विमानन सामग्री के लिए टाइटेनियम का उपयोग करना क्यों आवश्यक है?

विमानन में टाइटेनियम अनुप्रयोगों का इतिहास 1953 में संयुक्त राज्य अमेरिका में डगलस द्वारा निर्मित DC-T के इंजन पॉड्स और फायरवॉल में टाइटेनियम के पहले उपयोग के साथ शुरू हुआ। उस समय से, लगभग 50 वर्षों के लिए विमान में टाइटेनियम का उपयोग किया गया है। क्योंकि इसमें कई लाभकारी गुण हैं जो विमान अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं, टाइटेनियम का व्यापक रूप से विमानन में उपयोग किया जाता है। हम विमान सामग्री पर आज की चर्चा में टाइटेनियम की आवश्यकता पर चर्चा करेंगे।

1. टाइटेनियम परिचय

टाइटेनियम स्पंज, या टाइटेनियम का पहला औद्योगिक निर्माण केवल 1948 में शुरू हुआ जब यूएस ड्यूपॉन्ट कंपनी ने मैग्नीशियम प्रक्रिया का उपयोग करके टन टाइटेनियम स्पंज का निर्माण किया। इसकी उच्च विशिष्ट शक्ति, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और उच्च ताप प्रतिरोध के कारण, टाइटेनियम मिश्र धातु का व्यापक रूप से विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम पृथ्वी की पपड़ी में बहुतायत के मामले में दसवें स्थान पर है, तांबा, जस्ता और टिन जैसी सामान्य धातुओं की तुलना में कहीं अधिक है। रेत और मिट्टी दो प्रकार की चट्टानें हैं जिनमें टाइटेनियम विशेष रूप से प्रचुर मात्रा में होता है।

2. टाइटेनियम की विशेषताएं

उच्च शक्ति: एल्यूमीनियम मिश्र धातु का 1.3 गुना, मैग्नीशियम मिश्र धातु का 1.6 गुना और स्टेनलेस स्टील का 3.5 गुना, धातु सामग्री के बीच चैंपियन।

उच्च तापीय शक्ति: उपयोग तापमान एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तुलना में कई सौ डिग्री अधिक है, और 450 से 500 डिग्री के तापमान पर लंबे समय तक काम कर सकता है।

अच्छा संक्षारण प्रतिरोध: अम्ल, क्षार और वायुमंडलीय जंग के लिए प्रतिरोधी, विशेष रूप से पीटिंग और तनाव जंग के लिए मजबूत प्रतिरोध।

अच्छा निम्न-तापमान गुण: टाइटेनियम मिश्र धातु TA7 बहुत कम अंतरालीय तत्वों के साथ -253 डिग्री पर एक निश्चित डिग्री की प्लास्टिसिटी बनाए रख सकता है।

उच्च रासायनिक गतिविधि: उच्च तापमान पर उच्च रासायनिक गतिविधि, कठोर परत बनाने के लिए हवा में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जैसी गैसीय अशुद्धियों के साथ रासायनिक रूप से आसानी से प्रतिक्रिया करना।

छोटी तापीय चालकता, लोच का छोटा मापांक: तापीय चालकता लगभग 1/4 निकल, 1/5 लोहा और 1/14 एल्यूमीनियम है, जबकि विभिन्न टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तापीय चालकता टाइटेनियम की तुलना में लगभग 50 प्रतिशत कम है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं की लोच का मापांक स्टील का लगभग 1/2 है।

3. टाइटेनियम मिश्र धातुओं का वर्गीकरण और उपयोग

गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु, उच्च शक्ति मिश्र धातु, संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातु (टाइटेनियम-मोलिब्डेनम मिश्र धातु, टाइटेनियम-पैलेडियम मिश्र धातु, आदि), कम तापमान मिश्र धातु, और अद्वितीय कार्यात्मक मिश्र धातु टाइटेनियम मिश्र धातु के लिए उनके इच्छित उपयोग के आधार पर कुछ श्रेणियां हैं ( टाइटेनियम-लौह हाइड्रोजन भंडारण सामग्री और टाइटेनियम-निकल मेमोरी मिश्र)। इस तथ्य के बावजूद कि टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं का उपयोग बहुत लंबी अवधि के लिए नहीं किया गया है, वे पहले से ही अपने असाधारण गुणों के लिए कई प्रमुख पुरस्कार प्राप्त कर चुके हैं। इसकी ताकत, कम वजन और उच्च तापमान के स्थायित्व के कारण, यह विभिन्न अंतरिक्ष यान और हवाई जहाज के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। एयरोस्पेस क्षेत्र वर्तमान में दुनिया भर में उत्पादित टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का लगभग 75 प्रतिशत उपयोग करता है। ऐसे कई घटक हैं जो पहले टाइटेनियम मिश्र धातुओं से बने थे लेकिन मूल रूप से एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं से बने थे।

4. विमानन अनुप्रयोगों के टाइटेनियम मिश्र धातु

टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग मुख्य रूप से विमान और इंजन निर्माण सामग्री में किया जाता है, जैसे कि टाइटेनियम पंखे, कंप्रेसर डिस्क और ब्लेड, इंजन काउलिंग, निकास उपकरण और अन्य भागों के साथ-साथ विमान बीम स्पेसर और अन्य संरचनात्मक ढांचे के हिस्से। कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह, चंद्रमा मॉड्यूल, मानवयुक्त अंतरिक्ष यान और अंतरिक्ष शटल भी टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट वेल्डेड भागों का उपयोग करते हैं।

