जहाजों पर टाइटेनियम मिश्र धातु के मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्रों में दबाव प्रतिरोधी गोले, समुद्री जल पाइपलाइन सिस्टम, हीट एक्सचेंजर्स, कूलर, विभिन्न पाइप जोड़, इंजन घटक, उठाने वाले उपकरण और लॉन्च डिवाइस शामिल हैं। रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका जहाजों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु पर अनुसंधान में संलग्न होने वाले शुरुआती देश थे, और उन्होंने जहाजों के लिए अपनी स्वयं की टाइटेनियम मिश्र धातु प्रणाली बनाई। जहाजों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विभिन्न शक्ति स्तरों के साथ, रूस जहाजों के लिए टाइटेनियम के विकास और व्यावहारिक अनुप्रयोग में दुनिया में सबसे आगे है, और उसने इन टाइटेनियम मिश्र धातुओं को उनके उपयोग के अनुसार वर्गीकृत किया है। यह वर्तमान में सभी टाइटेनियम पनडुब्बियों वाला एकमात्र देश है। चीन ने 1960 के दशक में जहाजों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं का विकास शुरू किया था, और अब 320{12}}1250 एमपीए की ताकत सीमा वाले जहाजों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला बनाई है। मुख्य ग्रेड में कम ताकत वाले मिश्र धातु जैसे TA2 और Ti31, मध्यम ताकत वाले मिश्र धातु जैसे Ti70, Ti75 और Ti91, और उच्च शक्ति वाले मिश्र धातु जैसे TC4, Ti80, TC11, Ti62A, Ti{19}}B19 और Ti{21}}B25 शामिल हैं। मिश्र धातु के प्रकारों के दृष्टिकोण से, जहाजों के लिए कम ताकत और मध्यम शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातु आमतौर पर अल्फा और अल्फा के करीब टाइटेनियम मिश्र धातु होते हैं, जबकि जहाजों के लिए उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातु अल्फा + बीटा या लगभग बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु होते हैं। कम ताकत वाले टाइटेनियम मिश्र धातु में उच्च प्लास्टिसिटी और अच्छी वेल्डेबिलिटी की विशेषताएं हैं, जिससे इसे पतली दीवार वाली ट्यूबों में संसाधित करना आसान हो जाता है और यह विभिन्न हीट एक्सचेंजर्स, कूलर और अन्य पाइप सामग्री की तैयारी के लिए उपयुक्त है; मध्यम शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातु में अच्छा व्यापक प्रदर्शन मिलान है और यह बड़े मोटे अनुभाग घटकों, समुद्री पाइपलाइनों आदि के लिए उपयुक्त है; उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातु में उच्च शक्ति और कम प्लास्टिसिटी की विशेषताएं हैं, और यह दबाव प्रतिरोधी गोले, उच्च दबाव वाले जहाजों, विशेष जहाज घटकों आदि के लिए उपयुक्त है।
सामान्य समुद्री टाइटेनियम मिश्र धातु संरचनात्मक घटकों के लिए, सामग्री की ताकत और क्रूरता, तनाव संक्षारण फ्रैक्चर क्रूरता, वेल्डेबिलिटी इत्यादि के मिलान पर विचार करते हुए, सामग्री की ताकत का स्तर बहुत अधिक नहीं होना चाहिए, और अल्फा टाइटेनियम मिश्र धातु के पास जितना संभव हो सके परिपक्व होना चाहिए। हालाँकि, विशेष शक्ति आवश्यकताओं वाले संरचनात्मक घटकों के लिए, उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं का चयन किया जाना चाहिए। गहरे नीले रंग की ओर समुद्री उपकरणों के विकास के साथ, गहरे समुद्र में पनडुब्बी और गहरे अंतरिक्ष स्टेशनों जैसे दबाव प्रतिरोधी संरचनाओं में उपयोग की जाने वाली टाइटेनियम सामग्री के प्रदर्शन के लिए उच्च आवश्यकताओं को सामने रखा गया है, जिससे समुद्री उपयोग के लिए उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास को बढ़ावा मिलता है। सामग्रियों की ताकत में सुधार से घटकों की क्रॉस-अनुभागीय मोटाई और दबाव प्रतिरोधी संरचनाओं का वजन कम हो सकता है। हालाँकि, बढ़ती ताकत अक्सर सामग्रियों की कठोरता को कम कर देती है। इसलिए, अच्छी कठोरता के साथ उच्च शक्ति बनाए रखना जहाजों के लिए उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग की कुंजी है। उच्च शक्ति और क्रूरता वाले टाइटेनियम मिश्र धातु भी हाल के वर्षों में विभिन्न अनुसंधान संस्थानों और टाइटेनियम उद्यमों के लिए एक अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गए हैं। अनुसंधान दृष्टिकोण दो पहलुओं से किया जाता है। एक ओर, प्रमुख राष्ट्रीय परियोजनाओं की तत्काल जरूरतों के जवाब में, डिजाइन इकाइयां अधिक परिपक्व टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री का चयन करती हैं। मिश्र धातु संरचना और घटक तैयारी प्रक्रिया को अनुकूलित करके, सामग्रियों की प्रदर्शन क्षमता का पता लगाया जा सकता है, और मिश्र धातुओं की ताकत कठोरता मिलान में सुधार किया जा सकता है। कई अध्ययनों ने परिपक्व TC4 और Ti80 मिश्र धातुओं के डिज़ाइन को अनुकूलित करने पर ध्यान केंद्रित किया है। दूसरी ओर, हम समुद्री इंजीनियरिंग के लिए नई प्रकार की उच्च शक्ति और कठिन टाइटेनियम मिश्र धातुओं को विकसित करने के लिए एयरोस्पेस उच्च शक्ति और कठिन टाइटेनियम मिश्र धातुओं की विकास अवधारणा का उपयोग करते हैं।
13वीं पंचवर्षीय योजना अवधि के दौरान, नॉर्थवेस्ट नॉनफेरस मेटल्स रिसर्च इंस्टीट्यूट (नॉर्थवेस्ट इंस्टीट्यूट) ने Ti80 मिश्र धातु पर आधारित मिश्र धातु संरचना अनुकूलन डिजाइन पर शोध किया, जिसका उद्देश्य इसकी उच्च शक्ति को बनाए रखते हुए मिश्र धातु की कठोरता में सुधार करना था। Ti80 मिश्र धातु की ताकत और कठोरता पर - स्थिर तत्वों, - स्थिर तत्वों और अंतरालीय तत्वों के प्रभाव का यू रुई सिद्धांत गणना और प्रयोगों के संयोजन का उपयोग करके व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया गया था। यू रुई सिद्धांत गणना के माध्यम से मिश्र धातु की ताकत और कठोरता पर तत्व के प्रभाव का सूक्ष्म तंत्र प्रकट हुआ था। Mo और Nb तत्वों को जोड़ने के बाद Ti-6Al मिश्र धातु की ताकत और कठोरता में परिवर्तन पर गहन शोध किया गया। यह पाया गया कि मो और एनबी तत्वों का कमरे के तापमान पर मिश्र धातु के तन्य गुणों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, लेकिन मिश्र धातु की प्रभाव कठोरता में काफी सुधार हो सकता है। इसे मुख्य रूप से जोड़ने के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है - माइक्रोस्ट्रक्चर में चरण संरचना को बदलने वाले तत्वों को स्थिर करना, प्रभाव भार के तहत अधिक अव्यवस्थाओं और विरूपण जुड़वाँ को उत्तेजित करना, अधिक प्रभाव भार का उपभोग करना, जिससे दरार प्रसार का विरोध करने और उच्च प्रभाव प्रदर्शन प्राप्त करने की मिश्र धातु की क्षमता में सुधार होता है। विभिन्न माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ Ti80 मिश्र धातु सलाखों के प्रभाव प्रदर्शन पर O तत्व सामग्री के प्रभाव का अध्ययन किया गया था, और यह पाया गया कि प्रभाव प्रदर्शन मिश्र धातु में O तत्व सामग्री के प्रति अधिक संवेदनशील है। प्रत्येक तत्व की सामग्री और गर्मी उपचार प्रणाली को समायोजित करके, यह पाया गया कि Ti80 मिश्र धातु में एनील्ड अवस्था में सबसे अच्छी ताकत की कठोरता है। इसकी माइक्रोस्ट्रक्चर एक द्विमोडल संरचना है जो समअक्षीय प्राथमिक अल्फा चरण और बीटा संक्रमण चरण से बनी है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।
