سبائك التيتانيوم عالية الحرارة وتصنيفها وخصائصها

كانت أول سبيكة من التيتانيوم الناجحة في العالم في العالم Ti-6AL-4V ، مع درجة حرارة خدمة تتراوح بين 300-350 درجة مئوية. أدت التطورات اللاحقة إلى سبائك مثل IMI550 و BT3-1 ، مع درجات حرارة خدمة تصل إلى 400 درجة مئوية ، و IMI679 ، IMI685 ، TI-6246 ، و TI-6242 ، مع درجات حرارة خدمة من 450-500 درجة مئوية. تشمل سبائك التيتانيوم ذات درجة حرارة عالية الحرارة المستخدمة حاليًا في محركات الطائرات سبائك IMI829 و IMI834 في المملكة المتحدة ، وسبائك TI-1100 التابعة للولايات المتحدة ، وسبائك BT18Y و BT36 في روسيا. في السنوات الأخيرة ، ركز اتجاه التطوير لسبائك التيتانيوم عالية درجة الحرارة على استخدام تقنية التصلب/المسحوق المعدني السريع والألياف أو المركبات المقواة بالجسيمات ، والتي يمكن أن تزيد من درجة حرارة خدمة سبائك التيتانيوم إلى أعلى من 650 درجة مئوية. نجحت ماكدونيل دوغلاس في الولايات المتحدة في تطوير سبيكة من التيتانيوم عالية الكثافة باستخدام تقنية التصلب السريع/المسحوق المعدني ، مع قوة عند 760 درجة مئوية مماثلة لسبائك التيتانيوم المستخدمة في درجة حرارة الغرفة.

سبائك التيتانيوم القائم على التيتانيوم-ألومينوم سبيكة

بالمقارنة مع سبائك التيتانيوم العامة ، فإن Intermetallics المستندة إلى مركبة التيتانيوم والألومنيوم Ti3al (α2) و Tial (γ) لديهم مزايا مثل أداء درجات الحرارة العالية الجيدة (درجات حرارة الخدمة 816 و 982 درجة مئوية ، على التوالي) ، مقاومة أكسدة قوية ، زحف جيد جيد المقاومة ، والوزن الخفيف (الكثافة ليست سوى نصف الكثافة من superalloys القائمة على النيكل). هذه المزايا تجعلها مواد تنافسية لمحركات الطائرات المستقبلية والمكونات الهيكلية. حاليًا ، بدأت سبائك التيتانيوم القائمة على Ti3al ، Ti-21NB-4AL و Ti-24AL-14NB-0.5MO ، الإنتاج الضخم في الولايات المتحدة. وتشمل سبائك التيتانيوم TI3AL الأخرى التي تم تطويرها مؤخرًا TI-24AL-11NB و TI-25AL-17NB-1MO و TI-25AL-10NB-3V-1MO. تتم دراسة سبائك التيتانيوم المستندة إلى Tial (γ) من أجل التراكيب التي تتراوح من (1-10) M (في ٪) ، حيث يكون M عنصرًا واحدًا على الأقل من V و Cr و Mn و Nb و Mo و W. في الآونة الأخيرة ، بدأت سبائك التيتانيوم المستندة إلى Tial3 مثل Ti-65al-10ni في جذب الانتباه.

عالي القوة وعالية الحفر من نوع من أنواع التيتانيوم من النوع

كانت سبيكة التيتانيوم الأولى من نوع B120VCA (TI-13V-11CR-3AL) ، التي تم تطويرها بواسطة Crucible في منتصف الخمسينيات. من السهل صياغة سبائك التيتانيوم من النوع الذي تتمتع بأداء جيد للمعالجة الساخنة والباردة ، ويمكن صياغته ، ويمكن لحامها ، وتحقيق خصائص ميكانيكية عالية ، ومقاومة بيئية جيدة ، ومجموعة جيدة من القوة والتكسير من خلال الحل وعلاج الشيخوخة. تشمل سبائك التيتانيوم الجديدة ذات القوة العالية والعالية من نوع ما يلي:

• TI1023 (TI-10V-2FE-3AL): هذه السبائك لها أداء مماثل للمشاركة في الفولاذ الهيكلي ذي القوة العالية 30CRMNSIA في المكونات الهيكلية للطائرات ولديه أداء متزايد ممتاز.
• TI153 (TI-15V-3CR-3AL-3SN): تتمتع هذه السبائك بأداء معالجة باردة أفضل من التيتانيوم النقي الصناعي ، مع قوة شد في درجة حرارة الغرفة تزيد عن 1000 ميجا باسكال بعد الشيخوخة.
• β21S (TI-15MO-3AL-2.7NB-0.2SI): تم تطويره بواسطة الجدول الزمني ، هذه السبائك لها مقاومة ممتازة للأكسدة وأداء معالجة ساخنة وباردة ويمكن تحويلها إلى رقائق بسمك 0.064 مم.
• SP-700 (Ti-4.5AL-3V-2MO-2FE): تم تطويره بواسطة Japan Steel Pipe Company (NKK) ، فإن هذه السبائك تتمتع بقوة عالية واستطالة فائقة الصوفية تصل إلى 2000 ٪ Ti-6AL-4V ، مما يجعلها مناسبة لتصنيع مكونات الفضاء المختلفة باستخدام تقنية ترابط تشكيل التشكيل الفائق (SPF/DB).
• BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5AL): تم تطويره في روسيا ، تتمتع هذه السبائك بقوة شد تزيد عن 1105 ميجا باسكال.

سبائك التيتانيوم المقاومة للهب

تميل سبائك التيتانيوم التقليدية إلى الإشعال في ظل ظروف محددة ، مما يحد بشكل كبير من تطبيقها. لمعالجة ذلك ، أجرت البلدان أبحاثًا حول سبائك التيتانيوم المقاومة للهب وقامت باختراقات معينة. سبيكة C (المعروفة أيضًا باسم السبائك T) ، التي تم تطويرها في الصين ، مع تركيبة اسمية قدرها 50T-35V-15CR (الكسر الجماعي) ، هي سبيكة التيتانيوم مقاومة للهب غير حساسة للحرق المستمر وتم استخدامها في محرك F119. BTT-1 و BTT-3 ، التي تم تطويرها في روسيا ، هما سبائك التيتانيوم المقاومة للهب التي تستند إلى Ti-Cu-al مع أداء جيد معالجة التشوه الساخن ، ومناسبة لصنع أجزاء معقدة.

سبائك التيتانيوم الطبية

التيتانيوم غير سامة وخفيفة الوزن وعالية القوة ، ولديه توافق حيوي ممتاز ، مما يجعلها مادة مثالية لتطبيقات التيتانيوم الطبية مثل الزرع. حاليًا ، تستخدم سبيكة Ti-6AL-4V ELI على نطاق واسع في المجال الطبي. ومع ذلك ، فإن إطلاق كميات تتبع من أيونات الفاناديوم والألومنيوم يقلل من توافق الخلايا وقد يضر جسم الإنسان ، الذي كان منذ فترة طويلة مصدر قلق في المجتمع الطبي. منذ منتصف الثمانينيات ، تقوم الولايات المتحدة بتطوير سبائك التيتانيوم الخالية من الألمنيوم والفاناديوم مع التوافق الحيوي للتطبيقات العظمية. كما أجرت اليابان والمملكة المتحدة ودول أخرى أبحاثًا مكثفة وحققت تقدمًا جديدًا. على سبيل المثال ، طورت اليابان سلسلة من سبائك التيتانيوم α+β مع توافق حيوي ممتاز ، بما في ذلك TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD ، TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD-0.2-0.05N ، TI-15SN- 4NB-2TA-0.2PD ، و TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.2. هذه السبائك لها مقاومة تآكل أفضل ، وقوة التعب ، ومقاومة التآكل من Ti-6AL-4V ELI. بالمقارنة مع سبائك التيتانيوم α+β ، فإن سبائك التيتانيوم تتمتع بقوة أعلى وأداء أفضل ومتانة ، مما يجعلها أكثر ملاءمة للزرع. في الولايات المتحدة ، تم التوصية بخمس سبائك التيتانيوم للاستخدام الطبي: TMZFTM (TI-12MO-6ZR-2FE) ، TI-13NB-13ZR ، TIMETAL 21SRX (TI-15MO-2.5NB-0.2SI) ، TIADYNE 1610 (TI -16NB-9.5HF) ، و TI-15MO. من المتوقع أنه في المستقبل القريب ، قد تحل هذه سبائك التيتانيوم ذات القوة العالية ، والقدرة على التشكيل الممتازة ، وسبائك التيتانيوم ، إلى سبيكة ELI 6AL4V ELI المستخدمة على نطاق واسع في المجال الطبي.