التيتانيوم هو عنصر له عدد ذري 22 في الجدول الدوري. إنه عنصر مجموعة فرعية من الفترة الرابعة ، أي علم IVB. بالإضافة إلى التيتانيوم ، تشمل هذه المجموعة من العناصر أيضا الزركونيوم والهافنيوم. ميزته المشتركة هي أن لديه نقطة انصهار عالية وهو على سطحه في درجة حرارة الغرفة. يتم تشكيل فيلم أكسيد مستقر....
التيتانيوم هو عنصر له عدد ذري 22 في الجدول الدوري. إنه عنصر مجموعة فرعية من الفترة الرابعة ، أي علم IVB. بالإضافة إلى التيتانيوم ، تشمل هذه المجموعة من العناصر أيضا الزركونيوم والهافنيوم. ميزته المشتركة هي أن لديه نقطة انصهار عالية وهو على سطحه في درجة حرارة الغرفة. يتم تشكيل فيلم أكسيد مستقر.
1. عشر خصائص من التيتانيوم
(1) كثافة منخفضة، قوة عالية وقوة محددة عالية
كثافة التيتانيوم هي 4.51g / cm3 ، وهو 57 ٪ من الفولاذ. التيتانيوم أثقل بأقل من مرتين من الألومنيوم وأقوى بثلاث مرات من الألومنيوم. القوة المحددة (نسبة القوة / الكثافة) لسبائك التيتانيوم هي الأكبر في السبائك الصناعية الشائعة (انظر الجدول 2-1). القوة المحددة لسبائك التيتانيوم هي 3.5 أضعاف قوة الفولاذ المقاوم للصدأ. 1.3 مرة من سبائك الألومنيوم ؛ 1.7 مرة من سبائك المغنيسيوم ، لذلك ، فهي مادة هيكلية لا غنى عنها لصناعة الطيران.
الجدول 2-1 مقارنة الكثافة والقوة النوعية بين التيتانيوم والمعادن الأخرى
(2) مقاومة ممتازة للتآكل
يعتمد تخميل التيتانيوم على وجود فيلم أكسيد ، ومقاومته للتآكل في وسط مؤكسد أفضل بكثير من تلك الموجودة في وسط مختزل. تحدث معدلات عالية من التآكل في الحد من الوسائط. لا يتآكل التيتانيوم في بعض الوسائط المسببة للتآكل ، مثل مياه البحر والكلور الرطب والمحاليل الكلوريت والهيبوكلوريت وحمض النيتريك وحمض الكروميك وكلوريد المعادن والكبريتيدات والأحماض العضوية. ومع ذلك ، في الوسائط التي تتفاعل مع التيتانيوم لإنتاج الهيدروجين (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك) ، يكون للتيتانيوم عموما معدل تآكل أكبر. ومع ذلك ، إذا تمت إضافة كمية صغيرة من المواد المؤكسدة إلى الحمض ، تشكيل فيلم تخميل على سطح التيتانيوم. لذلك ، فإن التيتانيوم مقاوم للتآكل في مخاليط قوية من حمض الكبريتيك - حمض النيتريك أو حمض الهيدروكلوريك - حمض النيتريك ، حتى في حمض الهيدروكلوريك الذي يحتوي على الكلور الحر. غالبا ما يتشكل فيلم أكسيد التيتانيوم الواقي عندما يواجه المعدن الماء ، حتى في كميات صغيرة من الماء أو بخار الماء. إذا تعرض التيتانيوم لبيئة مؤكسدة قوية بدون ماء على الإطلاق ، فسوف يتأكسد بسرعة ويتفاعل بعنف ، وغالبا ما يشتعل تلقائيا. وقد حدثت مثل هذه الظواهر في تفاعل التيتانيوم مع حمض النيتريك الدخاني الذي يحتوي على أكسيد النيتروجين الزائد ومع الكلور الجاف. لذلك لمنع مثل هذه التفاعلات ، يجب أن يكون هناك كمية معينة من الماء.
