تجارتی طور پر خالص ٹائٹینیم گریڈ کی تھکاوٹ کی کارکردگی پر ناپاک مواد کے اثرات
1. آکسیجن (O): سب سے زیادہ بااثر بیچوالا نجاست
اعلی - سائیکل تھکاوٹ (HCF ، 10⁶–10⁹ سائیکل): آکسیجن میں 0.1 ڈبلیو ٹی ٪ اضافے سے عام طور پر حتمی ٹینسائل طاقت (یو ٹی ایس) کو 50-70 ایم پی اے میں اضافہ ہوتا ہے لیکن تھکاوٹ کی حد کو 15-25 ٪ تک کم کرتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ آکسیجن جعلی رگڑ میں اضافہ کرتی ہے ، جس سے سندچیوتی حرکت کے لئے دہلیز تناؤ میں اضافہ ہوتا ہے اور مادے کو مزید آسانی سے ٹوٹ جاتا ہے۔ چکرو لوڈنگ کے تحت ، اناج کی حدود یا مائیکرو - نقائص پر سندچیوتی جمع ہوتی ہے ، جس سے تھکاوٹ کی دراڑیں پیدا ہوتی ہیں جو تیزی سے پھیلتی ہیں۔ مثال کے طور پر ، گریڈ 4 ٹائٹینیم (0.40 ڈبلیو ٹی ٪ O) کی تھکاوٹ کی حد ~ 150 MPa (10⁷ سائیکل پر) ہے ، جبکہ گریڈ 1 (0.18 WT ٪ O) اس کی کم جامد طاقت کے باوجود ، ~ 180 MPa کی تھکاوٹ کی حد ہے۔
کم - سائیکل تھکاوٹ (LCF ،<10⁶ cycles): آکسیجن چکرو نرمی یا سخت سلوک کو بڑھاتا ہے۔ اعلی - آکسیجن سی پی ٹائٹینیم میں ، مقامی تناؤ ناپاک - حوصلہ افزائی جعلی inhomogeneities پر مرکوز ہے ، شگاف کی شروعات کو تیز کرتا ہے اور سائیکلوں کی تعداد کو ناکامی تک کم کرتا ہے۔ 0.5 of کے تناؤ طول و عرض کے تحت گریڈ 4 ٹائٹینیم کے لئے ایل سی ایف کی زندگی اسی لوڈنگ کے حالات کے تحت گریڈ 1 ٹائٹینیم کے مقابلے میں تقریبا 30 30 ٪ کم ہے۔
میکانزم: آکسیجن ایٹم - ٹائٹینیم جالی میں بیچوالا مقامات پر قبضہ کرتے ہیں ، جس سے اناج کے گرد "سخت شیل" پیدا ہوتا ہے اور سندچیوتی پرچی رکاوٹ ہے۔ اس سے مستقل پلاسٹک کی خرابی کے مستقل پرچی بینڈ (پی ایس بی) - مائکروسکوپک خطے - کی تشکیل ہوتی ہے جو تھکاوٹ کی دراڑوں کے لئے نیوکلیشن سائٹس کے طور پر کام کرتی ہے۔
2. نائٹروجن (این): ایک قوی امربیٹنگ ایجنٹ
تھکاوٹ شگاف شروع کرنا: یہاں تک کہ ٹریس نائٹروجن (0.02–0.03 wt ٪) بھی اناج کی حدود میں یا اناج کے اندر ، ٹائٹینیم نائٹریڈ (ٹن) کی تشکیل کو فروغ دیتا ہے ، عام طور پر 1–5 μm سائز میں۔ یہ پریپیٹیٹس ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہیں اور - ٹائٹینیم میٹرکس کے مقابلے میں ایک مختلف کرسٹل ڈھانچہ (کیوبک) ہے ، جس سے بارش- میٹرکس انٹرفیس پر تناؤ کی تعداد پیدا ہوتی ہے۔ چکرو لوڈنگ کے تحت ، نائٹروجن - مفت سی پی ٹائٹینیم کے مقابلے میں 30-50 ٪ کم تناؤ کے طول و عرض پر ان انٹرفیس پر نیوکلیٹ کو دراڑ ڈالتا ہے۔
