تیتانیوم در صنعت هوافضا
آنچه در این مطلب میخوانید:
تیتانیوم در صنعت هوافضا
تیتانیوم به وفور در طبیعت در تعدادی سنگ معدن به عنوان یک فلز واسطه وجود دارد. نام Ti را در جدول تناوبی دریافت می کند و 22 پروتون را در هسته خود نگه می دارد. تیتانیوم در شکل خالص شده خود، فلزی به رنگ سفید نقره ای را تشکیل می دهد که با استحکام بالا، چگالی کم و مقاومت در برابر خوردگی چشمگیر مشخص می شود. نقطه ذوب آن بسیار بالاتر از آهن یا فولاد است و در نتیجه، به دلیل دشواری ذوب آن، تیتانیوم قبل از قرن بیستم محبوبیت پیدا نکرد.
آلیاژهای تیتانیوم
امروزه آلیاژهای تیتانیوم در چند بخش اقتصادی از تقاضای بالایی برخوردار هستند. صنایع نظامی و دفاعی پیشگام استفاده از این فلز بودند که برای بسیاری از اهداف جایگزین وزن سبک‌تری برای آلومینیوم است. این فلز قوی همچنین گاهی اوقات به ایمپلنت های دندانی و پزشکی کمک می کند. تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب نسبتاً بالا و هدایت حرارتی ضعیف آن، برخی از اجزای مورد استفاده در هواپیماها و وسایل نقلیه هوافضا را تشکیل می‌دهند. این فلز همچنین به عنوان ترکیبی از اقلام مصرفی لوکس مانند جواهرات، چوب گلف و ساعت استفاده محدودی داشته است.
این فلز به طور گسترده در طبیعت در ترکیب با مواد دیگر وجود دارد. تیتانیوم در شکل خالص شده خود فلزی را تشکیل می دهد. این دو ساختار متمایز کریستالوگرافیک ممکن را به صورت جامد نشان می دهد: یک ساختار شش ضلعی “آلفا” و یک ساختار مکعبی “بتا”. متالورژی ها سه نوع گسترده از آلیاژهای تیتانیوم را بر اساس شکل کریستالوگرافی تیتانیوم مورد استفاده در آلیاژ شناسایی کرده اند. این فلزات در خواص فیزیکی که نشان می دهند تا حدودی متفاوت هستند:
آلیاژهای آلفا و نزدیک به آلفا : این آلیاژها معمولاً به خوبی جوش می‌شوند، اما قابل عملیات حرارتی نیستند. آنها به خوبی در برابر دماهای سرد مقاومت می کنند، به طور کلی انعطاف پذیری خوبی را ارائه می دهند و سطوح پایین تا متوسطی از استحکام را ارائه می دهند. آلفای بسیار بالا یا آلفای نزدیک به آلفا ممکن است در برابر اکسیداسیون مقاومت کنند.
آلیاژهای بتا و نزدیک به بتا : این آلیاژهای تیتانیوم که به راحتی قابل عملیات حرارتی هستند نیز جوش می‌شوند. آنها استحکام بالایی را در محدوده دمایی مشخص ارائه می کنند.
ترکیب آلیاژهای آلفا و بتا : این آلیاژها ویژگی های دو نوع دیگر را ترکیب می کنند. برخی خواص حرارتی قابل عملیات را نشان می دهند و جوش می شوند. آنها دارای استحکام متوسط تا بالا هستند، اما معمولاً به شکل گیری گرم (برخلاف سرد) نیاز دارند.
کاربردها و ویژگی های تیتانیوم
اگرچه چند دهه پیش آلیاژهای این فلز عمدتاً برای کاربردهای نظامی کاربرد داشتند، امروزه چندین بخش اقتصادی دیگر نیز از محصولات حاوی این فلزات استفاده می کنند. هم خواص و هم کاربردهای آلیاژهای این فلز به ایجاد تقاضای بالا در برخی صنایع کمک کرده است. با این حال، عوامل قیمت همچنان در دسترس بودن برخی از محصولات آلیاژ تیتانیوم را محدود می کند.
خواص : تیتانیوم خالص شده یک فلز نقره ای سخت و درخشان را تشکیل می دهد. اگرچه این عنصر دارای استحکام کششی قابل توجهی است، اما عنصر این فلز چگالی قابل توجهی کمتری نسبت به فولاد دارد (یک سانتی‌متر مکعب تیتانیوم تنها 4.5 گرم وزن دارد). همچنین در برابر خوردگی توسط آب نمک مقاومت می کند. تیتانیوم غیر مغناطیسی و ظاهراً غیر حساسیت زا، علیرغم استحکام کششی بالا، مدول الاستیسیته پایینی را ارائه می دهد. با این حال، نقطه ذوب بالای 3038 درجه فارنهایت برای سال‌ها چالش‌هایی را برای تولیدکنندگانی که سعی در استفاده از این فلز به عنوان آلیاژ در محیط‌های تجاری داشتند، ایجاد کرد.
