أنابيب سبائك التيتانيوم ومواد التيتانيوم الأخرى

1 ، كثافة صغيرة ، قوة عالية ، قوة محددة عالية

  تبلغ كثافة التيتانيوم 4.51 جم / سم 3 ، وهو ما يمثل 57٪ من الفولاذ ، وهو ما يزيد قليلاً عن نصف الفولاذ ، وأقل من ضعف كثافة الألومنيوم ، وثلاث مرات أقوى من الألومنيوم. القوة المحددة لسبائك التيتانيوم هي الأكبر بين السبائك الصناعية الشائعة الاستخدام. القوة المحددة لسبائك التيتانيوم هي 3.5 مرة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، و 1.3 مرة من سبائك الألومنيوم ، و 1.7 مرة من سبائك المغنيسيوم. لذلك ، فهي مادة هيكلية لا غنى عنها لصناعة الطيران.

  تمت مقارنة الكثافة والقوة النوعية للتيتانيوم والمعادن الأخرى في الجدول 1-1.

   الجدول 1-1 مقارنة الكثافة والقوة النوعية بين التيتانيوم والمعادن الأخرى

معدن تيتانيوم (سبيكة) حديد ألومنيوم (سبيكة) مغنسيوم (سبيكة) صلب عالي القوة

الكثافة / (جم · سم -3) القوة النوعية 4.5 (29) 7.87 - 2.7 (21) 1.74 (16) - 23

 

  2 ، مقاومة ممتازة للتآكل

  يعتمد تخميل التيتانيوم على وجود طبقة أكسيد. تعتبر مقاومة التآكل في الوسائط المؤكسدة أفضل بكثير من تلك الموجودة في الوسائط المختزلة ، ويمكن أن يحدث التآكل عالي المعدل في الوسائط المختزلة. لا يتآكل التيتانيوم في بعض الوسائط المسببة للتآكل ، مثل مياه البحر ، والكلور الرطب ، ومحاليل الكلوريت والهيبوكلوريت ، وحمض النيتريك ، وحمض الكروميك ، وكلوريدات المعادن ، والكبريتيدات ، والأحماض العضوية. ومع ذلك ، في الوسط الذي يتفاعل مع التيتانيوم لإنتاج الهيدروجين (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك) ، يكون للتيتانيوم عمومًا معدل تآكل أكبر. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة كمية صغيرة من المؤكسد إلى الحمض ، فإن التيتانيوم سيشكل فيلم تخميل. لذلك ، التيتانيوم مقاوم للتآكل في خليط من حامض الكبريتيك - حمض النيتريك أو حمض الهيدروكلوريك - حمض النيتريك ، حتى في حمض الهيدروكلوريك المحتوي على الكلور الحر. غالبًا ما يتشكل فيلم أكسيد التيتانيوم الواقي عندما يلمس المعدن الماء ، حتى في وجود كمية صغيرة من الماء أو بخار الماء. إذا تعرض التيتانيوم لبيئة مؤكسدة قوية بدون ماء على الإطلاق ، فيمكن أن يتأكسد بسرعة وينتج تفاعل احتراق عنيف وغالبًا ما يكون تلقائيًا. حدث هذا النوع من السلوك في تفاعل التيتانيوم مع دخان حمض النيتريك الذي يحتوي على أكاسيد النيتروجين المفرطة والتيتانيوم مع غاز الكلور الجاف. ومع ذلك ، لمنع حدوث تفاعلات في هذه الحالة ، فإن كمية معينة من الماء ضرورية. في كثير من الأحيان رد فعل احتراق تلقائي. حدث هذا النوع من السلوك في تفاعل التيتانيوم مع دخان حمض النيتريك الذي يحتوي على أكاسيد النيتروجين المفرطة والتيتانيوم مع غاز الكلور الجاف. ومع ذلك ، لمنع حدوث تفاعلات في هذه الحالة ، فإن كمية معينة من الماء ضرورية. في كثير من الأحيان رد فعل احتراق تلقائي. حدث هذا النوع من السلوك في تفاعل التيتانيوم مع دخان حمض النيتريك الذي يحتوي على أكاسيد النيتروجين المفرطة والتيتانيوم مع غاز الكلور الجاف. ومع ذلك ، لمنع حدوث تفاعلات في هذه الحالة ، فإن كمية معينة من الماء ضرورية.

  3 ، مقاومة جيدة للحرارة

   بشكل عام ، يفقد الألمنيوم خواصه الميكانيكية الأصلية العالية عند 150 درجة مئوية والفولاذ المقاوم للصدأ عند 310 درجة مئوية ، بينما لا تزال سبائك التيتانيوم تحتفظ بخصائص ميكانيكية جيدة عند حوالي 500 درجة مئوية. عندما تصل سرعة الطائرة إلى 2.7 ضعف سرعة الصوت ، تصل درجة حرارة سطح آلية الطائرة إلى 230 درجة مئوية. لم يعد من الممكن استخدام سبائك الألمنيوم والمغنيسيوم ، في حين أن سبائك التيتانيوم يمكن أن تلبي المتطلبات. التيتانيوم لديه مقاومة جيدة للحرارة. وهي مناسبة لأقراص التوربينات وشفرات ضواغط محرك الهواء وجلد الجزء الخلفي من جسم الطائرة.

