1. ما المقصود بسبائك التيتانيوم؟
تشير سبيكة التيتانيوم إلى مادة معدنية تتكون في المقام الأول من التيتانيوم (مثل المعدن القاعدة أو المصفوفة) جنبًا إلى جنب مع كميات محكومة بعناية من العناصر الأخرى (المعروفة باسم عناصر السبائك) لتعزيز أو تخصيص خصائصها. التيتانيوم النقي ، مع وجود مقاومة تآكل ممتازة ، غالباً ما يفتقر إلى القوة الكافية أو مقاومة الحرارة أو القابلية للتشكيل للتطبيقات الصناعية الصعبة. عن طريق إضافة عناصر سبائك محددة - مثل الألمنيوم أو الفاناديوم أو القصدير أو الزركونيوم أو الموليبدينوم أو نيوبيوم - يتم هندسة سبائك التيتانيوم للتغلب على هذه القيود.
تعدل عناصر السبائك هذه المجهرية للتيتانيوم (والتي يمكن أن توجد في مرحلتين رئيسيتين: alpha () و beta ()) لتحقيق الخصائص المستهدفة. على سبيل المثال ، يثبت الألمنيوم مرحلة ألفا لتعزيز القوة وتقليل الكثافة ، في حين أن الفاناديوم يستقر مرحلة بيتا لتحسين ليونة وقابلية اللحام. يتم تصنيف سبائك التيتانيوم استنادًا إلى مراحلها المجهرية المهيمنة (على سبيل المثال ، سبائك ألفا ، سبائك بيتا ، ألفا - السبائك بيتا) وتستخدم على نطاق واسع في الصناعات مثل erospace ، استثنائية ، أو سيارات ، وبحلميات ، بفضل مزيجها الفريد من القوة العالية- المقاومة ، والتوافق الحيوي الجيد.
2. هل الصف 5 من التيتانيوم الصدأ؟
لا ، الصف 5 التيتانيوم (المعروف أيضًا باسم ti - 6al - 4v ، سبيكة التيتانيوم الأكثر شيوعًا) لا تصدأ بالمعنى التقليدي. يشير الصدأ على وجه التحديد إلى أكسيد الحديد الذي يتشكل عندما يتفاعل المعادن القائمة على الحديد أو الحديد - (مثل الصلب) مع الأكسجين والرطوبة في البيئة. نظرًا لأن الصف الخامس من التيتانيوم عبارة عن سبيكة من التيتانيوم والألومين-فاناديوم مع عدم وجود محتوى حديدي ، فإنه لا يمكن أن يشكل أكسيد الحديد (الصدأ).
بدلاً من ذلك ، عند تعرضه للهواء أو الرطوبة ، يشكل التيتانيوم من الدرجة الخامسة تلقائيًا طبقة أكسيد رقيقة وكثيفة وملتصقة بإحكام (في المقام الأول ثاني أكسيد التيتانيوم ، TiO₂) على سطحه. تعمل طبقة الأكسيد السلبية هذه كحاجز وقائي ، مما يمنع المزيد من الأكسدة أو تآكل المعدن الأساسي. حتى لو تم خدش الطبقة أو التالفة ، فإنها تعمل بسرعة على الإصلاح في وجود الأكسجين ، مع الحفاظ على مقاومة السبائك. يعرض الصف الخامس من التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل في معظم البيئات ، بما في ذلك المياه العذبة ، ومياه البحر ، والعديد من المحاليل الكيميائية ، على الرغم من أنه قد يكون عرضة للتآكل في الأحماض ذات التركيز الشديد (على سبيل المثال ، حمض الهيدروكلوريك الساخن والمركّز) في ظل ظروف محددة.
3. هل الصف 5 من التيتانيوم أقوى من الصلب؟
ما إذا كان الصف الخامس التيتانيوم (TI-6AL-4V) أقوى من الصلب يعتمد علىنوع محدد من الصلبيجري مقارنتها وتعريف "القوة" (على سبيل المثال ، قوة الشد ، قوة العائد).
من ناحيةقوة الشد(الحد الأقصى للضغط الذي يمكن أن تحمله المادة قبل الانهيار) ، عادةً ما يتمتع من التيتانيوم الصلب من الدرجة الخامسة بقوة شد من860 - 930 MPa. هذا أقوى من العديد من الفولاذ الكربوني المنخفض- (على سبيل المثال ، A36 الصلب ، مع قوة شد ~ 400 ميجا باسكال) وبعض الفولاذ المتوسط -. ومع ذلك ، فهو أضعف عمومًا من الفولاذ العالي- ، مثل فولاذ السبائك المطفأ والمخففة (على سبيل المثال ، 4140 من الصلب ، والتي يمكن أن تصل إلى نقاط قوة الشد من 1،000-1،700 ميجا باسكال) أو مرتفعة متطورة - الفولاذ (AHSS) المستخدمة في Automotive.
حيث تبرز الصف الخامس من التيتانيوم هو حقًاقوة - إلى - نسبة الوزن(القوة لكل وحدة كتلة). يبلغت التيتانيوم حوالي 4.51 جم/سم مكعب ، حوالي 60 ٪ من الصلب (التي لديها كثافة تبلغ حوالي 7.85 جم/سم). حتى بالمقارنة مع الفولاذ العالي- مع قوة مطلقة مماثلة أو أعلى ، يوفر الصف الخامس من التيتانيوم قوة أكبر بكثير بالنسبة لوزنها. على سبيل المثال ، يمكن للمكون المصنوع من Titanium من الدرجة 5 أن يحقق نفس الحمل - سعة التحمل كمكون فولاذي بينما يكون أخف وزناً بشكل كبير - وهذا يجعله لا يقدر بثمن في الوزن-.
باختصار: الصف 5 التيتانيوم أقوى من Low - إلى - الفولاذ المتوسطة القوة ولكن ليس كلها عالية - فولاذ القوة. ميزةها الرئيسية على جميع الفولاذ تقريبًا هي قوتها المتفوقة - إلى نسبة الوزن -.
