ما هو الفرق بين التيتانيوم النقي وسبائك التيتانيوم GR5؟

درجات التيتانيوم شائعة الاستخدام

GR1 (الصف 2) التيتانيوم النقي الصناعي

GR2 (الصف 3) التيتانيوم النقي الصناعي

GR7 (الصف 11) تي -0.2Pd

GR10 (الصف 12) Ti-0.3Mo-0.8Ni

GR5 (AB٪7b٪7b1٪7d٪7d) Ti٪7b٪7b2٪7d٪7dAl٪7b٪7b3٪7d٪7dV

ينقسم التيتانيوم النقي الصناعي إلى ثلاث درجات: GR1 وGR2 وGR3 وفقًا لمحتوى الشوائب. تزداد تدريجيًا عناصر الشوائب الخلالية لهذه الأنواع الثلاثة من التيتانيوم النقي الصناعي، وبالتالي تزداد قوتها وصلابتها الميكانيكية تدريجيًا، لكن اللدونة والمتانة تنخفض وفقًا لذلك.

التيتانيوم النقي صناعيًا والمستخدم بشكل شائع في الصناعة هو GR2 بسبب مقاومته المعتدلة للتآكل وخواصه الميكانيكية الشاملة. يمكن استخدام GR3 عند الحاجة إلى متطلبات أعلى لمقاومة التآكل والقوة. يمكن استخدام GR1 عند الحاجة إلى أداء صب أفضل.

تتوافق GR1 وGR2 وGR3 في المعيار الوطني مع Gr0 وGr1 وGr2 في UNS.

يتمتع كل من GR1 وGR2 بصلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة وقوة عالية في درجات الحرارة المنخفضة عندما يكون محتوى الحديد ω 0.095%، ومحتوى الأكسجين ω هو 0.{{10} }8%، محتوى الهيدروجين ω هو 0.0009%، ومحتوى النيتروجين ω هو 0.0062%، ويمكن استخدامه كمواد هيكلية منخفضة الحرارة أقل من -253 درجة.

الفرق بين GR1 و GR2 هو أن الأخير يحتوي على نسبة أعلى من الحديد والأكسجين، وبالتالي فإن قوة GR2 أعلى من GR1.

يمثل GR5 معظم سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المنخفضة. ستزداد قوتها مع انخفاض درجة الحرارة، لكن مرونتها لن تتغير كثيرًا. إنه يحافظ على ليونة وصلابة جيدة عند درجات حرارة منخفضة تبلغ -196-253 درجة، ويتجنب الهشاشة الباردة للمعدن، مما يجعله مادة مثالية للحاويات المبردة وصناديق التخزين وغيرها من المعدات.

هناك العديد من العلامات التجارية والأصناف لسبائك التيتانيوم، أكثر من 100 نوع. هناك 40-50 من الأنواع المتوفرة في الصناعة، وعشرات منها فقط هي الأكثر استخدامًا. وتشمل هذه العديد من التيتانيوم النقي الصناعي وسبائك التيتانيوم المختارة ذات الأذواق المختلفة، مثل Ti-6AL-4V، Ti-5AL-2.5Sn، Ti{{7} }AL-1.5Mn، Ti-3AL-2.5V، Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo ، Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo، Ti-8AL-1Mo-1V، Ti{{ 24}}V-11Cr-3AL، Ti-15V—3Cr-3AL-Sn وTi-10V-2Fe{{ 33}}AL وTi-0.20Pd، Ti-0.3Mo-0.8Ni، وما إلى ذلك. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم البلدان، أول سبائكين مهمتين (Ti-6 Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) هي الأكثر شيوعًا والمعترف بها من قبل البلدان حول العالم.

تتم تسمية سبائك التيتانيوم عمومًا وفقًا لبنيتها، وهي سبائك التيتانيوم (بما في ذلك سبائك التيتانيوم القريبة)، وسبائك التيتانيوم وسبائك (+) التيتانيوم. في المعايير الوطنية الصينية، يتم استخدام TA وTB وTC كبادئات لتمثيل نوع سبائك التيتانيوم، يليها رقم لتمثيل الرقم التسلسلي للسبائك. على سبيل المثال، يمثل TA سبيكة تيتانيوم ألفا، وسبائك التيتانيوم GR6 هي سبيكة Ti5Al-2.5Sn؛ يمثل السل بيتا تيتانيوم. سبيكة، TB2 هي سبيكة Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al؛ يمثل TC سبيكة +، مثل سبيكة التيتانيوم GR5 هي سبيكة Ti-6Al-4V.

