برچسب : تیتانیوم گرید 2
تیتانیوم و کاربردهای آن ( مقدمه ای بر تیتانیوم و آلیاژهای آن)
تیتانیوم در 1790 کشف شد اما تا اوایل دهه 1900 مورد خالص ­سازی قرار نگرفت. بعلاوه، از این فلز تا نیمه دوم قرن بیستم بطور گسترده استفاده نشد. اما اکنون تیتانیوم دارای تجربه حدودا 50 ساله­ ای از استفاده صنعتی مدرن و طراحی برای پشتیبانی از کاربرد خود است. بیشتر این کاربرد در کاربردهای نظامی در هواپیما نظیر SR71 (شکل 1-1) یا موتورهای توربین­های گازی (شکل 1-2) بوده است. تازه­ ترین موارد استفاده آن شامل مواردی نظیر چوب گلف و دوچرخه می­شود. بدلیل چگالی منحصربفرد، مقاومت به خوردگی و استحکام مناسب آن نسبت به مواد رقیب نظیر آلومینیوم، فولادها و سوپرآلیاژها، تیتانیوم جایگاه ویژه خود را در بسیاری از صنایع پیدا کرده است. برخی واقعیت­های مهم و/یا مزایای مهم آلیاژهای تیتانیوم، مبنای استفاده گسترده امروزه از تیانیوم را نشان می­دهند

خوردگی، فرآیندی است که منجر به تخریب یک فلز یا یک آلیاژ به وسیله حذف اتم­ها می­ شود. خوردگی می­ تواند به وسیله برهم­ کنش یک گاز نظیر اکسیژن رخ دهد. این برهم­ کنش اتم­ های سطحی را به اکسیدهایی تبدیل می­ کند که می­ توانند به سطح بچسبند یا کنده شوند. خوردگی می ­تواند به صورت الکتروشیمیایی همانند واکنشی بین آند و حداقل یک کاتد رخ دهد. صورت­ های مختلف خوردگی بی شمارند اما غالبا می­ توان آنها را به چند نوع تقلیل داد. خوردگی سرتاسری، حفره ­ای، شیاری و دیگر صورت­ های حمله شیمیایی به تیتانیوم و آلیاژهای آن شناخته شده ­اند. اطلاعات بیشتر درباره خوردگی و اطلاعات خاص درباره نرخ خوردگی مربوط به آلیاژهای تیتانیوم را می ­توان در پیوست (و) پیدا کرد.

این فصل به موضوع اتصال­ دهی تیتانیوم با درنظرگیری 3 دسته گسترده آن می­ پردازد.

  • جوشکاری ذوبی(گدازشی)
  • جوشکاری حالت جامد
  • لحیم­ کاری

جوشکاری ذوبی که بطور گسترده ­ای شناخته شده است به ذوب آلیاژ(های) پایه یا یک پرکننده به علاوه آلیاژ برای تولید یک ناحیه منجمدشده از فلز جوش که بر پیوند یا اتصال بین قطعات کاری موثر است متکی است. جوشکاری حالت جامد کار مشابهی را بدون ایجاد یک ناحیه ذوب اتصالی انجام می ­دهد هرچند این روش ممکن است از یک میان ­لایه برای اتصال­ دهی نفوذی استفاده کند. میان ­لایه نسبت به قطعات مورد اتصال، یک آلیاژ متفاوت خواهد بود. لحیم­ کاری به ذوب و انجماد یک میان ­لایه (فلز لحیم) بدون ذوب فلز پایه متکی است.
بیشتر جوشکاری تولیدی روی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم روی ماده کارشده ­ای که تحت عملیات­ حرارتی یا دیگر فرآاوری­ های ترمومکانیکی قرار گرفته انجام می­ شود. جوشکاری آلیاژ ریختگی معمولا به منظور ترمیم قطعه ریختگی انجام می­ شود (فصل 6 راببینید).

مبحث اصلی این فصل روش­ های تمیزکاری برای برداشتن پوسته، فیلم ­های آلودگی و دیگر آلاینده ­هایی است که روی سطح تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در حین فراوری ­هایی نظیر کار گرم و عملیات­ حرارتی تشکیل یا لایه­ نشانی شده­ اند. تمیزکاری و فرایندهای پرداخت مربوط به تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم تا حدی شبیه به روش­های مربوط به دیگر فلزات هستند. اما تفاوت­ های موجود در فرایندها، روش­ها و محلول­های تمیزکاری در مقایسه با دیگر فلزات با واکنش ­پذیری کمترهنگامی که بیشینه­ سازی عملکرد کاربردی فلز و/یا حفظ ایمنی در حین کار روی آلیاژهای تیتانیوم مورد نظر است مهم می­ باشد. پوسته­ زدایی و تمیزکاری آلیاژهای تیتانیوم غالبا یک فرایند اولیه برای دیگر فرایندها به حساب می ­آید.

