فلز تیتانیوم. خواص تیتانیوم استفاده از تیتانیوم نمرات تیتانیوم و ترکیب شیمیایی

یکی از رایج ترین عناصر موجود در زمین ، تیتانیوم است. بر اساس نتایج مطالعات انجام شده ، از نظر شیوع در رتبه چهارم قرار دارد و موقعیت های برتر را به آلومینیوم ، آهن و منیزیم اختصاص می دهد. با وجود چنین توزیع گسترده ای ، تیتانیوم فقط در قرن 20 در صنعت استفاده شد. آلیاژهای تیتانیوم تا حد زیادی بر توسعه موشکی و هوانوردی تأثیر گذاشته است ، که با ترکیب چگالی کم با مقاومت ویژه بالا و همچنین مقاومت در برابر خوردگی همراه است. بیایید همه ویژگی های این مواد را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

مشخصات کلی تیتانیوم و آلیاژهای آن

این خواص مکانیکی اصلی آلیاژهای تیتانیوم است که توزیع گسترده آنها را تعیین می کند. اگر به ترکیب شیمیایی توجه نکنید ، تمام آلیاژهای تیتانیوم را می توان به شرح زیر مشخص کرد:

مقاومت در برابر خوردگی بالا. عیب اکثر فلزات این است که در معرض رطوبت زیاد ، خوردگی روی سطح ایجاد می شود که نه تنها ظاهر مواد را بدتر می کند ، بلکه عملکرد اولیه آن را نیز کاهش می دهد. تیتانیوم کمتر از آهن نسبت به رطوبت حساس است.
مقاومت در برابر سرما. دمای بسیار پایین باعث می شود تا خواص مکانیکی آلیاژهای تیتانیوم به میزان قابل توجهی کاهش یابد. اغلب ممکن است با شرایطی روبرو شوید که عملکرد در دمای پایین باعث افزایش قابل توجه شکنندگی می شود. تیتانیوم اغلب در ساخت سفینه فضایی استفاده می شود.
تراکم تیتانیوم و تیتانیوم دارای چگالی نسبتاً کمی هستند که به طور قابل توجهی وزن را کاهش می دهد. فلزات سبک به طور گسترده ای در صنایع مختلف استفاده می شوند ، به عنوان مثال ، در ساخت هواپیما ، ساخت آسمان خراش ها و غیره.
استحکام ویژه بالا و چگالی کم ویژگی هایی هستند که به ندرت با هم ترکیب می شوند. با این حال ، به دلیل این ترکیب است که امروزه بیشتر از آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شود.
قابلیت تولید در فرآیند فشار تعیین می کند که این آلیاژ اغلب به عنوان قطعه کار برای پرس یا دیگر پردازش ها استفاده می شود.
عدم پاسخ به اثر میدان مغناطیسی نیز دلیل استفاده گسترده آلیاژهای مورد نظر نامیده می شود. اغلب ممکن است در شرایطی که تولید سازه ها انجام می شود ، در حین کار که میدان مغناطیسی شکل می گیرد ، با شرایطی مواجه شویم. استفاده از تیتانیوم امکان اتصال را از بین می برد.

این مزایای اصلی آلیاژهای تیتانیوم توزیع گسترده آنها را تعیین کرده است. با این حال ، همانطور که قبلاً ذکر شد ، مقدار زیادی به ترکیب شیمیایی خاص بستگی دارد. یک مثال را می توان این واقعیت نامید که سختی بسته به نوع موادی که برای آلیاژسازی استفاده می شود تغییر می کند.

مهم این است که نقطه ذوب می تواند به 1700 درجه سانتیگراد برسد. این به طور قابل توجهی مقاومت ترکیب را در برابر حرارت افزایش می دهد ، اما فرآیند پردازش را نیز پیچیده می کند.

انواع آلیاژهای تیتانیوم

طبقه بندی آلیاژهای تیتانیوم بر اساس تعداد نسبتاً زیادی از ویژگی ها است. همه آلیاژها را می توان به چند گروه اصلی تقسیم کرد:

مقاومت بالا و ساختاری - آلیاژهای تیتانیوم قوی ، که همچنین شکل پذیری نسبتاً بالایی دارند. به همین دلیل ، می توان آنها را در ساخت قطعاتی که تحت بارهای متغیر هستند استفاده کرد.
آلیاژهای چگالی کم مقاوم در برابر حرارت ، با در نظر گرفتن محدوده دمایی مشخص ، به عنوان جایگزینی ارزان تر برای آلیاژهای نیکل مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود. بسته به ترکیب شیمیایی خاص ، قدرت چنین آلیاژ تیتانیوم می تواند در طیف وسیعی متفاوت باشد.
آلیاژهای تیتانیوم بر اساس یک ترکیب شیمیایی دارای ساختار مقاوم در برابر درجه حرارت بالا با چگالی کم هستند. به دلیل کاهش قابل توجهی در چگالی ، وزن نیز کاهش می یابد و مقاومت در برابر حرارت باعث می شود که این ماده در ساخت هواپیما مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این ، انعطاف پذیری بالا نیز با چنین مارکی مرتبط است.

علامت گذاری آلیاژهای تیتانیوم طبق قوانین خاصی انجام می شود ، که تعیین غلظت همه عناصر را ممکن می سازد. اجازه دهید نگاهی دقیق تر به برخی از رایج ترین انواع آلیاژهای تیتانیوم بیندازیم.

با توجه به رایج ترین عیارهای آلیاژهای تیتانیوم ، باید به VT1-00 و VT1-0 توجه کرد. آنها متعلق به کلاس تایتان های فنی هستند. ترکیب این آلیاژ تیتانیوم شامل مقدار زیادی ناخالصی های مختلف است که کاهش قدرت را تعیین می کند. با این حال ، به دلیل کاهش قدرت ، شکل پذیری به طور قابل توجهی افزایش می یابد. انعطاف پذیری تکنولوژیکی بالا تعیین می کند که تیتانیوم فنی را می توان حتی در تولید فویل به دست آورد.

اغلب ، ترکیب آلیاژ مورد بررسی تحت عملیات سرد قرار می گیرد. به همین دلیل ، قدرت افزایش می یابد ، اما شکل پذیری به طور قابل توجهی کاهش می یابد. بسیاری از کارشناسان معتقدند که روش پردازش در نظر گرفته شده را نمی توان بهترین نامید ، زیرا تأثیر مفیدی بر خواص اساسی مواد ندارد.

آلیاژ VT5 بسیار رایج است ، با استفاده از آلومینیوم منحصراً به عنوان عنصر آلیاژی مشخص می شود. توجه به این نکته ضروری است که آلومینیوم است که رایج ترین عنصر آلیاژی در آلیاژهای تیتانیوم محسوب می شود. این به خاطر نکات زیر است:

استفاده از آلومینیوم می تواند ضریب ارتجاعی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
آلومینیوم همچنین باعث افزایش مقدار مقاومت در برابر حرارت می شود.
این فلز یکی از رایج ترین نوع خود است ، به همین دلیل هزینه مواد به دست آمده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
شاخص شکنندگی هیدروژن کاهش می یابد.
چگالی آلومینیوم کمتر از تیتانیوم است ، به همین دلیل معرفی ماده آلیاژی در نظر گرفته شده می تواند استحکام ویژه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

هنگامی که داغ است ، VT5 به خوبی جعل ، نورد و مهر می شود. به همین دلیل است که اغلب برای جعل ، نورد یا مهر زنی استفاده می شود. چنین ساختاری می تواند در برابر ضربه بیش از 400 درجه سانتیگراد مقاومت کند.

آلیاژ تیتانیوم VT22 می تواند ساختار بسیار متفاوتی داشته باشد که به ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد. ویژگی های عملیاتی مواد شامل موارد زیر است:

انعطاف پذیری تکنولوژیکی بالا در طول عملیات فشار گرم.
برای تولید میله ، لوله ، صفحه ، مهر زنی ، پروفیل استفاده می شود.
همه روشهای متداول را می توان برای جوشکاری استفاده کرد.
یک نکته مهم این است که پس از اتمام فرایند جوشکاری ، توصیه می شود عملیات پخت را انجام دهید ، به همین دلیل خواص مکانیکی جوش حاصل به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

عملکرد آلیاژ تیتانیوم VT22 را می توان با استفاده از فناوری پیچیده آنیل به طور قابل توجهی بهبود بخشید. گرمایش را در دمای بالا فراهم می کند و چندین ساعت نگه می دارد ، پس از آن خنک سازی مرحله به مرحله در کوره انجام می شود ، همچنین با نگه داشتن برای مدت طولانی. پس از پخت با کیفیت بالا ، این آلیاژ برای ساخت قطعات و سازه هایی با بار زیاد مناسب است که می توانند تا دمای بیش از 350 درجه سانتیگراد گرم شوند. به عنوان مثال می توان به بدنه ، بال ، سیستم کنترل یا قطعات متصل اشاره کرد.

امروزه آلیاژ تیتانیوم VT6 به طور گسترده ای در خارج از کشور استفاده می شود. هدف از چنین آلیاژ تیتانیوم ساخت استوانه هایی است که بتوانند تحت فشار بالا کار کنند. علاوه بر این ، طبق نتایج مطالعات انجام شده ، در 50 درصد موارد در صنعت هوافضا ، از آلیاژ تیتانیوم استفاده می شود که از نظر عملکرد و ترکیب آن با VT6 مطابقت دارد. استاندارد GOST امروزه عملاً در خارج از کشور برای تعیین تیتانیوم و بسیاری از آلیاژهای دیگر استفاده نمی شود ، که باید در نظر گرفته شود. از علامت گذاری منحصر به فرد خود برای تعیین استفاده می شود.

VT6 عملکرد فوق العاده ای دارد زیرا وانادیوم نیز به ترکیب اضافه شده است. این عنصر آلیاژی با این واقعیت مشخص می شود که نه تنها قدرت ، بلکه قابلیت ارتجاع را نیز افزایش می دهد.

این آلیاژ هنگام گرم شدن به خوبی تغییر شکل می دهد ، که می توان آن را کیفیت مثبت نیز نامید. هنگام استفاده از آن ، لوله ها ، پروفیل های مختلف ، صفحات ، ورق ها ، مهر زنی ها و بسیاری از موارد دیگر به دست می آید. برای جوشکاری می توان از تمام روش های مدرن استفاده کرد ، که همچنین دامنه آلیاژ تیتانیوم مورد نظر را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. برای بهبود عملکرد ، عملیات حرارتی نیز انجام می شود ، به عنوان مثال ، پخت یا خاموش کردن. برای مدت طولانی ، آنیل در دمای حداکثر 800 درجه سانتیگراد انجام نمی شد ، با این حال ، نتایج مطالعات انجام شده نشان می دهد که افزایش شاخص به 950 درجه سانتیگراد منطقی است. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی اغلب آنیل دوگانه انجام می شود.

