آیا تیتانیوم یک آلیاژ فوق العاده است؟

آیا تیتانیوم یک آلیاژ فوق العاده است؟

معرفی کنید
استانداردهای تولید مدرن بسیار خواستار هستند. به طور مداوم از مهندسان و طراحان خواسته می شود که الزامات صنعت را از نظر عملکرد، طول عمر، پایداری و بهینه سازی هزینه برآورده کنند. تولید صنعتی در حال توسعه دائمی است. اصول طراحی جدید، روش های تولید و مواد برای نوآوری ضروری هستند.

برخی از صنایع مانند صنعت هوافضا می‌توانند به‌ویژه نیازمند باشند. محصولات هوافضا در طول عمر خود در معرض شرایط شدید قرار دارند. روش ها و مواد سنتی برای مطابقت با استانداردهای صنعت کافی نیستند: به همین دلیل است که مهندسان هوافضا از موادی مانند سوپرآلیاژها استفاده می کنند.

آلیاژهای با دمای بالا چیست؟
در اصل، سوپرآلیاژها موادی با آمار عملکرد فوق العاده هستند. خواص کلیدی سوپرآلیاژها دوام بالا، استحکام مکانیکی فوق العاده بالا، ترموالاستیسیته و عمر طولانی است. مهمترین خاصیت سوپرآلیاژها قابلیت عملکرد آنها در دمای ذوب بالا است. تمام ویژگی های فوق، سوپرآلیاژها را برای صنعت هوافضا حیاتی می کند.

ایده اولیه برای توسعه مواد مناسب برای عملیات در شرایط سخت ناشی از تمایل به طراحی هواپیماهایی است که می توانند ما را بالاتر و سریعتر ببرند. توسعه سوپرآلیاژها ارتباط نزدیکی با گسترش سریع صنعت هوافضا پس از جنگ جهانی دوم دارد.

انواع آلیاژهای با دمای بالا
انواع مختلفی از آلیاژهای با دمای بالا در صنعت هوافضا استفاده می شود. یکی از پرکاربردترین انواع سوپرآلیاژ تیتانیوم است. تیتانیوم خالص دارای چگالی نسبتا کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی بالا است. علاوه بر این، تیتانیوم تنها عنصری است که با نیتروژن می سوزد. تیتانیوم به اندازه فولاد استحکام دارد اما وزن آن تقریباً نصف است. این ویژگی ها به تنهایی آن را به یک ماده ایده آل برای صنعت هوافضا تبدیل می کند، جایی که نسبت وزن به قدرت بسیار مهم است. تیتانیوم با سایر عناصر به نسبت های خاص مخلوط می شود تا خواص عالی آن را بیشتر کند.

یکی از متداول ترین آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم آلیاژ Ti-6Al-4V است. علاوه بر تیتانیوم، حاوی آلومینیوم و وانادیم نیز می باشد و عمدتاً در قاب کابین خلبان، جعبه بال ها و سازه های اتصال دهنده در هواپیماهای تجاری استفاده می شود. این آلیاژ تعادل خوبی از خواص مانند استحکام، شکل پذیری، چقرمگی شکست، استحکام در دمای بالا، خواص خزشی، جوش پذیری، فرآیند پذیری و کارایی گرم را نشان می دهد. آلیاژ Ti{3}}Al-2Sn-4Zr-2Mo یک آلیاژ مقاوم در برابر حرارت است که در نیمه دوم دهه 1960 ساخته شد. دمای مقاومت در برابر حرارت آن حدود 450 درجه است. این آلیاژ معمولاً در دیسک های کمپرسور که 500 درجه حد بالایی درجه حرارت است استفاده می شود. آلیاژ Ti{11}}Al-2Sn-2Zr-4Cr{15}}Mo، که گاهی اوقات آلیاژ "Ti17" نامیده می شود، آلیاژی است که در ایالات متحده در دهه 1970 که دارای استحکام بالا و چقرمگی شکست عالی است. دمای مقاومت در برابر حرارت آن حدود 350 درجه است. در موتورهای هواپیماهای تجاری، فن و شفت به صورت یک تکه ساخته می شوند تا وزن موتور کاهش یابد. آلیاژ Ti{19}}V-2Fe{21}}آلیاژ سختی عالی، استحکام بالا و استحکام خستگی بالا دارد و عمدتاً برای ارابه فرود استفاده می‌شود.

علاوه بر آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم، فروآلیاژها دسته دیگری از آلیاژها هستند که معمولاً در صنایع مختلف از جمله هوافضا و نظامی استفاده می شوند. اساساً فروآلیاژها آلیاژهایی هستند که عمدتاً از آهن تشکیل شده اند. برخی از متداول ترین آلیاژهای مبتنی بر آهن عبارتند از فولاد ضد زنگ، چدن و ​​فولاد کربن بالا. آلیاژهای آهنی معمولاً دارای تعادل خوبی از خواص، از جمله مقاومت در برابر حرارت و خوردگی، دوام، استحکام و ترموالاستیسیته هستند. اگرچه آنها خواص فوق العاده سوپرآلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم یا سایر آلیاژهای با دمای بالا را نشان نمی دهند، سهولت سنتز و مقرون به صرفه بودن آنها آنها را ارزشمند می کند.

یکی دیگر از انواع آلیاژهای مهم برای صنایع هوافضا و نظامی، آلیاژهای آلومینیوم هستند. نسبت وزن به استحکام آلومینیوم خام به خودی خود چشمگیر است. افزودن عناصر آلیاژی مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیکون، قلع، نیکل و روی این خواص را افزایش می دهد و آلیاژهای آلومینیوم را برای کاربردهای نظامی و هوافضا عالی می کند. سری 7xxx از آلیاژهای آلومینیوم رایج ترین مورد استفاده در کاربردهای هوافضا هستند. عنصر آلیاژی اولیه در سری 7xxx روی است که این کلاس را به قوی ترین آلیاژهای آلومینیوم تبدیل می کند. آلیاژهای سری 7xxx دارای قدرت تسلیم بالای 500 مگاپاسکال هستند. رایج ترین آلیاژهای 7xxx Al-Zn-Mg-Cu و Al-Li-Cu-Mg هستند.