تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

شکل دهی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم:

تیتانیوم و آلیاژهای آن را با ماشین های استاندارد و با تلرانس فرم دهی فولاد ضد زنگ می توان شکل و فرم داد، ولی به علت کاه تغییرات جوش به عقب و همچنین کسب افزایش ویژگی داکتیل، که یک مزیت به شمار می رود، بخش اعظم قطعات تیتانیوم را با فرم دهی گرم می سازند و یا بصورت سرد پیش فرم داده و سپس با حرارت، سایز آن را افزایش می دهند.

در شکل دادن ورق های تیتانیوم و آلیاژهای آن باید موارد و خصوصیات زیر را در نظر گرفت:

- حساسیت به بردیگی و فرو رفتگی که باعث ترک خوردن بویژه در شکل دهی سرد می شود.

- سائیدگی و زخم سطحی بخصوص در مورد فولادهای ضد زنگ.

- توانایی انقباظی کم ( کد عیبی در لبه های پخ شده می باشد.)

- تردی و شکنندگی زیاد ناشی از حرارت بیش از حد یا جذب گاز هیدروژن و امثال ان

- توان کار محدود

- خاصیت ارتجاعی بالاتر از آلیاژهای آهنی با همان استحکانم

با این حال، با وجود محدودیت های بالا، باز هم می توان تیتانیوم و آلیاژهای آن را در بخش های پیچیده شکل داد، چون خصوصیات مکانیکی و شکل پذیری تیتانیوم و آلیاژهای آن بسیار گسترده است. برای مثال انواع تجاری آن با خلوص 240 تا 550 MPA، دارای استحکام کششی متفاوتی بوده و حداقل خمش ان ها در دمای اتاق متفاوت می باشد.و خاصیت داکتیل یا رسانایی و استحکام کششی تیتانیوم خالص (cp) به مقدار اکسیژن آن بستگی دارد.

در جدول 1، فهرستی از طرحها، ترکیبات و خصوصیات مکانیکی انتخاب شده بعضی ازآلیاژهای تیتانیوم آورده شده است.

مواد تیتانیوم:

چند نوع غیر آلیاژی وجود دارد، که اختلاف آن ها در مقدار عناصری مثل اکسیژن، نیترژن و آهن است موادی که خلوص آنها بیشتر است دارای استحکام، سختی و دمای تغییر شکل پایین تری نسبت به مواد با خلوص کمتر هستند. یکی از عوامل که باعث شده تا تیتانیوم نسبت به سایر عناصر فلزی منحصر به فرد باشد انحلال پذیری بالای عناصر مثل اکسیژن و نیتروژن درآن است. مثلا تیتانیوم در هوا و درجه حرارت بالا اکسید نمی شود. در آن، ناحیة سخت شده سطحی، شکل می گیرد. (حالت ).

چون حضور حالت ، موجب کاهش مقاومت به خستگی و رسانایی می شود. این لایه معمولا توسط ماشین کاری، سایش شیمیایی و غیره قبل از اینکه مورد کاربرد قرار گیرد برداشته می شود پر مصرف ترین آلیاژی آن، V4 – AL- Ti می باشد که حدوداً 60% کل تولیدات تیتانیوم را به خود اختصاص داده است.

مواد غیر آلیاژی تیتانیوم و ما بقی آلیاژها، هر کدام 20% تولیدات را شامل می شوند انتخاب تیتانیوم غیر آلیاژی بستگی به خصوصیات مکانیکی، سرویس دهی، هزینه ها و سایر فاکتورهای خواسته شده داردو مثلاً، از تیتانیوم تجاری خالص به خاطر مقاومتش در برابر خوردگی به خصوص در جاهایی که نیاز به استحکام بالای باشد استفاده می شود استحکام نهایی cp به خاطر تغییر ناخالصی های آن و مقدار عناصر اکسیژن و نیتروژن در آن بین 170 تا 480 MPa متغیر است. در این cpها با افزایش مقدار آهن و اکسیژن ، استحکام افزایش می یابد. آلیاژهای آنها که حاوی آلومینیوم قلع و یا زیرکونیوم هستند برای کاربردهای حرارت بالا یا برودتی ترجیح داده می شوند. آلیاژهی غنی آلفا نسبت به آلیاژهای و ، از مقاومت خزشی بالاتری برخوردار هستند. آلیاژهای باعناصر بسیار کم (ELI) دردماهای برودتیی، در دماهای برودتی، همچنان داکتیل و سخت باقی می مانند، مثل sn 5/2 – AL5-Ti.

برخلاف آلیاژهای و ،آلیاژهای توسط عملیات حرارتی مستحکم نمی شوند. معمولاً آلیاژهای را آدنیل یاتبلور مجدد می کنند. تا تنش های پسماند ناشی از کار سرد از بین برود آلیاژهای که مقدار کمی دارند، تحت عنوان آلیاژهاینزدیک طبقه بندی می شوند. و با توجه به اینکه مقدار کمی فاز دارند مثل آلیاژهای عمل می کنند. آلیاژهای حاوی یک یا چند تثبیت کننده هستند که این آلیاژها بعد از اینکه عملیات حرارتی شوند بیشتر فاز خواهند داشت که این موضوع به مقدار تثبیت کننده موجود در آلیاژ بر می گردد. آلیاژهای حاوی تثبیت کنندة بوده و مقدار فاز آنها کم تر از آلیاژهای می باشد. قابلیت سختی آنها به علت وجود فاز در هوای سرد یا آب به هنگام کوئنچ کردن قطعات ضخیم، بالا باقی می ماند ورق های آلیاژ را بیشتر از بیقه آلیاژها می توان به صورت سرد شکل داد. مثالی از آن، آلیاژ AL3،cr3-Sn3-V15-Ti است که در دمای اتاق شکل دهی می شود پس از انحلال آلیاژهای دردمای تا که فاز تا حدودی به فاز تبدیل می گردد، پیر سازی می شوند فاز حاصل در میان ذرات باقی مانده پراکنده می باشد و از نظر سختی مانند آلیاژهای پیر شده می باشد در شرایط محلول آلیاژهای رسانایی و سختی خوبی دارند و نسبتاً استحکام آنها اندک بوده و لذا شکل پذیری خوبی دارند. در این آلیاژها با افزایش دما، فاز رسوب کرده و قبل از پیرسازی یا تثبیت، قابل استفاده در دماهای بالا نیستند.