آلیاژ VT8 نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در مقایسه با مدل قبلی ، از استحکام و ویژگی های مقاوم در برابر حرارت بالاتر برخوردار است. آنها توانستند با افزودن مقدار زیادی آلومینیوم و سیلیکون به ترکیب ، عملکرد بی نظیری را بدست آورند. باید در نظر داشت که حداکثر دمایی که در آن می توان این آلیاژ تیتانیوم را کار کرد حدود 480 درجه سانتیگراد است. تنوع این ترکیب را می توان VT8-1 نامید. ویژگی های اصلی عملکرد آن به شرح زیر است:

ثبات حرارتی بالا.
احتمال ترک خوردگی در ساختار به دلیل تهیه پیوندهای قوی کم است.
قابلیت تولید هنگام انجام مراحل مختلف پردازش ، به عنوان مثال ، مهر زنی سرد.
شکل پذیری بالا همراه با افزایش استحکام.

برای بهبود قابل توجه عملکرد ، بازپخت دوگانه ایزوترمال اغلب انجام می شود. در بیشتر موارد ، این آلیاژ تیتانیوم در تولید آهنگری ، حوضچه ، بشقاب های مختلف ، مهر زنی و سایر مواد خام استفاده می شود. با این حال ، باید در نظر داشت که ویژگی های ترکیب اجازه جوشکاری را نمی دهد.

کاربرد آلیاژهای تیتانیوم

با توجه به زمینه های کاربرد آلیاژهای تیتانیوم ، توجه داریم که بیشتر انواع آن در حوزه حمل و نقل هوایی و موشک سازی و همچنین در ساخت کشتی های دریایی استفاده می شود. برای ساخت قطعات موتور هواپیما ، سایر فلزات مناسب نیستند زیرا در دمای نسبتاً پایین گرم می شوند ، ذوب می شوند ، به همین دلیل ساختار تغییر شکل می دهد. همچنین ، افزایش وزن عناصر دلیل از دست دادن کارایی می شود.

کاربرد آلیاژهای تیتانیوم در پزشکی

ما مواد را در تولید اعمال می کنیم:

خطوط لوله برای تأمین مواد مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
شیرهای خاموش کننده.
شیرآلات و سایر محصولات مشابه که در محیط های شیمیایی تهاجمی استفاده می شوند.
در ساخت هواپیما ، از این آلیاژ برای بدست آوردن پوست ، بستهای مختلف ، قطعات شاسی ، مجموعه های قدرت و سایر واحدها استفاده می شود. همانطور که نتایج تحقیقات انجام شده نشان می دهد ، معرفی چنین ماده ای وزن را حدود 10-25 reduces کاهش می دهد.
زمینه دیگر کاربرد موشک است. عملکرد کوتاه مدت موتور ، حرکت با سرعت زیاد و ورود به لایه های متراکم دلیل می شود که سازه تحت بارهای شدید قرار می گیرد و نمی تواند در برابر همه مواد مقاومت کند.
در صنایع شیمیایی ، آلیاژ تیتانیوم به دلیل عدم واکنش به اثرات مواد مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
در کشتی سازی ، تیتانیوم خوب است زیرا به اثرات آب شور واکنش نشان نمی دهد.

به طور کلی ، می توان گفت که زمینه کاربرد آلیاژهای تیتانیوم بسیار گسترده است. در این مورد ، آلیاژ سازی انجام می شود ، به همین دلیل ویژگی های اساسی مواد به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

عملیات حرارتی آلیاژهای تیتانیوم

برای بهبود عملکرد ، عملیات حرارتی آلیاژهای تیتانیوم انجام می شود. این فرآیند به دلیل این واقعیت که بازآرایی شبکه بلوری لایه سطحی در دمای بالای 500 درجه سانتیگراد انجام می شود ، بسیار پیچیده است. برای آلیاژهای VT5 و VT6-C ، آنیل اغلب انجام می شود. زمان نگه داری بسته به ضخامت قطعه کار و سایر ابعاد خطی می تواند بطور قابل توجهی متفاوت باشد.

قطعات ساخته شده از VT14 ، در زمان استفاده ، باید تا 400 درجه سانتیگراد درجه حرارت را تحمل کنند. به همین دلیل است که عملیات حرارتی شامل سخت شدن و به دنبال آن افزایش سن است. در عین حال ، برای خاموش شدن نیاز به گرم کردن محیط تا دمای حدود 900 درجه سانتیگراد است ، در حالی که پیری شامل قرار گرفتن در معرض محیطی با دمای 500 درجه سانتیگراد به مدت بیش از 12 ساعت است.

روشهای گرمایش القایی طیف گسترده ای از فرآیندهای عملیات حرارتی را امکان پذیر می سازد. به عنوان مثال می توان به پخت ، پیری ، عادی سازی و غیره اشاره کرد. بسته به ویژگیهای عملکردی که باید به آنها برسید ، حالتهای خاص عملیات حرارتی انتخاب می شوند.

1metal.com بازار متالورژی 1metal.com اطلاعات مختصر در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن از شرکت های اوکراینی در بستر معاملات فلز 1metal.com 4.6 ستاره بر اساس 95

تیتانیوم و آلیاژهای آن

تیتانیومدر پوسته زمین بسیار گسترده است ، جایی که حدود 6 درصد آن را شامل می شود و از نظر شیوع پس از آلومینیوم ، آهن و منیزیم در رتبه چهارم قرار دارد. با این حال ، یک روش صنعتی برای استخراج آن فقط در دهه 40 قرن بیستم توسعه یافت. به لطف پیشرفت در زمینه هواپیما و موشک سازی ، تولید تیتانیوم و آلیاژهای آن به شدت توسعه یافت. این به دلیل ترکیبی از خواص ارزشمند تیتانیوم به عنوان چگالی کم ، قدرت ویژه بالا است (سدر / r g) ، مقاومت در برابر خوردگی ، قابلیت تولید در طول درمان با فشار و جوش پذیری ، مقاومت در برابر سرما ، خواص غیر مغناطیسی و تعدادی دیگر از ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی با ارزش ذکر شده در زیر.

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی تیتانیوم (VT1-00)

تراکم r ، kg / m 3	4.5 × 10 –3
دمای ذوب تی pl , درجه سانتی گراد	4 ± 1668
ضریب انبساط خطی a × 10 -6 ، درجه -1	8,9
هدایت حرارتی l ، W / (m × درجه)	16,76
مقاومت کششی در ، MPa	300–450
تنش تسلیم شرطی 0.2 , MPa	250–380
قدرت ویژه (ثانیه در / r × g) – 10 - 3 ، کیلومتر	7–10
طول d ،٪	25–30
محدود شدن نسبی Y ،٪	50–60
مدول الاستیک معمولی E´ 10–3 ، MPa	110,25
مدول برشی G´ 10–3 ، MPa	41
نسبت پواسون m ،	0,32
سختی HB	103
مقاومت ضربه KCU ، J / cm2	120

تیتانیوم دارای دو تغییر چند شکل است: یک تیتانیوم با یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده با پریود آ= 0.296 نانومتر ، با= 0.472 نانومتر و اصلاح درجه حرارت بالا از تیتانیوم با یک شبکه مکعبی بدن محور با یک دوره آ= 0.332 نانومتر در 900 درجه سانتی گراد. دمای تبدیل چند شکلی a "b 882 درجه سانتی گراد است.

خواص مکانیکی تیتانیوم تا حد زیادی به میزان ناخالصی های موجود در فلز بستگی دارد. ناخالصی های بینابینی وجود دارد - اکسیژن ، نیتروژن ، کربن ، هیدروژن و ناخالصی های جایگزین ، که شامل آهن و سیلیکون است. اگرچه ناخالصی ها قدرت را افزایش می دهند ، اما به طور همزمان انعطاف پذیری را به شدت کاهش می دهند و قوی ترین اثر منفی ناخالصی های بینابینی ، به ویژه گازها ، اعمال می شود. با معرفی فقط 0.003 H H ، 0.02 N N ، یا 0.7 O O ، تیتانیوم به طور کامل توانایی خود را برای تغییر شکل پلاستیک و شکستگی های شکننده از دست می دهد.

هیدروژن به ویژه مضر است ، که باعث می شود شکنندگی هیدروژنآلیاژهای تیتانیوم هیدروژن در حین ذوب و پردازش بعدی ، به ویژه در هنگام ترشی محصولات نیمه تمام وارد فلز می شود. هیدروژن در a-titanium نامحلول است و ذرات لایه ای هیدرید را تشکیل می دهد ، که قدرت ضربه را کاهش می دهد و به ویژه در آزمایش های شکست تاخیری منفی است.

روش صنعتی تولید تیتانیوم شامل افزایش و کلرزنی سنگ معدن تیتانیوم و به دنبال آن کاهش آن از تتراکلرید تیتانیوم با منیزیم فلزی (روش منیزیم حرارتی) است. با این روش بدست می آید اسفنج تیتانیومی(GOST 17746-79) ، بسته به ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی ، مارک های زیر تولید می شود:
TG-90 ، TG-100 ، TG-110 ، TG-120 ، TG-130 ، TG-150 ، TG-T B (جدول 17.1 را ببینید). اعداد به معنی سختی برینل HB ، T B - سخت است.

برای به دست آوردن تیتانیوم یکپارچه ، یک اسفنج را به صورت پودر خرد می کنند ، فشرده می کنند و در کوره های قوس دار در جو خلاء یا گاز بی اثر ذوب یا ذوب می شوند.

ویژگیهای مکانیکی تیتانیوم با ترکیب خوب قدرت و شکل پذیری مشخص می شود. به عنوان مثال ، درجه تیتانیوم خالص VT1-0 از نظر تجاری دارای: s v = 375-540 MPa ، s 0.2 = 295-410 MPa ، d ³ 20، ، و با توجه به این ویژگی ها از تعدادی از فولادهای مقاوم در برابر خوردگی کربن و Cr-Ni کم نیست.

شکل پذیری بالای تیتانیوم در مقایسه با فلزات دیگر با شبکه hcp (Zn ، Mg ، Cd) با تعداد زیاد سیستم های لغزش و دوقلوزایی به دلیل نسبت پایین توضیح داده می شود. با/آ= 1.587. ظاهراً این مربوط به مقاومت بالای تیتانیوم در برابر سرما و آلیاژهای آن است (برای جزئیات بیشتر به فصل 13 مراجعه کنید).

هنگامی که دما به 250 درجه سانتی گراد می رسد ، قدرت تیتانیوم تقریبا 2 برابر کاهش می یابد. با این حال ، آلیاژهای Ti مقاوم در برابر حرارت از نظر استحکام خاص در محدوده دمایی 300-600 درجه سانتی گراد برابر نیستند. در دمای بالای 600 درجه سانتی گراد ، آلیاژهای تیتانیوم نسبت به آلیاژهای مبتنی بر آهن و نیکل پایین تر هستند.

تیتانیوم دارای مدول ارتجاعی طبیعی کمی است ( ه= 110.25 GPa) - تقریبا 2 برابر کمتر از آهن و نیکل ، که ساخت سازه های سخت را با مشکل مواجه می کند.

تیتانیوم یکی از فلزات واکنشی است ، اما از مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخوردار است ، زیرا یک فیلم TiO2 منفعل پایدار در سطح آن ایجاد می شود که محکم به فلز پایه متصل شده و تماس مستقیم آن را با یک محیط خورنده منتفی می کند. ضخامت این فیلم معمولاً به 5-6 نانومتر می رسد.

به لطف فیلم اکسید ، تیتانیوم و آلیاژهای آن در جو نمی خورند ، در آب شیرین و دریا ، در برابر خوردگی حفره ای و خوردگی تنش و همچنین در اسیدهای با منشاء آلی مقاوم هستند.

تولید محصولات تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای تعدادی ویژگی فنی است. با توجه به فعالیت شیمیایی بالای تیتانیوم مذاب ، ذوب ، ریخته گری و جوشکاری قوس آن در خلاء یا در جو گازهای بی اثر انجام می شود.

در حین گرمایش تکنولوژیکی و عملیاتی ، به ویژه بالای 550-600 درجه سانتی گراد ، لازم است اقدامات لازم برای محافظت از تیتانیوم در برابر اکسیداسیون و اشباع گاز (لایه آلفا) انجام شود (به فصل 3 مراجعه کنید).

تیتانیوم در زمان گرم شدن به خوبی تحت فشار است و در هنگام سرد رضایت بخش است. به راحتی رول ، جعل ، مهر می شود. تیتانیوم و آلیاژهای آن با مقاومت و جوشکاری قوس آرگون به خوبی جوش داده می شوند و استحکام و شکل پذیری بالایی درز جوش داده شده را ایجاد می کنند. نقطه ضعف تیتانیوم ماشینکاری ضعیف به دلیل تمایل به چسبندگی ، رسانایی حرارتی پایین و خواص ضد اصطکاک ضعیف است.

هدف اصلی آلیاژسازی آلیاژهای تیتانیوم افزایش مقاومت ، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی است. آلیاژهای تیتانیوم با آلومینیوم ، کروم ، مولیبدن ، وانادیوم ، منگنز ، قلع و سایر عناصر به طور گسترده استفاده می شود. عناصر آلیاژی تأثیر زیادی بر تغییر شکل چند شکل تیتانیوم دارند.

جدول 17.1

نمرات ، ترکیب شیمیایی (٪) و سختی اسفنج تیتانیوم (GOST 17746-79)

	Ti ، نه کمتر								سختی HB ، 10/1500/30 ، نه بیشتر
	Ti ، نه کمتر								سختی HB ، 10/1500/30 ، نه بیشتر

جدول 17.2

نمرات و ترکیب شیمیایی (٪) آلیاژهای تیتانیوم فرفورژه (GOST 19807-91)

نامگذاری ها
تمبر

توجه داشته باشید. مجموع ناخالصی ها در همه آلیاژها 0.30، ، در آلیاژ VT1-00 - 0.10 is است.

شکل گیری ساختار و در نتیجه ، خواص آلیاژهای تیتانیوم به طور قاطع تحت تأثیر دگرگونی های فازی مرتبط با پلی مورفیسم تیتانیوم است. در شکل 17.1 نمودارهای نمودارهای حالت "عنصر آلیاژی تیتانیوم" را نشان می دهد ، که منعکس کننده تقسیم بندی عناصر آلیاژی بر اساس ماهیت تأثیر آنها بر تبدیل چند شکل تیتانیوم به چهار گروه است.

آ -ثبات کننده ها(Al، O، N) ، که دمای تبدیل چند شکلی a «b را افزایش می دهد و دامنه محلول های جامد بر اساس a-titanium را گسترش می دهد (شکل 17.1 ، آ) با توجه به اثر شکنندگی نیتروژن و اکسیژن ، فقط آلومینیوم برای آلیاژ تیتانیوم از اهمیت عملی برخوردار است. این عنصر اصلی آلیاژی در تمام آلیاژهای تیتانیوم صنعتی است ، چگالی و تمایل آنها به شکنندگی هیدروژن را کاهش می دهد و همچنین قدرت و ضریب ارتجاعی آنها را افزایش می دهد. آلیاژهای با ساختار پایدار با عملیات حرارتی سخت نمی شوند.

تثبیت کننده های ایزومورف b (Mo ، V ، Ni ، Ta و غیره) ، که دمای a -b را کاهش می دهد و دامنه محلول های جامد بر اساس b -titanium را گسترش می دهد (شکل 17.1 ، ب).

تثبیت کننده های b شکل دهنده ی یوتکتوئید (Cr ، Mn ، Cu و ...) می توانند ترکیبات بین فلزی TiX را با تیتانیوم تشکیل دهند. در این حالت ، پس از خنک شدن ، فاز b تحت تغییر یوتکتوئیدی b ® a + TiX قرار می گیرد (شکل 17.1 ، v) اکثریت
تثبیت کننده های ب قدرت ، مقاومت در برابر حرارت و پایداری حرارتی آلیاژهای تیتانیوم را افزایش می دهد و شکل پذیری آنها را تا حدودی کاهش می دهد (شکل 17.2.). علاوه بر این ، آلیاژهای با ساختار (a + b) و pseudo-b را می توان با عملیات حرارتی (رفع + پیری) سخت کرد.

عناصر خنثی (Zr ، Sn) به طور قابل توجهی بر دمای تبدیل چندشکلی تأثیر نمی گذارد و ترکیب فاز آلیاژهای تیتانیوم را تغییر نمی دهد (شکل 17.1 ، G).

تغییر شکل b -a چند شکلی می تواند به دو صورت رخ دهد. با سرد شدن آهسته و تحرک زیاد اتمها ، طبق مکانیسم انتشار معمول با تشکیل یک ساختار چند وجهی از یک محلول جامد رخ می دهد. هنگام خنک شدن سریع - با مکانیسم مارتنزیتی بدون انتشار با تشکیل یک ساختار مارتنزیتی سوزنی ، که با ¢ یا با درجه دوپینگ بالاتر ، ¢ مشخص می شود. ساختار کریستالی a ، a ¢ ، a ¢ pract عملا از یک نوع است (hcp) ، با این حال ، شبکه های a ¢ و a more بیشتر مخدوش می شوند و با افزایش غلظت عناصر آلیاژی ، میزان اعوجاج افزایش می یابد. اطلاعاتی وجود دارد [1] که شبکه فاز a ¢ ¢ بیشتر لوزی است تا شش ضلعی. در طول پیری ، فاز b یا فاز بین فلزی از فازهای a و a آزاد می شود.

برنج. 17.1 نمودارهای سیستم های "عنصر آلیاژی Ti" (نمودارها):
آ) "تثبیت کننده های Ti -a" ؛
ب) "تثبیت کننده های b -isomorphic b" ؛
v) "تثبیت کننده های b- تشکیل دهنده Ti-eutectoid"؛
G) "عناصر خنثی Ti"

برنج. 17.2 تأثیر عناصر آلیاژی بر خواص مکانیکی تیتانیوم

بر خلاف مارتنزیت فولادهای کربنی ، که یک محلول بینابینی است و با استحکام و شکنندگی بالا مشخص می شود ، مارتنزیت تیتانیوم یک محلول جایگزین است و فروکش آلیاژهای تیتانیوم به مارتنزیت a منجر به سخت شدن جزئی می شود و با کاهش شدید شکل پذیری همراه نیست. به

تحولات فازی که طی سرد شدن سریع و سریع آلیاژهای تیتانیوم با محتویات مختلف تثبیت کننده های b اتفاق می افتد و همچنین ساختارهای حاصل در نمودار کلی منعکس می شود (شکل 17.3). برای تثبیت کننده های ایزومورف b معتبر است (شکل 17.1 ، ب) و ، با کمی تقریب ، برای تثبیت کننده های یوتکتوئیدی تشکیل دهنده شکل (شکل 17.1 ، v) ، از آنجا که تجزیه یوتکتوئیدی در این آلیاژها بسیار آهسته رخ می دهد و می توان از آن غفلت کرد.

برنج. 17.3 طرح تغییرات در ترکیب فاز آلیاژهای "Ti-b-stabilizer" بسته به سرعت
خنک کننده و خنک کننده از منطقه b

با سرد شدن آهسته در آلیاژهای تیتانیوم ، بسته به غلظت تثبیت کننده های b ، می توان ساختارهایی را بدست آورد: به ترتیب a ، a + b یا b.

هنگام خاموش شدن در نتیجه تغییر مارتنزیتی در محدوده دمایی M n - M k (با خط نقطه ای در شکل 17.3 نشان داده شده است) ، چهار گروه از آلیاژها باید از هم متمایز شوند.

گروه اول شامل آلیاژهایی با غلظت عناصر تثبیت کننده b تا C1 است ، یعنی آلیاژهایی که وقتی از ناحیه b خاموش می شوند ، منحصراً دارای ساختار ¢ (a ¢ ¢) هستند. پس از فروکش کردن این آلیاژها از دمای منطقه (a + b) در محدوده تغییر شکل چند شکل تی 1 ، ساختار آنها ترکیبی از فازهای a ¢ (a ¢ ¢) ، a و b است و پس از خاموش شدن از دمای زیر تی cr آنها دارای ساختار (a + b) هستند.

گروه دوم شامل آلیاژهایی با غلظت عناصر آلیاژی از C 1 تا C cr است ، که در آنها وقتی از ناحیه b خاموش می شوند ، تغییر مارتنزیتی تا انتها رخ نمی دهد و ساختار آنها a (a ¢ ¢ ) و ب آلیاژهای این گروه پس از فروکش از درجه حرارت از تبدیل چندشکلی به تی cr دارای ساختار a ¢ (a ¢ ¢) ، a و b و از دمای زیر است تی cr - ساختار (a + b).

فروکش آلیاژهای گروه سوم با غلظت عناصر تثبیت کننده b از C cr تا C 2 از دمای ناحیه b یا از دمای تبدیل چند شکلی به تی 2 با تبدیل بخشی از فاز b به فاز w همراه است و آلیاژهای این نوع پس از خنک شدن دارای ساختار (b + w) هستند. آلیاژهای گروه سوم پس از خنک شدن از دمای زیر تی 2 دارای ساختار (b + a) است.