تحتوي سبائك ألفا تيتانيوم بشكل رئيسي على عناصر ألفا المستقرة. في حالة مستقرة عند درجة حرارة الغرفة، فهي في الأساس سبائك تيتانيوم في طور ألفا، مثل التيتانيوم النقي الصناعي (GR1، GR2، GR3، GR4) وGR6 (Ti-5Al-5Sn). تستخدم سبائك ألفا التيتانيوم بشكل رئيسي في الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية والمعالجة. في هذه الصناعات، الاعتبار الأساسي هو مقاومة التآكل وقابلية المعالجة للسبائك. يفضل التيتانيوم النقي الصناعي (TA0- GR3 بأربعة أنواع)، وسبائك التيتانيوم GR7 المحتوية على البلاديوم (سبائك التيتانيوم والبلاديوم GR7) والسبائك التي تحتوي على كميات صغيرة من الموليبدينوم والنيكل (سبائك التيتانيوم والموليبدينوم والنيكل GR10).

بالقرب من سبائك التيتانيوم، تتم إضافة كمية صغيرة من عناصر التثبيت إلى هذا النوع من سبائك التيتانيوم. في حالة مستقرة عند درجة حرارة الغرفة، يحتوي الهيكل الملدن على كمية صغيرة من الطور أو المركبات بين الفلزات، بشكل عام لا تزيد عن 10%، مثل GR11 (Ti-8Al-1Mo-1 V)، وهي عبارة عن سبيكة تيتانيوم تم تطويرها في الولايات المتحدة لاستخدامها في درجات حرارة عالية، ولكن المحتوى العالي من الألومنيوم يمكن أن يسبب مشاكل في التآكل بسبب الإجهاد الحراري الملحي؛ GR15 (Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) عبارة عن سبيكة BT20 تم تطويرها في روسيا. سبائك التيتانيوم GR11 هي سبيكة مشابهة لسبائك التيتانيوم GR15. هذا الأخير يقلل من محتوى الألومنيوم ويزيد من الزركونيوم، وبالتالي الحفاظ على مقاومة الحرارة وتحسين التآكل الناتج عن تأثير الملح الساخن. + السبيكة المركبة GR13 (Ti-2.5CU) هي سبيكة IMI230 تم تطويرها في المملكة المتحدة.

+ تحتوي سبيكة التيتانيوم على عناصر أكثر استقرارًا وهي عبارة عن سبيكة تيتانيوم مكونة من أطوار في حالة مستقرة عند درجة حرارة الغرفة. المحتوى بشكل عام هو 10%-50%. + سبائك التيتانيوم ذات قوة متوسطة ويمكن تقويتها بالمعالجة الحرارية، لكن أداء اللحام ضعيف. اعتمادًا على مكافئ الموليبدينوم، يمكن تقسيم هذا النوع من السبائك إلى أنواع مارتنسيتية وانتقالية. من بينها، تم تطوير السبائك النموذجية Ti-6Al-4V بواسطة Water City Arsenal في الولايات المتحدة في عام 1954. ويتم استخدامها على نطاق واسع في صناعة الطيران. يمثل منتج السبائك هذا 55%-65% من إنتاج سبائك التيتانيوم ويمكن استخدامه لإنتاج العديد من المنتجات الفضائية كبيرة الحجم. المطروقات والأجزاء، سبائك Ti-6Al-4V تتمتع بخصائص شاملة ممتازة، وهي الأكثر بحثًا بشكل مكثف، وقد تم استخدامها لأطول فترة، ولها نطاق واسع من التطبيقات. ولذلك، حافظت السبيكة على حيوية قوية منذ ولادتها قبل نصف قرن. العلامة التجارية الصينية هي GR5، قسم Timet في شركة Titanium Metal الأمريكية هو Ti-6Al-4V، شركة Active Metal الأمريكية هي RMI6Al4V، شركة Titanium البريطانية هي IMI318، روسيا هي BT6، Sumitomo اليابان هي ST-Al40، وفرنسا هي TA6V. ألمانيا LT31.

يتم التعبير عن إضافة عناصر إلى سبائك التيتانيوم بواسطة الموليبدينوم المكافئ [Mo1]ep ومكافئ الألومنيوم [Al]ep: وسبائك التيتانيوم القريبة [Mo1]ep هي 12-13، [Al]ep هي 5-8؛ + سبائك التيتانيوم [Mo1] ep هو 5-12، [Al] ep هو 6-30؛ سبائك التيتانيوم (سبيكة شبه مستقرة) [Mo1] ep هو 12-25، [Al] ep هو 5-8. إنه أكثر ملاءمة للمصممين للتصنيف حسب الكثافة، والتي يمكن تقسيمها إلى كثافة منخفضة وكثافة عادية وكثافة متوسطة وكثافة عالية وكثافة قصوى.