برنامه های کاربردی : امروزه، این فلز در صنایع هوافضا و هوانوردی و همچنین صنایع دفاعی استفاده گسترده ای دارد. وزن سبک و استحکام بالای آن در محدوده دمایی خاص، تیتانیوم را برای انواع قطعات هواپیما مناسب می‌سازد. علاوه بر این، این فلز در برابر خوردگی ناشی از آب دریا بهتر از بسیاری از مواد دیگر مقاومت می کند، بنابراین آلیاژهای حاوی این فلز کاربرد گسترده ای در کندانسورهای نیروگاهی و تاسیسات کارخانه نمک زدایی پیدا کرده اند.
اگرچه محصولات این فلز معمولا هنوز قیمت بالایی دارند، فلز تیتانیوم کاربردهایی در زمینه زیست پزشکی برای استفاده در ایمپلنت های جراحی و دندان پیدا کرده است. برخی از سازندگان خودروهای لوکس بنا به گزارش ها از آلیاژهای این فلز در وسایل نقلیه خود استفاده می کنند و مصرف کنندگان اخیراً شروع به استفاده از چوب گلف، ساعت و جواهرات با اجزای آلیاژ تیتانیوم بادوام کرده اند. در آینده، سازندگان احتمالاً به کشف کاربردهای جدید برای آلیاژهای تیتانیوم ادامه خواهند داد.
سه ویژگی , این فلز را به ویژه به عنوان جزئی از تجهیزات هواپیما و هوافضا مفید می کند. ترکیبی از چگالی بسیار کم، نسبت های قابل توجه استحکام به وزن و مقاومت در برابر خوردگی تقاضای بالایی برای این فلز و آلیاژهای آن ایجاد کرده است. علاوه بر این، تیتانیوم نرخ انبساط حرارتی نسبتاً پایینی را ارائه می دهد، واقعیتی که به توانایی آن برای حفظ شکل خود در تلورانس های محدود کمک می کند. فقط چند مورد از کاربردهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم را در صنعت هوافضا در نظر بگیرید:
ساختارهای بال آهنگری : نسبت استحکام به وزن بالا باعث می شود این فلز و بسیاری از آلیاژهای آن به ویژه در جایگزینی قطعات سنگین هواپیما مفید باشند. هواپیماهایی که وزن کمتری دارند از بازده سوخت بهتری برخوردار هستند. برخی از هواپیماهای مسافربری تجاری امروز در آسمان حاوی 15 درصد قطعات تیتانیوم هستند.
ارابه فرود : با پیشرفت های اخیر در توسعه آلیاژهای این فلز قوی، این مواد به عنوان اجزایی در ارابه فرود برخی از هواپیماها ظاهر شده اند.
اتصال دهنده ها، فنرها و لوله های هیدرولیک بحرانی : برخی از شرکت ها بست های این فلز، فنرها و لوله های هیدرولیک را برای ماموریت های هوانوردی و هوافضا مهندسی می کنند. تیتانیوم استحکام کششی را نشان می دهد.
موشک های تقویت کننده : توانایی این فلز و آلیاژهای آن در ارائه وزن سبک و انبساط حرارتی کم به مفید بودن این فلزات در پروژه های هوافضا با استفاده از موشک های تقویت کننده کمک می کند. تحقیقات برای ساخت فلزات مقاوم در برابر خوردگی با وزن سبک تر و قوی تر برای استفاده در پروازهای فضایی همچنان ادامه دارد.
فضاپیمای سرنشین دار : توسعه آلیاژهای این فلز جدید امکان ادغام اجزای تیتانیوم را در برخی از وسایل نقلیه فضایی سرنشین دار فراهم کرده است. تیتانیوم نسبت به بسیاری از فلزات دیگر مقاومت در برابر خوردگی بهتری در برابر آب نمک دارد و آن را برای کپسول های فضایی طراحی شده برای فرود در اقیانوس مفید می کند.
موارد دیگر : برخی از سازندگان حتی شروع به استفاده از قطعات تیتانیوم سفارشی در میل و بدنه موتور هواپیما کرده اند. مقاومت حرارتی تیتانیوم، نقطه ذوب بالا و چگالی کم، ارزش آن را برای سازندگان هوانوردی و هوافضا افزایش می دهد.
مزایای استفاده از تیتانیوم در صنعت هوافضا
آلیاژهای تاین فلز مزایای زیادی دارند. اول، آنها به خوبی در برابر خوردگی آب شور و کلر مقاومت می کنند. دوم، آنها استحکام سبک وزن را در محدوده دمایی مشخص ارائه می دهند. سوم، بسیاری از محصولات آلیاژ تیتانیوم در برابر دماهای سرد مقاومت می کنند. چهارم، این فلزات سطح نقره ای جذابی را ارائه می دهند. در نهایت، برخی از آلیاژهای تیتانیوم به شکل قابل اعتمادی حفظ می‌شوند.