آلیاژهای گروه چهارم پس از خنک شدن از دماهای بالای تبدیل چند شکلی ، منحصراً دارای ساختار b و از دماهای زیر تغییر شکل چند شکل - (b + a) هستند.

لازم به ذکر است که تغییر b ® b + w می تواند هم در هنگام فروکش کردن آلیاژهای با غلظت (C cr -C2) و هم در هنگام پیری آلیاژهای با غلظت بیش از C2 که دارای فاز b متاستاز هستند رخ دهد. در هر صورت ، وجود فاز w نامطلوب است ، زیرا آلیاژهای تیتانیوم را به شدت خرد می کند. روشهای توصیه شده عملیات حرارتی وجود آن را در آلیاژهای صنعتی یا ظاهر آن در شرایط عملیاتی حذف می کند.

برای آلیاژهای تیتانیوم ، انواع زیر از عملیات حرارتی استفاده می شود: بازپخت ، خنک کننده و پیری ، و همچنین عملیات حرارتی شیمیایی (نیترید کردن ، سیلیکون کردن ، اکسید کردن و غیره).

پخت برای تمام آلیاژهای تیتانیوم با هدف تکمیل شکل گیری ساختار ، یکسان سازی ساختار و غلظت ناهمگن و همچنین خواص مکانیکی انجام می شود. دمای پخت باید بیشتر از دمای تبلور مجدد ، اما پایین تر از دمای انتقال به حالت b باشد ( تین.ن) برای جلوگیری از رشد دانه. درخواست دادن آنیل معمولی ، دو یا ایزوترمال(برای تثبیت ساختار و خواص) ، ناقص(برای از بین بردن استرس داخلی).

سخت شدن و پیری (عملیات حرارتی سخت شدن) برای آلیاژهای تیتانیوم با ساختار (a + b) کاربرد دارد. اصل سخت شدن عملیات حرارتی شامل بدست آوردن مراحل متاستاز b ، a ¢ ، a ¢ ¢ و تجزیه بعدی آنها با انتشار ذرات پراکنده a - و b - در طول پیری مصنوعی است. در این حالت ، اثر سخت شدن بستگی به نوع ، مقدار و ترکیب فازهای متاستابل ، و همچنین پراکندگی ذرات فاز a - و b دارد که پس از پیری تشکیل شده است.

عملیات حرارتی شیمیایی برای افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر "تشنج" هنگام کار در شرایط اصطکاک ، مقاومت در برابر خستگی و همچنین بهبود مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر حرارت انجام می شود. کاربردهای عملی نیتریتینگ ، سیلیکون سازی و برخی از انواع فلزات انتشار است.

آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با تیتانیوم فنی از استحکام بالاتری برخوردارند ، از جمله در دماهای بالا ، در حالی که از شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی به میزان کافی بالا برخوردارند.

نمرات و ترکیب شیمیایی داخلی
آلیاژها (GOST 19807-91) در جدول ارائه شده است. 17.2

با توجه به تکنولوژی ساخت ، آلیاژهای تیتانیوم به چند دسته تقسیم می شوند کار شده و ریخته گری؛ بر اساس سطح خواص مکانیکی - برای آلیاژها استحکام کم و افزایش شکل پذیری, میانگین قدرت ، قدرت بالا؛ با توجه به شرایط استفاده - روشن مقاوم در برابر سرما ، مقاوم در برابر حرارت ، مقاوم در برابر خوردگی . با توجه به توانایی آنها برای سخت شدن با عملیات حرارتی ، آنها را به سخت شدنیو تقویت نشده، با توجه به ساختار در حالت آنیل -به - -، شبه a -، (a + b) -، شبه b -و b -آلیاژها (جدول 17.3).

گروه های جداگانه آلیاژهای تیتانیوم از نظر ارزش ضریب تثبیت شرطی متفاوت هستند کیلوبایت، که نسبت محتوای عنصر آلیاژی تثبیت کننده b به محتوای آن در آلیاژ ترکیب بحرانی را نشان می دهد با cr هنگامی که آلیاژ شامل چندین عنصر تثبیت کننده b است ، آنها کیلوبایتخلاصه می شود

< 700 مگاپاسکال ، یعنی: a-آلیاژهای درجه VT1-00 ، VT1-0 (تیتانیوم فنی) و آلیاژهای OT4-0 ، OT4-1 (سیستم Ti-Al-Mn) ، AT3 (سیستم Ti-Al با افزودنیهای کوچک Cr ، Fe ، Si ، B) مربوط به شبه آلیاژها با مقدار کمی فاز b است. ویژگی های استحکام این آلیاژها به دلیل ناخالصی های موجود در آلیاژهای VT1-00 و VT1-0 و آلیاژ جزئی با آلیاژهای OT4-0 ، OT4-1 ، AT3 نسبت به تیتانیوم خالص بیشتر است. به

این آلیاژها از نظر شکل پذیری بالا در دو حالت گرم و سرد متمایز می شوند ، که این امر امکان تهیه انواع محصولات نیمه تمام را فراهم می کند: فویل ، نوار ، ورق ، صفحات ، آهنگری ، مهر زنی ، پروفیل ، لوله و غیره. محصولات نیمه تمام این آلیاژها در برگه آورده شده است. 17.4-17.6.

جدول 17.3

طبقه بندی آلیاژهای تیتانیوم بر اساس ساختار

گروه آلیاژی	درجه آلیاژی
	VT1-00 ، VT1-0 ، VT5 ، VT5-1 ، PT-7M
شبه آلیاژها (کیلوبایت< 0,25)	OT4-0 ، OT4-1 ، OT4 ، VT20 ، AT3
(a + b) -کلاس مارتنزیتی ( کیلوبایت= 0,3–0,9)	VT6S ، VT6 ، VT14 ، VT8 ، VT9 ، PT-3V ، VT3-1 ، AT3
(a + b) - آلیاژهای درجه انتقالی ( کیلوبایت= 1,0–1,4)
آلیاژهای شبه b ( کیلوبایت= 1,5–2,4)	VT35 ، VT32 ، VT15
ب - آلیاژها ( کیلوبایت= 2,5–3,0)

* آلیاژهای با تجربه

جدول 17.4

خواص مکانیکی ورق های آلیاژ تیتانیوم (GOST 22178-76)

نمرات تیتانیوم آلیاژها	شرایط نمونه هنگام آزمایش	ضخامت ورق ، میلی متر	قدرت نهایی ، s در ، MPa	طول ، d ،
نمرات تیتانیوم آلیاژها	شرایط نمونه هنگام آزمایش	ضخامت ورق ، میلی متر
	آنیل شده

		خیابان 6.0-10.5



		خیابان 6.0-10.5
	آنیل شده






		خیابان 6.0-10.5



		خیابان 6.0-10.5



		خیابان 6.0-10.5
			885 (885–1080)
	آنیل شده		885 (885–1050)
	آنیل شده	خیابان 5.0-10.5	835 (835–1050)
	معتدل و به صورت مصنوعی سن


		خیابان 7.0-10.5
	آنیل شده		930 (930–1180)

		خیابان 4.0-10.5
	آنیل شده و اصلاح شد		980 (980–1180)
	آنیل شده و اصلاح شد	خیابان 4.0-10.5	980 (980–1180)

توجه داشته باشید. مقادیر داخل پرانتز برای ورق هایی با سطح بالایی است.

جدول 17.5

خواص مکانیکی میله های آلیاژ تیتانیوم (GOST 26492-85)

درجه آلیاژی	دولت نمونه های آزمایش شده	قطر میله ،	حد قدرت در ، MPa	نسبت فامیلی افزایش طول ، %	نسبت فامیلی تنگ کردن y ،	شوکه شدن ویسکوزیته KCU ، J / cm 2
درجه آلیاژی	دولت نمونه های آزمایش شده	قطر میله ،
	آنیل شده
	آنیل شده









	آنیل شده
	آنیل شده


	آنیل شده		885 (905–1050)
	آنیل شده		835 (835–1050)
	سخت شده و پیر شده است
	آنیل شده
	آنیل شده
	سخت شده و پیر شده است
	آنیل شده		930 (980–1230)
	آنیل شده		930 (930–1180)
			980 (980–1230)
			930 (930–1180)
			980 (1030–1230)
			930 (980–1230)
	آنیل شده		885 (885–1080)
	آنیل شده		865 (865–1080)
	سخت شده و پیر شده است
	سخت شده و پیر شده است
	آنیل شده		885 (930–1130)
	آنیل شده		885 (885–1130)
			1030 (1080–1230)
			1030 (1080–1280)

توجه داشته باشید. داده های داخل براکت برای میله های با کیفیت بالاتر است.

جدول 17.6

خواص مکانیکی صفحات آلیاژی تیتانیوم (GOST 23755-79)

درجه آلیاژی	دولت مواد	ضخامت صفحات ،	قدرت نهایی در ، MPa	طول d ،٪	کاهش نسبی y ،٪	مقاومت ضربه KCU ، J / cm2
درجه آلیاژی	دولت مواد	ضخامت صفحات ،
	بدون حرارت درمانی












	آنیل شده


	آنیل شده
	آنیل شده
	معتدل و پیر
	آنیل شده



	بدون عملیات حرارتی

آهنگری ، جعل قالب و مهر زنی ورق ، نورد ، پرس مطابق حالتهای نشان داده شده در جدول در حالت گرم انجام می شود. 17.7 نورد نهایی ، مهر زنی ، طراحی و سایر عملیات در حالت سرد انجام می شود.

این آلیاژها و محصولات ساخته شده از آنها تنها مطابق حالتهای نشان داده شده در جدول در معرض پخت قرار می گیرند. 17.8 پخت ناقص برای از بین بردن تنش های داخلی ناشی از پردازش مکانیکی ، مهر زنی ورق ، جوشکاری و غیره استفاده می شود.

این آلیاژها با جوشکاری (قوس آرگون ، قوس غوطه ور ، الکترولاگ) و تماسی (نقطه ای ، غلتکی) به خوبی جوش داده می شوند. در جوشکاری فیوژن ، قدرت و شکل پذیری اتصال جوش داده شده عملاً با فلز پایه یکسان است.

مقاومت در برابر خوردگی این آلیاژها در بسیاری از محیطها (آب دریا ، کلریدها ، قلیاها ، اسیدهای آلی و غیره) به جز محلولهای HF ، H 2 SO 4 ، HCl و برخی دیگر زیاد است.

