آلیاژهای تیتانیوم

رده‌ای از آلیاژهای سبک هستند که عنصر اصلی سازنده آنها تیتانیوم است. این رده از آلیاژها علاوه بر استحکام کششی و چقرمگی بالا (حتی در دماهای زیاد)، از مقاومت به خوردگی و خزش بی نظیری نیز برخوردارند. اما هزینه بالای تولید و پردازش آنها مانع از اقبال عمومی در تمامی صنایع شده و تنها کاربرد آنها را به صنایع نظامی، هوافضا، برخی تجهیزات پزشکی و ایمپلنت‌ها و برخی تجهیزات الکترونیکی محدود ساخته است.
اگرچه تیتانیوم «خالص تجاری» دارای خواص مکانیکی قابل قبولی برای برخی کابردها از جمله ایمپلنت‌های دندانی است، اما برای بهبود خواص تیتانیوم، آن را با برخی عناصر دیگر همچون آلومینیوم و وانادیوم آلیاژ می‌کنند. آلیاژ سازی در آلیاژهای تیتانیوم از روشهای گوناگونی همچون تشکیل محلول جامد یا عملیات حرارتی می‌تواند باعث افزایش شدید خواصی همچون استحکام، سختی و چقرمگی در این فلزات شود. شرکت ستکو تامین کننده آلیاژهای تتانیوم با گریدهای مختلف می باشد.

تیتانیوم گرید 1، با خلوص 99.5 درصد، خالص ترین رده تیتانیوم است. تیتانیوم رده 1 نرم ترین و شکل پذیرترین نوع بین رده های تولیدی تیتانیوم در مقیاس صنعتی به شمار می آید. البته در مقایسه با سایر رده های تیتانیوم خالص و آلیاژی، از استحکام مکانیکی کمتری برخوردار است. چقرمگی تیتانیوم رده 1 از سایر رده های این فلز بیشتر بوده و در نتیجه مقاومت به شکست ضربه (impact toughness) بسیار مناسبی دارد. به دلیل خلوص بالا، قابلیت جوشکاری این رده بسیار مناسب است. مانند سایر رده های تیتانیوم خالص و آلیاژی، تیتانیوم گرید 1 مقاومت به خوردگی بسیار مناسبی در محیط های دریایی و مقاومت به خوردگی قابل قبولی در محیط های اسیدی کاهنده دارد. به طور کلی در کاربردهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی، سبکی و قابلیت شکل دهی و جوشکاری مناسب باشد، تیتانیوم گرید 1 یکی از بهترین گزینه هاست.

تیتانیوم گرید 2 اقتصادی ترین رده تیتانیوم خالص است که علاوه بر داشتن استحکام مکانیکی، شکل پذیری سرد و مقاومت به خوردگی مناسب، دارای قابلیت جوشکاری عالی است.

مقاومت به خوردگی تیتانیوم گرید 2 مشابه تیتانیوم گرید 1 است، ولی از مقاومت مکانیکی بالاتری در مقایسه با آن برخوردار می باشد. این رده اگرچه از شکل پذیری خوبی برخوردار است، ولی گرید 1 از آن نرم تر و شکل پذیر تر است.

تیتانیوم گرید 2 از مقاومت به خوردگی بسیار مناسبی در محیط های اکسنده، محلول های قلیایی و اسیدهای آلی برخوردار است. علاوه بر آن، این فلز در محلول های رقیق اسیدهای کاهنده و گاز کلر تر مقاومت خوبی در مقابل خوردگی از خود نشان می دهد. عملکرد این فلز در آب دریا عالی است و لذا برای ساخت قطعات شناورهای تندرو دریایی بسیار کاربردی است.

چگالی تیتانیوم گرید 2 نصف آلیاژهای پایه آهن و نیکل است. لذا گزینه مناسبی برای کاربرد در صنایع هوافضاست.

تیتانیوم گرید 3 یکی از رده های تیتانیوم خالص است که در مقایسه با سایر گریدها، کاربرد کمتری در صنعت دارد. تیتانیوم گرید 3 استحکام مکانیکی بالاتری از گریدهای 1 و 2 دارد، ولی شکل پذیری آن از رده های نامبرده کمتر است.

همانند سایر رده های تیتانیوم خالص، تیتانیوم گرید 3 نیز از مقاومت به خوردگی مناسبی برخوردار است.

گرید 4 بین رده های تیتانیوم خالص، بیشترین استحکام مکانیکی را دارد. همانند سایر رده های تیتانیوم خالص از مقاومت به خوردگی و شکل پذیری مناسبی برخوردار است. شکل پذیری مناسب، قابلیت جوشکاری، چقرمگی بالا و مقاومت به شکست بر اثر ضربه، تیتانیوم گرید 4 را تبدیل به گزینه ای مناسب برای کاربردهای ورق کاری نموده است.

تیتانیوم رده 4، در تماس با آب دریا، مقاومت به خوردگی منحصر به فردی از خود نشان می دهد. لذا گزینه ای مناسب برای کاربردهای دریایی است.

این گرید تیتانیوم خاص دارای خواص عمومی مقاومت به خوردگی در گستره وسیعی از محیط های شیمیایی خورنده است. تیتانیوم گرید 4 مقاومت بسیاری مناسبی نسبت به خوردگی در محیط های شیمیایی شامل ترکیبات اکسنده، محلول های قلیایی، محلول های آب نمک، ترکیبات و اسیدهای ارگانیک و گازهای خشک و تر از خود نشان می دهد. هم چنین این فلز مقاومت قابل قبولی نسبت به خوردگی در فلزات مذاب، گازهای کلر و برم تر، اسید نیتریک و محیطهای اسیدی کاهنده رقیق دارد.

داشتن مقاومت مکانیکی بالا و چگالی کم، تیتانیوم گرید 4 را تبدیل به رقیبی برای جایگزینی فولاد ضد زنگ در کاربردهای مقاوم به خوردگی نموده است.

تیتانیوم گرید 5 با ساختار بلوری آلفا بتا، در ترکیب آلیاژی خود دارای 4 درصد وانادیوم و 6 درصد آلومینیوم است که به همین دلیل به آن آلیاژ Ti6Al4V و یا Ti64 نیز گفته می شود. وجود این عناصر در ترکیب آلیاژی موجب بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به حرارت تیتانیوم گرید 5 تا حد قابل توجهی نسبت به سایر رده های تیتانیوم می گردد. این آلیاژ ابتدا جهت کاربرد در صنایع هوافضا طراحی گردید، ولی امروزه کاربرد فراروانی در سایر صنایع دارد. به طوری که تقریبا 50 درصد بازار جهانی تیتانیوم را به خود اختصاص داده است.

تیتانیوم گرید 5 بهترین گزینه برای کاربردهایی است که به طور همزمان نیاز به مقاومت مکانیکی، مقاومت به خوردگی و وزن سبک می باشد.

تیتانیوم گرید ۶ حاوی ۵٪ آلومینیم و ۲٫۵٪ قلع می‌باشد. این آلیاژ به سبب قابلیت جوشکاری خوب و حفظ پایداری و استحکام در دمای بالا در ساخت بدنه هواپیماها و موتور جت استفاده می‌شود.

تیتانیوم گرید 7 با اضافه کردن 0.2 درصد پالادیوم به ترکیب تیتانیوم گرید 2، به منظور بالا رفتن مقاومت آن نسبت به خوردگی در محیط های اسیدی کاهنده، تولید می گردد.

همانند گرید 2 دارای شکل پذیری، قابلیت جوشکاری و چقرمگی بسیار خوبی است.

تیتانیوم گرید 7 مقاوم ترین آلیاژ تیتانیوم نسبت به خوردگی در محیط های کاهنده است و عموما در صنایع تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

گرید 7H مشابه گرید ۷ است می باشد ولی مقاومت و به خوردگی آن بالاتر از گرید 7 می باشد.

گرید ۹ حاوی ۳ درصد آلومینیم و ۲٫۵ درصد وانادیم است. این گرید هم قابلیت جوشکاری و ساخت آسان گریدهای خالص را دارد و هم استحکام بالای گرید ۵. این آلیاژ معمولاً در ادوات هیدرولیک هواپیماها و تجهیزات ورزشی استفاده می‌شود.

تیتانیوم گرید 11 از اضافه کردن 0.2 درصد پالادیوم به ترکیب تیتانیوم گرید 1، به منظور بالا بردن مقاومت به خوردگی آن در محیط های اسیدی کاهنده، تولید می شود. وجود پالادیوم منجر به مقاومت بسیار مناسب این فلز در مقابل خوردگی شیاری و خوردگی در محیط های کاهنده کلرایدی می گردد.

همانند گرید 1، تیتانیوم گرید 11 از شکل پذیری، قابلیت جوشکاری و چقرمگی مناسبی برخوردار است. به طور کلی تیتانیوم گرید 11 جایگزین مناسبی برای تیتانیوم گرید 1 در مواردی است که مقاومت به خوردگی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

تیتانیوم گرید ۱۲ حاوی ۰٫۳ درصد مولیبدن و ۰٫۸ درصد نیکل است. که در صنایع دریایی، عملیات حرارتی، نفت، گاز و پتروشیمی، نیروگاهی و هوافضا کاربرد دارد. این نوع تیتانوم که به شکل ورق و میلگرد در بازار یافت می شود در مقابل حرارت و خوردگی مقاوم می باشد.