⑴التيتانيوم النقي الصناعي

التيتانيوم النقي الصناعي عبارة عن تيتانيوم معدني كثيف يحتوي على نسبة تيتانيوم لا تقل عن 99٪ ويحتوي على كمية صغيرة من الحديد والأكسجين والكربون والنيتروجين والهيدروجين والشوائب الأخرى. الشوائب التي لها التأثير الأكثر وضوحا على الخواص الميكانيكية للتيتانيوم النقي هي الأكسجين والنيتروجين والحديد، وخاصة الأكسجين. التفاعل بين الهيدروجين والتيتانيوم قابل للعكس. التأثير الرئيسي للهيدروجين على أداء التيتانيوم هو "تقصف الهيدروجين". ويشترط عادة ألا يزيد محتوى الهيدروجين عن 0.03%-0.05% هيدروجين. على الرغم من أن التيتانيوم النقي الصناعي لديه شبكة سداسية متماسكة () في درجة حرارة الغرفة، إلا أن النسبة المحورية لها صغيرة (c/a=1.587) ولها قابلية معالجة جيدة. يتمتع التيتانيوم النقي بقابلية تشكيل ولحام جيدة وهو غير حساس للمعالجة الحرارية.

لقد تم تضمين التيتانيوم الصناعي النقي في معيار ISO5832-2-1999 الدولي كمادة معدنية للغرسات الجراحية. يجب أن تتمتع المواد التي تلبي الغرسات طويلة المدى بالمتطلبات الأساسية التالية: مقاومة التآكل، والتوافق الحيوي، وقوة شد فائقة، ومقاومة التعب، ولها صلابة جيدة، وأدوات كاشطة مرنة، ومقاومة التآكل، وسعر مرضي.

⑵ سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل

تعتبر سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل مناسبة للاستخدام في الوسائط شديدة التآكل، وخاصة السبائك منخفضة القوة. في المجالات غير الفضائية، يتم استخدام ميزة المقاومة الجيدة للتآكل بشكل أساسي. تعمل سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل على تحسين مقاومة التآكل للتيتانيوم النقي الصناعي في وسائط الاختزال (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك وحمض الأكساليك وحمض الفورميك). حاليا، الموليبدينوم التيتانيوم الناضج، البلاديوم التيتانيوم، النيكل الموليبدينوم التيتانيوم، النيكل التيتانيوم، التنتالوم التيتانيوم، الخ.

كانت سبائك التيتانيوم والموليبدينوم هي أول من تمت دراستها (في عام 1952). لديها مقاومة ممتازة للتآكل في تقليل حمض الهيدروكلوريك. سبائك Ti-30Mo مقاومة لغليان 5% حمض الكربونيك، وغليان 5% حمض الكبريتيك، وغليان 10% حمض الفوسفوريك، والغليان في 10% حمض أسيتيك وغليان 50% حمض الفورميك، الحد الأقصى العام معدل التآكل هو 0.0254-0.0508mm/a. يصل معدل تآكل التيتانيوم النقي في محلول حمض الكبريتيك 10% عند درجة 93.3 إلى 38.1-50.8mm/a؛ Ti-30سبائك Mo ذات مقاومة للتآكل في الوسائط المؤكسدة ضعيفة. بسبب إضافة سبائك الموليبدينوم والهافنيوم عالية الكثافة، فإن الصهر والمعالجة واللحام سيجلب بعض الكوارث الجوية. من سبائك التيتانيوم والموليبدينوم، يتم اشتقاق سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل مثل التيتانيوم-الموليبدنوم-النيوبيوم، والتيتانيوم-الموليبدينوم-الزركونيوم، والتيتانيوم-الموليبدينوم-البلاديوم.

تتمتع سبائك التيتانيوم والبلاديوم GR7 بمقاومة ممتازة للتآكل في الوسائط المؤكسدة. كما أنها تتمتع بمقاومة معينة للتآكل بسبب الوسائط المختزلة، ويمكنها بشكل خاص تحسين مقاومتها لتآكل الشقوق في الوسائط ذات تركيز أيون الكلوريد العالي. تحتوي سبائك التيتانيوم GR7 على 0.2% البلاديوم. في حمض الكبريتيك المغلي بنسبة 5%، يمكن لسبائك التيتانيوم والبلاديوم GR7 تقليل معدل التآكل من 48.26 مم/أ (التيتانيوم النقي الصناعي) إلى 0.508 مم/أ، وزيادة مقاومة التآكل بحوالي 95 مرة. تتمتع السبيكة بخصائص معالجة وتشكيل ولحام جيدة، ولكنها تحتوي على معدن البلاديوم الثمين وهي مكلفة.

