کاربردهای مختلف تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تیتانیوم

تیتانیوم یک عنصر شیمیایی با نماد Ti و عدد اتمی 22 است. چگالی تیتانیوم 4.54 گرم بر سانتی‌متر مکعب است که 43 درصد سبک‌تر از فولاد است. بالاتر از آلومینیوم است، اما کمتر از فولاد، مس و نیکل است. استحکام خاص آن در بین فلزات رتبه اول را دارد.
این یک فلز انتقالی براق است که به دلیل استحکام بالا، چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی خوب و انعطاف پذیری و جوش پذیری خوب شناخته شده است.
تیتانیوم به دلیل خواص مطلوب خود، معمولاً در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله هوافضا، خودرو، ایمپلنت های پزشکی و تجهیزات ورزشی استفاده می شود.

از سوی دیگر، آلیاژ تیتانیوم ماده‌ای است که از تیتانیوم به عنوان فلز پایه خود استفاده می‌کند اما برای تغییر خواص آن با مقادیر کمی از عناصر دیگر مخلوط می‌شود. این عناصر آلیاژی بسته به خواص مورد نظر آلیاژ ممکن است شامل عناصری مانند آلومینیوم، وانادیم، مولیبدن و غیره باشند.

با توجه به محتوای ناخالصی، تیتانیوم به تیتانیوم با خلوص بالا (خلوص تا 99.9٪) و تیتانیوم خالص صنعتی (خلوص تا 99.5٪) تقسیم می شود. سه درجه تیتانیوم خالص صنعتی وجود دارد که با شماره سریال TA + شماره سریال 1، 2 و 3 نشان داده می شود. هر چه عدد بزرگتر باشد خلوص کمتری دارد. Ti: 4.507 گرم بر سانتی متر مکعب، Tm: 1688 درجه. دگرگونی آلوتروپیک، با فاز ساختار شش ضلعی بسته در کمتر یا مساوی 882.5 درجه، و فاز با ساختار مکعبی مرکز بدن در بزرگتر یا مساوی 882.5 درجه است. تیتانیوم خالص دارای استحکام کم، اما استحکام ویژه بالا، انعطاف پذیری خوب، چقرمگی خوب در دمای پایین و مقاومت در برابر خوردگی بالا است. تیتانیوم عملکرد پردازش فشار خوبی دارد اما عملکرد برش ضعیفی دارد. تیتانیوم وقتی در نیتروژن گرم می شود می تواند بسوزد، بنابراین تیتانیوم باید هنگام گرم کردن و جوشکاری توسط آرگون محافظت شود.

هدف از تیتانیوم خالص: محتوای ناخالصی تاثیر زیادی بر عملکرد تیتانیوم دارد. مقدار کمی ناخالصی می تواند به طور قابل توجهی استحکام تیتانیوم را بهبود بخشد. بنابراین، استحکام تیتانیوم خالص صنعتی بالا، نزدیک به سطح آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا است و عمدتاً برای ساخت مبدل های حرارتی پتروشیمی، راکتورها، قطعات کشتی، پوسته هواپیما و غیره با دمای عملیاتی زیر 350 درجه استفاده می شود.

آلیاژهای تیتانیوم به فلزات آلیاژی مختلف ساخته شده از تیتانیوم و سایر فلزات اطلاق می شود. چگالی آلیاژهای تیتانیوم معمولاً حدود 4.51 گرم بر سانتی متر مکعب است که تنها 60 درصد چگالی فولاد است. آلیاژهای تیتانیوم دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و مقاومت در برابر حرارت هستند. آلیاژهای تیتانیوم تنها 60 درصد فولاد را تشکیل می دهند و استحکام برخی از آلیاژهای تیتانیوم با مقاومت بالا از استحکام بسیاری از فولادهای ساختاری آلیاژی بیشتر است. آلیاژ تیتانیوم با افزودن al، mo، cr، sn و سایر مواد شیمیایی بر اساس تیتانیوم خالص ساخته می شود. دقیقاً به دلیل این مواد شیمیایی است که خواص دو فلز تیتانیوم متفاوت است. آلیاژها اغلب در کاربردهای سخت‌تر یا تخصصی‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که تیتانیوم خالص ممکن است خواص مطلوب را نداشته باشد.

تفاوت بین تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم
هنگام تصمیم گیری برای استفاده از تیتانیوم خالص تجاری بدون آلیاژ یا یکی از آلیاژهای آن، سازندگان عوامل اساسی مانند استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را در نظر می گیرند. خواص مکانیکی مانند چگالی، سرعت رشد ترک خستگی و چقرمگی شکست، ترکیب آلیاژ و نیاز به عملیات حرارتی را تعیین می‌کند.

برای کاربردهای خوردگی، معمولاً تیتانیوم خالص به دلیل استحکام کمتر ترجیح داده می شود. چنین کاربردهایی می تواند شامل مبدل های حرارتی، مخازن ذخیره سازی و مخازن واکنش برای انواع صنایع و بخش ها، از جمله تولید برق، پردازش شیمیایی و نمک زدایی باشد.

وقتی صحبت از کاربردهای با کارایی بالا می شود، از آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالاتر استفاده می شود. اینها در توسعه توربین های گاز و سازه های مختلف هواپیما و همچنین شناورها و تجهیزات حفاری استفاده می شوند. امروزه از آلیاژهای تیتانیوم در ساخت ایمپلنت های زیست پزشکی و قطعات دوچرخه (قاب) نیز استفاده می شود.
آلیاژهایی مانند Ti-6Al-4V و Ti{2}}Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr استفاده می‌شوند. در کاربردهای حفاری دریایی و خطوط لوله زمین گرمایی. آلیاژهای دیگر، از جمله Ti-6V-2Sn-2Zr-2}Cr-2}Mo+Si، هم Ti{13}}V{14}} Fe{15}}Al، Ti{16}}Al-2Sn-4Zr{19}}Mo+Si، در کاربردهای هوافضا و همچنین موتورهای توربین گاز استفاده می‌شوند.