کاربرد. این آلیاژها به طور گسترده ای به عنوان مواد ساختاری برای تولید تقریباً همه نوع محصولات ، قطعات و سازه های نیمه تمام ، از جمله قطعات جوش داده شده استفاده می شوند. کاربرد آنها در مهندسی هوافضا ، مهندسی شیمی ، مهندسی سرمازدگی (جدول 17.9.) ، و همچنین در واحدها و سازه هایی که در دمای 300-350 درجه سانتیگراد کار می کنند ، مثرتر است.

این گروه شامل آلیاژهایی با مقاومت کششی s in است = 750-1000 مگاپاسکال ، یعنی: a - آلیاژهای درجه VT5 و VT5-1 ؛ شبه آلیاژهای درجه OT4 ، VT20 ؛ (a + b) -آلیاژهای درجه PT3V ، و همچنین VT6 ، VT6S ، VT14 در حالت بازپخت.

آلیاژهای VT5 ، VT5-1 ، OT4 ، VT20 ، PT3V ، VT6S ، حاوی مقدار کمی از فاز b (2-7 of از فاز b در حالت تعادل) ، تحت عملیات حرارتی سخت شدن قرار نمی گیرند و مورد استفاده قرار می گیرند. در حالت آنیل شده آلیاژ VT6S گاهی اوقات در حالت حرارتی سخت استفاده می شود. آلیاژهای VT6 و VT14 هر دو در حالت بازپخت و حرارتی سخت استفاده می شوند. در حالت دوم ، قدرت آنها از 1000 مگاپاسکال بیشتر می شود و در بخشی که به آلیاژهای با مقاومت بالا اختصاص داده شده است ، مورد بررسی قرار می گیرد.

آلیاژهای مورد بررسی ، همراه با افزایش استحکام ، شکل پذیری مطلوبی را در حالت سرد و شکل پذیری مطلوبی را در حالت گرم حفظ می کنند ، که امکان تهیه انواع محصولات نیمه تمام از آنها را فراهم می کند: ورق ، نوار ، پروفیل ، آهنگری ، مهر زنی ، لوله ها ، و غیره استثناء آلیاژ VT5 است که از ورق ها و صفحات به دلیل پلاستیسیته کم فناوری ساخته نشده است. حالتهای گرمایش تحت فشار در جدول آورده شده است. 17.7

این دسته از آلیاژها عمده تولید محصولات نیمه تمام مورد استفاده در مهندسی مکانیک را تشکیل می دهند. مشخصات مکانیکی محصولات نیمه تمام اصلی در جدول آورده شده است. 17.4-17.6.

تمام آلیاژهای با قدرت متوسط با انواع جوشکاری که برای تیتانیوم استفاده می شود به خوبی جوش می دهند. استحکام و شکل پذیری اتصال جوش داده شده به همجوشی نزدیک به استحکام و شکل پذیری فلز پایه است (برای آلیاژهای VT20 و VT6S ، این نسبت 0.9-0.95 است). پس از جوشکاری ، برای تسکین تنش های داخلی جوش ، پخت ناقص توصیه می شود (جدول 17.8).

قابلیت ماشینکاری این آلیاژها خوب است. مقاومت در برابر خوردگی در بیشتر محیط های خورنده مشابه تیتانیوم فنی VT1-0 است.

جدول 17.7

حالتهای داغ کار آلیاژهای تیتانیوم

درجه آلیاژی

حالت جعل شمشیر

حالت جعل قبل از
جاهای خالی تغییر شکل یافته

حالت مشت زدن را فشار دهید

حالت مشت زدن چکش

حالت
ورق
مهر زنی

درجه حرارت
تغییر شکل ، ° С

ضخامت ،
میلی متر

درجه حرارت
تغییر شکل،
درجه سانتی گراد

درجه حرارت
تغییر شکل ، ° С

درجه حرارت
تغییر شکل،
درجه سانتی گراد

پایان

همه چيز
ضخامت

40–70
40–70

40–50**
70***

850
900–850

40–50**
70***

همه چيز
ضخامت

* درجه تغییر شکل برای یک گرمایش ،.

** تغییر شکل در منطقه (a + b).

*** تغییر شکل در ناحیه b.

جدول 17.8

روشهای پخت آلیاژهای تیتانیوم

درجه آلیاژی	دمای پخت ، ° С		توجه داشته باشید
درجه آلیاژی	ورق و جزئیات از آنها	میله ها ، آهنگری ها ، مهرها ، لوله ها ، پروفیل ها و قطعات از آنها	توجه داشته باشید
			445-585 درجه سانتی گراد *
			445-585 درجه سانتی گراد *
			480-520 درجه سانتی گراد *
			520-560 درجه سانتی گراد *
			545-585 درجه سانتی گراد *
			پخت هم دما: گرمایش تا 870-920 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن ، خنک کردن تا 600-650 درجه سانتیگراد ، خنک کردن با کوره یا انتقال به کوره دیگر ، نگه داشتن به مدت 2 ساعت ، خنک شدن در هوا
			بازپخت دوگانه ، نگه داشتن در دمای 550-600 درجه سانتی گراد به مدت 2-5 ساعت. برای قطعات قدرت ، بازپخت در دمای 850 درجه سانتیگراد ، خنک کننده هوا مجاز است
			550-650 درجه سانتی گراد *
			550-650 درجه سانتی گراد *
			پخت با توجه به حالتهای زیر مجاز است: 1) گرم کردن تا 850 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن ، خنک کردن با کوره تا 750 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن به مدت 3.5 ساعت ، خنک کردن در هوا ؛ 2) گرم کردن تا 800 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن به مدت 30 دقیقه ، خنک کردن با فر تا 500 درجه سانتیگراد ، سپس در هوا
			آنیل دوگانه ، در دمای 570-600 درجه سانتیگراد - 1 ساعت نگه داشته می شود. بازپخت ایزوترمال مجاز است: گرم کردن تا 920-950 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن ، خنک کردن با کوره یا انتقال به کوره دیگر با دمای 570-600 درجه سانتی گراد ، نگه داشتن به مدت 1 ساعت ، خنک کننده در هوا
			آنیل دوگانه ، در دمای 530-580 درجه سانتیگراد - 2 تا 12 ساعت نگه داشته می شود. بازپخت ایزوترمال مجاز است: گرم کردن تا 950-980 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن ، خنک کردن با کوره یا انتقال به کوره دیگر با دمای 530-580 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن به مدت 2 تا 12 ساعت ، خنک کننده هوا
			550-650 درجه سانتی گراد *
			بازپخت ایزوترمال مجاز است: گرم کردن تا 790-810 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن ، خنک کردن با کوره یا انتقال به کوره دیگر تا 640-660 درجه سانتیگراد ، نگه داشتن به مدت 30 دقیقه ، خنک کردن در هوا
			بازپخت قطعات ورق در دمای 650-750 درجه سانتی گراد مجاز است ، (600-650 درجه سانتی گراد) *
		(بسته به بخش و نوع محصول نیمه تمام)	با فر با سرعت 2-4 درجه سانتی گراد در دقیقه تا 450 درجه سانتیگراد ، سپس در هوا خنک شوید. بازپخت مضاعف ، نگه داشتن در دمای 500-650 درجه سانتی گراد به مدت 1 تا 4 ساعت. دوبار بازپخت برای قطعاتی که در دمای حداکثر 300 درجه سانتی گراد و مدت زمان تا 2000 ساعت کار می کنند مجاز است.


			(545-585 درجه سانتی گراد *)

* دمای پخت ناقص.

جدول 17.9

ویژگی های مکانیکی آلیاژهای تیتانیوم در دمای پایین

s در (MPa) در دما ، ° С	d (٪) در دما ، ° С	КСU ، J / cm 2 در دما ، ° С

کاربرد. این آلیاژها توصیه می شود برای تولید محصولات با مهر زنی ورق (OT4 ، VT20) ، برای قطعات و مجموعه های جوش داده شده ، برای قطعات جوش داده شده با مهر (VT5 ، VT5-1 ، VT6S ، VT20) و غیره آلیاژ VT6S به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گیرد. برای ساخت کشتی ها و مخازن تحت فشار استفاده می شود. قطعات و مجموعه های ساخته شده از آلیاژهای OT4 ، VT5 می توانند برای مدت طولانی در دمای 400 درجه سانتیگراد و برای مدت کوتاهی - تا 750 درجه سانتیگراد کار کنند. از آلیاژهای VT5-1 ، VT20 - برای مدت طولانی در دمای 450-500 درجه سانتیگراد و برای مدت کوتاهی - تا 800-850 درجه سانتیگراد. آلیاژهای VT5-1 ، OT4 ، VT6S نیز برای استفاده در تبرید توصیه می شود و مهندسی برودتی (جدول 17.9).

این گروه شامل آلیاژهایی با مقاومت کششی s> 1000 مگاپاسکال ، یعنی (a + b) -آلیاژهای درجه VT6 ، VT14 ، VT3-1 ، VT22 است. مقاومت بالا در این آلیاژها با سخت شدن عملیات حرارتی (سخت شدن + پیری) بدست می آید. استثناء آلیاژ VT22 با آلیاژ بالا است که حتی در حالت آنیل s = 1000 مگاپاسکال دارد.

این آلیاژها ، همراه با استحکام بالا ، قابلیت انعطاف پذیری خوب (VT6) و رضایت بخش (VT14 ، VT3-1 ، VT22) را در حالت داغ حفظ می کنند ، که این امر باعث می شود محصولات نیمه تمام مختلفی از آنها به دست آید: ورق (به جز VT3- 1) ، میله ها ، صفحات ، آهنگری ها ، مهر زنی ، پروفیل ها و غیره حالت های کار گرم با فشار در جدول آورده شده است. 17.7 آلیاژهای VT6 و VT14 در حالت بازپخت (ثانیه در »850 مگاپاسکال) می توانند با تغییر شکل های کوچک در معرض مهر سرد قرار گیرند. مشخصات مکانیکی محصولات نیمه تمام اصلی در حالتهای آنیل و سخت شده در جدول آمده است. 17.4-17.6.

علیرغم ساختار هتروفاز ، آلیاژهای مورد بررسی دارای جوش پذیری رضایت بخشی برای انواع جوشکاری مورد استفاده برای تیتانیوم هستند. برای اطمینان از میزان استحکام و شکل پذیری لازم ، آنیل کامل اجباری است ، و برای آلیاژ VT14 (با ضخامت قطعات جوش داده شده بین 10-18 میلی متر) ، توصیه می شود که خاموش شدن را به دنبال پیری انجام دهید. در این حالت ، قدرت اتصال جوش داده شده (جوشکاری فیوژن) کمتر از 0.9 مقاومت فلز پایه نیست. شکل پذیری اتصال جوش خورده نزدیک به فلز پایه است.