چرا عملیات حرارتی انجام می­دهیم؟
تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم به چندین دلیل عملیات حرارتی می­ شوند:

  • برای کاهش تنش­های پسماند ایجادشده در حین تولید (آزادسازی تنش)
  • برای ایجاد ترکیب بهتری از داکتیلیته، قابلیت ماشین­کاری، پایداری ابعادی و ساختاری بویژه در آلیاژهای آلفا (آنیل­ کاری)
  • برای افزایش استحکام توسط عملیات انحلالی و پیرسازی
  • برای بهینه­ سازی خواص ویژه نظیر چقرمگی شکست، استحکام خستگی و استحکام خزشی دمابالا

انواع مختلفی از عملیات­ های آنیل­ کاری (مانند آنیل تکی، دوپلکس، میل، بتا و تبلور مجدد) و عملیات انحلالی و پیرسازی برای حصول خواص مکانیکی برگزیده اعمال می ­شوند. آزادسازی تنش و آنیل­ کاری را برای جلوگیری از حمله شیمیایی در برخی محیط ­های خورنده، برای جلوگیری از اعوجاج و برای آماده­ سازی فلز برای شکل­ دهی بعدی و عملیات­ های تولید می­ توان انجام داد.

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم عنصری با چگالی کم (تقریبا 60 درصد چگالی فولاد و سوپرآلیاژها) است که می­ توان آن را با آلیاژکردن و شکل دهی به شدت استحکام بخشید.(خواص مشخصه تیتانیوم در جدول 2-1 ارائه شده است.) تیتانیوم غیرمغناطیسی بوده و دارای خواص انتقال حرارتی خوبی است. ضریب انبساط گرمایی آن مقداری کمتر از فولاد و کمتر از نصف ضریب آلومینیوم است. تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای نقطه ذوبی بالاتر از فولاد هستند اما بیشینه دمای مفید برای کاربردهای سازه­ ای معمولا از °C 427 (°F 800) تا تقریبا °C 595 (°F 1000 تا 1100) متغیر است که این دما به ترکیب آن بستگی دارد. آلیاژهای آلومیناید تیتانیوم، نویدبخش کاربردهایی در دماهای تا °C 760 (°F 1400) می­ باشند.

ساختار بلوری و انواع آلیاژ

بطور کلی فلزات دارای چیدمان­ های ساده اتمی در مقایسه با سرامیک­ها و پلاستیک­ها هستند که برای راحتی می­ توان چنین تصور کرد که کره­ هایی سخت در شبکه ­های بلوری چیده شده ­اند. یک دانه توسط انباشت گروهی از بلورهای مشابه از یک فلز (یا آلیاژ) معین تشکیل می ­شود. جهت­ گیری توده­ های شبکه معمولا با افزایش مسافت متفاوت شده و در نتیجه، فلزی نظیر تیتانیوم از دانه ­های زیادی تشکیل می­ شود مگر اینکه بطور عامدانه بعنوان یک تک ­بلور رشد داده شده باشد. درون هر دانه، جهت­ گیری ساختار شبکه در مسافت­ های مختلف، یکسان است اما در عرض مرزدانه، دانه بعدی دارای جهت­گیری فضایی متفاوتی خواهد بود.

علاوه بر وجود دانه ­ها و مرزدانه­ های همزمان، تیتانیوم یک عنصر آلوتروپی است؛ یعنی، در بیش از یک شکل کریستالوگرافی وجود دارد. در دمای اتاق، تیتانیوم دارای یک ساختار بلوری شش­ وجهی فشرده (hcp) است که به آن فاز آلفا اطلاق می ­شود. این ساختار در °C 888 (°F 1621) به ساختار بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) استحاله می ­شود. مدل­های کره سخت از فاز بتا و فاز آلفا در شکل زیر نشان داده شده­ اند.

