آلیاژ تیتانیوم

آلیاژ تیتانیوم به انواع فلزات آلیاژی ساخته شده از تیتانیوم و سایر فلزات اشاره دارد. تیتانیوم یک فلز ساختاری مهم است که در دهه 1950 توسعه یافت. آلیاژ تیتانیوم دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر حرارت بالا است. در دهه های 1950 و 1960، تمرکز اصلی بر روی توسعه آلیاژهای تیتانیوم با دمای بالا برای موتور هواپیما و آلیاژهای تیتانیوم ساختاری برای بدنه هواپیما بود.

تعدادی از آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی در دهه 1970 ساخته شدند. از دهه 1980، آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی و آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالا بیشتر توسعه یافتند. آلیاژهای تیتانیوم عمدتاً برای ساخت قطعات کمپرسور موتور هواپیما و به دنبال آن راکت ها، موشک ها و قطعات ساختاری هواپیماهای پرسرعت استفاده می شوند.

تیتانیوم نوع جدیدی از فلز است. خواص آن مربوط به میزان ناخالصی کربن، نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و غیره است. خالص ترین یدید تیتانیوم دارای ناخالصی بیش از 0.1 درصد نیست، اما استحکام آن کم و انعطاف پذیری آن زیاد است. . خواص تیتانیوم خالص 99.5 درصد صنعتی عبارتند از: چگالیρ =4.5g/cm 3، نقطه ذوب 1725 درجه، هدایت حرارتیλ =15.24W/(mK)، استحکام کششی σb=539MPa، ازدیاد طول δ=25%, انقباض مقطع ψ=25%, مدول الاستیک E=1. 078×105MPa، سختی HB195.

استحکام بالا

جدول مقایسه عملکرد چند ماده فلزی

چگالی آلیاژ تیتانیوم به طور کلی حدود 4.51 گرم بر سانتی متر مکعب است که تنها 60 درصد چگالی فولاد است. برخی از آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالا از استحکام بسیاری از فولادهای ساختاری آلیاژی فراتر می روند. بنابراین، استحکام ویژه (استحکام / چگالی) آلیاژ تیتانیوم بسیار بیشتر از سایر مواد ساختاری فلزی است و می توان قطعاتی با استحکام واحد بالا، استحکام خوب و وزن سبک ساخت. اجزای موتور هواپیما، قاب ها، پوسته ها، بست ها و ارابه فرود همه از آلیاژ تیتانیوم استفاده می کنند.

استحکام حرارتی بالا

دمای استفاده چند صد درجه بالاتر از آلیاژ آلومینیوم است. همچنان می تواند استحکام لازم را در دمای متوسط ​​حفظ کند و می تواند برای مدت طولانی در 450-500 درجه کار کند. این دو نوع از آلیاژهای تیتانیوم همچنان دارای استحکام ویژه بالایی در محدوده 150 درجه تا 500 درجه هستند، در حالی که مقاومت ویژه آلیاژ آلومینیوم در 150 درجه به طور قابل توجهی کاهش می یابد. دمای کار آلیاژ تیتانیوم می تواند به 500 درجه برسد، در حالی که آلیاژ آلومینیوم زیر 200 درجه است.

مقاومت در برابر خوردگی خوب

آلیاژهای تیتانیوم در جو مرطوب و آب دریا کار می کنند و مقاومت در برابر خوردگی آنها بسیار بهتر از فولاد ضد زنگ است. آنها به ویژه در برابر سوراخ شدن، خوردگی اسیدی و خوردگی تنشی مقاوم هستند. آنها مقاومت به خوردگی عالی در برابر قلیایی، کلرید، مواد آلی کلر، اسید نیتریک، اسید سولفوریک و غیره دارند.

عملکرد خوب در دمای پایین

خواص مکانیکی در دماهای پایین و فوق العاده پایین آلیاژهای تیتانیوم با خواص خوب در دمای پایین و عناصر بینابینی بسیار کم، مانند TA7، همچنان می توانند انعطاف پذیری خاصی را در درجه -253 حفظ کنند. بنابراین، آلیاژهای تیتانیوم نیز یک ماده ساختاری مهم در دمای پایین هستند.

فعالیت شیمیایی بالا

محصولات آلیاژ تیتانیوم

تیتانیوم فعالیت شیمیایی بالایی دارد و با O 2 , N 2 , H 2 , CO , CO 2 , بخار آب، آمونیاک و غیره موجود در جو به شدت واکنش می دهد. وقتی محتوای کربن بیشتر از 0.2% باشد، TiC سخت در آلیاژ تیتانیوم تشکیل می‌شود. هنگامی که دما بالا باشد، هنگامی که با N واکنش می دهد، یک لایه سطح سخت قلع تشکیل می دهد. بالای 600 درجه، تیتانیوم اکسیژن را جذب می‌کند تا یک لایه سخت شده با سختی بالا تشکیل دهد. هنگامی که محتوای هیدروژن افزایش می یابد، یک لایه شکننده نیز تشکیل می شود. لایه سطحی سخت و شکننده حاصل از جذب گاز می تواند به عمق 0.1 تا 0.15 میلی متر برسد و درجه سخت شدن آن 20 تا 30 درصد است. تیتانیوم همچنین دارای میل شیمیایی بالایی است و مستعد چسبندگی به سطح اصطکاک است.

هدایت حرارتی کم

استفاده کنید

آلیاژ تیتانیوم دارای استحکام بالا و چگالی کم، خواص مکانیکی خوب، چقرمگی خوب و مقاومت در برابر خوردگی است. علاوه بر این، آلیاژ تیتانیوم عملکرد فرآیند ضعیفی دارد، برش سخت است و به راحتی ناخالصی هایی مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و کربن را در طول پردازش گرم جذب می کند. همچنین دارای مقاومت سایش ضعیف و فرآیند تولید پیچیده است. تولید صنعتی تیتانیوم در سال 1948 آغاز شد. نیازهای توسعه صنعت هوانوردی منجر به توسعه صنعت تیتانیوم با نرخ رشد متوسط ​​سالانه حدود 8٪ شده است. تولید سالانه مواد پردازش آلیاژ تیتانیوم در جهان به بیش از 40،{3}} تن رسیده است و نزدیک به 30 گرید آلیاژ تیتانیوم وجود دارد. پرکاربردترین آلیاژهای تیتانیوم عبارتند از Ti-6Al-4V (TC4)، Ti-5Al-2.5Sn (TA7) و تیتانیوم خالص صنعتی (TA1، TA2 و TA3). آلیاژهای تیتانیوم عمدتاً برای ساخت قطعات کمپرسور موتور هواپیما و به دنبال آن راکت ها، موشک ها و قطعات ساختاری هواپیماهای پرسرعت استفاده می شوند. در اواسط{16}}، تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنایع عمومی برای ساخت الکترودهای صنعت الکترولیتی، کندانسور برای نیروگاه‌ها، بخاری‌های پالایش نفت و نمک‌زدایی آب دریا، و دستگاه‌های کنترل آلودگی محیطی استفاده می‌شد. تیتانیوم و آلیاژهای آن به یک ماده ساختاری مقاوم در برابر خوردگی تبدیل شده‌اند. همچنین برای تولید مواد ذخیره‌سازی هیدروژن و آلیاژهای حافظه‌دار شکل‌دهی استفاده می‌شود.