1950 में संयुक्त राज्य अमेरिका पहली बार F-84 फाइटर-बॉम्बर में रियर धड़ हीट शील्ड, विंड शील्ड, टेल काउल और अन्य गैर-लोड-असर घटकों के रूप में। 60 के दशक ने संरचनात्मक इस्पात निर्माण स्पेसर, बीम, फ्लैप स्लाइड और अन्य महत्वपूर्ण लोड-असर घटकों के बजाय आंशिक रूप से पीछे के धड़ से टाइटेनियम मिश्र धातु भागों का उपयोग करना शुरू कर दिया। 70 के दशक के बाद, नागरिक विमानों ने बड़ी मात्रा में टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग करना शुरू किया, जैसे बोइंग 747 यात्री विमान टाइटेनियम के साथ 3640 विमान के वजन का 28 प्रतिशत से अधिक था। प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, रॉकेट, कृत्रिम उपग्रह और अंतरिक्ष यान में भी बड़ी संख्या में टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है।

जितना अधिक उन्नत विमान, उतना अधिक टाइटेनियम का उपयोग किया जाता है। यूएस एफ-14एक लड़ाकू विमान टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग करता है, जो विमान के वजन का लगभग 25 प्रतिशत होता है; F-1525.8 प्रतिशत के लिए एक लड़ाकू विमान; टाइटेनियम की मात्रा का 41 प्रतिशत के साथ अमेरिकी लड़ाकू विमानों की चौथी पीढ़ी, टाइटेनियम की मात्रा के 39 प्रतिशत के साथ इसका F119 इंजन, वर्तमान में टाइटेनियम विमान की उच्चतम मात्रा है।

5. विमानन में बड़ी संख्या में टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करने के कारण

आधुनिक विमान नौकायन की अधिकतम गति ध्वनि की गति से 2.7 गुना अधिक तक पहुंच गई है। इतनी तेज सुपरसोनिक उड़ान से विमान हवा के खिलाफ रगड़ खाएगा और बहुत अधिक गर्मी पैदा करेगा। जब उड़ान की गति ध्वनि की गति से 2.2 गुना अधिक हो जाती है, तो एल्यूमीनियम मिश्र धातु इसका सामना नहीं कर सकती है। उच्च तापमान प्रतिरोधी टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाना चाहिए।

जब एयरो-इंजन का थ्रस्ट-टू-वेट अनुपात 4-6 से 8-10 तक बढ़ाया जाता है, तो कंप्रेसर आउटलेट का तापमान 200-300 डिग्री से 500-600 तक बढ़ जाता है। डिग्री, मूल कम दबाव कंप्रेसर डिस्क और एल्यूमीनियम से बने ब्लेड को टाइटेनियम मिश्र धातु में बदलना चाहिए।

हाल के वर्षों में टाइटेनियम मिश्र धातु प्रदर्शन अनुसंधान कार्य पर वैज्ञानिकों ने नई प्रगति करना जारी रखा है। टाइटेनियम, एल्यूमीनियम, वैनेडियम से बना मूल टाइटेनियम मिश्र धातु, उच्चतम कार्य तापमान 550 डिग्री ~ 600 डिग्री, और नव विकसित टाइटेनियम एल्यूमीनियम (TiAl) मिश्र धातु, उच्चतम कार्य तापमान को 1040 डिग्री तक बढ़ा दिया गया है।

उच्च दबाव कंप्रेसर डिस्क और ब्लेड बनाने के लिए स्टेनलेस स्टील के बजाय टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग संरचना के वजन को कम कर सकता है। एक विमान में हर 10 फीसदी वजन घटाने पर 4 फीसदी ईंधन की बचत हासिल की जा सकती है। रॉकेट के लिए, प्रत्येक 1 किलो वजन घटाने से सीमा 15 किमी तक बढ़ सकती है।

6. टाइटेनियम मिश्र धातु मशीनिंग विशेषताओं का विश्लेषण

सबसे पहले, टाइटेनियम मिश्र धातु तापीय चालकता कम है, स्टील का केवल 1/4, एल्यूमीनियम 1/13, तांबा 1/25। काटने के क्षेत्र में धीमी गर्मी लंपटता के कारण, थर्मल संतुलन के लिए अनुकूल नहीं है, काटने की प्रक्रिया में, गर्मी लंपटता और शीतलन प्रभाव बहुत खराब है, काटने वाले क्षेत्र में उच्च तापमान बनाना आसान है, प्रसंस्करण के बाद भागों विरूपण प्रतिक्षेप, जिसके परिणामस्वरूप बढ़े हुए टॉर्क कटिंग टूल में, एज वियर फास्ट, ड्यूरेबिलिटी कम।

दूसरे, टाइटेनियम मिश्र धातु की तापीय चालकता कम होती है, जिससे काटने के उपकरण के पास छोटे से क्षेत्र में गर्मी जमा हो जाती है, फैलाना आसान नहीं होता है, सामने के उपकरण की सतह का घर्षण बढ़ जाता है, चिप लगाना आसान नहीं होता है, काटने वाली गर्मी को फैलाना आसान नहीं होता है, तेज होता है औजार का क्षरण। अंत में, टाइटेनियम मिश्र धातु रासायनिक गतिविधि अधिक है, उच्च तापमान पर प्रसंस्करण उपकरण सामग्री के साथ प्रतिक्रिया करना आसान है, घुलनशील, प्रसार का गठन, जिसके परिणामस्वरूप चिपचिपा चाकू, जलने वाला चाकू, टूटा हुआ चाकू और अन्य घटनाएं होती हैं।