चित्र 2 दोहरे माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ Ti80 मिश्र धातु की उपज शक्ति और प्रभाव ऊर्जा पर O सामग्री के प्रभाव को दर्शाता है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि जब O सामग्री 0.1% (द्रव्यमान अंश) होती है, तो मिश्र धातु की उपज शक्ति 800 MPa तक पहुंच जाती है और प्रभाव ऊर्जा 72 J (परीक्षण मानक GB/T229-2020) तक पहुंच सकती है। गहरे समुद्र में पनडुब्बी का दबाव प्रतिरोधी आवरण उच्च शक्ति और मजबूत टाइटेनियम मिश्र धातु का एक विशिष्ट प्रतिनिधि है, जिसका उपयोग गहरे समुद्री उपकरण में किया जाता है, और पनडुब्बी की गोता गहराई सामग्री की विशिष्ट ताकत से निकटता से संबंधित होती है। संयुक्त राज्य अमेरिका में एल्विन सबमर्सिबल ने दबाव प्रतिरोधी शेल सामग्री को स्टील से टाइटेनियम में बदलकर अपनी अधिकतम गोताखोरी गहराई 1868 से बढ़ाकर 4500 मीटर कर दी है। टाइटेनियम मिश्र धातु के साथ और संशोधन के बाद, इसकी डिज़ाइन गहराई को 6000 मीटर तक बढ़ा दिया गया है। विभिन्न देशों में गहरे समुद्र में पनडुब्बी के लिए दबाव प्रतिरोधी गोले के सामग्री चयन को देखते हुए, यह देखा जा सकता है कि टाइटेनियम सामग्री के मुख्य ग्रेड Ti-6Al-4V (TC4) और Ti-6Al-4VELI (TC4ELI) हैं, और इन दो मिश्र धातुओं से बने तीन व्यक्ति पनडुब्बी की गोता गहराई 7000 मीटर से अधिक नहीं है। 2017 में, चीन ने स्वतंत्र रूप से TC4ELI मिश्र धातु मानव चालित गोलाकार शेल और Ti80 मिश्र धातु मानव चालित गोलाकार शेल का विकास और सफलतापूर्वक निर्माण किया, और डीप सी वॉरियर सबमर्सिबल पर TC4ELI मानव चालित गोलाकार शेल को सफलतापूर्वक स्थापित किया, जिसकी अधिकतम गोताखोरी गहराई 7000 मीटर से अधिक नहीं है। TC4ELI मानवयुक्त गोलाकार खोल की अधिकतम गोताखोरी गहराई, जो तरबूज की पंखुड़ियों के आकार की है और रूस से आयातित है, 7000 मीटर है। Ti62A मिश्र धातु से बना "स्ट्राइवर" 3-व्यक्ति सबमर्सिबल 10909 मीटर की गहराई तक पहुंच सकता है। मिश्र धातु एक उच्च शक्ति और उच्च क्रूरता क्षति सहनशील टाइटेनियम मिश्र धातु है जिसे चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज और बाओजी टाइटेनियम इंडस्ट्री कंपनी लिमिटेड के धातु संस्थान द्वारा संयुक्त रूप से विकसित किया गया है। इस मिश्र धातु की ताकत टीसी 4 मिश्र धातु की तुलना में काफी बेहतर है, जबकि अच्छी कठोरता और वेल्डेबिलिटी बनाए रखती है।
जिती इंडस्ट्री कंपनी लिमिटेड और अन्य इकाइयों ने Ti62A मिश्र धातु पर प्रदर्शन अनुकूलन अनुसंधान किया है और Ti542222 टाइटेनियम मिश्र धातु विकसित किया है। इस टाइटेनियम मिश्र धातु की उपज शक्ति सूचकांक 1000MPa है, और प्रभाव ऊर्जा 40J है। डबल एनीलिंग उपचार के बाद, इसमें सबसे अच्छी ताकत वाली प्लास्टिसिटी क्रूरता का मिलान होता है।
