Project Description

آلومینیوم تیتانیوم ۱-۵

آلیاژهای تیتانیوم آلیاژهایی هستند که حاوی مخلوطی از تیتانیوم و سایر عناصر شیمیایی هستند. چنین آلیاژهایی استحکام کششی و چقرمگی بسیار بالایی دارند (حتی در دماهای شدید). آنها وزن سبکی دارند، مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده ای دارند و توانایی مقاومت در برابر دماهای شدید را دارند. با این حال، هزینه بالای مواد خام و فرآوری، استفاده از آنها را به کاربردهای نظامی، هواپیما، فضاپیما، دوچرخه، دستگاه های پزشکی، جواهرات، قطعات بسیار تحت فشار مانند میله های اتصال در خودروهای اسپرت گران قیمت و برخی تجهیزات ورزشی درجه یک و لوازم الکترونیکی مصرفی محدود می کند.

اگرچه تیتانیوم تجاری خالص دارای خواص مکانیکی قابل قبولی است و برای ایمپلنت های ارتوپدی و دندان استفاده می شود، برای اکثر کاربردها تیتانیوم با مقادیر کمی آلومینیوم و وانادیم، معمولاً ۶% و ۴% وزنی آلیاژ می شود. این مخلوط دارای حلالیت جامد است که به طور چشمگیری با دما تغییر می کند و به آن اجازه می دهد تا تحت تقویت بارش قرار گیرد. این فرآیند عملیات حرارتی پس از اینکه آلیاژ به شکل نهایی خود کار کرد، اما قبل از استفاده از آن انجام می‌شود و امکان ساخت بسیار آسان‌تر یک محصول با مقاومت بالا را فراهم می‌کند.

آلومینیوم در مقابل تیتانیوم

از آنجایی که هر دو ماده دارای استحکام بالا و وزن کم هستند، مهم است که هنگام تصمیم گیری از کدام آلیاژ برای قطعات خود به سایر عوامل متمایز کننده توجه کنید.

استحکام/وزن: در شرایط بحرانی که هر گرم مهم است اما به قطعات قوی نیاز دارید، تیتانیوم راه حلی است. قطعات پزشکی تیتانیوم، اجزای پیچیده ماهواره، وسایل و براکت‌ها همگی دقیقاً به همین دلیل موفق هستند.
هزینه: آلومینیوم مقرون به صرفه ترین فلز برای ماشینکاری یا چاپ سه بعدی است. در حالی که تیتانیوم هزینه را افزایش می دهد، همچنان می تواند ارزش را افزایش دهد. قطعات با وزن سبک تر باعث صرفه جویی در مصرف سوخت در کاربردهای حمل و نقل می شود و قطعات تیتانیومی به سادگی عمر طولانی تری دارند.
خواص حرارتی: کاربردهایی که نیاز به رسانایی حرارتی بالایی دارند، مانند هیت سینک، از آلومینیوم بهره مند خواهند شد. برای کاربردهای در دمای بالا، نقطه ذوب بالای تیتانیوم برای کاربردهایی که مقاومت در برابر حرارت در اولویت هستند، مانند اجزای موتورهای هوافضا مفید است.
مقاومت در برابر خوردگی: هر دو آلومینیوم و تیتانیوم مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند.
مقاومت در برابر خوردگی و عدم واکنش پذیری تیتانیوم آن را به زیست سازگارترین فلز تبدیل می کند، بنابراین در کاربردهای پزشکی مانند ابزارهای جراحی عالی است. Ti 6-4 همچنین به خوبی در محیط های شور مقاوم است و اغلب در کاربردهای دریایی استفاده می شود.

کاربردهای آلومینیوم

آلومینیوم در همه جا وجود دارد – رایج ترین فلز روی این سیاره است. لایه نازکی از اکسید آلومینیوم که هنگام قرار گرفتن در معرض هوا روی آن تشکیل می شود، اساساً آن را بدون خوردگی می کند و وزن سبک آن کمک می کند تا قطعات شما مانند یک لنگر قایق عمل نکنند. در حالی که آلومینیوم معمولاً به اسیدها واکنش نشان نمی دهد، در محیط های قلیایی (پایه) تمایل به خوردگی دارد.

به طور کلی، آلومینیوم راه خود را به هواپیما و مصالح ساختمانی مانند قاب های غیر باربر پیدا می کند. به طور خاص، ۶۰۶۱ انتخابی برای قاب دوچرخه، مخازن SCUBA، قرقره های ماهیگیری، قایق های کوچک و قاب وسایل نقلیه است. خواص قوی تر ۷۰۷۵ آن را برای قالب های پلاستیکی و ابزارآلات و قاب هواپیما ایده آل می کند. و اگر به دنبال یک هادی الکتریکی خوب هستید، آلومینیوم می تواند این کار را انجام دهد. توانایی بسیار خوبی در انتقال حرارت دارد که آن را برای سینک های حرارتی عالی می کند.

آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در فرآیند تف جوشی مستقیم لیزری فلزات (DMLS) ما، AlSi10Mg، سیلیکون و منیزیم را اضافه می کند. اغلب برای ریخته‌گری استفاده می‌شود و با توجه به افزودن منیزیم به عنوان عنصر اصلی آلیاژی، شبیه به آلیاژ سری ۳۰۰۰ است. خواص آلومینیوم پرینت سه بعدی فراتر از همتای ریخته گری خود است به جز ازدیاد طول کمتر در هنگام شکست.

کاربردهای تیتانیوم

تیتانیوم نیز یکی از رایج ترین فلزات روی زمین است، اما نقطه ذوب آن به قدری بالا است که پردازش آن به یک محصول قابل استفاده دشوار است. این یک دلیل بزرگ برای گرانتر بودن آن نسبت به سایر فلزات است. قطعات تیتانیومی دارای هزینه های اضافی هستند زیرا ماشین کاری آنها دشوار است. تیتانیوم به دلیل استحکام خود شناخته شده است و نسبت مقاومت به وزن بالایی دارد. همچنین مقاومت در برابر خوردگی عالی و هادی الکتریکی ضعیفی را ارائه می دهد.

یکی از مزایای تیتانیوم انبساط حرارتی کم است. با نقطه ذوب حدود ۳۰۰۰ درجه فارنهایت (۱۶۶۰ درجه سانتیگراد)، هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرد، شکل خود را بهتر حفظ می کند. علاوه بر این، تیتانیوم به جای جذب گرما، دوست دارد آن را منعکس کند، بنابراین آن را در پنجره‌های کم E پیدا می‌کنید و پرتوهای مادون قرمز خورشید را گرم می‌کنند.

از نظر ظاهر، رنگ تیتانیوم بسته به میزان تغییر آن متفاوت است. می تواند از خاکستری مات به شکل خام تا نقره ای براق زمانی که صاف باشد متغیر باشد. تیتانیوم مورد استفاده در فرآیند DMLS ما Ti 6Al4V است که بیشتر به عنوان Ti 6-4 شناخته می شود. دارای خواص مکانیکی مشابه با آنیل Ti با درجه ۲۳ و استحکام کششی استثنایی است.

خصوصیات و ویژگی های تیتانیوم و آلیاژهای آن

خصوصیات فیزیکی تیتانیوم و آلیاژهای آن در ادامه خلاصه شده است که از آن می توان دریافت که از یک آلیاژ به آلیاژ دیگر تفاوت کمی وجود دارد. به عنوان مثال، ضرایب انبساط حرارتی از ۷٫۶×۱۰-۶ K-1 تا ۹٫۸×۱۰-۶ K-1 متغیر است.

• حرارت درمانی

آلیاژهای تیتانیوم به دلایل متعددی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند که مهمترین آنها افزایش استحکام با عملیات محلول و پیری و همچنین بهینه سازی خواص ویژه مانند چقرمگی شکست، استحکام خستگی و مقاومت خزشی در دمای بالا است.

• تراکم

چگالی یک آلیاژ به مقدار و چگالی ترکیبات آلیاژی بستگی دارد. به عنوان مثال، آلیاژی که حاوی آلومینیوم به عنوان یک عنصر آلیاژی است احتمالاً به طور قابل ملاحظه ای سبک تر از آلیاژی است که حاوی مقدار قابل توجهی قلع است. به طور کلی آلیاژهای بتا سنگین هستند زیرا حاوی ترکیبات آلیاژی مانند مولیبدن هستند که چگالی نسبتاً بالایی دارد. در جایی که وزن مهم است، ممکن است ارزش مقایسه خواص خاص آلیاژها داشته باشد، به عنوان مثال. قدرت خاص

• استحکام – قدرت

در جدول ۲ استحکام ویژه برخی از آلیاژهای تیتانیوم با سایر فلزات ساختاری مقایسه شده است.

جدول ۲٫ استحکام برخی از آلیاژهای تیتانیوم در دمای اتاق، نرمال شده با چگالی، در مقایسه با سایر فلزات ساختاری.

• رسانایی گرمایی

رسانایی حرارتی همه آلیاژهای تیتانیوم برای یک فلز نسبتاً کم است، اگرچه تحقیقات اخیر نشان داده است که مقدار تیتانیوم خالص تجاری در واقع ۲۱٫۶ W m-1.K-1 است، که حدود ۳۲٪ بیشتر از مقدار ذکر شده در جدول ۱ است. آلیاژهای تیتانیوم به طور کلی حتی رسانایی حرارتی کمتری نسبت به مواد خالص تجاری دارند.

• مقاومت الکتریکی

همانطور که از این انتظار می رود، مقاومت الکتریکی نسبتاً بالا است. گرمای ویژه هیچ روند آشکاری را نشان نمی دهد، از حدود ۴۰۰ تا ۶۰۰ J.kg-1.K-1.

• خواص مغناطیسی

تیتانیوم خالص تجاری و همه آلیاژهای تیتانیوم غیر مغناطیسی هستند. نفوذپذیری تیتانیوم خالص تجاری ۱٫۰۰۰۰۵-۱٫۰۰۰۱ در ۹۵۵ H.m-1 است.

• میزان سختی

جذب اکسیژن در سطح تیتانیوم در هنگام گرم شدن ماده باعث افزایش سختی لایه سطحی می شود. سنگ زنی و پرداخت می تواند اثر مشابهی بر روی نمونه های متالورژی داشته باشد و به همین دلیل است که مقادیر سختی می تواند گمراه کننده باشد.

با این حال، سختی تیتانیوم، اگر به درستی تفسیر شود، می تواند اندازه گیری مفیدی برای اهداف زیر باشد:

1.  می توان از سختی برای نشان دادن هویت یک درجه از آلیاژ تیتانیوم استفاده کرد.
2.  مقایسه سختی قبل و بعد از بازپخت می تواند برای تخمین درجه سخت شدن اولیه کار یا کامل بودن آنیل بسته به شرایط استفاده شود.
3.  برای آلیاژهای خاص رابطه بین سختی و استحکام کششی مشخص است. بنابراین می توان از اندازه گیری سختی برای نشان دادن خواص مکانیکی محلی استفاده کرد، به عنوان مثال، قطعه ای از یک جزء شکست خورده، یا به طور متناوب برای بررسی موفقیت یک عملیات حرارتی.