قابلیت ماشینکاری رضایت بخش است. برش آلیاژها را می توان هم در حالت بازپخت و هم در حالت حرارتی سخت شده انجام داد.

این آلیاژها در شرایط پخت و حرارت سخت در جو مرطوب ، آب دریا ، در بسیاری از محیط های خورنده دیگر ، مانند تیتانیوم فنی ، مقاومت به خوردگی بالایی دارند.

حرارت درمانی . آلیاژهای VT3-1 ، VT6 ، VT6S ، VT14 ، VT22 سفت شده و پیر می شوند (به بالا مراجعه کنید). حالتهای گرمایش توصیه شده برای سخت شدن و پیری برای محصولات یکپارچه ، محصولات نیمه تمام و قطعات جوش داده شده در جدول آمده است. 17.10

خنک کردن در هنگام خنک کننده در آب انجام می شود و پس از پیری - در هوا انجام می شود. سختی کامل برای قطعات ساخته شده از آلیاژهای VT6 ، VT6S با حداکثر بخش تا 40-45 میلی متر ، و برای آلیاژهای VT3-1 ، VT14 ، VT22 - تا 60 میلی متر ارائه می شود.

برای اطمینان از ترکیب رضایت بخش مقاومت و شکل پذیری آلیاژها با ساختار (a + b) پس از خنک شدن و پیری ، لازم است ساختار آنها قبل از سخت شدن عملیات حرارتی با هم برابر یا "سبد بافی" باشد. نمونه هایی از ریزساختارهای اولیه که خواص رضایت بخشی را ارائه می دهند در شکل نشان داده شده است. 17.4 (انواع 1-7).

جدول 17.10

روش های سخت شدن عملیات حرارتی آلیاژهای تیتانیوم

درجه آلیاژی	دمای تغییر شکل چند شکل تیص ، ° С	درجه حرارت حرارت برای سخت شدن ، ° С	درجه حرارت پیری ، ° С	مدت زمان پیری ، ح

ساختار سوزنی اولیه آلیاژ با حضور محدوده دانه اولیه فاز b (انواع 8-9) هنگام گرم شدن بیش از حد پس از خاموش شدن و پیری یا بازپخت منجر به قراضه - کاهش قدرت و شکل پذیری می شود. بنابراین ، اجتناب از حرارت دادن (a + b) -آلیاژهای به دمای بالاتر از دمای تبدیل چندشکلی ، زیرا ساختار گرمای بیش از حد را نمی توان با عملیات حرارتی اصلاح کرد.

توصیه می شود در طول عملیات حرارتی در کوره های برقی با کنترل و ضبط خودکار دما گرم شود. برای جلوگیری از تشکیل رسوب ، گرمایش قطعات و ورق های تمام شده باید در کوره هایی با جو محافظ یا با استفاده از روکش های محافظ انجام شود.

هنگام گرم کردن قطعات ورق نازک برای سفت شدن برای یکسان سازی دما و کاهش تاب خوردگی آنها ، یک صفحه فولادی با ضخامت 30-40 میلی متر روی کوره زیر قرار می گیرد. برای سخت شدن قطعات پیکربندی پیچیده و قطعات دیواره نازک ، از دستگاههای ثابت کننده برای جلوگیری از پیچ خوردگی و چسبندگی استفاده می شود.

پس از پردازش درجه حرارت بالا (خاموش شدن یا پختن) در کوره بدون جو محافظ ، محصولات نیمه تمام که تحت پردازش بیشتری قرار نمی گیرند باید تحت عملیات هیدرو سندبلاست یا ماسه کوراندوم قرار گیرند و محصولات ورق نیز باید اچ شوند.

کاربرد. آلیاژهای تیتانیوم با استحکام بالا برای تولید قطعات و مجموعه های مهم استفاده می شود: سازه های جوش داده شده (VT6 ، VT14) ، توربین ها (VT3-1) ، مجموعه های جوش داده شده با مهر (VT14) ، قطعات بسیار بار دار و سازه های مهر شده (VT22). این آلیاژها می توانند برای مدت طولانی در دمای 400 درجه سانتیگراد و برای مدت کوتاهی تا 750 درجه سانتیگراد کار کنند.

یکی از ویژگیهای آلیاژهای تیتانیوم با مقاومت بالا به عنوان یک ماده ساختاری ، افزایش حساسیت آنها به متمرکز کننده های تنش است. بنابراین ، هنگام طراحی قطعات از این آلیاژها ، لازم است تعدادی از الزامات (افزایش کیفیت سطح ، افزایش شعاع انتقال از یک بخش به بخش دیگر و غیره) ، مشابه مواردی که هنگام استفاده زیاد وجود دارد ، در نظر گرفته شود. فولادهای قوی

- عنصری از گروه 4 دوره چهارم. یک فلز انتقالی ، که دارای ویژگی های اساسی و اسیدی است ، در طبیعت بسیار گسترده است - مکان دهم. جالب ترین برای اقتصاد ملی ترکیب سختی و سبکی فلز بالا است ، که آن را به عنصری ضروری برای ساخت هواپیما تبدیل می کند. این مقاله در مورد علامت گذاری ، آلیاژسازی و سایر خواص فلز تیتانیوم به شما می گوید ، توضیحات کلی و حقایق جالب در مورد آن ارائه می دهد.

در ظاهر ، این فلز بیشتر شبیه فولاد است ، اما کیفیت مکانیکی آن بیشتر است. در عین حال ، تیتانیوم با وزن کم - وزن مولکولی 22 متمایز می شود. خواص فیزیکی عنصر به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است ، اما آنها به شدت به خلوص فلز بستگی دارند ، که منجر به انحرافات قابل توجه می شود.

علاوه بر این ، خواص شیمیایی خاص آن اهمیت دارد. تیتانیوم در برابر قلیاها ، اسید نیتریک مقاوم است و در عین حال به شدت با هالوژن های خشک و در دمای بالاتر - با اکسیژن و نیتروژن تعامل می کند. حتی بدتر ، در صورت وجود سطح فعال ، جذب هیدروژن را حتی در دمای اتاق شروع می کند. و در مذاب اکسیژن و هیدروژن را به شدت جذب می کند به طوری که ذوب باید در خلا انجام شود.

یکی دیگر از ویژگی های مهم که ویژگی های فیزیکی را تعیین می کند ، وجود 2 مرحله از حالت است.

دمای پایین-α-Ti دارای یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده است ، چگالی ماده 4.55 گرم در سی سی است. سانتی متر (در دمای 20 درجه سانتی گراد).
درجه حرارت بالا- β-Ti با یک شبکه مکعبی بدن محور مشخص می شود ، چگالی فاز به ترتیب کمتر است- 4 ، 32 گرم / سی سی. ببینید (در دمای 900 درجه سانتیگراد).

دمای انتقال فاز 883 درجه سانتی گراد است.

در شرایط عادی ، فلز با یک فیلم اکسید محافظ پوشانده شده است. در غیاب آن ، تیتانیوم خطر بزرگی ایجاد می کند. بنابراین ، گرد و غبار تیتانیوم می تواند منفجر شود ، دمای چنین فلش 400 درجه سانتیگراد است. تراشه های تیتانیوم یک ماده خطرناک برای آتش سوزی هستند و در محیط خاصی ذخیره می شوند.

ویدئوی زیر درباره ساختار و خواص تیتانیوم می گوید:

خواص و ویژگی های تیتانیوم

امروزه تیتانیوم با دوام ترین ماده در بین تمام مواد فنی موجود است ، بنابراین ، علیرغم پیچیدگی به دست آوردن و الزامات ایمنی بالا ، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی های فیزیکی عنصر کاملاً غیر معمول است ، اما بستگی زیادی به خلوص دارد. بنابراین ، تیتانیوم خالص و آلیاژها به طور فعال در ساخت موشک و هواپیما استفاده می شوند ، در حالی که موارد فنی نامناسب هستند ، زیرا در دمای بالا به دلیل ناخالصی ها قدرت خود را از دست می دهند.

تراکم فلز

چگالی یک ماده با دما و فاز تغییر می کند.

در دمای 0 تا نقطه ذوب ، از 4.51 به 4.26 گرم در سی سی کاهش می یابد. سانتی متر ، و در طول مرحله انتقال 0.15 increase افزایش می یابد ، و سپس دوباره کاهش می یابد.
چگالی فلز مایع 4.12 گرم در متر مکعب است. سانتی متر ، و سپس با افزایش دما کاهش می یابد.

نقاط ذوب و جوش

انتقال فاز تمام خواص یک فلز را به کیفیت هایی تقسیم می کند که فازهای α- و β می توانند از خود نشان دهند. بنابراین ، چگالی تا 883 درجه سانتی گراد به کیفیت فاز α و نقاط ذوب و جوش-به پارامترهای فاز β اشاره دارد.

نقطه ذوب تیتانیوم (در درجه) 1668 +/- 5 درجه سانتیگراد است.
نقطه جوش به 3227 درجه سانتیگراد می رسد.

سوزاندن تیتانیوم در این ویدئو نشان داده شده است:

ویژگی های مکانیکی

تیتانیوم حدود 2 برابر قوی تر از آهن و 6 برابر قوی تر از آلومینیوم است ، که این ماده را به یک ساختار ساختاری با ارزش تبدیل کرده است. شاخص ها به خواص فاز α مربوط می شوند.

استحکام کششی ماده در کشش 300-450 مگاپاسکال است. این شاخص را می توان با افزودن برخی عناصر به 2000 مگاپاسکال افزایش داد و همچنین با استفاده از پردازش ویژه - سخت شدن و پیری.

جالب است که تیتانیوم قدرت ویژه خود را حتی در کمترین دما حفظ می کند. علاوه بر این ، با کاهش دما ، مقاومت خمشی افزایش می یابد: در +20 درجه سانتیگراد ، شاخص 700 مگاپاسکال و در -196 - 1100 مگاپاسکال است.

خاصیت ارتجاعی فلز نسبتاً کم است که این یک نقطه ضعف قابل توجه برای این ماده است. مدول الاستیسیته در شرایط عادی 110.25 GPa است. علاوه بر این ، تیتانیوم با ناهمسانگردی مشخص می شود: کشش در جهات مختلف به مقادیر مختلف می رسد.
سختی ماده در مقیاس HB 103 است. علاوه بر این ، شاخص یک متوسط است. بسته به خلوص فلز و ماهیت ناخالصی ها ، سختی ممکن است بیشتر باشد.
نقطه تسلیم معمولی 250-380 مگاپاسکال است. هرچه این شاخص بیشتر باشد ، محصولات این ماده در برابر بارها بهتر مقاومت می کنند و بیشتر در برابر سایش مقاومت می کنند. شاخص تیتانیوم 18 برابر شاخص آلومینیوم است.

