مقدمه ای بر میله های تیتانیوم خالص و مواد میله آلیاژ تیتانیوم

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم دارای خواص جوشکاری خوب، پردازش فشار سرد و گرم و خواص پردازش مکانیکی هستند و می‌توان آنها را به پروفیل‌های تیتانیوم مختلف، میله‌های تیتانیوم، صفحات تیتانیوم و لوله‌های تیتانیوم پردازش کرد.

تیتانیوم یک ماده ساختاری ایده آل است. چگالی تیتانیوم زیاد نیست، فقط 4.5 گرم در متر مکعب است که 43 درصد سبک تر از فولاد است. با این حال، تیتانیوم دو برابر آهن و تقریباً 5 برابر قوی تر از آلومینیوم خالص است. دارای چگالی کم و خواص استحکام بالا است. این ترکیب از استحکام بالا و چگالی کم باعث می شود که میله های تیتانیوم جایگاه بسیار مهمی را در فناوری اشغال کنند. در عین حال، مقاومت به خوردگی میله‌های آلیاژ تیتانیوم نزدیک یا فراتر از فولاد ضد زنگ است، بنابراین به طور گسترده در نفت، مواد شیمیایی، آفت‌کش‌ها، رنگ‌ها، کاغذسازی، صنایع سبک، هوانوردی، توسعه هوافضا، مهندسی اقیانوس‌ها و ... استفاده می‌شود. و غیره.

آلیاژهای تیتانیومدارای استحکام ویژه بالا (نسبت استحکام به چگالی). میله های آلیاژ تیتانیوم و میله های تیتانیوم خالص نقشی بی بدیل در هوانوردی، صنایع نظامی، کشتی سازی، صنایع شیمیایی، متالورژی، ماشین آلات، پزشکی و سایر زمینه ها دارند. به عنوان مثال، پس از عملیات حرارتی، آلیاژ متشکل از تیتانیوم و آلومینیوم، کروم، وانادیم، مولیبدن، منگنز و سایر عناصر دارای حداکثر استحکام 1176 است.{1}}MPa و استحکام ویژه 27-33. استحکام ویژه فولاد آلیاژی با همین مقاومت فقط 15 است.{4}}. آلیاژهای تیتانیوم نه تنها استحکام بالایی دارند بلکه در برابر خوردگی نیز مقاوم هستند، بنابراین به طور گسترده در کشتی سازی، ماشین آلات شیمیایی، تجهیزات پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود. در این میان آلیاژهای تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی عمدتاً در راکتورها، برج ها، اتوکلاوها، مبدل های حرارتی، پمپ ها، شیرها، سانتریفیوژها، لوله ها، اتصالات، الکترولیزها و غیره در محیط های مختلف بسیار خورنده استفاده می شوند. با این حال، قیمت بالای آلیاژهای تیتانیوم کاربردهای آن را محدود می کند.

کاربرد انواع آلیاژهای تیتانیوم

1. یدید تیتانیوم، نام تجاری TAD: تیتانیوم با خلوص بالا است که از روش ید زنی بدست می آید، بنابراین به آن تیتانیوم یدید یا تیتانیوم خالص شیمیایی می گویند. با این حال، همچنان حاوی عناصر ناخالصی بینابینی مانند اکسیژن، نیتروژن و کربن است که تأثیر زیادی بر خواص مکانیکی تیتانیوم خالص دارد. با افزایش خلوص تیتانیوم، استحکام و سختی تیتانیوم به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. بنابراین، مشخصه آن: پایداری شیمیایی خوب، اما استحکام کم است. به دلیل استحکام کم تیتانیوم با خلوص بالا، کاربرد آن به عنوان یک ماده ساختاری اهمیت کمی دارد، بنابراین به ندرت در صنعت استفاده می شود. در حال حاضر، میله های تیتانیوم خالص صنعتی و میله های آلیاژ تیتانیوم به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شود.