प्रासंगिक राष्ट्रीय परियोजनाओं के समर्थन से, नॉर्थवेस्ट इंस्टीट्यूट और चाइना शिपबिल्डिंग इंडस्ट्री कॉर्पोरेशन (CSIC) के 725वें रिसर्च इंस्टीट्यूट ने 800900 और 1000MPa की उपज क्षमता के साथ सफलतापूर्वक टाइटेनियम मिश्र धातु विकसित की है। नॉर्थवेस्ट इंस्टीट्यूट ने स्वतंत्र रूप से एक उच्च -शक्ति - प्रकार का टाइटेनियम मिश्र धातु टीआई-बी25 विकसित किया है, जिसमें उच्च शक्ति और अच्छे ठंडे कार्य प्रदर्शन की विशेषताएं हैं, और जहाज संचार प्रणालियों में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के धातु संस्थान ने समुद्री इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम के लिए 1000 और 1200MPa उच्च शक्ति और उच्च कठोरता वाले टाइटेनियम मिश्र धातु विकसित किए हैं, और एबिस इन सीटू वैज्ञानिक प्रयोग स्टेशन और छोटे बैचों में एबिस ग्लाइडर के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु के गोले तैयार किए हैं, जो मूल रूप से Ti64 मिश्र धातु की जगह लेते हैं।
हाल के वर्षों में, चीन ने गहरे समुद्री उपकरण निर्माण में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक भी पेश की है। चाइना शिपबिल्डिंग इंडस्ट्री कॉरपोरेशन फेंक्सी हेवी इंडस्ट्री कंपनी लिमिटेड ने शीआन बोलिटे के साथ मिलकर टाइटेनियम मिश्र धातु प्रोपेलर, खोखले गोले आदि के उत्पादन का परीक्षण करने के लिए लेजर मेल्टिंग डिपोजिशन (एलएमडी) तकनीक का उपयोग किया है। चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के धातु संस्थान ने शंघाई यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के साथ मिलकर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग और पाउडर हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के गहरे समुद्री इंजीनियरिंग टाइटेनियम मिश्र धातु घटकों को विकसित किया है। उच्च अंडरकूलिंग संरचना के डिजाइन विचार और उच्च - शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं को मजबूत करने और सख्त करने की विधि के आधार पर, एक कमजोर बनावट, एडिटिव विनिर्माण प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त समान क्रिस्टल टाइटेनियम मिश्र धातु संरचना प्रणाली विकसित की गई है, जो उत्कृष्ट ताकत, प्लास्टिक मिलान और यांत्रिक संपत्ति आइसोट्रॉपी प्राप्त करने के लिए एडिटिव्स के साथ निर्मित टाइटेनियम मिश्र धातुओं को सक्षम करती है।
14वीं पंचवर्षीय योजना अवधि के दौरान, नॉर्थवेस्ट इंस्टीट्यूट ने, राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान एवं विकास कार्यक्रम की उप परियोजना "गहरे समुद्र में चरम सेवा पर्यावरण के लिए उच्च शक्ति और कठिन टाइटेनियम मिश्र धातु संरचना का अनुकूलन और तैयारी" पर भरोसा करते हुए, गहरे समुद्र के उपकरणों के लिए अल्ट्रा उच्च शक्ति वाले टाइटेनियम मिश्र धातु Ti1300G और उच्च शक्ति और कठिन टाइटेनियम मिश्र धातु Ti1300 और Ti5321 के आधार पर गहरे समुद्र उपकरण योजक विनिर्माण के लिए उच्च शक्ति और कठिन टाइटेनियम मिश्र धातु Ti5321G विकसित किया। Ti1300G मिश्र धातु दबाव प्रतिरोधी शेल की उपज शक्ति 1250MPa तक पहुंच सकती है, बढ़ाव 9% से अधिक या उसके बराबर, प्रभाव ऊर्जा 24J से अधिक या उसके बराबर, और फ्रैक्चर क्रूरता 60MPa · m1/2 से अधिक या उसके बराबर हो सकती है; Ti5321G मिश्र धातु योजक निर्मित घटकों की उपज शक्ति 1050MPa तक पहुंच सकती है, और बढ़ाव दर 9% से अधिक या उसके बराबर है। गहरे समुद्री ग्लाइडर के लिए एक दबाव प्रतिरोधी शेल घटक Ti1300G मिश्र धातु का उपयोग करके तैयार किया गया था, और एक गहरे समुद्र ROV थ्रस्टर प्रोपेलर और प्रयोगात्मक मैनिपुलेटर आर्म को Ti5321G मिश्र धातु का उपयोग करके तैयार किया गया था। वर्तमान में, दबाव प्रतिरोधी शेल स्थापना के बाद परीक्षण की प्रतीक्षा कर रहा है, और आरओवी ने दक्षिण चीन सागर में समुद्री परीक्षणों को सफलतापूर्वक पार कर लिया है।
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