تجزیه و تحلیل عملکرد فلز تیتانیوم

به طور کلی، آلومینیوم خواص اصلی خود را در دمای 150 درجه از دست می دهد، فولاد ضد زنگ خواص اصلی خود را در دمای 310 درجه از دست می دهد و آلیاژهای تیتانیوم هنوز خواص مکانیکی خوبی را در حدود 500 تا 600 درجه حفظ می کنند. هنگامی که سرعت هواپیما به 2.7 ماخ می رسد، دمای سطح ساختار هواپیما به 230 درجه می رسد. آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیم دیگر در دسترس نیستند، اما آلیاژهای تیتانیوم می توانند الزامات را برآورده کنند. تیتانیوم مقاومت حرارتی خوبی دارد و در دیسک ها و تیغه های کمپرسور موتور هواپیما و در پوست بدنه عقب هواپیما استفاده می شود.

استحکام برخی از آلیاژهای تیتانیوم (مانند Ti-5Al-2.5SnELI) با کاهش دما افزایش می‌یابد، اما انعطاف‌پذیری زیاد کاهش نمی‌یابد. همچنان در دماهای پایین دارای انعطاف پذیری و چقرمگی خوبی است و برای استفاده در دماهای بسیار پایین مناسب است. می توان از آن در موتورهای موشکی هیدروژن مایع و اکسیژن مایع یا به عنوان ظروف با دمای بسیار پایین و مخازن ذخیره سازی در فضاپیماهای سرنشین دار استفاده کرد.

تیتانیوم خود غیر مغناطیسی است و آلیاژهای تیتانیوم که حاوی آهن نیستند نیز غیر مغناطیسی هستند، بنابراین می توان به طور موثر از تداخل مغناطیسی جلوگیری کرد. برای پوسته های زیردریایی استفاده می شود و باعث انفجار مین نمی شود. علاوه بر استفاده در دفاع ملی، نیروی هوایی و ساخت تسلیحات، همچنین به طور گسترده در مهندسی راه آهن، ارتباطات، هوافضا، هوانوردی، آزمایشگاه های پیشرفته، بیمارستان ها (اسکن، اشعه ایکس، تصویربرداری تشدید مغناطیسی، الکتروکاردیوگرام، ... لوله های اشعه کاتدی)، پزشکی، صنعت هسته ای، رزونانس مغناطیسی هسته ای، طیف سنج مغناطیسی، آهنربای تسلا بالا، عملیات در فضای باز، ساخت اسکله، غواصی، صنایع شیمیایی، حفاظت از آتش، نمک زدایی، کشتی سازی، سکوهای نفت و گاز دریایی، صنعت نمک و غیره.

رسانایی حرارتی آلیاژ تیتانیوم کم است، یعنی به سرعت گرم می شود و گرما را به آرامی هدایت می کند. رسانایی حرارتی آن فقط 1/5 فولاد، 1/13 آلومینیوم و 1/25 مس است. هدایت حرارتی ضعیف از معایب تیتانیوم است، اما می توان از این خاصیت تیتانیوم در برخی موارد استفاده کرد.

مدول الاستیک تیتانیوم فقط نصف فولاد است. هنگامی که به عنوان یک ماده ساختاری استفاده می شود، مدول الاستیک پایین آن یک نقطه ضعف است و مستعد انحراف است.

استحکام کششی و استحکام تسلیم تیتانیوم

استحکام کششی آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V 960MPa و مقاومت تسلیم 892MPa است. تفاوت بین این دو تنها 58 مگا پاسکال است. این ویژگی باعث می شود که تیتانیوم در حین پردازش، برگشت فنری بزرگی تولید کند که باید بر آن غلبه کرد.

تیتانیوم دارای نیروی اتصال قوی با هیدروژن و اکسیژن است. برای جلوگیری از اکسیداسیون و جذب هیدروژن باید مراقب بود. جوش تیتانیوم باید تحت حفاظت آرگون انجام شود تا از آلودگی جلوگیری شود. لوله ها و صفحات تیتانیوم باید تحت خلاء عملیات حرارتی شوند و اتمسفر میکرو اکسیداسیون باید در طول عملیات حرارتی آهنگری تیتانیوم کنترل شود.

ساعت های یکسان در شکل و اندازه از تیتانیوم و سایر مواد فلزی (مس، فولاد) ساخته شده اند. وقتی زنگ‌های مختلف با نیروی یکسان زده می‌شدند، متوجه شدیم که وقتی زنگ ساخته شده از تیتانیوم نوسان می‌کند، صدا طولانی‌تر می‌ماند، یعنی انرژی داده شده به زنگ به راحتی از بین نمی‌رود و این نشان می‌دهد که تیتانیوم خاصیت میرایی پایین‌تری دارد و می‌تواند قابل استفاده ساخت انواع آلات موسیقی.

تابع حافظه شکل تیتانیوم، تابع ابررسانا و تابع جذب هیدروژن سه عملکرد ویژه تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم نامیده می شوند.

عملکرد حافظه شکل تیتانیوم

نسبت معینی از آلیاژ Ti-Ni می تواند شکل اولیه خود را تحت شرایط دمایی خاص بازیابی کند، یعنی عملکرد حافظه شکل دارد. این ماده آلیاژ حافظه دار نامیده می شود. امروزه آلیاژهای حافظه دار به طور گسترده در کاربردهای هوافضا، دریایی، تسلیحاتی، پزشکی و صنعتی استفاده می شوند.

هنگامی که دما به نزدیک صفر می رسد، سیم های ساخته شده از آلیاژ نیوبیم-تیتانیوم مقاومت خود را از دست می دهند و ابررسانا می شوند. هنگامی که جریان زیادی از آن عبور می کند، سیم گرم نمی شود و انرژی مصرف نمی کند. Nb-Ti یک ماده ابررسانا نامیده می شود.

نسبت معینی از آلیاژ Ti-Fe توانایی جذب مقادیر زیادی هیدروژن را دارد. با استفاده از این مشخصه، هیدروژن را می توان به طور ایمن ذخیره کرد و تحت شرایط خاصی، آلیاژ Ti-Fe ذخیره شده را می توان برای آزادسازی هیدروژن استفاده کرد که جایگزینی برای استفاده از سیلندرهای گاز فشار قوی فولادی برای ذخیره هیدروژن است. این خاصیت را تابع جذب هیدروژن تیتانیوم و موادی با این عملکرد را مواد ذخیره کننده انرژی می نامند.