در مقایسه با سایر فلزات با شبکه مشابه ، این فلز دارای شکل پذیری و شکل پذیری بسیار مناسبی است.

ظرفیت گرمایی

این فلز با هدایت حرارتی پایین مشخص می شود ، بنابراین ، در مناطق مربوطه ، به عنوان مثال ، از ساخت ترموالکترودها استفاده نمی شود.

هدایت حرارتی آن 16.76 لیتر ، W / (m × درجه) است. این مقدار 4 برابر آهن و 12 برابر کمتر از آهن است.
اما ضریب انبساط حرارتی تیتانیوم در دمای معمولی ناچیز است و با افزایش دما افزایش می یابد.
ظرفیت حرارتی فلز 0.523 کیلوژول / (کیلوگرم · کیلوگرم) است.

ویژگی های الکتریکی

همانطور که اغلب اتفاق می افتد ، رسانایی حرارتی پایین نیز هدایت الکتریکی پایینی را ایجاد می کند.

مقاومت الکتریکی فلز بسیار زیاد است - 42.1 · 10 -6 اهم · cm در شرایط عادی. اگر فرض کنیم که رسانایی نقره 100٪ است ، در این صورت رسانایی تیتانیوم 3.8٪ خواهد بود.
تیتانیوم یک آهنربای پارامغناطیس است ، یعنی نمی توان آن را مانند آهن در میدان مغناطیسی کرد ، اما همانطور که نخواهد از میدان بیرون رانده شد. این ویژگی به طور خطی با کاهش دما کاهش می یابد ، اما پس از عبور از حداقل آن کمی افزایش می یابد. حساسیت مغناطیسی خاص 3.2 10 -6 G -1 است. لازم به ذکر است که حساسیت و همچنین کشش ، ناهمسانگردی را ایجاد می کند و بسته به جهت تغییر می کند.

در دمای 3.8 درجه سانتیگراد ، تیتانیوم به یک ابررسانا تبدیل می شود.

مقاومت در برابر خوردگی

در شرایط عادی ، تیتانیوم دارای خواص ضد خوردگی بسیار بالایی است. در هوا ، با یک لایه اکسید تیتانیوم به ضخامت 5 تا 15 میکرومتر پوشانده شده است ، که باعث ایجاد بی تحرکی شیمیایی عالی می شود. این فلز در هوا ، هوای دریا ، آب دریا ، کلر مرطوب ، آب کلر و بسیاری از محلول ها و معرفهای تکنولوژیکی دیگر دچار خوردگی نمی شود ، که این امر را در صنایع شیمیایی ، کاغذسازی و روغن ضروری می کند.

با افزایش دما یا سنگ زنی شدید فلز ، تصویر به طرز چشمگیری تغییر می کند. این فلز تقریباً با تمام گازهای تشکیل دهنده جو واکنش می دهد و در حالت مایع نیز آنها را جذب می کند.

امنیت

تیتانیوم یکی از بیولوژیکی ترین فلزات است. در پزشکی ، از آن برای ساخت پروتز استفاده می شود ، زیرا در برابر خوردگی مقاوم است ، سبک و بادوام است.

دی اکسید تیتانیوم چندان ایمن نیست ، اگرچه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد - به عنوان مثال در صنایع آرایشی ، صنایع غذایی. بر اساس برخی گزارشات - UCLA ، تحقیقات پروفسور روبرت شیستل ، نانوذرات دی اکسید تیتانیوم بر دستگاه ژنتیکی تأثیر می گذارد و ممکن است در ایجاد سرطان نقش داشته باشد. علاوه بر این ، این ماده از طریق پوست نفوذ نمی کند ، بنابراین استفاده از کرم های ضد آفتاب حاوی دی اکسید خطری ایجاد نمی کند ، اما ماده ای که در بدن وارد می شود - با رنگ های غذایی ، افزودنی های بیولوژیکی ، می تواند خطرناک باشد.

تیتانیوم یک فلز منحصر به فرد قوی ، سخت و سبک با خواص شیمیایی و فیزیکی بسیار جالب است. این ترکیب آنقدر ارزشمند است که حتی مشکلات ذوب و تصفیه تیتانیوم تولید کنندگان را متوقف نمی کند.

این ویدئو چگونه تیتانیوم را از فولاد تشخیص می دهد:

تیتانیوم- فلز سبک و بادوام به رنگ سفید نقره ای. این در دو اصلاح کریستالی وجود دارد: α-Ti با یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده ، β-Ti با یک بسته بندی بدن محور مکعب ، دمای تبدیل چند شکلی α↔β 883 درجه سانتی گراد. آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم سبکی ، استحکام ، خوردگی بالا را ترکیب می کنند. مقاومت ، ضریب حرارتی پایین. انبساط ، توانایی کار در طیف وسیعی از درجه حرارت.

همچنین ببینید:

ساختار

تیتانیوم دارای دو اصلاح آلوتروپیک است. اصلاح درجه حرارت پایین ، که تا 882 درجه سانتی گراد وجود دارد ، دارای یک شبکه شش ضلعی بسته بندی شده با دوره های a = 0.296 نانومتر و c = 0.472 نانومتر است. اصلاح درجه حرارت بالا دارای شبکه مکعبی بدن محور با دوره a = 0.332 نانومتر است.
دگرگونی چندشکلی (882 درجه سانتی گراد) با سرد شدن آهسته مطابق با مکانیسم عادی با تشکیل دانه های معادل اکسید ، و با سرد شدن سریع ، با توجه به مکانیسم مارتنزیتی با تشکیل یک ساختار سوزنی رخ می دهد.
تیتانیوم به دلیل داشتن یک لایه اکسید محافظ در سطح آن دارای خوردگی و مقاومت شیمیایی بالایی است. در آب شیرین و دریا ، اسیدهای معدنی ، آبزیان و غیره دچار خوردگی نمی شود.

املاک

نقطه ذوب 1671 درجه سانتی گراد ، نقطه جوش 3260 درجه سانتی گراد است ، چگالی α-Ti و β-Ti به ترتیب 4.505 (20 درجه سانتی گراد) و 4.32 (900 درجه سانتی گراد) گرم بر سانتی متر مربع ، چگالی اتمی 5.71 است 22 1022 در / سانتی متر مربع پلاستیک ، قابل جوش در جو بی اثر.
تیتانیوم تجاری مورد استفاده در صنعت حاوی ناخالصی های اکسیژن ، نیتروژن ، آهن ، سیلیکون و کربن است که باعث افزایش استحکام آن ، کاهش پلاستیسیته و تأثیر بر دمای تغییر شکل چندشکلی می شود که در محدوده 865-920 درجه سانتی گراد رخ می دهد. برای درجه های تیتانیوم فنی VT1-00 و VT1-0 ، چگالی حدود 4.32 گرم در سانتی متر 3 ، استحکام کششی 300-550 MN / m 2 (30-55 کیلوگرم بر میلی متر 2) ، طول کمتر از 25 نیست ٪ ، سختی برینل 1150 -1650 Mn / m2 (115-165 kgf / mm2) است. یک پارامغناطیس است. پیکربندی پوسته الکترون بیرونی اتم Ti 3d24s2 است.

ویسکوزیته بالایی دارد ، در حین ماشینکاری مستعد چسبیدن به ابزار برش است و بنابراین نیاز به استفاده از روکش های مخصوص روی ابزار ، روان کننده های مختلف دارد.

در دمای معمولی ، با یک فیلم محافظ فعال از اکسید TiO2 پوشانده شده است ، به همین دلیل ، در اکثر محیط ها (به جز قلیایی) مقاوم در برابر خوردگی است. گرد و غبار تیتانیوم تمایل به انفجار دارد. نقطه اشتعال 400 درجه سانتی گراد

رزرو و تولید

سنگ معدن اصلی عبارتند از ایلمنیت (FeTiO 3) ، روتیل (TiO 2) ، تیتانیت (CaTiSiO 5).

در سال 2002 ، 90 درصد از تیتانیوم استخراج شده برای تولید دی اکسید تیتانیوم TiO2 استفاده شد. تولید جهانی دی اکسید تیتانیوم 4.5 میلیون تن در سال بود. ذخایر تأیید شده دی اکسید تیتانیوم (به استثنای روسیه) حدود 800 میلیون تن است. برای سال 2006 ، بر اساس گزارش زمین شناسی ایالات متحده ، از نظر دی اکسید تیتانیوم و بدون احتساب روسیه ، ذخایر سنگهای ایلمنیت 603-673 میلیون تن و روتیل است. سنگ معدن - 49.7-52.7 میلیون تن. بنابراین ، با نرخ فعلی استخراج ذخایر اثبات شده تیتانیوم جهان (به استثنای روسیه) برای بیش از 150 سال کافی خواهد بود.

روسیه دارای دومین ذخایر بزرگ تیتانیوم در جهان پس از چین است. منابع معدنی تیتانیوم در روسیه از 20 کانسار تشکیل شده است (از این تعداد 11 مورد اولیه و 9 نهشته ذخیره ای است) ، که به طور مساوی در سراسر کشور پراکنده شده اند. بزرگترین ذخایر کشف شده در 25 کیلومتری شهر اوختا (جمهوری کومی) واقع شده است. ذخایر این کانسار 2 میلیارد تن برآورد شده است.

کنسانتره سنگ معدن تیتانیوم تحت اسید سولفوریک یا پردازش پیرومتالورژی قرار می گیرد. محصول تیمار سولفوریک اسید پودر دی اکسید تیتانیوم TiO2 است. با روش پیرومتالورژی ، سنگ معدن با کک متخلخل شده و با کلر تیمار می شود ، بخارات تتراکلراید تیتانیوم را در دمای 850 درجه سانتی گراد دریافت کرده و با منیزیم کاهش می دهد.

"اسفنج" تیتانیوم حاصله ذوب شده و تصفیه می شود. کنسانتره ایلمنیت در کوره های قوس الکتریکی با کلر زنی بعدی سرباره های تیتانیومی که بوجود می آیند کاهش می یابد.

