60+ Elements Achieve Performance On-Demand Customization?(Ⅱ)

Isomorphous β-سٹیبلائزر ٹائٹینیم کی BCC کرسٹل ساخت کا اشتراک کرتے ہیں اور β-مرحلے میں مکمل ٹھوس حل پذیری کی نمائش کرتے ہیں۔ یہ عناصر-Mo, V, Nb, Ta, W-α+β اور β-ٹائٹینیم مرکبات کی ریڑھ کی ہڈی بناتے ہیں۔

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >عالمی ٹائٹینیم کی کھپت کا 50٪۔ 4 wt% کے V اضافے β-ٹرانسس کو کافی حد تک کم کرتے ہیں تاکہ کمرے کے درجہ حرارت پر تقریباً 10–50% β-فیز کے ساتھ دو-فیز مائیکرو اسٹرکچرز کو فعال کر سکیں۔

V کئی اہم افعال فراہم کرتا ہے:

β برقرار رکھنا: گرمی کے علاج کے ذریعے مائکرو اسٹرکچرل کنٹرول کو قابل بناتا ہے۔

بغیر کسی رکاوٹ کے طاقت: انٹرسٹیشل مضبوطی کے برعکس، V ٹھوس حل کو مضبوط بنانے میں تعاون کرتے ہوئے لچک کو برقرار رکھتا ہے۔

فیبریکیبلٹی: دو-فیز مائیکرو اسٹرکچر گرم کام کی اہلیت اور حتمی مکینیکل خصوصیات کا بہترین توازن پیش کرتا ہے۔

Mo β-فیز کو مستحکم کرنے میں V کے مقابلے میں تقریباً دوگنا موثر ہے، جو کہ molybdenum ایکوئیلنسی تصور ([Mo]eq) کے ذریعے مقداری ہے۔ ہر 1 wt% Mo تقریباً 2 wt% V کے برابر β-مستحکم طاقت فراہم کرتا ہے۔

فیز کنٹرول: مرکب دھاتوں میں جیسے کہ Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (اعلی طاقت والے ایرو اسپیس فاسٹنرز کے لیے استعمال کیا جاتا ہے)، Mo بجھانے پر مکمل β برقرار رکھنے کے قابل بناتا ہے، جس کے بعد عمر بڑھنے کے دوران کنٹرول شدہ α بارش ہوتی ہے۔

سنکنرن مزاحمت: Mo اضافہ تیزابی ماحول کو کم کرنے میں غیر فعالی کو بڑھاتا ہے۔ Ti-Mo alloys غیر فعال فلمیں بناتے ہیں جن میں MoO₃ کو TiO₂ کے ساتھ ملایا جاتا ہے، جو HCl سلوشنز میں غیر ملاوٹ شدہ ٹائٹینیم کے مقابلے میں اعلیٰ استحکام فراہم کرتا ہے۔

حالیہ پیش رفت: Zhang et al. یہ ظاہر کیا کہ Mo-کنٹرولڈ N اضافے کے ساتھ مرکب مرکبات متفاوت لیمیلا ڈھانچے کے ذریعے غیر معمولی خصوصیات حاصل کرتے ہیں۔ ان کے Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N الائے نے 10.2% یکساں لمبائی کے ساتھ 1532 MPa پیداواری طاقت حاصل کی- اسے ٹائٹینیم الائے کے لیے رپورٹ کیے گئے بہترین امتزاج میں شامل کیا گیا۔

Nb اور Ta نے بایومیڈیکل ایپلی کیشنز میں نمایاں مقام حاصل کیا ہے جہاں طویل-مثلا بائیو مطابقت ضروری ہے۔ V کے برعکس، جو cytotoxicity کے خدشات کو بڑھاتا ہے، Nb اور Ta جسمانی طور پر غیر فعال ہیں۔

کم ماڈیولس ڈیزائن: Nb اضافہ β-ٹائٹینیم مرکبات کو 50 GPa- سے کم لچکدار ماڈیولی کے ساتھ ہڈی کے 10–30 GPa تک پہنچنے اور Ti-6Al-4V کے 110 GPa سے بہت نیچے کے قابل بناتا ہے۔ Ti-35Nb-7Zr-5Ta الائے اس نقطہ نظر کی مثال دیتے ہیں، Nb کو Zr اور Ta کے ساتھ ملا کر آرتھوپیڈک امپلانٹس میں تناؤ سے بچاؤ کو کم کرتے ہیں۔

غیر فعال فلم میں اضافہ: Nb اور Ta آکسائڈز سطح کی غیر فعال فلم میں شامل ہوتے ہیں، اس کے استحکام اور سنکنرن مزاحمت کو بڑھاتے ہیں۔ کلورائڈ-ماحول پر مشتمل ماحول میں، Nb-تبدیل شدہ غیر فعال فلمیں کم پوائنٹ کی خرابی کی کثافت اور مقامی خرابی کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتی ہیں۔

