1. দীর্ঘ-উচ্চ-তাপমাত্রার টাইটানিয়াম অ্যালয়েসের দীর্ঘমেয়াদী তাপীয় স্থিতিশীলতা
(1) তাপ স্থায়িত্ব জন্য alloying নকশা
আলফা স্টেবিলাইজার (Al, Sn, Zr): অ্যালুমিনিয়াম (6–8 wt%) এবং টিন (1–3 wt%) আলফা ফেজকে শক্তিশালী করে এবং খাদের বিটা-ট্রান্সাস তাপমাত্রা বাড়ায় (উচ্চ তাপমাত্রায় ফেজ রূপান্তর বিলম্বিত হয়); জিরকোনিয়াম (2-4 wt%) শস্যকে শোধন করে এবং নমনীয়তার সাথে আপস না করেই ক্রীপ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে। উদাহরণস্বরূপ, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) এর একটি বিটা-ট্রান্সাস তাপমাত্রা ~1000 ডিগ্রি, Ti-6Al-4V-এর থেকে 15–20% বেশি, 10,{22}} ঘণ্টার জন্য 450-500 ডিগ্রিতে স্থিতিশীল অপারেশন সক্ষম করে৷
বিটা স্টেবিলাইজার (Mo, Nb, Ta): মলিবডেনাম (1–2 wt%) এবং niobium (2–5 wt%) মিশ্র ধাতুর উচ্চ-তাপমাত্রার নমনীয়তা উন্নত করে এবং বিটা পর্যায়ের মোটা হয়ে যাওয়া বন্ধ করে; ট্যানটালাম (1–3 wt%) ম্যাট্রিক্সে পারমাণবিক প্রসারণের হার কমিয়ে তাপ স্থিতিশীলতা বাড়ায়। উন্নত গ্রেড যেমন Ti-1100 (Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si) সিলিকন (0.4–0.5 wt%) সূক্ষ্ম সিলিসাইড অবক্ষেপ (Ti₅Si₃) গঠনের জন্য অন্তর্ভুক্ত করে, যা শস্যের সীমানাকে পিন করে এবং 50-50 ডিগ্রি কমিয়ে দেয়।
কম-ইন্টারস্টিশিয়াল কন্ট্রোল: অক্সিজেনের উপর কঠোর সীমাবদ্ধতা (<0.15 wt%), nitrogen (<0.015 wt%), and hydrogen (<0.010 wt%) prevent the formation of brittle interstitial compounds that degrade thermal stability over time.
(2) দীর্ঘ-মেয়াদী উচ্চ-তাপমাত্রা এক্সপোজারের সময় মাইক্রোস্ট্রাকচারাল স্থিতিশীলতা
ল্যামেলার/বাই{{0}মোডাল মাইক্রোস্ট্রাকচার: সর্বাধিক উচ্চ-তাপমাত্রার গ্রেডগুলি হল তাপ-একটি ল্যামেলার বা দ্বি-মোডাল (ইকুয়েক্সড আলফা + ল্যামেলার আলফা-বিটা) মাইক্রোস্ট্রাকচার গঠনের জন্য চিকিত্সা করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, সম্পূর্ণ ল্যামেলার অবস্থায় Ti-6242 বিটা ম্যাট্রিক্সে 500 ডিগ্রিতে 20,000 ঘণ্টার জন্য একটি সূক্ষ্ম, অভিন্ন আলফা ল্যামেলা বন্টন বজায় রাখে, কোনো উল্লেখযোগ্য শস্য মোটা হওয়া বা ফেজ বিভাজন ছাড়াই। বিপরীতে, প্রচলিত Ti-6Al-4V 5,000 ঘন্টা এক্সপোজারের পরে 350 ডিগ্রির উপরে আলফা-ফেজ কোরসেনিং এবং শক্তি হ্রাস অনুভব করে।
ফেজ অবক্ষয় প্রতিরোধ: 600 ডিগ্রির নিচে তাপমাত্রায়, উচ্চ-তাপমাত্রার টাইটানিয়াম অ্যালয়েস ক্ষতিকারক পর্যায়গুলির গঠন এড়ায় (যেমন, ভঙ্গুর ওমেগা ফেজ বা মোটা হাইড্রাইড) যা স্ট্যান্ডার্ড গ্রেডে আঘাত করে। Ti-1100, উদাহরণস্বরূপ, তার আলফা-বিটা মাইক্রোস্ট্রাকচারকে 600 ডিগ্রিতে 10,000 ঘন্টা ধরে রাখে, মাত্র 10-15% প্রসার্য শক্তি হ্রাস পায় (900 MPa থেকে 750–800 MPa), Ti-6-4-এর একই তাপমাত্রায় 40% শক্তি হ্রাসের তুলনায়।
(3) যান্ত্রিক সম্পত্তি ধরে রাখা
হামাগুড়ি প্রতিরোধ: উচ্চ-তাপমাত্রার টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলি তাদের ডিজাইনের তাপমাত্রায় উচ্চতর ক্রীপ কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। Ti-6242 এর একটি ক্রীপ স্ট্রেন রেট আছে<1×10⁻⁹ per hour at 450°C and 200 MPa stress (10x lower than Ti-6Al-4V under the same conditions), with total creep deformation <0.1% after 10,000 hours. Ti-1100 achieves a creep strain rate of <5×10⁻⁹ per hour at 550°C and 250 MPa, meeting the demands of aero-engine compressor blades.
