تفاوت لوله آلیاژ تیتانیوم چیست؟

• تعریف

لوله فولادی آلیاژی تیتانیوم نوعی لوله ساخته شده از مواد آلیاژ تیتانیوم، با خواص مکانیکی بالا، عملکرد مهر زنی عالی، قابل جوشکاری در اشکال مختلف، استحکام اتصالات جوشی تا 90 درصد استحکام فلز پایه و عملکرد خوب برش و پردازش است.

تولید صنعتی تیتانیوم در سال 1948 آغاز شد. توسعه صنعت هوانوردی نیاز دارد، به طوری که صنعت تیتانیوم به طور متوسط ​​نرخ رشد سالانه حدود 8٪ از توسعه. در حال حاضر، تولید سالانه مواد پردازش آلیاژ تیتانیوم در جهان به بیش از 40000 تن، درجه آلیاژ تیتانیوم نزدیک به 30 نوع رسیده است. پرمصرف ترین آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V (TC4)، Ti-5Al-2.5Sn (TA7) و تیتانیوم خالص صنعتی (TA1، TA2 و TA3) است.

• طبقه بندی

1. بسته به ترکیب شیمیایی ، آنها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: تیتانیوم خالص و آلیاژهای ساده و چند آلیاژی.

• تیتانیوم خالص و آلیاژهای ساده: درجه 1 تیتانیوم بدون آلیاژ کم اکسیژن است. درجه 2 تیتانیوم بدون آلیاژ با اکسیژن استاندارد است. درجه 7 تیتانیوم بدون آلیاژ اکسیژن استاندارد حاوی 0.12-0.25٪ پالادیوم است. 

• چند آلیاژی: درجه 5 آلیاژ تیتانیوم حاوی 6٪ آلومینیوم و 4٪ وانادیم است. درجه 9 آلیاژ تیتانیوم حاوی 3٪ آلومینیوم و 2.5٪ وانادیم است. درجه 19 آلیاژ تیتانیوم حاوی 3٪ آلومینیوم و 8٪ وانادیم، 6٪ کروم، 4٪ زیرکونیوم و 4٪ مولیبدن است. درجه 19 یک آلیاژ تیتانیوم است که شامل 3٪ آلومینیوم، 8٪ وانادیم، 6٪ کروم، 4٪ زیرکونیوم و 4٪ مولیبدن است.

علاوه بر این، تیتانیوم خالص و آلیاژهای تیتانیوم را می توان بر اساس خواص آنها به شرح زیر تقسیم کرد:

  1. تیتانیوم خالص صنعتی ( نوع α ) آلیاژ تیتانیوم

      نمرات معمولی: Gr1، Gr2، Gr3، Gr5، Gr7 (استاندارد ASTM).

      ویژگی ها: مقاومت در برابر خوردگی عالی (به ویژه محیط یون کلرید)، جوش پذیری عالی، عملکرد سرد خوب

      کاربرد: لوله کشی شیمیایی، تجهیزات نمک زدایی، ایمپلنت های بیولوژیکی.

  2. نوع تقریبا α آلیاژهای تیتانیوم

     نمرات معمولی: Gr8، Gr9، Gr12 (استاندارد ASTM)

     ویژگی ها: عملکرد عالی در دمای بالا (دمای استفاده طولانی مدت: 450-500 ℃))، مقاومت در برابر خزش بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون قوی

     کاربردها: تیغه های کمپرسور موتور هوا، اجزای ساختاری با دمای بالا.

  3.α+β typ e آلیاژ تیتانیوم

     نمرات معمولی: Gr16، Gr17 (استاندارد ASTM). آلیاژهای با دمای بالا (آلیاژهای تیتانیوم نوع β): گریدهای معمولی شامل Gr23، Gr24، Gr25 (استاندارد ASTM)

     ویژگی ها: عملکرد کلی بهینه (تعادل قدرت، چقرمگی، پردازش پذیری)، تقویت قابل درمان حرارتی (محلول جامد + پیری)

     کاربردها: قطعات بدنه/موتور هواپیما، اتصالات مصنوعی، قطعات ماشین مسابقه.

  4. نوع β آلیاژهای تیتانیوم

     درجات معمولی: Ti-10V-2Fe-3Al، Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (β-21S)

     ویژگی ها: استحکام فوق العاده بالا، خواص قالب گیری سرد عالی، جوش پذیری ضعیف، عملیات حرارتی پیچیده مورد نیاز

     کاربردها: اتصال دهنده های هوافضا، فنرها، تجهیزات ورزشی با عملکرد بالا.

شاخص عملکرد	تیتانیوم خالص صنعتی	α β تیتانیوم +	نزدیک به α تیتانیوم	نوع β تیتانیوم
استحکام کششی (MPa)	345-550	895-930	800-1000	1000-1350
چگالی (g/cm³)	4.51	4.43	4.54	4.84
حداکثر دمای سرویس	350 ℃	400 ℃	500 ℃	300 ℃
قابلیت جوشکاری	بهترین	خوب	وسط	بد
برنامه معمولی	تجهیزات شیمیایی	بخش هواسازه	اجزای موتور	بست هوافضا

2. با توجه به خواص مکانیکی آلیاژهای تیتانیوم را می توان به استحکام و چقرمگی متفاوت تقسیم کرد. 

• استحکام: تیتانیوم خالص درجه 1، استحکام درجه 2 نسبتا کم است، استحکام کششی درجه 2 345MPa دقیقه. و استحکام آلیاژ تیتانیوم درجه 5 تا 1000 مگاپاسکال یا بیشتر، 5 برابر فولاد ضد زنگ است.