  4 ، أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة

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

  5 ، غير مغناطيسي

  التيتانيوم غير مغناطيسي. يتم استخدامه في قذائف الغواصات ولن يتسبب في انفجار الألغام.

  6 ، الموصلية الحرارية الصغيرة

  تتم مقارنة التوصيل الحراري للتيتانيوم والمعادن الأخرى في الجدول التالي:

معدن Ti Al Fe Cu

الموصلية الحرارية / W · (m · K) 17212 85255

 

  الموصلية الحرارية للتيتانيوم صغيرة ، فقط 1/5 من الفولاذ ، 1/13 من الألومنيوم ، و 1/25 من النحاس. الموصلية الحرارية السيئة هي عيب في التيتانيوم ، ولكن يمكن استخدام ميزة التيتانيوم في بعض المواقف.

  7 ، معامل المرونة صغير

معدن Ti Al Fe

معامل المرونة / GPa 108 72196

 

  يبلغ معامل مرونة التيتانيوم حوالي 55٪ من معامل مرونة الحديد. عند استخدامها كمادة هيكلية ، فإن معامل المرونة المنخفض هو عيب.

   8. مقاومة الشد قريبة من مقاومة الخضوع

  سبائك التيتانيوم Ti-6Al-4V لديها قوة شد 960Mpa وقوة إنتاج تبلغ 892MPa. الفرق بين الاثنين هو 58 ميجا باسكال فقط.

  يوضح الجدول التالي المقارنة بين قوة الشد وقوة الخضوع للتيتانيوم والمعادن الأخرى:

سبائك التيتانيوم قوة (Ti-6Al-4V) 18-8 سبائك الألومنيوم الفولاذ المقاوم للصدأ

قوة الشد 960608470

قوة الخضوع 892255294

 

   9. يتأكسد التيتانيوم بسهولة في درجات حرارة عالية

   التيتانيوم له قوة ربط قوية مع الهيدروجين والأكسجين ، لذلك يجب توخي الحذر لمنع الأكسدة وامتصاص الهيدروجين. يجب إجراء لحام التيتانيوم تحت حماية الأرجون لمنع التلوث. يجب معالجة أنابيب التيتانيوم والألواح الرقيقة بالحرارة تحت التفريغ ، ويجب التحكم في مطروقات التيتانيوم بجو مؤكسد دقيق أثناء المعالجة الحرارية.

  10 ، مقاومة التخميد منخفضة

استخدم التيتانيوم والمواد المعدنية الأخرى (النحاس والصلب) لصنع ساعات من نفس الشكل والحجم تمامًا. إذا قمت بضرب كل ساعة بنفس القوة ، فستجد أن الساعة المصنوعة من التيتانيوم تتأرجح ويدوم الصوت لفترة طويلة. الطاقة المعطاة للجرس بالضرب لا تختفي بسهولة.

  الوظائف الخاصة للمواد المصنعة من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم:

  11 ، شكل وظيفة الذاكرة

  سبيكة Ti-50٪ Ni (جزء ذري) ، تحت ظروف درجة حرارة معينة ، لديها القدرة على استعادة شكلها الأصلي ، لذلك يطلق عليها سبيكة ذاكرة على شكل التيتانيوم.

  12 ، وظيفة فائقة التوصيل

  سبيكة NbTi ، عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما يقرب من الصفر المطلق ، يفقد السلك المصنوع من سبيكة NbTi المقاومة ويمكنه تمرير تيارات كبيرة بشكل تعسفي. لا يولد السلك حرارة ولا يستهلك طاقة. لذلك ، تسمى سبيكة NbTi مادة فائقة التوصيل.

  13 、 وظيفة امتصاص الهيدروجين

  سبيكة Ti-50٪ Fe (جزء ذري) ، لديها القدرة على امتصاص الهيدروجين بكمية كبيرة. باستخدام هذه الميزة من سبيكة Ti-Fe ، يمكن تخزين الهيدروجين بأمان ، أي أن أسطوانات الغاز ذات الضغط العالي الفولاذية لا تستخدم بالضرورة لتخزين الهيدروجين. في ظل ظروف معينة ، يمكن لسبائك Ti-Fe لتخزين الهيدروجين أيضًا إطلاق الهيدروجين ، لذلك يطلق عليه مادة تخزين الهيدروجين. 

مزيد من المعلومات حول هذا النص المصدر نص المصدر مطلوب للحصول على معلومات ترجمة إضافية

ارسل رأيك

الألواح الجانبية

Chat with us