تحليل أداء معدن التيتانيوم

بشكل عام، يفقد الألومنيوم خصائصه الأصلية عند 150 درجة، والفولاذ المقاوم للصدأ يفقد خصائصه الأصلية عند 310 درجة، وسبائك التيتانيوم لا تزال تحتفظ بخصائص ميكانيكية جيدة عند حوالي 500 ~ 600 درجة. عندما تصل سرعة الطائرة إلى 2.7 ماخ، تصل درجة حرارة سطح هيكل الطائرة إلى 230 درجة. لم تعد سبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم متوفرة، ولكن سبائك التيتانيوم يمكن أن تلبي المتطلبات. يتمتع التيتانيوم بمقاومة جيدة للحرارة ويستخدم في أقراص وشفرات ضواغط محرك الطائرات وفي جلد جسم الطائرة الخلفي.

تزداد قوة بعض سبائك التيتانيوم (مثل Ti-5Al-2.5SnELI) مع انخفاض درجة الحرارة، لكن اللدونة لا تقل كثيرًا. لا يزال يتمتع بمرونة وصلابة جيدة في درجات حرارة منخفضة ومناسب للاستخدام في درجات حرارة منخفضة للغاية. ويمكن استخدامه في محركات الصواريخ ذات الهيدروجين السائل والأكسجين السائل، أو كحاويات وخزانات ذات درجات حرارة منخفضة للغاية في المركبات الفضائية المأهولة.

التيتانيوم نفسه غير مغناطيسي، وسبائك التيتانيوم التي لا تحتوي على الحديد هي أيضًا غير مغناطيسية، لذلك يمكن تجنب التداخل المغناطيسي بشكل فعال. يستخدم لقذائف الغواصات ولن يسبب انفجارات الألغام. بالإضافة إلى استخدامه في الدفاع الوطني، والقوات الجوية، وتصنيع الأسلحة، فإنه يستخدم أيضًا على نطاق واسع في هندسة السكك الحديدية، والاتصالات، والفضاء، والطيران، ومختبرات التكنولوجيا الفائقة، والمستشفيات (المسح، والأشعة السينية، والتصوير بالرنين المغناطيسي، ومخططات القلب الكهربائية، أنابيب أشعة الكاثود)، الطب، الصناعة النووية، الرنين المغناطيسي النووي، مقياس الطيف المغناطيسي، مغناطيس تسلا العالي، العمليات الخارجية، بناء السفن، الغوص، الصناعة الكيميائية، الحماية من الحرائق، تحلية المياه، بناء السفن، منصات النفط والغاز البحرية، صناعة الملح، إلخ.

الموصلية الحرارية لسبائك التيتانيوم صغيرة، أي أنها تسخن بسرعة وتوصيل الحرارة ببطء. الموصلية الحرارية هي فقط 1/5 من الفولاذ، و1/13 من الألومنيوم، و1/25 من النحاس. يعد ضعف التوصيل الحراري من عيوب التيتانيوم، ولكن يمكن استغلال خاصية التيتانيوم هذه في بعض الحالات.

معامل مرونة التيتانيوم هو نصف معامل مرونة الفولاذ فقط. عند استخدامها كمادة هيكلية، فإن معامل المرونة المنخفض يعد عيبًا ويكون عرضة للانحراف.

قوة الشد وقوة الخضوع للتيتانيوم

تبلغ قوة الشد لسبائك التيتانيوم Ti-6Al-4V 960MPa ومقاومة الخضوع 892MPa. الفرق بين الاثنين هو 58MPa فقط. تؤدي هذه الخاصية إلى إنتاج التيتانيوم لجزء كبير من الزنبرك أثناء المعالجة، الأمر الذي يجب التغلب عليه.

يتمتع التيتانيوم بقوة ربط قوية مع الهيدروجين والأكسجين. يجب توخي الحذر لمنع الأكسدة وامتصاص الهيدروجين. يجب أن يتم لحام التيتانيوم تحت حماية الأرجون لمنع التلوث. يجب معالجة أنابيب وألواح التيتانيوم بالحرارة تحت فراغ، ويجب التحكم في جو الأكسدة الدقيقة أثناء المعالجة الحرارية لمطروقات التيتانيوم.

الساعات المتطابقة في الشكل والحجم مصنوعة من التيتانيوم ومواد معدنية أخرى (النحاس والفولاذ). وعندما ضربت أجراس مختلفة بنفس القوة، وجدنا أن الصوت استمر لفترة أطول عندما تأرجح الجرس المصنوع من التيتانيوم، أي أن الطاقة الممنوحة للجرس عن طريق الضرب لم تختف بسهولة، مما يشير إلى أن التيتانيوم له خصائص تخميد أقل ويمكنه يمكن استخدامها لصنع مجموعة متنوعة من الآلات الموسيقية.

تسمى وظيفة ذاكرة شكل التيتانيوم ووظيفة التوصيل الفائق ووظيفة امتصاص الهيدروجين بالوظائف الخاصة الثلاث للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم.

وظيفة ذاكرة شكل التيتانيوم

يمكن لنسبة معينة من سبائك Ti-Ni استعادة شكلها الأصلي في ظل ظروف درجة حرارة معينة، أي أن لديها وظيفة ذاكرة الشكل. تسمى هذه المادة بسبيكة ذات ذاكرة الشكل. اليوم، تُستخدم السبائك ذات ذاكرة الشكل على نطاق واسع في التطبيقات الفضائية والبحرية والأسلحة والتطبيقات الطبية والصناعية.

عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما يقرب من الصفر، تفقد الأسلاك المصنوعة من سبائك النيوبيوم والتيتانيوم مقاومتها وتصبح فائقة التوصيل. عند مرور أي تيار كبير، لن يسخن السلك ولن يستهلك أي طاقة. تسمى Nb-Ti مادة فائقة التوصيل.

تتمتع نسبة معينة من سبائك Ti-Fe بالقدرة على امتصاص كميات كبيرة من الهيدروجين. وباستخدام هذه الخاصية، يمكن تخزين الهيدروجين بأمان، وفي ظل ظروف معينة، يمكن استخدام سبيكة Ti-Fe المخزنة لإطلاق الهيدروجين، مما يوفر بديلاً لاستخدام أسطوانات الغاز الفولاذية عالية الضغط لتخزين الهيدروجين. تسمى هذه الخاصية بوظيفة امتصاص الهيدروجين للتيتانيوم، وتسمى المواد التي لها هذه الوظيفة بمواد تخزين الطاقة.