اصل و نسب

تیتانیوم دهمین فراوانی در طبیعت است. محتوای پوسته زمین 0.57 by وزن ، در آب دریا - 0.001 میلی گرم در لیتر است. در سنگهای اولتراباسیک 300 گرم در تن ، در سنگهای اساسی - 9 کیلوگرم در تن ، در سنگهای اسیدی 2.3 کیلوگرم در تن ، در رسها و شیلها 4.5 کیلوگرم در تن. در پوسته زمین ، تیتانیوم تقریبا همیشه چهار ظرفیتی است و فقط در ترکیبات اکسیژن وجود دارد. به صورت رایگان یافت نمی شود. تیتانیوم در شرایط هوازدگی و ته نشینی دارای تمایل ژئوشیمیایی برای Al 2 O 3 است. در بوکسیت پوسته هوازدگی و رسوبات خاک رس دریایی متمرکز شده است.
تیتانیوم به شکل قطعات مکانیکی مواد معدنی و به شکل کلوئید منتقل می شود. در برخی رسها تا 30٪ TiO2 وزن تجمع می یابد. مواد معدنی تیتانیوم در برابر هوازدگی مقاوم هستند و غلظت های زیادی را در محلول ها ایجاد می کنند. بیش از 100 ماده معدنی حاوی تیتانیوم شناخته شده است. مهمترین آنها: روتیل TiO 2 ، ایلمنیت FeTiO 3 ، تیتانومغناطیت FeTiO 3 + Fe3O 4 ، پروسکیت CaTiO 3 ، تیتانیت CaTiSiO 5. سنگ معدن اولیه تیتانیوم-ایلمنیت-تیتانومغنیت و سنگ معدن-روتیل-ایلمنیت-زیرکون وجود دارد.
ذخایر تیتانیوم در آفریقای جنوبی ، روسیه ، اوکراین ، چین ، ژاپن ، استرالیا ، هند ، سیلان ، برزیل ، کره جنوبی ، قزاقستان واقع شده است. در کشورهای مستقل مشترک المنافع ، فدراسیون روسیه (58.5٪) و اوکراین (40.2٪) در ذخایر اکتشاف شده سنگ معدن تیتانیوم مقام اول را دارند.

کاربرد

آلیاژهای تیتانیوم نقش مهمی در مهندسی هوانوردی ایفا می کنند ، جایی که هدف بدست آوردن سبک ترین طراحی همراه با مقاومت مورد نیاز است. تیتانیوم در مقایسه با سایر فلزات سبک است ، اما در عین حال می تواند در دمای بالا نیز کار کند. آلیاژهای تیتانیوم برای ساخت روکش ، قطعات اتصال ، مجموعه قدرت ، قطعات شاسی و واحدهای مختلف استفاده می شود. همچنین از این مواد در طراحی موتورهای جت هواپیما استفاده می شود. این به شما این امکان را می دهد که وزن آنها را 10 تا 25 درصد کاهش دهید. آلیاژهای تیتانیوم برای تولید دیسک ها و تیغه های کمپرسور ، قسمت هایی از ورودی هوا و پره های هدایت کننده و بست ها استفاده می شود.

همچنین از تیتانیوم و آلیاژهای آن در موشک سازی استفاده می شود. به دلیل عملکرد کوتاه مدت موتورها و عبور سریع لایه های متراکم جو در موشک اندازی ، مشکلات قدرت خستگی ، استقامت ایستا و تا حدی خزش تا حد زیادی برطرف می شود.

تیتانیوم فنی به دلیل استحکام حرارتی به اندازه کافی بالا ، برای استفاده در حمل و نقل هوایی مناسب نیست ، اما به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی ، در برخی موارد در صنایع شیمیایی و کشتی سازی ضروری است. بنابراین در تولید کمپرسور و پمپ برای پمپاژ محیطهای تهاجمی مانند سولفوریک و اسید کلریدریک و نمکهای آنها ، خطوط لوله ، شیرها ، اتوکلاوها ، انواع ظروف ، فیلترها و غیره استفاده می شود. فقط تیتانیوم در محیط هایی مانند کلر مرطوب ، محلول های آبی و اسیدی کلر مقاوم در برابر خوردگی است ، بنابراین تجهیزات صنعت کلر از این فلز ساخته شده است. مبدل های حرارتی از تیتانیوم ساخته شده اند که در محیط های خورنده عمل می کنند ، به عنوان مثال ، در اسید نیتریک (بدون بخور). در کشتی سازی ، تیتانیوم برای ساخت پروانه ها ، بدنه کشتی ها ، زیردریایی ها ، اژدرها و غیره استفاده می شود. پوسته ها به تیتانیوم و آلیاژهای آن پایبند نیستند ، که مقاومت کشتی را در حین حرکت به شدت افزایش می دهد.

آلیاژهای تیتانیوم برای استفاده در بسیاری از کاربردهای دیگر امیدوار کننده است ، اما گسترش آنها در فناوری به دلیل هزینه بالا و کمیاب بودن تیتانیوم محدود شده است.

تیتانیوم - Ti

طبقه بندی

Strunz (ویرایش هشتم)	1 / A.06-05
دانا (ویرایش هفتم)	1.1.36.1
نیکل استرونز (ویرایش دهم)	1.AB.05

صفحه 1

هدایت حرارتی تیتانیوم - 14 0 W / m درجه است که کمی کمتر از هدایت حرارتی فولاد آلیاژی است. مواد به خوبی جعل شده ، مهر شده ، با برش پردازش می شوند. محصولات تیتانیوم با یک الکترود تنگستن در یک محیط آرگون محافظ جوش داده می شوند. اخیراً از تیتانیوم برای تولید طیف وسیعی از لوله ها ، ورق ها و محصولات نورد استفاده شده است.

هدایت حرارتی تیتانیوم پایین است - حدود 13 برابر آلومینیوم و 4 تا 4 برابر کمتر از آهن.

هدایت حرارتی تیتانیوم نزدیک به هدایت حرارتی فولاد ضد زنگ است و مقدار آن 14 کیلو کالری بر متر بر ساعت است. تیتانیوم به خوبی جعل شده ، مهر شده و به طور رضایت بخشی بریده شده است. در دمای بالای 200 درجه سانتی گراد ، تمایل به جذب گازها دارد. تیتانیوم با یک الکترود تنگستن در یک محیط محافظ آرگون جوش داده می شود.

رسانایی حرارتی تیتانیوم و آلیاژهای آن حدود 15 برابر آلومینیوم و 3 5 - 5 برابر کمتر از فولاد است. ضریب انبساط حرارتی خطی تیتانیوم نیز به طور قابل توجهی کمتر از آلومینیوم و فولاد ضد زنگ است.

هدایت حرارتی تیتانیوم - 14 0 W / (m - K) است که کمی کمتر از هدایت حرارتی فولاد آلیاژی است. مواد به خوبی جعل شده ، مهر شده ، با برش پردازش می شوند. محصولات تیتانیوم با یک الکترود تنگستن در یک محیط آرگون محافظ جوش داده می شوند. اخیراً از تیتانیوم برای تولید طیف وسیعی از لوله ها ، ورق ها و محصولات نورد استفاده شده است.

رسانایی گرمایی تیتانیوم در محدوده دمای کار (20 - 400 درجه سانتی گراد) 0 057 - 0 055 کالری / (سانتی متر بر ثانیه) است که تقریباً 3 برابر کمتر از هدایت حرارتی آهن ، 16 برابر کمتر از رسانایی گرمایی مس و نزدیک به رسانایی گرمایی فولاد ضد زنگ کلاس آستنیتی است.

بنابراین ، به عنوان مثال ، هدایت حرارتی تیتانیوم 8-10 برابر کمتر از هدایت حرارتی آلومینیوم است.

مقادیر محاسبه شده از هدایت حرارتی فونون تیتانیوم با برآورد این مقدار در کار مطابقت دارد ، جایی که برابر 3 -: -5 W / m -deg است.

با آلیاژسازی و همچنین افزایش محتوای ناخالصی ها ، رسانایی گرمایی تیتانیوم ، به طور معمول ، کاهش می یابد. هنگام گرم شدن ، رسانایی حرارتی آلیاژها ، مانند تیتانیوم خالص ، افزایش می یابد. در حال حاضر در دمای 500 - 600 درجه سانتیگراد به رسانایی حرارتی تیتانیوم بدون آلیاژ نزدیک می شود.

مدول الاستیسیته تیتانیوم تقریباً دو برابر آهن کمتر است ، با مدول آلیاژهای مس در یک سطح است و به طور قابل توجهی بالاتر از آلومینیوم است. هدایت حرارتی تیتانیوم پایین است: حدود 7 درصد رسانایی گرمایی آلومینیوم و 16 5 درصد هدایت حرارتی آهن است. این امر هنگام گرم کردن فلز برای عملیات تحت فشار و هنگام جوشکاری باید در نظر گرفته شود. مقاومت الکتریکی تیتانیوم حدود 6 برابر آهن و 20 برابر آلومینیوم است.

اول از همه ، لازم است توجه شود که هدایت حرارتی تیتانیوم و آلیاژهای آن در دمای پایین بسیار کم است. در دمای اتاق ، رسانایی گرمایی تیتانیوم تقریباً 3 conduct از رسانایی گرمایی مس است و چندین برابر کمتر از ، به عنوان مثال ، برای فولادها (رسانایی حرارتی تیتانیوم 0 0367 cal / cm sec ثانیه C ، و هدایت حرارتی فولاد 40 0 142 کالری است. با افزایش دما ، هدایت حرارتی آلیاژهای تیتانیوم افزایش یافته و به هدایت حرارتی فولادها نزدیک می شود. این امر بر میزان گرم شدن آلیاژهای تیتانیوم بسته به دمای گرمایش آنها تأثیر می گذارد ، که قابل مشاهده است از نرخ گرمایش و سرمایش تیتانیوم خالص تجاری (آلیاژ VT1) با سطح مقطع 150 میلی متر (شکل 2).

تیتانیوم هدایت حرارتی پایینی دارد که 13 برابر آلومینیوم و 4 برابر آهن کمتر است. با افزایش دما ، رسانایی حرارتی تیتانیوم کمی کاهش می یابد و در دمای 700 درجه سانتی گراد 0 0309 cal / cm sec SS است.

تیتانیوم هدایت حرارتی پایینی دارد که 13 برابر آلومینیوم و 4 برابر آهن کمتر است. با افزایش دما ، رسانایی حرارتی تیتانیوم کمی کاهش می یابد و در دمای 700 درجه سانتی گراد 0 0309 کالری بر سانتی متر بر سانتی گراد است.

در جوشکاری تلفیقی ، برای به دست آوردن یک اتصال با کیفیت خوب ، حفاظت قابل اعتماد در برابر گازهای جوی (O2 ، Nj ، H2) از فلز محل اتصال جوش داده شده تا دمای بالای 400 درجه سانتیگراد در دو طرف درز مورد نیاز است. رشد دانه با هدایت حرارتی پایین تیتانیوم تشدید می شود ، که باعث افزایش زمان ماندگاری فلز جوش در دماهای بالا می شود. برای غلبه بر این مشکلات ، جوشکاری با کمترین ورودی گرمای ممکن انجام می شود.