(3) مقاومة جيدة للحرارة
عادة ما يفقد الألومنيوم خصائصه الأصلية عند 150 درجة مئوية ، ويفقد الفولاذ المقاوم للصدأ خصائصه الأصلية عند 310 درجة مئوية ، ولا تزال سبائك التيتانيوم تحافظ على خصائص ميكانيكية جيدة عند حوالي 500 درجة مئوية. عندما تصل سرعة الطائرة إلى 2.7 ضعف سرعة الصوت ، تصل درجة حرارة سطح هيكل الطائرة إلى 230 درجة مئوية ، ولم يعد من الممكن استخدام سبائك الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم ، ويمكن لسبائك التيتانيوم تلبية المتطلبات. يتمتع التيتانيوم بمقاومة جيدة للحرارة ويستخدم في أقراص وشفرات ضواغط المحرك الهوائي وجلد جسم الطائرة الخلفي للطائرات.
(4) أداء جيد في درجة الحرارة المنخفضة
تزداد قوة بعض سبائك التيتانيوم (مثل Ti-5AI-2.5SnELI) مع انخفاض درجة الحرارة ، لكن اللدونة لا تنخفض كثيرا ، ولا تزال تتمتع بالليونة الجيدة والصلابة في درجة الحرارة المنخفضة ، وهي مناسبة للاستخدام في درجة حرارة منخفضة للغاية. يمكن استخدامه على محركات صواريخ الهيدروجين السائل الجاف والأكسجين السائل ، أو كحاويات ذات درجة حرارة منخفضة للغاية وصهاريج تخزين على متن مركبة فضائية مأهولة.
(5) غير مغناطيسي
التيتانيوم غير مغناطيسي ، ويستخدم في هياكل الغواصات ولن يسبب انفجار الألغام.
(6) الموصلية الحرارية الصغيرة
ويبين الجدول 2-2 مقارنة الموصلية الحرارية بين التيتانيوم والمعادن الأخرى.
الجدول 2-2 مقارنة الموصلية الحرارية بين التيتانيوم والمعادن الأخرى
الموصلية الحرارية للتيتانيوم صغيرة ، فقط 1/5 من الصلب ، 1/13 من الألومنيوم ، و 1/25 من النحاس. ضعف الموصلية الحرارية هو عيب من عيوب التيتانيوم ، ولكن يمكن استغلال هذه الميزة من التيتانيوم في تطبيقات معينة.
(7) معامل المرونة المنخفضة
ويبين الجدول 2-3 مقارنة معامل المرونة بين التيتانيوم والمعادن الأخرى.
الجدول 2-3 مقارنة معامل المرونة بين التيتانيوم والمعادن الأخرى
معامل مرونة التيتانيوم هو 55٪ فقط من الفولاذ. عند استخدامه كمادة هيكلية ، فإن معامل المرونة المنخفض هو عيب.
(8) قوة الشد وقوة العائد قريبة جدا
قوة الشد لسبائك التيتانيوم Ti-6AI-4V هي 960MPa وقوة العائد هي 892MPa ، والفرق بين الاثنين هو 58MPa فقط ، انظر الجدول 2-4.
الجدول 2-4 مقارنة بين قوة الشد وقوة الغلة بين التيتانيوم والمعادن الأخرى
(9) يتأكسد التيتانيوم بسهولة عند درجة حرارة عالية
التيتانيوم لديه قوة ربط قوية مع الهيدروجين والأكسجين ، لذلك ينبغي إيلاء الاهتمام لمنع الأكسدة وامتصاص الهيدروجين. يجب أن يتم لحام التيتانيوم تحت حماية الأرجون لمنع التلوث. يجب معالجة أنابيب وصفائح التيتانيوم بالحرارة تحت الفراغ ، ويجب التحكم في جو مؤكسد دقيق أثناء المعالجة الحرارية لمطروقات التيتانيوم.
(10) أداء منخفض مضاد للتخميد
الأجراس مصنوعة من التيتانيوم والمواد المعدنية الأخرى (النحاس والصلب) بنفس الشكل والحجم بالضبط. إذا ضربت كل جرس بنفس القوة ، فستجد أن الجرس المصنوع من التيتانيوم يتأرجح لفترة طويلة ، أي من خلال الطاقة المعطاة للجرس لا يتم تبديدها بسهولة عن طريق الضرب ، لذلك نقول أن أداء التخميد للتيتانيوم منخفض.
