خواص و عملکردهای فلز تیتانیوم

آلیاژ تیتانیوم یک ماده سبک وزن، مقاوم در برابر خوردگی و استحکام بالا است و استفاده از آن برای تلفن های هوشمند می تواند استحکام کلی، مقاومت در برابر افتادن و مقاومت در برابر خراش را بهبود بخشد. با این حال، آلیاژ تیتانیوم یک ماده دشوار برای پردازش است و معرفی قاب های آلیاژ تیتانیوم یک چالش در فناوری CNC است. چرا فکر می کنیم آلیاژ تیتانیوم یک ماده سخت در ماشین کاری است؟ بیایید با هم خواص آن را بشناسیم.
تیتانیوم عنصری با عدد اتمی 22 در جدول تناوبی، عنصر زیرگروهی از چرخه چهارم یعنی گروه IVB است که گروهی از عناصر غیر از تیتانیوم، زیرکونیوم و هافنیوم است که نقطه ذوب بالا و ویژگی مشترک آنها است. تشکیل یک فیلم اکسید پایدار روی سطح آن در دمای اتاق.
ده ویژگی تیتانیوم
1، چگالی کم، استحکام بالا، استحکام ویژه بالا
چگالی تیتانیوم 4.51 گرم بر سانتی متر مکعب است، 57 درصد فولاد، تیتانیوم کمتر از دو برابر سنگین تر از آلومینیوم، سه برابر قوی تر از آلومینیوم است. استحکام ویژه آلیاژ تیتانیوم (نسبت استحکام / چگالی) معمولاً در آلیاژهای صنعتی در بزرگترین استفاده می شود (جدول 1 را ببینید)، استحکام ویژه آلیاژ تیتانیوم 3.5 برابر فولاد ضد زنگ، آلیاژ آلومینیوم 1.3 برابر آلیاژهای منیزیم، 1.7 برابر است، بنابراین این صنعت هوافضا برای ساختار مواد ضروری است.
2، مقاومت در برابر خوردگی عالی
غیرفعال بودن تیتانیوم به حضور یک فیلم اکسیدی بستگی دارد که در محیط اکسید کننده مقاومت به خوردگی بسیار بهتری نسبت به محیط احیا کننده دارد. خوردگی با سرعت بالا در محیط های کاهش دهنده رخ می دهد. تیتانیوم در برخی از محیط های خورنده مانند آب دریا، گاز کلر مرطوب، محلول های کلریت و هیپوکلریت، اسید نیتریک، اسید کرومیک، کلریدهای فلزات، سولفیدها و اسیدهای آلی خوردگی نمی کند. با این حال، در محیط‌هایی که با تیتانیوم برای تولید هیدروژن واکنش می‌دهند (مثلاً اسیدهای کلریدریک و سولفوریک)، تیتانیوم معمولاً دارای نرخ خوردگی زیادی است. با این حال، اگر مقدار کمی ماده اکسید کننده به اسید اضافه شود، یک لایه غیرفعال بر روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود. بنابراین، تیتانیوم در مخلوط اسید سولفوریک قوی- اسید نیتریک یا اسید کلریدریک- اسید نیتریک و حتی در اسید هیدروکلریک حاوی کلر آزاد در برابر خوردگی مقاوم است. لایه محافظ اکسید تیتانیوم اغلب هنگام برخورد فلز با آب، حتی در مقادیر کمی آب یا بخار آب، تشکیل می شود. اگر تیتانیوم در غیاب کامل آب در معرض یک محیط به شدت اکسید کننده قرار گیرد، اکسیداسیون سریع رخ می دهد و واکنش های خشونت آمیز، حتی احتراق خود به خود، اغلب رخ می دهد. چنین پدیده‌هایی زمانی رخ داده‌اند که تیتانیوم با اسید نیتریک دوددار حاوی اکسید نیتروژن اضافی واکنش می‌دهد و تیتانیوم با گاز کلر خشک واکنش می‌دهد. بنابراین مقدار معینی آب برای جلوگیری از چنین واکنش هایی ضروری است.

3، مقاومت در برابر حرارت خوب
معمولا آلومینیوم در 150 درجه، فولاد ضد زنگ در 310 درجه که عملکرد اصلی را از دست می دهد و آلیاژ تیتانیوم در 500 درجه یا بیشتر هنوز خواص مکانیکی خوبی را حفظ می کند. هنگامی که سرعت هواپیما به 2.7 برابر سرعت صوت می رسد، دمای سطح ساختار هواپیما به 230 درجه می رسد، آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیم را نمی توان استفاده کرد، در حالی که آلیاژهای تیتانیوم می توانند الزامات را برآورده کنند. مقاومت حرارتی تیتانیوم خوب است، برای دیسک و تیغه کمپرسور موتور هوا و پوست بدنه عقب هواپیما استفاده می شود.
4، عملکرد خوب در دمای پایین
برخی از آلیاژهای تیتانیوم (مانند Ti-5AI-2.5SnELI) با کاهش دما و افزایش استحکام دارند، اما انعطاف پذیری زیاد کاهش نمی‌یابد، همچنان در دماهای پایین انعطاف‌پذیری و چقرمگی خوبی دارند، مناسب برای استفاده در دماهای بسیار پایین می توان در موتورهای موشک هیدروژن مایع خشک و اکسیژن مایع یا در فضاپیمای سرنشین دار برای استفاده از ظروف و مخازن ذخیره با دمای بسیار پایین استفاده کرد.
5، غیر مغناطیسی
تیتانیوم غیر مغناطیسی است، در پوسته های زیردریایی استفاده می شود، باعث انفجار مین نمی شود.
6، هدایت حرارتی کوچک
رسانایی حرارتی تیتانیوم کوچک است، فقط 1/5 فولاد، آلومینیوم 1/13، مس 1/25. هدایت حرارتی بد از معایب تیتانیوم است، اما در برخی مواقع می توانید از این ویژگی تیتانیوم استفاده کنید.
7، مدول الاستیسیته کم
مدول الاستیسیته تیتانیوم تنها 55 درصد فولاد است، به عنوان یک ماده ساختاری، مدول الاستیسیته کم یک نقطه ضعف است.
8، استحکام کششی و استحکام تسلیم بسیار نزدیک به است
Ti{0}}AI{1}V استحکام کششی آلیاژ تیتانیوم 960 مگاپاسکال، استحکام تسلیم 892 مگا پاسکال، تفاوت بین این دو تنها 58 مگا پاسکال است.
9، تیتانیوم به راحتی در دمای بالا اکسید می شود
ترکیب تیتانیوم و هیدروژن-اکسیژن قوی، ما باید با توجه به جلوگیری از اکسیداسیون و جذب هیدروژن پرداخت. جوش تیتانیوم باید تحت حفاظت آرگون انجام شود تا از آلودگی جلوگیری شود. لوله ها و صفحات تیتانیوم باید تحت خلاء تحت عملیات حرارتی قرار گیرند، عملیات حرارتی آهنگری تیتانیوم برای کنترل اتمسفر میکرو اکسید کننده.
10، مقاومت در برابر میرایی کم
تیتانیوم و سایر مواد فلزی (مس، فولاد) که از همان شکل و اندازه ساعت ساخته شده اند، با نیرویی یکسان برای ضربه زدن به هر ساعت، متوجه می شوند که ساعت ساخته شده از تیتانیوم تا صدای طولانی نوسان می کند، یعنی از طریق انرژی داده شده به ساعت به راحتی از بین نمی رود، بنابراین می گوییم که عملکرد میرایی تیتانیوم پایین است.