Gautier et al کی طرف سے حالیہ منظم مطالعہ. ہائی-درجہ حرارت کی ایپلی کیشنز کے لیے W، Ta، اور Hf اضافے کا جائزہ لیا۔ ہوا میں 650 ° C پر 5000 گھنٹے کی نمائش کے بعد، W نے آکسیڈیشن کائینیٹکس میں سب سے زیادہ واضح کمی کا مظاہرہ کیا۔

میکانزم: W آکسائیڈ/میٹل انٹرفیس پر Ti₂N کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے، ایک نائٹروجن- سے بھرپور تہہ بناتا ہے جو بلک الائے میں آکسیجن کی تحلیل کو کم کرتا ہے۔ ٹرنری Ti-10Al-2W (at%) الائے نے آکسیڈیشن مزاحمت میں کمرشل ہائی ٹمپریچر ملاوٹ Ti6242S سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کیا۔

تجارت-بند: W گھنا ہے (19.3 g/cm³)، اور بھاری اضافہ ٹائٹینیم کی کثافت کے فائدے کی نفی کرتا ہے۔ چیلنج کم از کم ارتکاز کی نشاندہی کرنے میں ہے (عام طور پر<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Eutectoid-بنانے والے عناصر-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-بھی β-ٹرانسس کو دباتے ہیں لیکن eutectoid سڑن کے ذریعے انٹرمیٹالک مرکبات بنانے کی صلاحیت میں isomorphous stabilizers سے مختلف ہیں۔
 

Fe ایک طاقتور اور سستا β-سٹیبلائزر ہے۔ اس کی تیزی سے پھیلاؤ کی شرح گرمی کے علاج کے لیے تیز ردعمل کے قابل بناتی ہے، لیکن یہ مضبوطی کے دوران علیحدگی کو بھی فروغ دیتی ہے۔ Fe-مشترکہ مرکبات کو محتاط پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ افزودہ β-اسٹیبلائزر کے β-flecking-لوکلائزڈ ریجنز سے بچ سکیں جو غیر-یکساں میکانی خصوصیات پیدا کرتے ہیں۔
 

0.1–0.5 wt% کے Si اضافے قریب-α ہائی-درجہ حرارت کے مرکبات میں معیاری ہیں۔ سی دو فائدے دیتا ہے:

ٹھوس محلول کو مضبوط بنانا: محلول میں Si بلند درجہ حرارت پر نقل مکانی کو روکتا ہے۔

سلی سائیڈ ترسیب: فائن (Ti,Zr)₅Si₃ اناج کی حدود اور ذیلی حدود کو تیز کرتا ہے، رینگنے کی خرابی کو روکتا ہے

Gautier et al کا حالیہ کام۔ اس بات کی تصدیق کی کہ Si، ریفریکٹری عناصر کے ساتھ مل کر، 600–650°C پر کریپ اور آکسیڈیشن مزاحمت دونوں میں ہم آہنگی کی بہتری فراہم کرتا ہے۔
 

Zr, Hf، اور Sn β-ٹرانسس درجہ حرارت پر کم سے کم اثر ڈالتے ہیں لیکن α اور β دونوں مراحل میں کافی ٹھوس حل فراہم کرتے ہیں۔

Zr α اور β دونوں مراحل میں Ti کے ساتھ مکمل طور پر غلط ہے-ایک منفرد خصوصیت جو متواتر جدول کے گروپ IVB میں ان کی پوزیشنوں سے پیدا ہوتی ہے۔ یہ مکمل حل پذیری قابل بناتا ہے:

مرحلے کے عدم استحکام کے بغیر مضبوط بنانا: Zr کے اضافے سے ٹھوس حل میکانزم کے ذریعے فیز بیلنس میں ردوبدل کیے بغیر، الائے ڈیزائن کو آسان بنایا جاتا ہے۔

سنکنرن میں اضافہ: سمندری ماحول میں، Zr- پر مشتمل مرکب زیادہ مستحکم غیر فعال فلمیں بناتے ہیں۔ ZrO₂ TiO₂ پرت میں شامل ہوتا ہے، آکسیجن کی خالی جگہوں کے ارتکاز کو کم کرتا ہے اور کلورائیڈ حملے کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔

حالیہ نتائج: Mo اور Zr کے اضافے کا موازنہ کرنے والے Ti575 مرکب دھاتوں (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) کے مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ جبکہ Zr Mo کے مقابلے میں کم α ریفائنمنٹ فراہم کرتا ہے، یہ نیوکلیشن رکاوٹوں کو کم کرکے سلسائیڈ کی بارش کو فروغ دیتا ہے۔

Sn مرحلے کے استحکام کو نمایاں طور پر تبدیل کیے بغیر ٹھوس حل کو تقویت فراہم کرتا ہے۔ اعلی-درجہ حرارت کے مرکب (Ti-6242, Ti-1100) میں، Sn ٹھوس محلول اثرات کے ذریعے اور سلسائیڈ ترسیب کے رویے میں ترمیم کرکے کریپ مزاحمت میں حصہ ڈالتا ہے۔

   جاری ہے...

ابھی رابطہ کریں۔