برچسب : تیتانیوم گرید پزشکی
تیتانیوم و کاربردهای آن ( مقدمه ای برتیتانیوم و آلیاژهای آن)

تیتانیوم در 1790 کشف شد اما تا اوایل دهه 1900 مورد خالص ­سازی قرار نگرفت. بعلاوه، از این فلز تا نیمه دوم قرن بیستم بطور گسترده استفاده نشد. اما اکنون تیتانیوم دارای تجربه حدودا 50 ساله­ ای از استفاده صنعتی مدرن و طراحی برای پشتیبانی از کاربرد خود است. بیشتر این کاربرد در کاربردهای نظامی در هواپیما نظیر SR71 (شکل 1-1) یا موتورهای توربین­های گازی (شکل 1-2) بوده است. تازه­ ترین موارد استفاده آن شامل مواردی نظیر چوب گلف و دوچرخه می­شود. بدلیل چگالی منحصربفرد، مقاومت به خوردگی و استحکام مناسب آن نسبت به مواد رقیب نظیر آلومینیوم، فولادها و سوپرآلیاژها، تیتانیوم جایگاه ویژه خود را در بسیاری از صنایع پیدا کرده است. برخی واقعیت­های مهم و/یا مزایای مهم آلیاژهای تیتانیوم، مبنای استفاده گسترده امروزه از تیانیوم را نشان می­دهند

تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم عنصری با چگالی کم (تقریبا 60 درصد چگالی فولاد و سوپرآلیاژها) است که می­ توان آن را با آلیاژکردن و شکل دهی به شدت استحکام بخشید.(خواص مشخصه تیتانیوم در جدول 2-1 ارائه شده است) تیتانیوم غیرمغناطیسی بوده و دارای خواص انتقال حرارتی خوبی است. ضریب انبساط گرمایی آن مقداری کمتر از فولاد و کمتر از نصف ضریب آلومینیوم است. تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای نقطه ذوبی بالاتر از فولاد هستند اما بیشینه دمای مفید برای کاربردهای سازه­ ای معمولا از °C 427 (°F 800) تا تقریبا °C 595 (°F 1000 تا 1100) متغیر است که این دما به ترکیب آن بستگی دارد. آلیاژهای آلومیناید تیتانیوم، نویدبخش کاربردهایی در دماهای تا °C 760 (°F 1400) می­ باشند.

متالورژی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم

ساختار بلوری و انواع آلیاژ

بطور کلی فلزات دارای چیدمان­ های ساده اتمی در مقایسه با سرامیک­ها و پلاستیک­ها هستند که برای راحتی می­ توان چنین تصور کرد که کره­ هایی سخت در شبکه ­های بلوری چیده شده ­اند. یک دانه توسط انباشت گروهی از بلورهای مشابه از یک فلز (یا آلیاژ) معین تشکیل می ­شود. جهت­ گیری توده­ های شبکه معمولا با افزایش مسافت متفاوت شده و در نتیجه، فلزی نظیر تیتانیوم از دانه ­های زیادی تشکیل می­ شود مگر اینکه بطور عامدانه بعنوان یک تک ­بلور رشد داده شده باشد. درون هر دانه، جهت­ گیری ساختار شبکه در مسافت­ های مختلف، یکسان است اما در عرض مرزدانه، دانه بعدی دارای جهت­گیری فضایی متفاوتی خواهد بود.

علاوه بر وجود دانه ­ها و مرزدانه­ های همزمان، تیتانیوم یک عنصر آلوتروپی است؛ یعنی، در بیش از یک شکل کریستالوگرافی وجود دارد. در دمای اتاق، تیتانیوم دارای یک ساختار بلوری شش­ وجهی فشرده (hcp) است که به آن فاز آلفا اطلاق می ­شود. این ساختار در °C 888 (°F 1621) به ساختار بلوری مکعبی مرکزپر (bcc) استحاله می ­شود. مدل­های کره سخت از فاز بتا و فاز آلفا در شکل زیر نشان داده شده­ اند.

