تفاوت بین تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم

1. تعریف و ترکیب اصلی

تیتانیوم (تیتانیوم خالص تجاری ، CP تیتانیوم)

ذات: یک عنصر فلزی خالص ، که توسط نماد شیمیایی نشان داده شده استقله(شماره اتمی 22). از سنگ معدن تیتانیوم (به عنوان مثال ، ایلمنیت ، روتیل) استخراج شده و برای دستیابی به خلوص بالا تصفیه می شود.

ترکیب: تقریباً کاملاً از تیتانیوم تشکیل شده است ، تنها مقدار کمکی از ناخالصی ها (به عنوان مثال ، اکسیژن ، نیتروژن ، کربن ، آهن ، هیدروژن). این ناخالصی ها کاملاً کنترل می شوند (معمولاً<0.5% in total) to avoid degrading its inherent properties. Commercial pure titanium is categorized into grades (e.g., Grade 1, Grade 2, Grade 3) based on impurity levels-lower grades (e.g., Grade 1) have fewer impurities and higher ductility, while higher grades (e.g., Grade 3) have slightly more impurities and higher strength.

آلیاژ تیتانیوم

ذات: یک آلیاژ فلزی که با اضافه کردن یک یا چند "عنصر آلیاژ" به تیتانیوم خالص برای تقویت خواص خاص (به عنوان مثال ، استحکام ، مقاومت در برابر گرما ، مقاومت در برابر خوردگی) تشکیل شده است.

ترکیب: در درجه اول از تیتانیوم (به طور معمول 85-95 ٪ وزن) تشکیل شده است به علاوه افزودنیهای عمدی سایر فلزات یا غیر متال ها. عناصر آلیاژ مشترک شامل موارد زیر است:

آلومینیوم (AL) و وانادیوم (V): پرکاربردترین ترکیب (به عنوان مثال ، تیتانیوم درجه 5 ، TI-6AL-4V) ، که به طور قابل توجهی قدرت و پایداری گرما را تقویت می کند.

زیرکونیوم (ZR) و Niobium (NB): مقاومت در برابر خوردگی ، به ویژه در محیط های سخت مانند آب دریا یا محلول های اسیدی را بهبود می بخشد.

Molybdenum (MO) و قلع (SN): عملکرد درجه حرارت بالا را تقویت می کند و آلیاژ را برای اجزای موتور هوافضا مناسب می کند.

2. تفاوت های کلیدی املاک

افزودن عناصر آلیاژ اساساً خواص تیتانیوم را تغییر می دهد و منجر به تمایز واضح بین آلیاژهای خالص تیتانیوم و تیتانیوم می شود:

دسته املاک	تیتانیوم خالص (تیتانیوم CP)	آلیاژ تیتانیوم
قدرت	استحکام متوسط (به عنوان مثال ، درجه 2 دارای مقاومت کششی 345 پوند MPa) است. پایین تر از اکثر آلیاژهای تیتانیوم.	مقاومت قابل توجهی بالاتر (به عنوان مثال ، درجه 5 دارای مقاومت کششی از MPA ~860) است. عناصر آلیاژ (AL ، V) مراحل تقویت کننده را برای مقاومت در برابر تغییر شکل تشکیل می دهند.
انعطاف پذیری و شکل گیری	انعطاف پذیری بالا-به راحتی خم ، نورد یا به داخل ورق ها و سیم های نازک بدون ترک خوردگی کشیده می شود.	انعطاف پذیری پایین تر از تیتانیوم خالص. آلیاژهای با استحکام بالا (به عنوان مثال ، TI-6AL-4V) شکننده تر هستند و برای شکل دادن به پردازش تخصصی (به عنوان مثال ، کار گرم) نیاز دارند.
مقاومت در برابر گرما	مقاومت در برابر حرارت ضعیف. قدرت بالاتر از 300-400 درجه را نرم و از دست می دهد. در دماهای بالا به سرعت اکسید می شود.	مقاومت در برابر حرارت عالی. آلیاژهای با MO ، SN یا SI (به عنوان مثال ، TI-6AL-2SN-4ZR-2MO) می توانند قدرت را در 600-800 درجه حفظ کنند و آنها را برای برنامه های با درجه حرارت بالا مناسب می کند.
مقاومت در برابر خوردگی	در محیط های خفیف (به عنوان مثال ، هوا ، آب شیرین ، اسیدهای رقیق) به دلیل یک فیلم اکسید متراکم و پایدار (TIO₂) در سطح آن بسیار عالی است.	مقاومت در برابر خوردگی تقویت شده یا متناسب. به عنوان مثال: -TI-3AL-2.5V: در برابر ترک خوردگی استرس در آب دریا مقاومت می کند. -آلیاژهای Ti-NB-Zr: زیست سازگار و مقاوم در برابر خوردگی در مایعات بدن انسان.
تراکم	چگالی کم (4.51 گرم در سانتی متر مربع) ، حدود 60 ٪ از فولاد.	چگالی کمی بالاتر از تیتانیوم خالص (به طور معمول 4.45-4.7 گرم در سانتی متر مربع) ، اما هنوز هم بسیار پایین تر از استیل یا سوپر آلوهای مبتنی بر نیکل است.

3. هزینه تولید

تیتانیوم خالص: هزینه تولید پایین. فرآیند پالایش (به عنوان مثال ، فرآیند Kroll) نسبتاً ساده است ، و از آنجا که به هیچ عناصر آلیاژی اضافی مورد نیاز نیست ، هزینه مواد اولیه پایین تر است.

آلیاژ تیتانیوم: هزینه تولید بالاتر. نیاز به: 1) تهیه و افزودن عناصر گران قیمت آلیاژ (به عنوان مثال ، وانادیوم ، نیوبیوم). 2) کنترل دقیق ترکیب آلیاژ (برای اطمینان از خصوصیات یکنواخت) ، که باعث افزایش پیچیدگی پردازش می شود. 3) عملیات حرارتی تخصصی یا ماشینکاری (به دلیل مقاومت بیشتر) ، افزایش بیشتر هزینه ها.

info-441-441 info-444-448

info-444-448 info-449-449

4. سناریوهای برنامه

تفاوت در خواص و هزینه موارد استفاده متمایز آنها را تعیین می کند:

برنامه های خالص تیتانیوم

تمرکز روی سناریوهایی که در آنانعطاف پذیری ، مقاومت در برابر خوردگی و مقرون به صرفهدر برابر قدرت بالا در اولویت قرار می گیرند:

صنعت شیمیایی: مخازن ، لوله ها و دریچه ها برای ذخیره/حمل اسیدهای رقیق یا قلیایی.

صنعت پزشکی: اجزای قابل کاشت (به عنوان مثال ، صفحات دندانپزشکی ، پیچ های استخوان) که در آن زیست سازگاری و انعطاف پذیری بسیار مهم است (درجه 2 یا درجه 4 تیتانیوم).

کالاهای مصرفی: ساعتهای تیتانیوم (موارد/باند) ، قاب های عینک و بطری های آب (به دلیل مقاومت در برابر سبک و خوردگی).

صنعت دریایی: قطعات قایق کوچک (به عنوان مثال ، شفت پروانه) در معرض آب دریا.

برنامه های آلیاژ تیتانیوم

در سناریوهایی که نیاز دارند حاکم استمقاومت بالا ، مقاومت در برابر گرما یا عملکرد تخصصی:

هوافضا: بزرگترین زمینه کاربردی. TI-6AL-4V برای بدنه های هواپیما ، تیغه های موتور و دنده فرود (نسبت استحکام به وزن و مقاومت در برابر گرما) استفاده می شود.

خودرو: قطعات اتومبیل با کارایی بالا (به عنوان مثال ، دریچه های موتور مسابقه ، سیستم های اگزوز) برای کاهش وزن و بهبود راندمان سوخت.

صنعت پزشکی: ایمپلنت های تحمل بار (به عنوان مثال ، مفاصل لگن/زانو) ساخته شده از TI-6AL-4V (قدرت بالا برای حمایت از وزن بدن) یا آلیاژهای Ti-NB-Zr (زیست سازگاری عالی).

دفاع: صفحات زره پوش ، اجزای موشکی و بدنه های زیر دریایی (مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های سخت).

به طور خلاصه ،تیتانیوم خالص یک فلز با خلوص بالا با انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر خوردگی اساسی است ، مناسب برای کاربردهای کم فشار و حساس به هزینهبشر در مقابل ،آلیاژ تیتانیوم یک ماده اصلاح شده با قدرت افزایش یافته ، مقاومت در برابر گرما یا مقاومت در برابر خوردگی متناسب است که برای سناریوهای با کارایی بالا و خواستار طراحی شده است (به عنوان مثال ، هوافضا ، ایمپلنت های پزشکی)بشر انتخاب بین آنها به نیازهای خاص قدرت ، مقاومت دما ، شکل پذیری و بودجه بستگی دارد.

تفاوت بین آلیاژ تیتانیوم و تیتانیوم