1. ما يعادل Ti-6Al-4V؟
2. ما هي عيوب Ti-6Al-4V؟
ارتفاع تكاليف الإنتاج والمعالجة: استخراج خام التيتانيوم (على سبيل المثال، من الإلمنيت) وتنقيته (من خلال عملية كرول) يتطلبان طاقة مكثفة-، مما يجعل Ti-6Al-4V أكثر تكلفة بكثير من الفولاذ أو الألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك، فإن قوتها العالية وموصليتها الحرارية المنخفضة تجعل تصنيع الآلات (على سبيل المثال، الطحن والحفر) أمرًا صعبًا، حيث يتطلب الأمر أدوات ومبردات متخصصة، مما يزيد من تكاليف التصنيع.
مقاومة التآكل ضعيفة: بالمقارنة مع المواد الفولاذية أو السيراميكية المقساة، يتمتع Ti-6Al-4V بصلابة سطحية منخفضة نسبيًا (عادةً 30-35 HRC في الحالة الصلبة). وهذا يجعله غير مناسب للتطبيقات التي تتضمن احتكاكًا أو كشطًا شديدًا (مثل التروس والمحامل) ما لم يتم تطبيق معالجات سطحية (مثل النيترة وطلاءات PVD).
أداء محدود في درجات الحرارة العالية-: بينما يحتفظ بالقوة حتى 400 درجة تقريبًا (752 درجة فهرنهايت)، فإن خواصه الميكانيكية تتحلل بسرعة فوق درجة الحرارة هذه. وهذا يؤدي إلى استبعاده من تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة-مثل الأجزاء الساخنة لتوربينات الغاز، حيث يفضل استخدام السبائك الفائقة المعتمدة على النيكل-.
قابلية اللحام الصعبة (بدون احتياطات خاصة): يتفاعل التيتانيوم بشكل كبير مع الأكسجين والنيتروجين عند درجات حرارة مرتفعة (على سبيل المثال، أثناء اللحام). يؤدي اللحام غير المنضبط إلى مراحل بين المعادن هشة (على سبيل المثال، أكاسيد التيتانيوم) مما يقلل من قوة المفصل. يتطلب اللحام Ti-6Al-4V حماية من الغاز الخامل (مثل الأرجون) أو بيئات مفرغة، مما يزيد من التعقيد والتكلفة.
معامل مرونة أقل من الفولاذ: معامل المرونة (~110 جيجا باسكال) يعادل تقريبًا نصف معامل المرونة في الفولاذ (~200 جيجا باسكال). وهذا يعني أن مكونات Ti-6Al-4V تنحرف أكثر تحت نفس الحمل، وهو ما يمكن أن يكون عائقًا للتطبيقات التي تتطلب ثباتًا صارمًا للأبعاد (على سبيل المثال، إطارات الماكينات الدقيقة).
3. ما هي مزايا Ti-6Al-4V؟
القوة المتميزة-إلى-نسبة الوزن: تبلغ قوة الشد ~900-1100 ميجا باسكال (مُلدن بالمحلول-الحالات المعالجة/المعتقة) بينما يكون أخف بكثير من الفولاذ (الكثافة: ~4.43 جم/سم³ مقابل ~7.85 جم/سم³ للفولاذ). وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات ذات الوزن الحرج، مثل مكونات الطيران (على سبيل المثال، معدات هبوط الطائرات وأجزاء المحرك) وأجزاء سباق السيارات، حيث يؤدي تقليل الوزن إلى تحسين كفاءة استهلاك الوقود أو الأداء.
مقاومة ممتازة للتآكل: تشكل السبيكة طبقة أكسيد ملتصقة كثيفة (TiO₂) على سطحها تمنع المزيد من الأكسدة. تتميز هذه الطبقة بالثبات في البيئات القاسية، بما في ذلك مياه البحر والمحاليل الحمضية (على سبيل المثال، حمض الكبريتيك) والمواد الكيميائية التي تحتوي على الكلور-. ومن ثم فهو يستخدم على نطاق واسع في الهندسة البحرية (على سبيل المثال، خطوط الأنابيب تحت سطح البحر) ومعدات المعالجة الكيميائية.
التوافق الحيوي: Ti-6Al-4V غير-سام ولا يثير ردود فعل مناعية في جسم الإنسان. تمنع طبقة الأكسيد الخاصة بها أيضًا ترشيح الأيونات (وهو أمر بالغ الأهمية للغرسات طويلة الأمد-). إنه المعيار الذهبي للأجهزة الطبية مثل استبدال مفصل الورك/الركبة، وزراعة الأسنان، وألواح تثبيت العظام-التي تتفوق على المواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ (الذي قد يسبب حساسية لأيون المعادن) أو سبائك الكوبالت والكروم (أثقل وأقل مقاومة للتآكل).
مقاومة جيدة للتعب: يُظهر مقاومة ممتازة للتحميل الدوري، حتى في البيئات المسببة للتآكل. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للمكونات المعرضة للضغط المتكرر (على سبيل المثال، أجنحة الطائرات، وموصلات المنصات البحرية)، حيث أنه يقلل من خطر فشل الكلال.
القابلية للتشكيل (في حالات محددة): في حالته الصلبة، يتمتع Ti-6Al-4V بمرونة جيدة، مما يسمح بتشكيله في أشكال معقدة من خلال عمليات مثل الحدادة، والدرفلة، والسحب العميق. بعد التشكيل، يمكن معالجته بالحرارة (معالجة المحلول + التعتيق) لاستعادة قوته أو تعزيزها.
معامل التمدد الحراري المنخفض: معامل التمدد الحراري (~8.6 × 10⁻⁶/ درجة) أقل من معامل التمدد الحراري للألمنيوم (~23.1 × 10⁻⁶/ درجة) وأقرب إلى الفولاذ. يؤدي هذا إلى تقليل الضغط الحراري في المكونات المعرضة لتقلبات درجات الحرارة (على سبيل المثال، أغلفة محركات الطائرات)، مما يؤدي إلى تحسين المتانة على المدى الطويل-.