2. تیتانیوم خالص صنعتی: برخلاف تیتانیوم خالص شیمیایی، تیتانیوم خالص صنعتی حاوی مقادیر بیشتری اکسیژن، نیتروژن، کربن و انواع عناصر ناخالص دیگر (مانند آهن، سیلیکون و غیره) است. در طبیعت محتوای آلیاژ کمی دارد. آلیاژ تیتانیوم. در مقایسه با تیتانیوم خالص شیمیایی، استحکام آن بسیار بهبود یافته است زیرا حاوی عناصر ناخالص بیشتری است. خواص مکانیکی و شیمیایی آن مشابه فولاد ضد زنگ است (اما هنوز از آلیاژهای تیتانیوم استحکام کمتری دارد). ویژگی های تیتانیوم خالص صنعتی عبارتند از: استحکام کم، اما انعطاف پذیری خوب، آسان برای پردازش، مهر و موم، و جوش، و ماشین کاری خوب است. عملکرد خوبی در اتمسفر، آب دریا، کلر مرطوب، اکسید کننده، خنثی و کم احیا کننده دارد. کارایی. مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون بهتر از اکثر فولادهای زنگ نزن آستنیتی است. اما مقاومت در برابر حرارت ضعیف است و دمای استفاده نباید خیلی بالا باشد. تیتانیوم خالص صنعتی بر اساس محتوای ناخالصی به سه گرید GR1، GR2 و GR3 تقسیم می شود. عناصر ناخالصی میان بافتی این سه نوع تیتانیوم خالص صنعتی به تدریج افزایش می یابد، بنابراین استحکام مکانیکی و سختی آنها نیز به تدریج افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری و چقرمگی به همین ترتیب کاهش می یابد. تیتانیوم خالص تجاری که معمولاً در صنعت استفاده می شود GR2 است زیرا مقاومت خوردگی متوسط ​​و خواص مکانیکی جامعی دارد. GR3 را می توان زمانی که مقاومت در برابر سایش و استحکام مورد نیاز بالا باشد استفاده کرد. GR1 را می توان زمانی انتخاب کرد که عملکرد شکل دهی بهتری مورد نیاز باشد.

تیتانیوم خالص صنعتی عمدتاً برای مهر زنی قطعات و قطعات ساختاری مقاوم در برابر خوردگی با دمای کار کمتر از 350 درجه و استرس کم اما نیاز به پلاستیک خوب مانند قاب هواپیما، پوسته، لوازم جانبی موتور و غیره استفاده می شود. لوله ها، دریچه ها و پمپ های کشتی ها مقاوم در برابر خوردگی آب دریا. و هیدروفویل ها، اجزای سیستم نمک زدایی. مبدل های حرارتی شیمیایی، بدنه پمپ ها، برج های تقطیر، خنک کننده ها، همزن ها، سه راهی ها، پروانه ها، بست ها، پمپ های یونی، سوپاپ های کمپرسور و پیستون های موتور دیزل، میله های اتصال، صفحات هوانگ و غیره.

3. آلیاژ تیتانیوم نوعمیله تیتانیوم مارک های GR4، میله تیتانیوم BT5، میله تیتانیوم GR6: این نوع آلیاژ در دمای اتاق و دمای سرویس حالت تک فاز دارد و با عملیات حرارتی تقویت نمی شود (بازپخت تنها شکل عملیات حرارتی است. ). عمدتا به تقویت محلول جامد متکی است. استحکام دمای اتاق عموماً کمتر از آلیاژهای تیتانیوم نوع و {6}}نوع است (اما بالاتر از تیتانیوم خالص صنعتی) است، اما استحکام و استحکام خزشی در دماهای بالا (500-600 درجه) در بین این سه مورد بالاترین است. انواع آلیاژهای تیتانیوم؛ ساختار دارای پایداری خوب، مقاومت در برابر اکسیداسیون و عملکرد جوش، و همچنین مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت پردازش برش خوب است، اما انعطاف پذیری آن کم است (ترموپلاستیسیته هنوز خوب است) و عملکرد مهر زنی در دمای اتاق آن ضعیف است. در میان آنها GR6 پرکاربردترین است. دارای استحکام متوسط ​​به بالا و انعطاف پذیری کافی در حالت آنیل شده است. جوش پذیری خوبی دارد و زیر 500 درجه قابل استفاده است. هنگامی که محتوای عناصر ناخالصی بینابینی (اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و غیره) بسیار کم است، همچنین دارای چقرمگی خوب و خواص مکانیکی جامع در دماهای بسیار پایین است که آن را به یکی از آلیاژهای عالی با دمای فوق العاده پایین تبدیل می کند.

استحکام کششی GR4 کمی بیشتر از تیتانیوم خالص صنعتی است و می تواند به عنوان یک ماده ساختاری در محدوده مقاومت متوسط ​​استفاده شود. به طور عمده به عنوان سیم جوش در کشور ما استفاده می شود. TA5 و BT5 برای قطعات و جوشکاری‌هایی که در محیط‌های خورنده زیر 400 درجه کار می‌کنند، مانند پوسته‌های هواپیما، قطعات قاب، پوشش‌های کمپرسور، تیغه‌ها، قطعات کشتی و غیره استفاده می‌شود. برای مدت طولانی، و می تواند به 900 درجه برای استفاده کوتاه مدت برسد. همچنین می توان از آن برای قطعات با دمای بسیار پایین (-253 درجه) (مانند ظروف با دمای فوق العاده پایین) استفاده کرد.

