1. ASTM B348 GR9 یک آلیاژ محبوب تیتانیوم است. مشخصات خاصیت آن ، به طور خاص قدرت- به {5} نسبت وزن و مقاومت در برابر خوردگی چگونه ، آن را به یک انتخاب برتر نسبت به تیتانیوم خالص (GR2) و رایج تر TI-6AL-4V (GR5) در کاربردهای خاص صنعتی تبدیل می کند؟
ASTM B348 GR9 ، همچنین به عنوان TI-3AL-2.5V شناخته می شود ، بین تیتانیوم خالص تجاری (CP TI ، مانند GR2) و آلیاژ اسب بخار TI-6AL-4V (GR5) از نظر استراتژیک قرار دارد. خصوصیات آن یک سازش مناسب است که مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهد.
در مقابل تیتانیوم خالص (به عنوان مثال ، GR2): GR9 به طور قابل توجهی قوی تر از GR2 است. در حالی که GR2 دارای انعطاف پذیری عالی و مقاومت در برابر خوردگی است ، مقاومت مکانیکی آن در دماهای بالا (بالاتر از 300 درجه F / 150 درجه) کاهش می یابد. GR9 با محتوای آلومینیوم و وانادیوم ، در این دمای متوسط قدرت بسیار بهتری را حفظ می کند. این امر باعث می شود GR9 برای برنامه های کاربردی مانند لوله هیدرولیک هواپیما و نور- قاب های دوچرخه وزن که در آن فشار و استرس مکانیکی بیش از قابلیت های تیتانیوم خالص است ، مناسب باشد ، اما قدرت کامل (و هزینه) GR5 لازم نیست.
در مقابل TI-6AL-4V (GR5): در حالی که GR5 یکی از قوی ترین آلیاژهای تیتانیوم است ، دو اشکال بالقوه دارد: عملکرد سرماخوردگی پایین و مدول بالاتر الاستیسیت. GR9 قابلیت تشکیل سرد عالی را ارائه می دهد و باعث می شود خم شدن ، چرخاندن و شکل دادن به اشکال پیچیده مانند لوله ها و اتصالات بدون نیاز به عملیات حرارتی بیش از حد آسان تر شود. علاوه بر این ، مدول خاصیت ارتجاعی آن به تیتانیوم خالص نزدیکتر است ، که می تواند در برنامه های کاربردی که نیاز به برخی از انعطاف پذیری دارند ، مانند برخی از سیم های راهنمای پزشکی یا تجهیزات ورزشی ، مفید باشد. از نظر مهم ، برای بسیاری از محیط های پردازش شیمیایی ، مقاومت در برابر خوردگی GR9 بسیار شبیه به GR2 و GR5 است و آن را به گزینه ای قوی و در عین حال ساختگی تر تبدیل می کند.
به طور خلاصه ، هنگامی که به قدرت بیشتری نسبت به GR2 ، ساختگی بهتر از GR5 نیاز دارید ، GR9 را انتخاب کنید و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی عالی را در یک بسته سبک وزن حفظ کنید.
2. ساخت قطعات از نوار تیتانیوم GR9 اغلب شامل جوشکاری است. ملاحظات مهم و بهترین شیوه های جوشکاری این آلیاژ برای اطمینان از یکپارچگی مؤلفه نهایی چیست؟
جوشکاری TI-3AL-2.5V (GR9) به طور کلی ساده تر از جوشکاری GR5 است اما نیاز به مراقبت بیشتری نسبت به جوشکاری تیتانیوم خالص دارد. چالش اصلی جلوگیری از آلودگی جوی است.
محافظت از یکپارچگی گاز: تیتانیوم در حالت مذاب آن با اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن از هوا بسیار واکنش پذیر است. این آلودگی باعث آغوش ، از بین رفتن انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی می شود. بنابراین ، جوشکاری باید تحت یک سپر آرگون بی عیب و نقص (یا آرگون-}}) انجام شود. این فقط پوشش استخر جوش نیست. برای محافظت از مهره خنک کننده و غالباً پاکسازی کامل قسمت پشتی مفصل جوش (در داخل لوله ها یا لوله ها) به سپرهای دنباله دار نیاز دارد.
پاکیزگی: هرگونه آلودگی مانند روغن ، گریس ، اثر انگشت یا گرد و غبار می تواند کربن ، هیدروژن و سایر عناصر را در جوش معرفی کند و منجر به نقص شود. تمیز کردن دقیق سهام نوار و سیم پرکننده با برس های فلزی ضد زنگ اختصاصی و حلال های کلر شده غیر- (به عنوان مثال ، استون) اجباری است.
انتخاب فلز پرکننده: در حالی که جوشکاری اتوژن (بدون پرکننده) برای برخی از برنامه ها امکان پذیر است ، با استفاده از یک فلز پرکننده تطبیق (ERTI-3AL-2.5V) برای اطمینان از ویژگی های فلز جوش از نزدیک با فلز پایه مطابقت دارد. برای جوشکاری GR9 به خود یا سایر آلیاژها ، انتخاب دقیق فلز پرکننده برای جلوگیری از ایجاد مراحل بین فلزی شکننده بسیار مهم است.
POST - عملیات حرارتی جوش (PWHT): GR9 اغلب در شرایط آنیل استفاده می شود. جوش می تواند یک ساختار ساختار ریخته گری در منطقه جوش و یک منطقه تحت تأثیر (HAZ) گرما- ایجاد کند که ممکن است دگرگونی فاز داشته باشد. برای کاربردهای مهم ، یک استرس-} تسکین آنیل یا یک آنیل کامل ممکن است پست {6} جوشکاری برای بازگرداندن انعطاف پذیری و کاهش استرسهای باقیمانده که می تواند منجر به ترک خوردگی استرس شود ، انجام شود.
رویه های زیر به استانداردهایی مانند ASME BPVC بخش IX یا AWS D1.9 برای کد- کار محدود در صنایع هوافضا و فشار ضروری است.
3. در صنعت کاشت پزشکی ، مواد باید زیست سازگار باشند. آیا ASTM B348 GR9 شرایط لازم را برای دستگاه های قابل کاشت برآورده می کند و برنامه های معمولی آن در این زمینه چیست؟
بله ، آلیاژ تیتانیوم GR9 (TI-3AL-2.5V) زیست سازگار در نظر گرفته می شود و برای استفاده در وسایل پزشکی قابل کاشت تأیید می شود. پذیرش آن مبتنی بر مقاومت در برابر خوردگی عالی آن در محیط بدن انسان (محلول شور) است که مانع از انتشار یون های فلزی و توانایی ذاتی آن در استفاده از ترکیبات یا پیوند مستقیم با استخوان می شود.
با این حال ، استفاده از آن تخصصی تر از تیتانیوم خالص (GR2) یا TI-6AL-4V ELI (GR23) است. GR2 اغلب برای ایمپلنت های دندانپزشکی و صفحات جمجمه ای استفاده می شود که در آن استحکام بسیار بالا نگرانی اصلی نیست. GR5 ELI استاندارد برای تعویض عمده مفصل (باسن ، زانوها) و قفس های همجوشی ستون فقرات به دلیل مقاومت در برابر خستگی برتر است.
GR9 طاقچه خود را در برنامه های پزشکی پیدا می کند که به ترکیبی از:
قدرت بالا: قوی تر از GR2.
مقاومت در برابر خستگی عالی: در برابر بارگذاری مکرر پویا مقاومت می کند.
قابلیت کارایی سرماخوردگی برتر: را می توان به سیمهای بلند ، نازک یا شکل های کوچک و پیچیده کشید.
متداول ترین کاربرد GR9 در زمینه پزشکی در دستگاه های جراحی تروما است ، به ویژه سیستم های تثبیت استخوان مانند ناخن های داخل عضلانی (میله هایی که در حفره مغز استخوان های بلند قرار دارند) و صفحات استخوانی. این دستگاه ها برای تثبیت شکستگی در هنگام بهبودی به قدرت نیاز دارند. GR9 همچنین به دلیل ترکیب مطلوب از استحکام و انعطاف پذیری ، در سیمهای راهنما برای جراحی حداقل تهاجمی و کابل های مختلف ارتوپدی استفاده می شود.
4. برای یک مهندس تهیه یا کیفیت ، آزمایشات و گواهینامه های کلیدی برای مشخص کردن هنگام سفارش نوار تیتانیوم ASTM B348 GR9 برای اطمینان از این که از ویژگی های مکانیکی و شیمیایی لازم برای یک مؤلفه هوافضا مهم استفاده می کند ، چیست؟
تنها با تکیه بر گزارش تست آسیاب (MTR) که می گوید "با ASTM B348 ملاقات می کند" برای برنامه های مهم کافی نیست. مشخصات تهیه تدارکات قوی باید صریحاً موارد زیر را فراخوانی کند:
صدور گواهینامه ترکیب شیمیایی: MTR باید تأیید کند که شیمی گرما محدودیت های GR9 (TI-3AL-2.5V) را شامل می شود ، از جمله عناصر بینابینی (O ، N ، C ، H) که به طور قابل توجهی بر انعطاف پذیری و چقرمگی تأثیر می گذارد. مشخصات اغلب محدودیت های سخت تری نسبت به استاندارد ASTM می طلبد.
صدور گواهینامه ویژگی های مکانیکی: MTR باید نتایج آزمایش واقعی را برای استحکام کششی ، قدرت عملکرد و کشیدگی از نمونه های گرفته شده از همان گرما و شرایط (به عنوان مثال ، آنیل) گزارش دهد. اینها باید حداقل ASTM را برآورده یا فراتر بگذارند.
آزمایش اضافی:
آزمایش اولتراسونیک (UT): اجباری برای میله های هوافضا. ASTM B348 معیارهای پذیرش را برای بازرسی اولتراسونیک پرتو مستقیم -}}}}}} {- مشخص می کند. سفارش خرید باید روش آزمایش و استاندارد پذیرش را مشخص کند (به عنوان مثال ، ASTM E2375).
اندازه دانه: اندازه دانه ریز و یکنواخت اغلب برای عملکرد بهینه خستگی بسیار مهم است. ASTM E112 را می توان مشخص کرد تا اطمینان حاصل شود که اندازه دانه با شماره مورد نیاز (به عنوان مثال ، ASTM 5 یا ظریف تر) مطابقت دارد.
آزمایش ماکروچ: در هر ASTM E381 ، این آزمایش خطوط جریان ، تفکیک و سایر نقص داخلی را در یک قسمت صلیب - نشان می دهد.
قابلیت ردیابی: این ماده باید کاملاً قابل ردیابی باشد. این اجازه می دهد تا تاریخچه مواد را از آسیاب به قسمت تمام شده ردیابی کنید ، که یک نیاز قابل مذاکره غیر- در سیستم های هوافضا و کیفیت پزشکی است (مانند AS9100 یا ISO 13485).
5. فراتر از هوافضا و پزشکی ، نوار تیتانیوم GR9 در خواستار کاربردهای پردازش دریایی و شیمیایی استفاده می شود. در مقابل چه مکانیسم های خوردگی خاص مقاوم است و استفاده از آن در کجا ممکن است محدود شود؟
مقاومت در برابر خوردگی GR9 تیتانیوم افسانه ای است ، که از یک لایه اکسید سطح پایدار ، چسبنده و فوراً اصلاح می شود (TIO2). این باعث می شود که بسیار مقاوم در برابر:
خوردگی عمومی (یکنواخت): مقاومت استثنایی در طیف گسترده ای از محیط ها ، از جمله آب دریا ، کلریدها ، کلر مرطوب و اسیدهای اکسید کننده مانند اسید نیتریک و اسید کرومیک نشان می دهد. این تقریباً از خوردگی و خوردگی Crevice مصون است که فولادهای ضد زنگ را در کلرید-}} غنی از محیط های غنی طاعون می کند.
فرسایش - خوردگی: ترکیب آن از سختی سطح و عدم تحرک شیمیایی باعث می شود که در برابر اثرات مخرب سریع - جریان ، مایعات ساینده ، آن را برای شبهای پروانه ، پروانه ها و لوله های مبدل حرارتی در آب دریا بسیار مقاوم کند.
با این حال ، استفاده از آن محدودیت هایی در برخی از محیط های خورنده خاص دارد:
کاهش اسیدها: تیتانیوم در برابر کاهش اسیدها (به عنوان مثال ، اسید سولفوریک ، اسید هیدروکلریک) بدون وجود مهار کننده ها یا اکسید کننده ها مقاوم نیست. در محلول های غلیظ و هوادهی غیر-}} این اسیدها ، لایه محافظ اکسید می تواند تجزیه شود و منجر به خوردگی سریع شود.
کلر خشک: در حالی که در کلر مرطوب عالی است (جایی که اکسید محافظ ایجاد می کند) ، گاز کلر خشک می تواند با خشونت با تیتانیوم واکنش نشان دهد و باعث احتراق و نارسایی فاجعه بار می شود. رطوبت یک عامل مهم است.
خوردگی گالوانیک: در حالی که تیتانیوم تقریباً به تمام فلزات مشترک دیگر کاتدی (نجیب) است ، خطر برای خود تیتانیوم نیست ، بلکه به فلز آندی که به آن متصل شده است (به عنوان مثال ، آلومینیوم ، فولاد). اگر GR9 با یک فلز نجیب کمتر در یک الکترولیت (مانند آب دریا) همراه باشد ، به طور چشمگیری خوردگی فلز دیگر را تسریع می کند. جداسازی مناسب لازم است.
بنابراین ، در حالی که GR9 یک ماده مناسب- مناسب برای آب دریا ، آب نمک و اکسید کننده خدمات شیمیایی است ، کاربرد آن باید برای محیط هایی که شامل اسیدهای کاهش دهنده قوی یا شرایط بی آب است ، با دقت ارزیابی شود.
