वायु परिवहन हमारे दैनिक जीवन का एक अभिन्न अंग बन गया है—चाहे वह वायु माल वितरण लॉजिस्टिक्स के माध्यम से हो या विमान द्वारा यात्रा करना। जब हम आकाश की ओर देखते हैं और ऊपर से उड़ते हुए विमानों को देखते हैं, तो एक स्वाभाविक प्रश्न उठता है: ऐसे विमानों का निर्माण किन सामग्रियों से किया जाता है जो इतने विशाल भार को वहन कर सकते हैं और उच्च ऊँचाइयों पर संचालित हो सकते हैं?
आइए इस अद्भुत क्षमता के पीछे की सामग्रियों का पता लगाएँ।
1948 में, डुपॉन्ट ने मैग्नीशियम अपचयन प्रक्रिया का उपयोग करके स्पंज टाइटेनियम के औद्योगिक उत्पादन को सफलतापूर्वक प्राप्त किया, जिससे टाइटेनियम सामग्री के इतिहास में एक प्रमुख मील का पत्थर स्थापित हुआ। उसके बाद से, टाइटेनियम मिश्रधातुओं का उनके उत्कृष्ट भौतिक गुणों के कारण विभिन्न उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा, जिनमें शामिल हैं उच्च विशिष्ट सामर्थ्य, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोधकता और श्रेष्ठ ऊष्मा प्रतिरोधकता .
विशेष रूप से, टाइटेनियम पृथ्वी के भूपर्पटी में एक प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है, जो कुल आपूर्ति में नौवां स्थान रखता है, जो आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले धातुओं जैसे तांबा, जिंक और टिन की तुलना में काफी अधिक है। यह कई प्रकार के चट्टानों में व्यापक रूप से वितरित है, विशेष रूप से रेत और मिट्टी में, जहाँ भंडार विशेष रूप से विशाल हैं।
टाइटेनियम में कई असाधारण गुण होते हैं, जिनमें शामिल हैं उच्च सामर्थ्य, उच्च तापीय सामर्थ्य, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोधकता, श्रेष्ठ निम्न-तापमान प्रदर्शन और प्रबल रासायनिक सक्रियता .
विशेष रूप से, टाइटेनियम की ताकत एल्युमीनियम मिश्र धातुओं, मैग्नीशियम मिश्र धातुओं और स्टेनलेस स्टील की तुलना में काफी अधिक होती है, जिससे यह सबसे उत्कृष्ट संरचनात्मक धातुओं में से एक बन जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातुएँ उच्च तापमान पर भी अत्यधिक उत्कृष्ट प्रदर्शन करती हैं, जिनके संचालन तापमान एल्युमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में काफी अधिक होते हैं, और ये 450–500°C .
इसके अतिरिक्त, टाइटेनियम अम्लों, क्षारों और वायुमंडलीय संक्षारण के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, विशेष रूप से गड्ढा संक्षारण और तनाव संक्षारण विदलन जैसी टाइटेनियम मिश्र धातुएँ टीए7 अच्छी तन्यता और यांत्रिक गुणों को बनाए रखती हैं, यहाँ तक कि –253°C .