کریک پروپیگنڈہ: ٹن نے شگاف کی نشوونما کو تیز کرتے ہوئے کریک "پل" یا ڈیفکشن پوائنٹس کے طور پر کام کیا۔ نائٹروجن - آلودہ سی پی ٹائٹینیم میں ، تھکاوٹ کریک نمو کی شرح (DA/DN) اسی تناؤ کی شدت کے عنصر کی حد (ΔK) میں کم - نائٹروجن مواد سے 2–3 گنا زیادہ ہے۔ مثال کے طور پر ، 0.05 wt ٪ n کے ساتھ سی پی ٹائٹینیم میں k 5 × 10⁻⁶ ملی میٹر/سائیکل ΔK=20 mpa · m¹/² پر DA/DN ہے ، جبکہ 0.02 wt ٪ n کے ساتھ مواد میں ایک جیسی حالتوں میں ~ 2 × 10⁻⁶ ملی میٹر/سائیکل کا ایک DA/DN ہے۔
3. کاربن (سی): - حوصلہ افزائی تھکاوٹ کا انحطاط
تھکاوٹ کی زندگی پر اثر: ٹی آئی سی پریپیٹیٹس (سائز میں 5–10 μm) میٹرکس میں مائکرو - نشان کے طور پر کام کرتا ہے۔ چکرو لوڈنگ کے تحت ، تناؤ ٹی آئی سی کے ذرات کے تیز کناروں پر مرکوز ہوتا ہے ، جس سے مواد کی پیداوار کی طاقت سے نیچے دباؤ پر تھکاوٹ کی دراڑیں شروع ہوتی ہیں۔ 0.06–0.08 wt ٪ C کے ساتھ سی پی ٹائٹینیم ایک تھکاوٹ کی زندگی ہے جو مادے سے 40–60 ٪ کم ہے<0.02 wt% C when tested at a stress amplitude of 120 MPa (10⁷ cycles).
اناج کی حدود کو قبول کرنا: ٹی آئی سی اکثر اناج کی حدود میں الگ الگ ہوجاتی ہے ، جس سے انٹرگرینولر ہم آہنگی کمزور ہوتی ہے۔ اس سے انٹرگرینولر تھکاوٹ کریک پروپیگنڈے کے امکانات میں اضافہ ہوتا ہے ، جو تجارتی پھیلاؤ (اناج کے اندرونی حصے کے ذریعے) سے زیادہ تیز اور غیر متوقع ہے۔ کاربن - سے بھرپور سی پی ٹائٹینیم میں انٹرگرینولر دراڑیں کم - کاربن میٹریل میں ٹرانس گرانولر - کے مقابلے میں تھکاوٹ کی حد کو 20-30 فیصد تک کم کرسکتی ہیں۔
4. ہائیڈروجن (ایچ): ہائیڈروجن امپٹریٹلمنٹ اور تھکاوٹ کی کریکنگ کی وجہ
تھکاوٹ کریک نیوکلیشن: ہائیڈروجن ایٹم اعلی تناؤ کے تناؤ کے خطوں میں پھیلا ہوا ہے (جیسے ، سندچیوتی ڈھیر کے قریب - ups یا مائکرو - دراڑیں) اور ہائیڈرائڈ پریپیٹیٹس (TIH₂) تشکیل دیتے ہیں۔ TIH₂ ٹوٹنے والا ہے اور میٹرکس کے مقابلے میں ~ 3 ٪ کی حجم میں توسیع ہے ، جس سے مقامی ٹینسائل دباؤ پیدا ہوتا ہے جو شگاف کی ابتدا کو فروغ دیتے ہیں۔ ہائیڈروجن - چارجڈ سی پی ٹائٹینیم (0.01–0.015 wt ٪ H) میں ، تھکاوٹ کی دراڑیں اسی بوجھ کے تحت ہائیڈروجن - مفت مواد میں 10⁴–10⁵ سائیکلوں کے مقابلے میں 10⁴ - 10⁵ سائیکلوں کے مقابلے میں کم سے کم 10<