این فلز و آلیاژهای تیتانیوم چندین مزیت مهم برای تیم های طراحی صنعت هوافضا دارند. سازندگان می توانند هواپیماهای سبک تر و وسایل نقلیه فضایی را با استفاده از این فلز تولید کنند و به مصرف سوخت بهتری دست یابند. نقطه ذوب بالا و سرعت انبساط حرارتی پایین این فلز، آن را برای برخی اهداف هوافضا مفید می کند. همچنین مقاومت در برابر خوردگی بالاتری نسبت به آلومینیوم موجود در آب نمک دارد. قطعات تیتانیومی بهتر از اجزای آلومینیومی جایگزین، تلرانس نزدیک را حفظ می کنند.
درباره AS9100
کد AS9100 به دنبال ایجاد استانداردهای کنترل کیفیت برای صنایعی است که شامل صنایع هوانوردی و هوافضا می شود. از اکتبر 1999، مجموعه قوانین به شرکت‌هایی که برای مهندسی و تولید قطعات و تجهیزات برای این بخش‌ها کار می‌کنند، کمک کرده است. این کد تلاش می کند تا استانداردهای داوطلبانه ای را برای استفاده در سطح بین المللی توسط شرکت هایی که مایل به رعایت این مشخصات هستند تعیین کند. برخی از کشورها، مانند ایالات متحده آمریکا، در تهیه پیش نویس قوانین و قوانین اساسی حاکم بر فعالیت های تولیدی، به شدت به این استانداردهای شناخته شده صنعت متکی هستند.
کد AS9100 شامل تمام استانداردهای IOS9000 است که قبلا توسط سازمان استاندارد بین المللی اعلام شده بود. سازمان‌های حامی به‌روزرسانی‌های دوره‌ای را در تلاش برای همگام شدن با پیشرفت‌های فناوری جدید منتشر کرده‌اند. آخرین نسخه، نسخه D، در 20 سپتامبر 2016 در دسترس قرار گرفت.
نمرات آلیاژهای تیتانیوم
هر دو انجمن صنعتی داوطلبانه خصوصی به نام انجمن آمریکایی مواد تست (“ASTM”) و انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME”) دستورالعمل هایی را برای درجه بندی تیتانیوم صادر کرده اند. بسیاری از شرکت های بین المللی این استانداردها را پذیرفته اند. حدود 39 گرید وسیع این فلز به طور گسترده در بازار تجاری وجود دارد. عدد گرید به تولیدکنندگان کمک می کند تا درصد ترکیب آلیاژهای مختلف را شناسایی کنند. به عنوان مثال، آلیاژ تیتانیوم “گرید 5” شامل 6٪ آلومینیوم و 4٪ وانادیم است.
برخی از تولیدکنندگان ممکن است از مشخصات دیگری نیز استفاده کنند. سیستم شماره گذاری یکپارچه (به طور گسترده در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار می گیرد)، استانداردهای اعلام شده توسط سازمان بین المللی استاندارد (ISO) و استانداردهای EN (مورد استفاده در اتحادیه اروپا) ممکن است آلیاژهای تیتانیوم را برای اهداف خاص مورد بررسی قرار دهند.
کلام آخر
متالورژی ها انواع قابل توجهی از آلیاژهای فلزی مفید را برای مقاصد تولیدی ایجاد کرده اند. ترکیب یک فلز و یک یا چند عنصر دیگر یک آلیاژ فلزی ایجاد می کند. غالباً آلیاژها مقدار زیادی از یک فلز پایه ارزان‌تر مانند آهن را با یک فلز گران‌تر مانند طلا یا تیتانیوم ترکیب می‌کنند.
مطالب ارائه شده در مقاله روندهای بازار و چشم انداز آینده صنعت فولاد فقط برای اهداف اطلاعات عمومی است.شرکت آرمان گستر اقتدار ضمانت یک خرید مطمئن را به شما می دهد و مرجع تخصصی خرید و فروش آهن آلات و کلیه مقاطع فولادی است که شما در جهت ثبت درخواست میتوانید با واحد مشاوره و فروش شرکت آرمان گستر اقتدار (آهن آرمان) در ارتباط باشید.
در حالی که مطمئن شدیم اطلاعات دقیق و قابل اعتمادی ارائه می دهیم، اما خوانندگان باید با یک متخصص واجد شرایط یا وکیل برای هر گونه نگرانی و سؤال خاص مشورت کنند.برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع آهن آلات و فولاد و موضوعات مرتبط دیگر مقالات ما را مطالعه فرمایید.
شما میتوانید برای مشاوره خرید آهن آلات و مقاطع فولادی ، برای پروژه های خود و دریافت قیمت روز با شماره 02158336،شرکت آرمان گستر اقتدار( آهن آرمان) تماس بگیرید تا کارشناسان ما، پاسخگوی سوالات شما باشند.
