টাইটানিয়াম খাদ এবং অ্যালুমিনিয়াম ঝালাই করা কঠিন কেন?

টাইটানিয়াম খাদ একটি হালকা ওজনের, উচ্চ-শক্তি, জারা-প্রতিরোধী উপাদান। এর চমৎকার বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটি মহাকাশ, চিকিৎসা সরঞ্জাম, রাসায়নিক শিল্প এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, টাইটানিয়াম খাদগুলির ঢালাই কর্মক্ষমতা তুলনামূলকভাবে দুর্বল, প্রধানত নিম্নলিখিত কারণে:
অক্সাইড স্তর গঠন:একটি কঠিন অক্সাইড স্তর সহজেই টাইটানিয়াম খাদ পৃষ্ঠে গঠিত হয়. এই অক্সাইড স্তরটি কেবল ঢালাই প্রক্রিয়ার সময় অসুবিধা বাড়ায় না, ঢালাইয়ের শক্তিও হ্রাস করে। ঢালাইয়ের আগে, কিছু বিশেষ প্রিট্রিটমেন্ট পদ্ধতি, যেমন পিকলিং বা যান্ত্রিক পলিশিং, সাধারণত অক্সাইড স্তর অপসারণ করতে এবং এর ফলে ঢালাইয়ের কার্যকারিতা উন্নত করতে প্রয়োজন হয়।
নিম্ন তাপ পরিবাহিতা:টাইটানিয়াম খাদের তাপ পরিবাহিতা তুলনামূলকভাবে কম, যার ফলে ওয়েল্ডের কাছাকাছি একটি বড় তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট রয়েছে, যা সহজেই ঢালাই বিকৃতি এবং ফাটল সৃষ্টি করতে পারে। তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট কমানোর জন্য, প্রায়ই প্রিহিটিং এবং ঢালাইয়ের গতি নিয়ন্ত্রণ করার মতো ব্যবস্থা গ্রহণ করা প্রয়োজন, যা ঢালাই প্রক্রিয়ার জটিলতা বাড়ায়।
হাইড্রোজেন সংবেদনশীলতা:টাইটানিয়াম খাদ হাইড্রোজেনের প্রতি সংবেদনশীল এবং ঢালাই প্রক্রিয়া চলাকালীন সহজেই হাইড্রোজেন শোষণ করে, যার ফলে হাইড্রোজেন ক্ষয় হয়। হাইড্রোজেন ঝাড়বাতি ঢালাই জয়েন্টের ভঙ্গুর ফ্র্যাকচারের কারণ হতে পারে, তাই কিছু ব্যবস্থা গ্রহণ করা প্রয়োজন, যেমন ঢালাই পরিবেশে হাইড্রোজেন সামগ্রী নিয়ন্ত্রণ করা, হাইড্রোজেন ভ্রান্তির ঝুঁকি কমাতে।

নির্বাচনী দ্রবীভূতকরণ:টাইটানিয়াম খাদ উচ্চ তাপমাত্রায় কিছু ধাতব উপাদানের সাথে নির্বাচনী দ্রবীভূত হওয়ার প্রবণ, একটি ভঙ্গুর পর্যায় গঠন করে, যা ঢালাই জয়েন্টগুলির কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে। অতএব, ঢালাই উপকরণ এবং ঢালাই প্রক্রিয়া নির্বাচন করার সময় এই নির্বাচনী দ্রবীভূতকরণ এড়ানোর জন্য বিশেষ মনোযোগ দেওয়া প্রয়োজন।
উচ্চ গলনাঙ্ক:টাইটানিয়াম মিশ্রণের তুলনামূলকভাবে উচ্চ গলনাঙ্কের ঢালাই প্রক্রিয়ার জন্য উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়, যার ফলে শক্তি খরচ এবং ঢালাই সরঞ্জামের প্রয়োজনীয়তা বৃদ্ধি পায়।
এই সমস্যাগুলি সমাধান করার জন্য, টাইটানিয়াম অ্যালোয় ঢালাইয়ের জন্য সাধারণত নিষ্ক্রিয় গ্যাস ঢালাই ঢালাই, ইলেক্ট্রন বিম ঢালাই, লেজার ঢালাই এবং অন্যান্য উন্নত ঢালাই প্রযুক্তি সহ বিশেষ ঢালাই প্রক্রিয়া ব্যবহার করা প্রয়োজন। এছাড়াও, উপযুক্ত ঢালাইয়ের উপকরণ নির্বাচন করা, ঢালাইয়ের পরামিতি নিয়ন্ত্রণ করা এবং প্রিট্রিটমেন্ট পদ্ধতি অবলম্বন করাও টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের ঢালাইয়ের গুণমান উন্নত করার গুরুত্বপূর্ণ উপায়।

সংক্ষেপে, টাইটানিয়াম খাদ এবং অ্যালুমিনিয়াম ঝালাই করা কঠিন হওয়ার কারণগুলি নিম্নরূপ:
1. অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম অক্সিজেনের সাথে সহজে বিক্রিয়া করে
⑴ অ্যালুমিনিয়াম অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে একটি ঘন এবং অবাধ্য Al2O3 (অক্সাইড ফিল্ম) তৈরি করে যার গলনাঙ্ক 2050 ডিগ্রি পর্যন্ত হয়, যা দুটি ভিত্তি উপাদানের সংমিশ্রণে বাধা দেয় এবং ঢালাইকে অন্তর্ভুক্ত করার ঝুঁকি তৈরি করে।
⑵টাইটানিয়াম 600 ডিগ্রিতে জারিত হতে শুরু করে। তাপমাত্রা যত বেশি হবে, অক্সিডেশন তত বেশি গুরুতর হবে, TiO2 (টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড) গঠন করবে, ওয়েল্ডে একটি মধ্যবর্তী ভঙ্গুর স্তর তৈরি করবে, প্লাস্টিকতা এবং শক্ততা হ্রাস করবে।
2. অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম বিভিন্ন তাপমাত্রায় ভিন্নভাবে প্রতিক্রিয়া দেখায়
⑴ 1460 ডিগ্রিতে, অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম একটি TiAl (টাইটানিয়াম অ্যালুমিনাইড) যৌগ গঠন করে যার মধ্যে 36.03% অ্যালুমিনিয়াম ভর ভগ্নাংশ রয়েছে, যা ধাতুর ভঙ্গুরতা বাড়ায়।
⑵ অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম একটি TiAl3 (টাইটানিয়াম ট্রায়ালুমিনাইড) যৌগ গঠন করে যাতে 1340 ডিগ্রিতে 60% থেকে 64% অ্যালুমিনিয়াম ভর ভগ্নাংশ থাকে।
⑶ অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম গলে যাওয়ার পরে, যখন টাইটানিয়ামের ভর ভগ্নাংশ 0.15% হয়, তখন অ্যালুমিনিয়ামে টাইটানিয়ামের একটি কঠিন দ্রবণ তৈরি হয়।
3. অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়ামের পারস্পরিক দ্রবণীয়তা খুব কম
⑴665 ডিগ্রিতে, অ্যালুমিনিয়ামে টাইটানিয়ামের দ্রবণীয়তা হল 0.26%~0.28%৷ তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে সাথে দ্রবণীয়তা হ্রাস পায়।
⑵যখন তাপমাত্রা 20 ডিগ্রীতে নেমে যায়, তখন অ্যালুমিনিয়ামে টাইটানিয়ামের দ্রবণীয়তা 0.07% এ নেমে যায়, যার ফলে দুটি ভিত্তি উপাদান একত্রিত করা কঠিন হয়ে পড়ে।
টাইটানিয়ামে অ্যালুমিনিয়ামের দ্রবণীয়তা আরও সীমিত, যা দুটি বেস উপাদানের মধ্যে ঢালাই গঠন করা খুব কঠিন করে তোলে।
4. উচ্চ তাপমাত্রায় অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম শক্তিশালী জল শোষণ করে।
⑴তরল অ্যালুমিনিয়াম প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন দ্রবীভূত করতে পারে, তবে এটি কঠিন অবস্থায় প্রায় অদ্রবণীয়। ওয়েল্ড শক্ত হওয়ার সাথে সাথে হাইড্রোজেনের ছিদ্র তৈরির সময় নেই।
⑵হাইড্রোজেনের টাইটানিয়ামে উচ্চ দ্রবণীয়তা রয়েছে। কম তাপমাত্রায়, হাইড্রোজেন ছিদ্রগুলিতে জমা হয়, ওয়েল্ডের প্লাস্টিকতা এবং শক্ততা হ্রাস করে এবং সহজেই ভঙ্গুর ফাটল সৃষ্টি করে।
5. অ্যালুমিনিয়াম টাইটানিয়াম এবং অন্যান্য অমেধ্য সহ ভঙ্গুর যৌগ গঠন করে
⑴ অ্যালুমিনিয়াম এবং অক্সিজেন দ্বারা গঠিত অক্সাইড ধাতুর ভঙ্গুরতা বাড়ায় এবং ঢালাই কঠিন করে তোলে।
⑵টাইটানিয়াম এবং নাইট্রোজেন টাইটানিয়াম নাইট্রাইড গঠন করে, যা ধাতুর প্লাস্টিকতা হ্রাস করে।
⑶টাইটানিয়াম এবং কার্বন ফর্ম কার্বাইড. যখন কার্বনের ভর ভগ্নাংশ 0.28% এর চেয়ে বেশি হয়, তখন উভয় ভিত্তি ধাতুর ঢালাইযোগ্যতা উল্লেখযোগ্যভাবে খারাপ হবে।
6. অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়াম বিভিন্ন তাপমাত্রায় ভিন্নভাবে বিক্রিয়া করে
⑴অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়ামের তাপ পরিবাহিতা খুবই ভিন্ন। অ্যালুমিনিয়াম (206.9W·m-2·K-1) টাইটানিয়ামের চেয়ে প্রায় 16 গুণ বড় (13.8W·m-2·K-1)।
⑵অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়ামের রৈখিক প্রসারণ সহগগুলি খুব আলাদা, এবং অ্যালুমিনিয়াম টাইটানিয়ামের চেয়ে প্রায় 3 গুণ বড়। চাপে ক্র্যাকিং প্রবণ।
7. অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়ামের খাদ উপাদানগুলি পুড়ে যায় এবং বাষ্পীভূত হয়
⑴অ্যালুমিনিয়াম বা অ্যালুমিনিয়াম খাদ গলে গেলে, এর থেকে কম গলনাঙ্কের উপাদান, যেমন ম্যাগনেসিয়াম, জিঙ্ক ইত্যাদি, জ্বলতে বা বাষ্পীভূত হতে শুরু করে।
⑵ যখন টাইটানিয়াম বা টাইটানিয়াম খাদের গলনাঙ্কে পৌঁছে যায় (1677 ডিগ্রি), অ্যালুমিনিয়ামের মতো খাদ উপাদানগুলি পুড়ে যায় এবং আরও বাষ্পীভূত হয়, যার ফলে ওয়েল্ডের অসম রাসায়নিক গঠন এবং শক্তি হ্রাস পায়।