شگاف کی نمو میں اضافہ: ہائیڈروجن "ہائیڈروجن - اسسٹڈ ڈیکو ہیزن" میکانزم کے ذریعہ تھکاوٹ کریک پھیلاؤ کی شرح کو بڑھاتا ہے ، جہاں ہائیڈروجن کریک ٹپس پر ایٹم بانڈنگ کی طاقت کو کم کرتا ہے۔ ہائیڈروجن - کا ڈی اے/ڈی این سی پی ٹائٹینیم پر مشتمل ہائیڈروجن - مفت مواد سے 5–10 گنا زیادہ ہوسکتا ہے ΔK {= 15 mpa · m¹/² پر۔ یہ اثر کم درجہ حرارت (100 ڈگری سے نیچے) پر بڑھ جاتا ہے ، جہاں ہائیڈرائڈ بارش زیادہ واضح ہوتی ہے۔
5. آئرن (فی): دوہری اثرات کے ساتھ ایک متبادل ناپاک
کم فی مواد (<0.10 wt%): Fe - ٹائٹینیم جعلی میں گھل جاتا ہے اور دوبارہ انسٹالائزیشن کے دوران اناج کے سائز کو بہتر بنا کر تھکاوٹ کے خلاف مزاحمت کو بہتر بناتا ہے۔ باریک دانے تھکاوٹ کے شگاف کے راستوں کی لمبائی کو کم کرتے ہیں اور اناج کی حدود کی تعداد میں اضافہ کرتے ہیں جو شگاف کی تشہیر میں رکاوٹ ہیں۔ مثال کے طور پر ، 0.08 ڈبلیو ٹی ٪ فی کے ساتھ سی پی ٹائٹینیم میں تھکاوٹ کی حد ہوتی ہے جو فی - مفت مواد سے 10-15 ٪ زیادہ ہے۔
High Fe content (>0.10 wt ٪): اناج کی حدود میں اضافی فی فارم ٹوٹنے والی انٹرمیٹالک مراحل (جیسے ، ٹائف ، ٹائف)۔ یہ مراحل تناؤ کی حراستی پیدا کرتے ہیں اور اناج - کو بہتر بنانے کے فوائد کی نفی کرتے ہوئے ، انٹرگرینولر تھکاوٹ کریکنگ کو فروغ دیتے ہیں۔ گریڈ 4 ٹائٹینیم (0.50 ڈبلیو ٹی ٪ فی) ٹائف انٹرمیٹالکس کی تشکیل کی وجہ سے اعلی - سائیکل لوڈنگ کے تحت گریڈ 2 (0.25 ڈبلیو ٹی ٪ فی) کے مقابلے میں اکثر تھکاوٹ کی زندگی میں 20-25 ٪ کمی کا مظاہرہ کرتا ہے۔
سی پی ٹائٹینیم ایپلی کیشنز کے لئے انجینئرنگ کے مضمرات
بائیو میڈیکل ایمپلانٹس (جیسے ، ہپ تنوں): کم آکسیجن کی ضرورت ہے (<0.25 wt%) and ultra-low hydrogen (<0.005 wt%) to ensure long-term fatigue resistance and avoid HE, as implants are subjected to cyclic loading from human movement for 10–20 years.
ایرو اسپیس اجزاء: نائٹروجن پر سخت حدود کا مطالبہ کریں (<0.03 wt%) and carbon (<0.05 wt%) to prevent precipitate-induced cracking in high-stress, cyclic-loading environments (e.g., landing gear fasteners).
کیمیائی پروسیسنگ کا سامان: ہائیڈروجن کنٹرول کی ضرورت ہے (<0.01 wt%) to avoid fatigue embrittlement in hydrogen-rich process streams, combined with moderate oxygen content (Grade 2, 0.25 wt% O) to balance strength and corrosion resistance.
