خواص آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم نوع جدیدی از فلز است، ویژگی‌های تیتانیوم و محتوای کربن، نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و سایر ناخالصی‌ها، خالص‌ترین محتوای ناخالصی یدید تیتانیوم بیش از 0.1 درصد نیست، اما استحکام آن کم است. پلاستیسیته بالا 99.5% خواص تیتانیوم خالص صنعتی عبارتند از: چگالی ρ=4.5g/cm3، نقطه ذوب 1800 درجه سانتیگراد، ضریب هدایت حرارتی λ=15.24W / (mK)، استحکام کششی σb=539MPa. ازدیاد طول δ=25%, انقباض مقطع ψ=25%, مدول الاستیسیته E=1.078×105MPa، سختی HB195.

(1) استحکام ویژه بالا

چگالی آلیاژ تیتانیوم به طور کلی در 4.5g/cm3 یا بیشتر است، فقط 60٪ فولاد، استحکام تیتانیوم خالص نزدیک به استحکام فولاد معمولی است، برخی از آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالا بیشتر از بسیاری از استحکام فولاد ساختاری آلیاژی است. بنابراین، استحکام ویژه آلیاژهای تیتانیوم (استحکام / چگالی) بسیار بیشتر از سایر مواد ساختاری فلزی است، جدول 7-1 را ببینید، می‌تواند واحدی با استحکام بالا، استحکام خوب، قطعات و اجزای سبک وزن تولید کند. در حال حاضر اجزای موتور هواپیما، اسکلت، پوست، بست ها و ارابه فرود و غیره از آلیاژ تیتانیوم استفاده می کنند.

(2) استحکام حرارتی بالا

استفاده از دما نسبت به آلیاژ آلومینیوم چند صد درجه بالاتر در دمای متوسط ​​می تواند همچنان استحکام لازم را حفظ کند، می تواند در دمای 450-500 درجه کار طولانی مدت این دو نوع آلیاژ تیتانیوم در محدوده باشد. از 150 درجه به 500 درجه هنوز هم استحکام خاص بالا، و آلیاژ آلومینیوم در 150 درجه نسبت به قدرت کاهش آشکار است. دمای کار آلیاژ تیتانیوم می تواند به 500 درجه برسد، آلیاژ آلومینیوم زیر 200 درجه است.

(3) مقاومت در برابر خوردگی خوب

آلیاژ تیتانیوم در جو مرطوب و آب دریا کار رسانه، مقاومت در برابر خوردگی آن به مراتب بهتر از فولاد ضد زنگ است. حفره، خوردگی اسیدی، مقاومت در برابر خوردگی استرس به ویژه قوی است. مواد قلیایی، کلرید، مواد آلی کلر، اسید نیتریک، اسید سولفوریک و غیره دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند. اما تیتانیوم دارای اکسیژن کاهنده است و نمک کروم مقاومت به خوردگی ضعیفی دارد.

(4) عملکرد خوب در دمای پایین

آلیاژ تیتانیوم در دمای پایین و دمای فوق العاده پایین، هنوز هم می تواند خواص مکانیکی خود را حفظ کند. عملکرد خوب در دمای پایین، عنصر شکاف آلیاژ تیتانیوم بسیار کم است، مانند TA7، در درجه -253 همچنین می تواند درجه خاصی از انعطاف پذیری را حفظ کند. بنابراین، آلیاژ تیتانیوم نیز یک مصالح ساختاری مهم در دمای پایین است.

(5) فعالیت شیمیایی بزرگ

فعالیت شیمیایی تیتانیوم و اتمسفر O، N، H، CO، CO2، بخار آب، آمونیاک و سایر واکنش های شیمیایی قوی. محتوای کربن بیشتر از 0.2% باعث ایجاد TiC سخت در آلیاژهای تیتانیوم می شود. دمای بالاتر و نقش N نیز لایه سطح سخت قلع را تشکیل می دهد. در 600 درجه یا بیشتر، تیتانیوم اکسیژن را جذب می‌کند تا یک لایه سخت شده با سختی بالا تشکیل دهد. محتوای هیدروژن افزایش می یابد، بلکه تشکیل لایه تردی. جذب گاز و در نتیجه سخت لایه سطحی شکننده عمق تا 0.1 ~ 0.15 میلی متر، درجه سخت شدن 20٪ تا 30٪ است. میل ترکیب شیمیایی تیتانیوم نیز زیاد است و به راحتی با سطح اصطکاک ایجاد می شود.

(6) هدایت حرارتی کوچک، مدول الاستیسیته کوچک

رسانایی حرارتی تیتانیوم λ=15.24W/(mK) حدود 1/4 نیکل، 1/5 آهن، 1/14 آلومینیوم است و آلیاژهای مختلف تیتانیوم رسانایی حرارتی حدود 50 درصد کمتر از آن دارند. از تیتانیوم مدول الاستیسیته آلیاژ تیتانیوم حدود 1/2 فولاد است، بنابراین سختی آن ضعیف است، به راحتی تغییر شکل می دهد، برای ساخت میله های باریک و قطعات جدار نازک مناسب نیست، و برگشت سطح ماشینکاری شده هنگام برش بسیار زیاد است. حدود 2 تا 3 برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ، که منجر به اصطکاک، چسبندگی و سایش شدید ابزار بعد از سطح برش می شود.

آلیاژ تیتانیوم دارای استحکام بالا و چگالی کم، خواص مکانیکی خوب، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب است. علاوه بر این، آلیاژهای تیتانیوم عملکرد ضعیفی دارند، برش و ماشینکاری دشواری دارند، در پردازش حرارتی، جذب ناخالصی هایی مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و کربن بسیار آسان است. همچنین مقاومت سایشی ضعیفی وجود دارد، فرآیند تولید پیچیده است. تولید صنعتی تیتانیوم در سال 1948 آغاز شد. نیازهای توسعه صنعت هوانوردی، به طوری که صنعت تیتانیوم به طور متوسط ​​نرخ رشد سالانه حدود 8 درصد توسعه یافت. در حال حاضر، تولید سالانه مواد پردازش آلیاژ تیتانیوم در جهان به بیش از 40،{3}} تن، نزدیک به 30 نوع آلیاژ تیتانیوم رسیده است. پرمصرف ترین آلیاژ تیتانیوم 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 قطعات ساختاری راکت‌ها، موشک‌ها و هواپیماهای پرسرعت استفاده می‌شوند. در اواسط-1960، تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنایع عمومی برای ساخت الکترود استفاده می‌شوند. صنعت الکترولیز، کندانسور برای نیروگاه ها، بخاری برای پالایشگاه های نفت و نمک زدایی آب دریا و همچنین دستگاه های کنترل آلودگی محیطی و غیره. تیتانیوم و آلیاژهای آن به نوعی ماده مقاوم تبدیل شده اند. تیتانیوم و آلیاژهای آن به یک ماده ساختاری مقاوم در برابر خوردگی تبدیل شده اند. همچنین برای تولید مواد ذخیره سازی هیدروژن و آلیاژهای حافظه شکل دهنده استفاده می شود.