سبائك بيتا تيتانيوم. يحتوي هذا النوع من سبائك التيتانيوم على ما يكفي من عناصر بيتا المستقرة. عند معدل تبريد مناسب، يكون هيكل درجة حرارة الغرفة في مرحلة بيتا بالكامل. يمكن عادةً تقسيمها إلى سبيكة بيتا تيتانيوم قابلة للمعالجة بالحرارة (سبائك بيتا تيتانيوم مستقرة) وتيتانيوم بيتا المستقر. سبيكة. تتمتع سبائك بيتا تيتانيوم القابلة للمعالجة بالحرارة بمرونة عملية جيدة جدًا في ظل ظروف التبريد، ويمكن تشكيلها على البارد في ألواح، ويمكنها الحصول على قوة شد في درجة حرارة الغرفة تصل إلى 1300-1400 ميجا باسكال من خلال معالجة الشيخوخة.

التركيب الاسمي لسبائك التيتانيوم والموليبدينوم والنيكل GR10 هو Ti-0.3Mo-0.8Ni. إنها سبيكة Ti-12 تم بحثها وتطويرها بواسطة الولايات المتحدة في منتصف-1970. إنها سبيكة تيتانيوم مقاومة للتآكل الشق. قوة الشد للسبائك عند 300 درجة هي ضعف قوة التيتانيوم النقي، وقد تم تحسين مقاومتها للتآكل لتقليل الوسائط بشكل كبير. لا يحدث تآكل الشقوق في الكلوريد عند درجة 150-200 .

يمكن أن تصل درجة حرارة استخدام سبائك التيتانيوم والنيكل (Ti-2Ni) في معدات تحلية المياه ذات درجة الحرارة العالية إلى حوالي 200 درجة.

سبائك التيتانيوم والتنتالوم (Ti-5Ta) عبارة عن سبيكة تيتانيوم مقاومة للتآكل من حمض النيتريك يتم إنتاجها بواسطة روسيا تحت العلامة التجارية 4204 للسبائك وشركة Kobe Steel اليابانية تحت العلامة التجارية KS50Ta. تتمتع السبيكة بأداء عملية وأداء لحام جيد، ومعدل التآكل في تدفق حمض النيتريك عند درجة 100-200 أقل من 0.1 مم/أ. وقد تم تطبيقه في معدات استعادة حمض النيتريك وعمليات إعادة معالجة الوقود النووي.

⑶سبائك التيتانيوم الهيكلية

تستخدم سبائك التيتانيوم منخفضة القوة المصنفة حسب القوة بشكل رئيسي في البيئات المقاومة للتآكل، بينما تستخدم سبائك التيتانيوم الأخرى في الأجزاء الهيكلية، والتي تسمى سبائك التيتانيوم الهيكلية. سبائك التيتانيوم ذات القوة العادية (حوالي 500 ميجا باسكال)، بما في ذلك بشكل أساسي التيتانيوم النقي الصناعي، Ti-2Al-1.5Mn (TC1)، وTi-3Al-2.5V (GR18) )، وقد استخدمت على نطاق واسع. نظرًا لخصائص المعالجة والتشكيل الجيدة وقابلية اللحام، يتم استخدام السبيكة في تصنيع أجزاء مختلفة من ألواح الطيران والأنابيب الهيدروليكية، بالإضافة إلى منتجات الدراجات المدنية. السبيكة النموذجية لسبائك التيتانيوم متوسطة القوة (حوالي 900 ميجاباسكال) هي Ti-6Al-4V (GR5)، والتي تستخدم على نطاق واسع في صناعة سبائك التيتانيوم الفضائية. تتمتع لوحة سبائك التيتانيوم عالية القوة بقوة شد في درجة حرارة الغرفة تزيد عن 1100 ميجا باسكال. وهي تتألف من سبائك التيتانيوم القريبة وسبائك التيتانيوم شبه المستقرة. يتم استخدامه بشكل أساسي لاستبدال الفولاذ الهيكلي عالي القوة المستخدم بشكل شائع في هياكل الطائرات. سبائكها النموذجية هي Ti-13V- 11Cr-3Al، Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn و سبائك Ti-10V-2Fe-3Al، إلخ.