میلگرد تیتانیوم گرید 1، میلگرد تیتانیوم گرید 2، میلگرد تیتانیوم گرید 5، فورجکاری تیتانیوم

فرآیندهای تولید نظیر آهنگری در قالب، شکل­ دهی گرم و سرد، ماشین­کاری، کار شیمیایی، اتصال­ دهی و گاهی اکستروژن همگی فرآیندهای تولید ثانویه به کار رفته برای تولید قطعات نهایی از محصولات اولیه  می­ باشند. هر یک از این فرآیندها ممکن است شدیدا بر خواص تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم به تنهایی یا با برهم­ کنش با فرآیندی که فلز قبلا دست خوش آن شده است تاثیر بگذارند. ماشین­کاری، اتصال­ دهی و کار شیمیایی در فصول آینده پوشش داده می ­شود. این فصل به فورج­ کاری و شکل­ دهی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم اختصاص یافته است. شکل­ دهی راه اصلی استخراج اشکال از ورق نازک یا ضخیم است.

برای بیش از دو دهه، قطعات ریخته­ گری سازه ­ای بزرگ برای کاربردهای هوافضا موجود بوده است اما ریخته­ گری دارای اقبالی جهانی نبوده است. ریخته­ گری تیتانیوم هنوز هم یک چالش به حساب می­ آید زیرا یک فلز بشدت واکنشی است و می­ تواند با اتمسفر و با دیرگدازهای مرسوم بکار رفته در فرایند قالب­گیری برهم­ کنش نماید. عوامل هزینه­ ای مربوط به فراوری آلیاژ کارشده منجر به تلاش­های مستمر برای ایجاد و بهبود روش­های ریخته­ گری برای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم گردید. نتیجه این تلاش­ها، کاربرد تقریبا ناپایدار قطعات ریختگی تیتانیوم اما با اقبالی گسترد­ه ­تر در دهه گذشته بوده است. در حال حاضر، ترکیبی از ریخته­ گری و پرسکاری ایزواستاتیک داغ (HIP) باعث تولید آلیاژهای تیتانیوم با خواص مکانیکی قابل ­قبول و مزایای هزینه ­ای قابل­ توجه نسبت به قطعات فورج ­شده می­ شود.

در هیچ کاربردی، همانند کاربردهایی که نیاز به پیش­ بینی دوام عملکرد دارند، از تیتانیوم استفاده نشده است. حوزه­ هایی با عملکرد عالی خاص نظیر هوافضا و ابزارهای ورزشی (سر چوب گلف و دوچرخه­ های مسابقه­ ای)، ایمپلنت­ های زیست­ پزشکی و دیگر کاربردهای صنعتی و خوردگی دریایی حاضر به پرداخت هزینه بالاتری برای قطعات تیتانیوم آلیاژی هستند. اما قیمت اولیه تیتانیوم یا آلیاژهای تیتانیوم و هزینه­ های ماشین­ کاری و فورج­کاری که غالبا با هم ترکیب شده اند باعث می شوند تا تصمیم­ گیری درباره استفاده از تیتانیوم را دشوار سازند.

تراشکاری تیتانیوم، فرزکاری تیتانیوم، سوراخکاری تیتانیوم، سنگزنی تیتانیوم

عبارت ماشین­کاری دارای کاربرد وسیعی است و به همه انواع فرآیندهای برداشت فلز و برشکاری اطلاق می­ شود. روش­های ماشین­کاری مرسوم عبارتند از تراشکاری، فرزکاری سطحی، فرزکاری با بار جانبی کم و برشکاری صعودی، مته ­زنی، برقوزنی، سنگ ­زنی چرخشی، سنگ ­زنی دیسکی، برشکاری سایشی، برشکاری سایشی دستی، اره­ کاری دوسره و اره­ک اری نواری. روش­های پرکاربرد غیرسنتی عبارتند از ماشین­کاری الکتروشیمیایی (ECM)، فرزکاری شیمیایی (CHM) و ماشین­کاری پرتوی لیزری (LBM).

زمانی باور بر این بود که ماشین­کاری تیتانیوم دشوار است. اما اکنون پایه ­ای وسیع از دانش ماشین­کاری تیتانیوم وجود دارد و تولیدکنندگان می ­دانند که با انتخاب روش­ های مناسب، می­ توان تیتانیوم را با استفاده از روش­ هایی قابل مقایسه با روش­های به کار رفته برای ماشین­کاری فولاد ضدزنگ 316، از کار در آورد.

Page: 1 of 1
 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد
 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد