آلیاژهای تیتانیوم در هوافضا و الکترونیک مصرفی: نمرات، ویژگی‌ها و محدودیت‌های استاندارد

آلیاژهای تیتانیوم به طور همزمان وارد دو بازار بسیار متفاوت شده اند: هوافضای تجاری و لوازم الکترونیکی مصرفی. محرک ترکیبی از ویژگی است که هیچ فلز ساختاری رقیب با جرم مساوی، یعنی استحکام ویژه بالا، یک فیلم اکسید غیرفعال{1}خود ترمیم شونده و استحکام قابل استفاده در دماهایی که آلومینیوم قبلاً بیشتر ظرفیت بار خود را از دست داده است، تولید نمی شود.

اساس اموال تیتانیوم

تیتانیوم خالص تجاری دارای چگالی حدود 4.51 گرم بر سانتی متر مکعب، تقریباً 57 درصد فولاد و حدود 1.6 برابر آلومینیوم، با مدول الاستیسیته نزدیک به 105 گیگا پاسکال است. ورق درجه 2 آنیل شده به حداقل مقادیر کششی 345 مگاپاسکال و بازده 275 مگاپاسکال با 20 درصد ازدیاد طول تحت ASTM B265 می رسد، در حالی که درجه آنیل شده 5 (Ti-6Al-4V) به کشش 895 مگاپاسکال و بازدهی طول 828 مگاپاسکال با 10 درصد می رسد. فیلم اکسید غیرفعال در چند میلی ثانیه پس از آسیب اصلاح می شود، به همین دلیل است که لوله ارائه شده به ASTM B338 یک انتخاب استاندارد برای کندانسورهای آب دریا، قطارهای نمک زدایی و خدمات شیمیایی اکسید کننده است.

انتخاب درجه و ویژگی های حداقل

اینها محدودیت های ورق و صفحه آنیل شده ASTM B265 هستند. درجه 1 برای حداکثر شکل‌پذیری و جوش‌پذیری، درجه 2 برای کار صنعتی عمومی، درجه 5 که در آن استحکام بر کیلوگرم حاکم است، و درجه 7 که اسیدهای احیا کننده به تیتانیوم بدون آلیاژ حمله می‌کنند، انتخاب می‌شوند. استوک میله و آهنگری از ASTM B348 پیروی می کند و ELI درجه 5 جراحی از ASTM F136 و ISO 5832-3 پیروی می کند.

چرا تقاضای هوافضا همچنان در حال رشد است؟

جایگزینی در مکان‌هایی اتفاق می‌افتد که فولاد جرم اضافه می‌کند و آلومینیوم یک جفت گالوانیکی با فیبر کربن ایجاد می‌کند: سخت‌افزار موتور و ناسل، اتصالات پایه، لوله‌های هیدرولیک، بست‌ها و مسیر صندلی. تیتانیوم در سری گالوانیکی نزدیک به کامپوزیت کربن قرار دارد، بنابراین اتصالات نسبت به اتصالات آلومینیومی به جداسازی بسیار کمتری نیاز دارند و این آلیاژ استحکام مفیدی را در دمای 300-400 درجه سانتیگراد حفظ می کند، جایی که 7075-T6 دیگر قابل استفاده نیست.

چرا الکترونیک قابل حمل قاب های تیتانیومی را پذیرفت؟

قاب‌های دستگاه عمدتاً از گرید 5 و درجه 9 به عنوان سازه‌های نازک-ماشینکاری شده یا قطعات فورج شده استفاده می‌کنند. مورد مهندسی مقاومت در برابر سفتی و سایش در جرم کم، به علاوه یک لایه اکسیدی است که در برابر حفره‌هایی که آلومینیوم آنودایز شده را در تماس با کلرید تغییر شکل می‌دهد، مقاومت می‌کند. هر دو صنعت بر اساس یک نیاز تامین همگرا هستند: ریزساختار ثابت، محتوای کنترل شده اکسیژن و آهن، و قابلیت ردیابی از شمش تا قطعه نهایی.

محدودیت های تولید برای بودجه

تیتانیوم در مقایسه با فولاد یا آلومینیوم گرما را ضعیف هدایت می کند، بنابراین حرارت برش در لبه ابزار متمرکز می شود. سرعت پایین سطح،-فشار خنک کننده بالا و ابزار تیز الزامی است. سرد درجه 2 به آسانی شکل می گیرد، اما ورق درجه 5 به شکل دهی گرم یا گرم و سپس بازپخت نیاز دارد زیرا شکل پذیری دمای اتاق{4}}محدود است. جوش ها باید تا زمانی که فلز زیر دمای تقریباً 400 درجه سانتیگراد خنک شود، در زیر محافظ بی اثر باقی بمانند، در غیر این صورت پیکاپ اکسیژن یک محفظه آلفای سخت را تشکیل می دهد که باید با ترشی کردن یا ماشینکاری حذف شود.

سوالات متداول

Q:تفاوت بین تیتانیوم درجه 2 و درجه 5 چیست؟
A: درجه 2 تیتانیوم بدون آلیاژ با حداقل استحکام کششی 345 مگاپاسکال است که برای مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری انتخاب شده است. درجه 5 آلیاژ Ti-6Al-4V آلفا-بتا با حداقل استحکام کششی 895 مگاپاسکال است که در جایی که بار بر کیلوگرم حاکم است انتخاب می شود.

Q:آیا می توان تیتانیوم را بدون محفظه خلاء جوش داد؟
ج: بله. درجه 2 و درجه 5 با مشعل، حفاظ گاز خنثی پشتی و پشتی جوش داده می شوند، و برای جلوگیری از جذب اکسیژن و نیتروژن، ناحیه تحت تاثیر جوش و حرارت{3}} تا زمانی که فلز به کمتر از حدود 400 درجه سانتیگراد کاهش یابد، محافظت می شود.

Q:کدام درجه برای لوله های مبدل حرارتی استفاده می شود؟
پاسخ: لوله های بدون درز و بدون درز برای کندانسورها و مبدل های حرارتی معمولاً به ASTM B338 در درجه 2 برای آب خنک کننده و درجه 7 عرضه می شود که در آن سیالات فرآیند احیا یا کلرید{3}}خطر ایجاد حفره ایجاد می کنند.

Q:آیا تیتانیوم مغناطیسی است؟
پاسخ: خیر. تیتانیوم و آلیاژهای آن پارامغناطیس هستند، به همین دلیل است که از آنها برای محفظه ابزار و اجزای ایمپلنت استفاده می شود که نباید میدان های مغناطیسی را مخدوش کنند.

Q:چگونه ورق تیتانیوم قبل از حمل و نقل تأیید می شود؟
A: آزمایش کشش به ASTM E8/E8M، تجزیه و تحلیل شیمیایی در برابر محدودیت های ASTM B265، بررسی اولتراسونیک یا نافذ صفحه، به علاوه بررسی ابعاد و سطح، همه با شماره حرارت در گواهی آسیاب گزارش شده است.

Q:چرا قیمت تیتانیوم از فولاد ضد زنگ بیشتر است؟
پاسخ: مسیر کاهش انرژی فشرده است و ذوب باید در خلاء یا اتمسفر بی اثر برای کنترل بینابینی ها انجام شود، در حالی که ماشینکاری فلز را بسیار کندتر حذف می کند، بنابراین هزینه مواد و تبدیل از نظر ساختاری بالاتر است.