4. سبائك التيتانيوم المقاومة للحرارة

سبائك التيتانيوم المقاومة للحرارة هي سبيكة تيتانيوم مناسبة للتشغيل على المدى الطويل في درجات حرارة أعلى. إنها تتمتع بقوة فورية ومتينة عالية على نطاق درجة حرارة التشغيل بالكامل. إنه يتمتع بثبات حراري جيد، ومقاومة الزحف واللدونة في درجة حرارة الغرفة، وله مقاومة جيدة للتعب عند درجة حرارة عالية. يتم استخدامه بشكل أساسي لتصنيع الأقراص والشفرات وأغلفة سحب الهواء ومكونات الطائرات في الضواغط. لقد تم تقوية سبائك التيتانيوم المقاومة للحرارة بمحلول صلب + سبائك التيتانيوم من النوع القريب والنوع. + نوع سبائك التيتانيوم المقاومة للحرارة والتي يمكن أن تعمل لفترة طويلة تحت 500 درجة تحتوي على عناصر أكثر استقرارًا، ومكافئ الألومنيوم أعلى من 6. من خلال إضافة عناصر تثبيت بيتا المناسبة، لا تعرض السبيكة قوة لحظية عالية فقط في درجات الحرارة العالية، ولكن لديها أيضًا مرونة كافية. تشمل السبائك النموذجية GR5 (Ti-6Al-4V)، TC6 (Ti-6Al-2.5Mo-2Cr-0.5 Fe -0.3Si) و TC11 (Ti -6.5Al -3.5Mo -1.5Zr -0.3Si). - تحتوي سبائك التيتانيوم المقاومة للحرارة والتي تعمل لفترة طويلة تحت 500 درجة على كمية صغيرة من عناصر التثبيت. يكون مكافئ الألومنيوم تقريبًا أعلى من 7، والسبيكة لديها طور أكثر في حالة التوازن، لذلك تتمتع هذه السبائك بمقاومة أعلى للزحف ومقاومة أفضل للتعب وصلابة الكسر فوق 500 درجة. نظرًا لأن السبائك ذات النوع التقريبي تتمتع بهذه الخصائص الشاملة الممتازة، فقد أصبحت النظام الرئيسي للسبائك المقاومة للحرارة. السبائك النموذجية هي Ti-8Al-1Mo-1V (US Ti-811)، Ti6Al-2Zr-1Mo-1 V (الروسية BT20)، Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (الولايات المتحدة Ti-6242) وTi-5.5Al { {54}}.5Sn -3Zr -1 ملحوظة -0.3Mo -0.3Si (المملكة المتحدة IMI -829).

5. سبائك التيتانيوم ذات درجة حرارة منخفضة

سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المنخفضة هي و+ سبائك التيتانيوم مناسبة للاستخدام في درجات حرارة منخفضة. هذا النوع من السبائك يزداد مع انخفاض درجة الحرارة، ونادرا ما تنخفض صلابته مع انخفاض درجة الحرارة، لذلك يمكن استخدامه كأجزاء هيكلية منخفضة الحرارة. يتمثل اتجاه تطوير سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة المنخفضة في تقليل محتوى الأكسجين من 0.2% (الدرجة العادية) إلى 0.12% لتشكيل سبائك تيتانيوم ذات فجوة منخفضة للغاية (ELI). يمكن استخدامها في درجات حرارة منخفضة للغاية (<77K). Typical alloys are Ti-5Al-2.5Sn (ELI). Ti-5Al-2.5Sn (ELI is the US military standard MIL-9047) developed in the United States in the early 1960s. China successfully copied the alloy in the late 1970s and called it GR6 titanium alloy, Ti-5Al-2.5Sn (ELI) alloy. Especially suitable for liquid fuel storage containers operating at low temperatures of -255°C. There are many brands and varieties of titanium alloys, more than 100 types. There are 40-50 types available in industry, and only a dozen are most commonly used. These include various industrial pure titanium and selected titanium alloys of different tastes, such as Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, Ti-2AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8AL-1Mo-1V, Ti-13V-11Cr-3AL, Ti-15V—3Cr-3AL-Sn and Ti-10V-2Fe-3AL and Ti-0.20Pd, Ti-0.3Mo-0.8Ni, etc. However, for most countries, the first two important alloys (Ti-6Al-4V; Ti-5Al-2.5Sn) are the most typical and recognized by countries around the world.