हालाँकि, टाइटेनियम उच्च तापमान पर उच्च रासायनिक क्रियाशीलता प्रदर्शित करता है और वायु में उपस्थित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जैसी गैसों के साथ आसानी से अभिक्रिया कर सकता है, जिससे कठोर सतह परतें बनती हैं। इसके अतिरिक्त, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तापीय चालकता अपेक्षाकृत कम होती है—लगभग निकेल के 1/4, लोहे के 1/5 और एल्युमीनियम के 1/14 —जबकि उनका प्रत्यास्थता गुणांक लगभग इस्पात के आधे के बराबर है । ये विशेषताएँ टाइटेनियम को कई उन्नत इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में अपरिहार्य बनाती हैं।
टाइटेनियम मिश्र धातुओं को उनके अनुप्रयोगों के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है: ऊष्मा-प्रतिरोधी मिश्र धातुएँ, उच्च-शक्ति मिश्र धातुएँ, संक्षारण-प्रतिरोधी मिश्र धातुएँ (जैसे Ti-Mo और Ti-Pd मिश्र धातुएँ), निम्न-तापमान मिश्र धातुएँ , और विशेष कार्यात्मक मिश्र धातुएँ जिसमें टाइटेनियम–लोहा हाइड्रोजन संग्रहण सामग्री और टाइटेनियम–निकल आकृति स्मृति मिश्र धातुएँ शामिल हैं।
हालाँकि टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग का इतिहास अपेक्षाकृत छोटा है, फिर भी उनके उत्कृष्ट प्रदर्शन ने उन्हें कई प्रतिष्ठित उपाधियाँ प्राप्त कराई हैं, जिनमें से एक है “अंतरिक्ष धातु”। यह उपाधि उनके हल्के वजन, उच्च ताकत और उत्कृष्ट उच्च-तापमान प्रतिरोध के कारण प्राप्त हुई है, जिससे वे विमानों और अंतरिक्ष यानों के लिए आदर्श सामग्री बन गए हैं।
वर्तमान में, लगभग वैश्विक टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादन का तीन-चौथाई हिस्सा एयरोस्पेस क्षेत्र में उपयोग किया जाता है जिसमें कई घटक जो पहले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं से बनाए जाते थे, अब टाइटेनियम मिश्र धातुओं द्वारा प्रतिस्थापित किए जा रहे हैं।
टाइटेनियम मिश्र धातुएँ विमान और इंजन निर्माण में महत्वपूर्ण सामग्री हैं। इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है फोर्ज्ड फैन घटकों, कंप्रेसर डिस्क्स और ब्लेड्स, इंजन केसिंग्स, एग्जॉस्ट सिस्टम्स में के साथ-साथ संरचनात्मक घटकों जैसे फ्रेम और बल्कहेड .
एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की उच्च विशिष्ट सामर्थ्य, संक्षारण प्रतिरोधकता और निम्न-तापमान प्रदर्शन इन्हें दाब पात्रों, ईंधन टैंकों, फास्टनर्स, उपकरण स्ट्रैप्स, संरचनात्मक फ्रेम्स और रॉकेट केसिंग्स के लिए आदर्श बनाते हैं। टाइटेनियम मिश्र धातु की चादर वेल्डमेंट्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है कृत्रिम उपग्रहों, चंद्र मॉड्यूल्स, मानवयुक्त अंतरिक्ष यानों और अंतरिक्ष शटल्स .
में। 1950 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने पहली बार टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग F-84 फाइटर-बॉम्बर में किया, जिसमें इनका उपयोग पिछले फ्यूजलेज के ऊष्मा रोधक, वायु चैनलों और पिछले फेयरिंग्स जैसे भार-वहन न करने वाले घटकों के लिए किया गया। 1960 के दशक से, टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग पिछले फ्यूजलेज से मध्य-फ्यूजलेज तक विस्तारित हुए, जहाँ ये संरचनात्मक इस्पात के कुछ भागों को प्रतिस्थापित करने लगे बल्कहेड, बीम और फ्लैप ट्रैक्स .
1970 के दशक तक, बोइंग 747 जैसे नागरिक विमानों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ, टाइटेनियम का उपयोग तीव्रता से बढ़ गया। बोइंग 747 । अकेले बोइंग 747 में 3,640 किलोग्राम से अधिक टाइटेनियम का उपयोग किया गया, जो विमान के संरचनात्मक भार का लगभग 28% हिस्सा है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग रॉकेट, उपग्रहों और अंतरिक्ष यानों में भी व्यापक रूप से किया जाने लगा।
सबसे पहले, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तुलना में ऊष्मा चालकता काफी कम होती है—जो लगभग इस्पात की एक-चौथाई, एल्यूमीनियम की एक-तेरहवीं और तांबे की एक-पच्चीसवीं मशीनिंग के दौरान, ऊष्मा का प्रसार और शीतलन इसलिए अक्षम होता है, जिसके परिणामस्वरूप कटिंग क्षेत्र में उच्च तापमान का केंद्रित होना होता है। यह कार्य-टुकड़े के विरूपण और प्रत्यास्थ पुनर्प्राप्ति का कारण बन सकता है, कटिंग टॉर्क में वृद्धि कर सकता है, टूल के किनारे के क्षरण को तीव्र कर सकता है, और टूल जीवन को काफी कम कर सकता है।
दूसरा, चूंकि कटिंग ऊष्मा कटिंग किनारे के निकट केंद्रित होती है और तेज़ी से प्रसारित नहीं हो पाती, इसलिए रैक फेस पर घर्षण बढ़ जाता है, जिससे चिप निकासी कठिन हो जाती है और टूल के क्षरण को और अधिक तीव्र कर देती है।
अंत में, उच्च तापमान पर, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की रासायनिक सक्रियता में काफी वृद्धि हो जाती है। वे टूल सामग्रियों के साथ प्रतिक्रिया करने की प्रवृत्ति रखती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आसंजन, विसरण और निर्मित किनारे (बिल्ट-अप एज) का निर्माण होता है। ये घटनाएँ टूल के चिपकने, जलने या टूटने का कारण बन सकती हैं, जो मशीनिंग की गुणवत्ता और दक्षता को गंभीर रूप से प्रभावित करती हैं।
मशीनिंग केंद्र एक साथ कई घटकों को संसाधित कर सकते हैं, जिससे उत्पादन दक्षता में काफी सुधार होता है। उनकी उच्च परिशुद्धता उत्कृष्ट उत्पाद स्थिरता सुनिश्चित करती है, और उपकरण संकल्पना (टूल कॉम्पेंसेशन) के कार्यों के साथ मशीन टूल की सहज सटीकता का पूर्ण उपयोग किया जा सकता है।
मशीनिंग केंद्र यह भी प्रदान करते हैं मजबूत अनुकूलन क्षमता और लचीलापन , जो चाप संसाधन, छोर काटना (चैम्फरिंग) और वक्राकार संक्रमण (फिलेट ट्रांज़िशन) जैसे कार्यों को आसानी से संभाल सकते हैं। इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि वे बहु-कार्यात्मक संचालन का समर्थन करते हैं, जिनमें फ्रेजिंग, ड्रिलिंग, बोरिंग और टैपिंग शामिल हैं—सभी एक ही मशीन पर।
लागत नियंत्रण के दृष्टिकोण से, मशीनिंग केंद्र सटीक लागत लेखांकन और उत्पादन अनुसूची बनाने की अनुमति देते हैं, विशेषीकृत फिक्स्चर्स की आवश्यकता को समाप्त करते हैं, कुल लागत को कम करते हैं और उत्पादन चक्र को छोटा करते हैं। वे यह भी श्रम की तीव्रता को काफी कम करते हैं और UG (NX) जैसे CAM सॉफ़्टवेयर के साथ बिना किसी व्यवधान के एकीकृत किए जा सकते हैं। UG (NX) बहु-अक्ष मशीनिंग करने के लिए।
टाइटेनियम मिश्र धातुओं की मशीनिंग के दौरान उपयुक्त कटिंग टूल्स और कूलेंट्स का चयन महत्वपूर्ण है। टूल सामग्री में निम्नलिखित गुण होने चाहिए: उच्च कठिनता और पहन प्रतिरोध जिससे कि कुशल सामग्री निकालना सुनिश्चित किया जा सके। कूलेंट के चयन से सीधे मशीनिंग की गुणवत्ता और दक्षता प्रभावित होती है—उचित कूलेंट घर्षण और कटिंग ऊष्मा को कम करते हैं, जिससे टूल का जीवनकाल बढ़ता है और मशीनिंग की सटीकता में सुधार होता है।
टाइटेनियम मिश्र धातुओं की विशिष्ट मशीनिंग विशेषताओं के कारण, एंड मिल की ज्यामिति पारंपरिक टूल्स से काफी भिन्न होती है।
ए छोटा हेलिक्स कोण (β) फ्लूट के आयतन को बढ़ाने, चिप निकास को सुधारने और ऊष्मा के विसरण को बढ़ाने के लिए अनुशंसित किया जाता है।
टाइटेनियम मिश्र धातुओं के मशीनिंग के दौरान, कम कटिंग गति का उपयोग करना चाहिए, जिसे उचित फीड दरों, तर्कसंगत कटिंग गहराई और नियंत्रित फिनिशिंग अनुमति के साथ संयोजित किया जाना चाहिए।
विषाक्त पदार्थों के निर्माण और हाइड्रोजन भंगुरता को रोकने के लिए क्लोरीन युक्त कूलेंट से बचना चाहिए, साथ ही उच्च तापमान पर तनाव संक्षारण विदलन के जोखिम को कम करना चाहिए।
इसके लिए अनुशंसित है सिंथेटिक जल-विलेय इमल्शन या टाइटेनियम मिश्र धातु के विरूपण के लिए उपयुक्त विशेष रूप से निर्मित शीतलक।
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