4. آلیاژ تیتانیوم نوعبا نام تجاری TB2: عناصر آلیاژی اصلی این نوع آلیاژها عناصر تثبیت کننده فاز مانند مولیبدن، کروم و وانادیم هستند. در طول نرمال سازی و خاموش کردن، به راحتی می توان فاز با دمای بالا را در دمای اتاق حفظ کرد و ساختار فاز پایدارتری به دست آورد، بنابراین به آن آلیاژ تیتانیوم نوع-نوع می گویند. آلیاژ تیتانیوم نوع را می توان از طریق عملیات حرارتی تقویت کرد، استحکام بالایی دارد و عملکرد جوشکاری و عملکرد پردازش فشار خوبی دارد. با این حال، عملکرد آن به اندازه کافی پایدار نیست، فرآیند ذوب پیچیده است، و کاربرد آن به اندازه آلیاژهای تیتانیوم نوع و - -نوع گسترده نیست. قطعاتی که می توانند زیر 350 درجه استفاده شوند عمدتاً برای ساخت انواع مهر و موم صفحات و قطعات جوش داده شده با عملیات حرارتی کلی (محلول جامد، پیری) استفاده می شود. مانند تیغه های کمپرسور، دیسک ها، شفت ها و سایر قطعات دوار سنگین و همچنین قطعات هواپیما و غیره. آلیاژ TB2 عموماً در حالت محلول قرار می گیرد و پس از پیری محلول استفاده می شود.

5. نمرات پرکاربرد از میله های تیتانیوم و میله های تیتانیوم آلیاژی تیتانیوممیله‌های تیتانیوم BT3-1 و میله‌های تیتانیوم Ti-662 هستند: این نوع آلیاژ ساختاری دو فازی در دمای اتاق دارد، از این رو آلیاژ تیتانیوم نامیده می‌شود. خواص مکانیکی جامع خوبی دارد و بیشتر آنها را می توان با عملیات حرارتی تقویت کرد (اما Ti-2AL-1.5Mn، Ti-4AL-1.5Mn، و TC7 را نمی توان با عملیات حرارتی تقویت کرد). خواص آهنگری، مهر زنی و جوشکاری خوبی دارد، قابل ماشینکاری است، در دمای اتاق استحکام بالایی دارد و زیر 150-500 درجه استحکام بالایی دارد. مقاومت در برابر حرارت، برخی (مانند Ti{11}}AL-1.5Mn، Ti{14}}AL-1.5Mn، Ti-5AL{18}}V ، GR5) همچنین دارای چقرمگی خوب در دمای پایین و مقاومت خوب در برابر خوردگی استرس آب دریا و خوردگی استرس نمک داغ است. نقطه ضعف این است که ساختار به اندازه کافی پایدار نیست.

GR5 پرمصرف ترین آلیاژ از این نوع استو مصرف میله های تیتانیوم GR5 تقریباً نیمی از تولید آلیاژ تیتانیوم موجود را تشکیل می دهد. این آلیاژ نه تنها دارای دمای اتاق خوب، دمای بالا و خواص مکانیکی دمای پایین است، بلکه دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در محیط های مختلف است. همچنین می‌توان آن را جوش داد، به صورت گرم، شکل‌دهی سرد، و عملیات حرارتی را برای تقویت انجام داد. بنابراین، به طور گسترده ای در هوافضا، کشتی سازی، صنایع شیمیایی و سایر بخش های صنعتی استفاده می شود. Ti-2AL-1.5Mn و Ti-4AL-1.5Mn را می توان برای مهر زنی قطعات، قطعات جوش داده شده، آهنگری قالب و قطعات خمیده ای که زیر 400 درجه کار می کنند استفاده کرد. هر دو آلیاژ نیز به عنوان مواد ساختاری با دمای پایین استفاده می شوند. Ti{9}}AL{10}V و GR5 را می توان به عنوان قطعات کار طولانی مدت زیر 400 درجه، ماژول های ساختاری، کانتینرهای مختلف، پمپ ها، اجزای برودتی، پوسته های مقاوم در برابر فشار کشتی، مسیرهای مخزن و غیره استفاده کرد. ، با استحکام بالاتر از Ti-2AL-1.5Mn و Ti{18}}AL-1.5Mn. BT{21}} زیر 400 درجه قابل استفاده است و عمدتاً به عنوان ماده ساختاری موتور هوا استفاده می شود. TC9 را می توان برای ساخت قطعاتی که زیر 560 درجه برای مدت طولانی کار می کنند استفاده کرد و عمدتاً برای دیسک های کمپرسور و تیغه های موتورهای جت هواپیما استفاده می شود.

Ti{0}} را می توان برای ساخت قطعاتی که زیر 450 درجه برای مدت طولانی کار می کنند، مانند قطعات ساختاری هواپیما، ارابه فرود، قطعات اتصال لانه زنبوری، بدنه موتور موشک، قطعات ساختاری سلاح و غیره استفاده کرد.