میلگرد تیتانیوم گرید 1، میلگرد تیتانیوم گرید 2، میلگرد تیتانیوم گرید 5، فورجکاری تیتانیوم

فرآیندهای تولید نظیر آهنگری در قالب، شکل­ دهی گرم و سرد، ماشین­کاری، کار شیمیایی، اتصال­ دهی و گاهی اکستروژن همگی فرآیندهای تولید ثانویه به کار رفته برای تولید قطعات نهایی از محصولات اولیه  می­ باشند. هر یک از این فرآیندها ممکن است شدیدا بر خواص تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم به تنهایی یا با برهم­ کنش با فرآیندی که فلز قبلا دست خوش آن شده است تاثیر بگذارند. ماشین­کاری، اتصال­ دهی و کار شیمیایی در فصول آینده پوشش داده می ­شود. این فصل به فورج­ کاری و شکل­ دهی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم اختصاص یافته است. شکل­ دهی راه اصلی استخراج اشکال از ورق نازک یا ضخیم است.

برای بیش از دو دهه، قطعات ریخته­ گری سازه ­ای بزرگ برای کاربردهای هوافضا موجود بوده است اما ریخته­ گری دارای اقبالی جهانی نبوده است. ریخته­ گری تیتانیوم هنوز هم یک چالش به حساب می­ آید زیرا یک فلز بشدت واکنشی است و می­ تواند با اتمسفر و با دیرگدازهای مرسوم بکار رفته در فرایند قالب­گیری برهم­ کنش نماید. عوامل هزینه­ ای مربوط به فراوری آلیاژ کارشده منجر به تلاش­های مستمر برای ایجاد و بهبود روش­های ریخته­ گری برای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم گردید. نتیجه این تلاش­ها، کاربرد تقریبا ناپایدار قطعات ریختگی تیتانیوم اما با اقبالی گسترد­ه ­تر در دهه گذشته بوده است. در حال حاضر، ترکیبی از ریخته­ گری و پرسکاری ایزواستاتیک داغ (HIP) باعث تولید آلیاژهای تیتانیوم با خواص مکانیکی قابل ­قبول و مزایای هزینه ­ای قابل­ توجه نسبت به قطعات فورج ­شده می­ شود.

در هیچ کاربردی، همانند کاربردهایی که نیاز به پیش­ بینی دوام عملکرد دارند، از تیتانیوم استفاده نشده است. حوزه­ هایی با عملکرد عالی خاص نظیر هوافضا و ابزارهای ورزشی (سر چوب گلف و دوچرخه­ های مسابقه­ ای)، ایمپلنت­ های زیست­ پزشکی و دیگر کاربردهای صنعتی و خوردگی دریایی حاضر به پرداخت هزینه بالاتری برای قطعات تیتانیوم آلیاژی هستند. اما قیمت اولیه تیتانیوم یا آلیاژهای تیتانیوم و هزینه­ های ماشین­ کاری و فورج­کاری که غالبا با هم ترکیب شده اند باعث می شوند تا تصمیم­ گیری درباره استفاده از تیتانیوم را دشوار سازند.

تراشکاری تیتانیوم، فرزکاری تیتانیوم، سوراخکاری تیتانیوم، سنگزنی تیتانیوم

عبارت ماشین­کاری دارای کاربرد وسیعی است و به همه انواع فرآیندهای برداشت فلز و برشکاری اطلاق می­ شود. روش­های ماشین­کاری مرسوم عبارتند از تراشکاری، فرزکاری سطحی، فرزکاری با بار جانبی کم و برشکاری صعودی، مته ­زنی، برقوزنی، سنگ ­زنی چرخشی، سنگ ­زنی دیسکی، برشکاری سایشی، برشکاری سایشی دستی، اره­ کاری دوسره و اره­ک اری نواری. روش­های پرکاربرد غیرسنتی عبارتند از ماشین­کاری الکتروشیمیایی (ECM)، فرزکاری شیمیایی (CHM) و ماشین­کاری پرتوی لیزری (LBM).

زمانی باور بر این بود که ماشین­کاری تیتانیوم دشوار است. اما اکنون پایه ­ای وسیع از دانش ماشین­کاری تیتانیوم وجود دارد و تولیدکنندگان می ­دانند که با انتخاب روش­ های مناسب، می­ توان تیتانیوم را با استفاده از روش­ هایی قابل مقایسه با روش­های به کار رفته برای ماشین­کاری فولاد ضدزنگ 316، از کار در آورد.

Page: 1 of 1
 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد
 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد