คุณสมบัติของโลหะผสมไทเทเนียม

ไทเทเนียมเป็นโลหะชนิดใหม่ คุณสมบัติของไทเทเนียมและมีปริมาณคาร์บอน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ปริมาณไทเทเนียมไอโอไดด์บริสุทธิ์ที่บริสุทธิ์ที่สุดไม่เกิน 0.1% แต่มีความแข็งแรงต่ำ ความเป็นพลาสติกสูง คุณสมบัติของไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม 99.5% ได้แก่ ความหนาแน่น ρ=4.5g/cm3 จุดหลอมเหลว 1800 องศา C ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน γ=15.24W / (mK) ความต้านทานแรงดึงของ ซิบ=539เมกะปาสคาล การยืดตัว δ=25%, การหดตัวของส่วน ψ=25%, โมดูลัสความยืดหยุ่น E=1.078×105MPa, ความแข็ง HB195

(1) ความแข็งแรงจำเพาะสูง

ความหนาแน่นของโลหะผสมไททาเนียมโดยทั่วไปอยู่ที่ 4.5g/cm3 หรือประมาณนั้น เพียง 60% ของเหล็ก ความแข็งแรงของไทเทเนียมบริสุทธิ์ใกล้เคียงกับความแข็งแรงของเหล็กธรรมดา โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงบางชนิดมีมากกว่าความแข็งแรงของโครงสร้างเหล็กโลหะผสมหลายชนิด ดังนั้น ความแข็งแรงจำเพาะของโลหะผสมไทเทเนียม (ความแข็งแรง / ความหนาแน่น) จึงมากกว่าวัสดุโครงสร้างโลหะอื่นๆ มาก ดูตารางที่ 7-1 สามารถผลิตหน่วยที่มีความแข็งแรงสูง ความแข็งแกร่งที่ดี ชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่มีน้ำหนักเบา ปัจจุบันส่วนประกอบของเครื่องยนต์อากาศยาน โครงกระดูก ผิวหนัง ตัวยึดและล้อลงจอด ฯลฯ กำลังใช้โลหะผสมไททาเนียม

(2) ความแข็งแรงทางความร้อนสูง

การใช้อุณหภูมิสูงกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมสองสามร้อยองศาในอุณหภูมิปานกลางยังคงสามารถรักษาความแข็งแรงที่ต้องการได้ สามารถอยู่ในอุณหภูมิ 450-500 องศาการทำงานระยะยาวของโลหะผสมไทเทเนียมทั้งสองประเภทนี้ในช่วง 150 องศาถึง 500 องศายังคงมีความแข็งแรงจำเพาะสูงและอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ 150 องศากว่าความแข็งแรงของการลดลงอย่างเห็นได้ชัด อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมไททาเนียมสามารถเข้าถึง 500 องศา อลูมิเนียมอัลลอยด์อยู่ต่ำกว่า 200 องศา

(3) ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

โลหะผสมไทเทเนียมในบรรยากาศชื้นและงานสื่อน้ำทะเล ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าสแตนเลส การกัดกร่อนของกรด ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของความเค้นมีความแข็งแรงเป็นพิเศษ อัลคาไล คลอไรด์ สารอินทรีย์คลอรีน กรดไนตริก กรดซัลฟิวริก ฯลฯ มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม แต่ไททาเนียมมีสารรีดิวซ์ออกซิเจนและเกลือโครเมียมมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ไม่ดี

(4) ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำดี

โลหะผสมไทเทเนียมในอุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิต่ำมาก ยังสามารถรักษาคุณสมบัติทางกลได้ ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำที่ดี องค์ประกอบช่องว่างคือโลหะผสมไททาเนียมที่ต่ำมาก เช่น TA7 ในระดับ -253 ยังสามารถรักษาความเป็นพลาสติกในระดับหนึ่งได้ ดังนั้นโลหะผสมไททาเนียมจึงเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิต่ำที่สำคัญเช่นกัน

(5) กิจกรรมทางเคมีที่ยอดเยี่ยม

กิจกรรมทางเคมีของไทเทเนียม และบรรยากาศ O, N, H, CO, CO2, ไอน้ำ, แอมโมเนีย และปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงอื่นๆ ปริมาณคาร์บอนที่มากกว่า 0.2% จะก่อตัวเป็น TiC ที่แข็งในโลหะผสมไทเทเนียม อุณหภูมิที่สูงขึ้นและบทบาท N จะสร้างชั้นพื้นผิวแข็ง TiN ด้วย ในระดับ 600 องศาขึ้นไป ไทเทเนียมจะดูดซับออกซิเจนเพื่อสร้างชั้นแข็งที่มีความแข็งสูง ปริมาณไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น แต่ยังเกิดชั้นแตกตัวด้วย การดูดซับก๊าซและความลึกของชั้นผิวเปราะแข็งที่เกิดขึ้นสูงถึง 0.1 ~ 0.15 มม. ระดับการแข็งตัวคือ 20% ~ 30% ความสัมพันธ์ทางเคมีของไททาเนียมยังมีขนาดใหญ่และง่ายต่อการยึดเกาะกับพื้นผิวที่เสียดสี

(6) ค่าการนำความร้อนต่ำ โมดูลัสความยืดหยุ่นเล็กน้อย

ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียม γ=15.24W/(mK) คือประมาณ 1/4 ของนิกเกิล, 1/5 ของเหล็ก, 1/14 ของอะลูมิเนียม และโลหะผสมไทเทเนียมต่างๆ มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่านั้นประมาณ 50% ของไทเทเนียม โมดูลัสความยืดหยุ่นของโลหะผสมไททาเนียมมีค่าประมาณ 1/2 ของเหล็ก ดังนั้นความแข็งแกร่งจึงไม่ดี เสียรูปง่าย ไม่เหมาะสำหรับทำแท่งเรียวและชิ้นส่วนที่มีผนังบาง และการเด้งกลับของพื้นผิวกลึงเมื่อตัดมีขนาดใหญ่มาก มากกว่าสเตนเลสประมาณ 2 ถึง 3 เท่า ส่งผลให้เกิดการเสียดสี การยึดเกาะ และการยึดเกาะของเครื่องมืออย่างรุนแรงหลังพื้นผิวของเครื่องตัด

โลหะผสมไทเทเนียมมีความแข็งแรงสูงและความหนาแน่นต่ำ คุณสมบัติทางกลที่ดี ความเหนียวและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก นอกจากนี้ โลหะผสมไททาเนียมยังมีประสิทธิภาพกระบวนการต่ำ การตัดและการตัดเฉือนยาก ในกระบวนการแปรรูปด้วยความร้อน ดูดซับสิ่งเจือปนได้ง่ายมาก เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอน นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่อการขัดถูต่ำ กระบวนการผลิตมีความซับซ้อน การผลิตไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมเริ่มขึ้นในปี 1948 ความต้องการของการพัฒนาอุตสาหกรรมการบิน เพื่อให้อุตสาหกรรมไทเทเนียมมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีประมาณ 8% การพัฒนา ปัจจุบัน ผลผลิตประจำปีของวัสดุแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมมีมากกว่า 40,000 ตัน เกรดโลหะผสมไทเทเนียมเกือบ 30 ชนิด โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) และไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม (TA1, TA2 และ TA3)

โลหะผสมไททาเนียมส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยาน ตามด้วยชิ้นส่วนโครงสร้างสำหรับจรวด ขีปนาวุธ และเครื่องบินความเร็วสูง ในช่วงกลาง-1960 ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไปเพื่อสร้างอิเล็กโทรดสำหรับ อุตสาหกรรมอิเล็กโทรไลซิส คอนเดนเซอร์สำหรับโรงไฟฟ้า เครื่องทำความร้อนสำหรับโรงกลั่นปิโตรเลียมและการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ตลอดจนอุปกรณ์ควบคุมมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ฯลฯ ไทเทเนียมและโลหะผสมได้กลายเป็นวัสดุที่ทนทานชนิดหนึ่ง ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันได้กลายเป็นวัสดุโครงสร้างที่ทนต่อการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนและรูปร่างโลหะผสมหน่วยความจำ