ক্লান্তি শক্তি: সাইক্লিক উচ্চ-তাপমাত্রা লোডিংয়ের অধীনে, এই মিশ্রণগুলি তাদের ঘরের 60-70%-তাপমাত্রা ক্লান্তি শক্তি (10⁷ চক্র) ধরে রাখে। উদাহরণ স্বরূপ, Ti-6242-এর ক্লান্তি শক্তি ~250 MPa 450 ডিগ্রিতে (বনাম. 150 MPa Ti-6Al-4V-এর জন্য 350 ডিগ্রি), টারবাইন ক্যাসিংয়ের মতো কম্পন-প্রবণ উপাদানগুলিতে নির্ভরযোগ্য পরিষেবা সক্ষম করে৷
নমনীয়তা ধরে রাখা: 500 ডিগ্রীতে দীর্ঘমেয়াদী এক্সপোজার টি-6242 এর প্রসারণকে মাত্র 20-25% (12% থেকে 9-10%) হ্রাস করে, যখন Ti-6Al-4V একই সময়কালের 350 ডিগ্রিতে তার নমনীয়তার 50% (12% থেকে 6%) হারায়।
2. দীর্ঘমেয়াদী পরিষেবার সময় উচ্চ-তাপমাত্রা টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের অক্সিডেশন প্রতিরোধ
(1) উচ্চ তাপমাত্রায় টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের অক্সিডেশন প্রক্রিয়া
বাইরের স্তর: ছিদ্রযুক্ত TiO₂ (রুটাইল), যা থার্মাল সাইকেল চালানোর অধীনে ফাটল এবং স্প্যালস;
মধ্য স্তর: Ti₃O₅, দুর্বল প্রতিরক্ষামূলক বৈশিষ্ট্য সহ একটি আধা-পরিবাহী অক্সাইড;
ভিতরের স্তর: Ti₂O₃, একটি ভঙ্গুর অক্সাইড যা পৃষ্ঠের ক্ষয় সৃষ্টি করে এবং ক্লান্তি জীবনকে হ্রাস করে।
(2) উন্নত জারণ প্রতিরোধের জন্য অ্যালোয়িং এবং সারফেস ট্রিটমেন্ট
সিলিকন এবং অ্যালুমিনিয়াম alloying: TiO₂ ফিল্মের নিচে সিলিকন (0.3–0.5 wt%) গ্রেডে (0.3–0.5 wt%) TiO₂ ফিল্মের নিচে একটি অবিচ্ছিন্ন SiO₂ স্তর গঠন করে, যা অক্সিজেনের বিচ্ছুরণ বাধা হিসেবে কাজ করে এবং 600 ডিগ্রিতে অক্সাইড বৃদ্ধির হার 50-60% কমিয়ে দেয়। অ্যালুমিনিয়াম (7-8 wt%) অক্সাইড স্তরে অ্যালুমিনিয়ামের পরিমাণ বাড়ায়, উচ্চতর গলনাঙ্ক এবং বিশুদ্ধ TiO₂ থেকে কম অক্সিজেন ব্যাপ্তিযোগ্যতা সহ একটি মিশ্র Al₂O₃-TiO₂ স্কেল তৈরি করে।
ক্রোমিয়াম এবং নিওবিয়াম সংযোজন: ক্রোমিয়াম (1–2 wt%) অক্সাইড স্তর এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে তাপীয় সম্প্রসারণের অমিল কমিয়ে অক্সাইড আনুগত্যকে উন্নত করে, যখন niobium (3–5 wt%) TiO₂ এর রুটাইল ফেজকে স্থিতিশীল করে এবং অক্সাইড স্কেলে ফাটল গঠনে বাধা দেয়।
পৃষ্ঠ আবরণ: অতি-উচ্চ-তাপমাত্রার প্রয়োগের জন্য (550-700 ডিগ্রি), উচ্চ-তাপমাত্রা টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলি প্রায়শই লেপা হয়অ্যালুমিনাইড আবরণ(যেমন, প্যাক-সিমেন্টেড আল-টি লেপ) বাসিরামিক আবরণ(যেমন, ytria-স্থিতিশীল জিরকোনিয়া, YSZ)। এই আবরণগুলি একটি ঘন Al₂O₃ বা সিরামিক বাধা তৈরি করে, যা অক্সিডেশন হারকে 650 ডিগ্রিতে 90% কমিয়ে আনকোটেড অ্যালোয়ের তুলনায়। উদাহরণস্বরূপ, একটি অ্যালুমিনাইড-প্রলিপ্ত Ti-1100 এর ওজন বৃদ্ধি পায়<0.1 mg/cm² after 1000 hours at 600°C, vs. 1.2 mg/cm² for uncoated Ti-1100.
(3) দীর্ঘ-মেয়াদী অক্সিডেশন কর্মক্ষমতা সীমা
Uncoated alloys: অধিকাংশ আনকোটেড উচ্চ-তাপমাত্রা টাইটানিয়াম অ্যালয় 10,000 ঘণ্টার জন্য 550-600 ডিগ্রি পর্যন্ত গ্রহণযোগ্য অক্সিডেশন প্রতিরোধ ক্ষমতা বজায় রাখতে পারে, যার মোট অক্সাইড বেধ সীমিত<10 μm and weight gain <0.5 mg/cm². Above 600°C, the oxide layer thickens rapidly (exceeding 20 μm at 650°C for 1000 hours) and becomes prone to spalling under thermal cycling, leading to intergranular oxidation and embrittlement.
প্রলিপ্ত সংকর ধাতু: অ্যালুমিনাইড বা সিরামিক আবরণের সাথে, অক্সাইড পুরুত্ব সহ দীর্ঘ-পরিষেবার (10,000 ঘন্টা) জন্য উপরের তাপমাত্রা সীমা 650-700 ডিগ্রি পর্যন্ত প্রসারিত হয়<8 μm and weight gain <0.2 mg/cm² at 700°C. However, coating degradation (e.g., interdiffusion of coating and substrate elements) becomes a limiting factor beyond 700°C, requiring periodic recoating for critical components.