  
  

• چقرمگی: به طور کلی، آنهایی که حاوی عناصر آلیاژی بیشتری هستند، مانند درجه 5 و درجه 19، چقرمگی بهتری دارند و در عین حال استحکام بالایی را تضمین می کنند. در حالی که گریدهای تیتانیوم خالص تفاوت‌های خاصی در عملکرد چقرمگی با آلیاژهای تیتانیوم آلیاژی دارند و در هنگام ضربه و بارهای دیگر عملکرد متفاوتی دارند.

  
  

3. مقاومت در برابر خوردگی : آلیاژهای تیتانیوم حاوی پالادیوم، مانند گرید 7 و درجه 11، مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به گریدهای تیتانیوم خالص بدون پالادیوم (مثلاً درجه 1 و درجه 2) در برخی محیط‌های خاص خورنده، به ویژه در اسیدهای کاهنده و غیره دارند. تفاوت در ویژگی های عملکردی خاص مقاوم در برابر خوردگی از آلیاژهای ویژه طراحی شده برای مقاومت در برابر خوردگی حاوی پالادیوم و سایر عناصر؛ آلیاژهای تیتانیوم درجه 5 به دلیل داشتن عناصر آلیاژی، مقاومت به خوردگی خوبی در محیط هایی مانند آب دریا دارند، اما با آلیاژهای حاوی پالادیوم و سایر عناصری که به طور خاص برای مقاومت در برابر خوردگی طراحی شده اند، از نظر ویژگی های خاص مقاومت در برابر خوردگی متفاوت هستند.

4. با توجه به سناریوهای مختلف برنامه را می توان به تقسیم کرد

• هوافضا: آلیاژ تیتانیوم درجه 5 به دلیل استحکام بالا، مقاومت حرارتی خوب و مقاومت در برابر خستگی معمولاً در ساخت تیرها، بال ها، تیغه های موتور و سایر اجزای کلیدی هواپیما استفاده می شود.

• صنایع شیمیایی: آلیاژ تیتانیوم درجه 2 به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خوب و قیمت متوسط ​​معمولاً برای ساخت مبدل های حرارتی، راکتورها، خطوط لوله و سایر تجهیزات شیمیایی استفاده می شود.

• زمینه بیوپزشکی: آلیاژ تیتانیوم درجه 23 دارای عناصر شفافیت بسیار کم و زیست سازگاری خوب است و اغلب برای ساخت مفاصل مصنوعی، ایمپلنت های دندانی، دستگاه های تثبیت شکستگی و سایر ایمپلنت های زیست پزشکی استفاده می شود.

5. با توجه به دشواری پردازش و هزینه متفاوت است

• به طور کلی، هر چه محتوای عناصر آلیاژی بیشتر باشد و عیار آلیاژ تیتانیوم پیچیده تر باشد، پردازش آن دشوارتر است. به عنوان مثال، پردازش آلیاژهای تیتانیوم درجه 5 نسبت به گریدهای تیتانیوم خالص مانند درجه 1 و درجه 2 دشوارتر است.

• از منظر هزینه، آلیاژهای تیتانیوم حاوی عناصر آلیاژی کمیاب یا گران قیمت (مانند پالادیوم و غیره) و همچنین آلیاژهای تیتانیوم با گریدهایی که پردازش آنها دشوارتر است، معمولاً قیمت بیشتری دارند. به عنوان مثال، درجه 7 حاوی پالادیوم است، بنابراین هزینه بالاتر از تیتانیوم خالص معمولی است. درجه 19 و سایر آلیاژهای تیتانیوم با ترکیبات آلیاژی پیچیده نیز هزینه نسبتا بالایی دارند.

• فضیلت

در مقایسه با سایر مواد فلزی، آلیاژ تیتانیوم دارای مزایای زیر است.

      ① از قدرت (استحکام کششی / چگالی) بالا (نگاه کنید به نمودار)، استحکام کششی تا 100 ~ 140kgf / mm2، در حالی که چگالی تنها 60٪ از فولاد.

      ② استحکام خوب در دمای متوسط، استفاده از درجه حرارت از آلیاژ آلومینیوم چند صد درجه بالاتر، در وسط دما هنوز هم می تواند استحکام مورد نیاز را حفظ کند، می تواند در دمای 450 ~ 500 ℃ کار طولانی مدت باشد.

      ③ مقاومت در برابر خوردگی خوب، در جو، سطح تیتانیوم بلافاصله یک فیلم اکسید متراکم یکنواخت را تشکیل می دهد، توانایی مقاومت در برابر انواع فرسایش رسانه ها. معمولاً تیتانیوم در محیط های اکسید کننده و خنثی مقاومت به خوردگی خوبی دارد و مقاومت به خوردگی در آب دریا، کلر مرطوب و محلول کلرید عالی تر است. اما در محیط های احیا کننده مانند اسید هیدروکلریک و سایر محلول ها، مقاومت به خوردگی تیتانیوم ضعیف است.

      ④ عملکرد خوب در دمای پایین، عنصر شکاف آلیاژ تیتانیوم بسیار کم است، مانند TA7، در -253 ℃ می تواند درجه خاصی از انعطاف پذیری را حفظ کند.

      ⑤ مدول الاستیسیته کم، هدایت حرارتی کوچک، بدون فرومغناطیس.

      ⑥ سختی بالا.

      ⑦ مهر زنی ضعیف، ترموپلاستی خوب.