Titanyum ve Titanyum Alaşımlarının Dünü, Bugünü ve Geleceği
1. Titanyum metalinin kaynağı
Titanyum metali ilk olarak 1791 yılında İngiltere'de Gregor adlı amatör bir mineralog tarafından keşfedildi. 1795 yılına gelindiğinde Alman kimyager Klaprus, bu bilinmeyen metal maddeye Yunan tanrısı Titans'ın adını verdi. Çince-İngilizce çeviri "titanyum". Titanyum yeryüzünde bol miktarda bulunmaktadır. Bilinen 140'tan fazla titanyum minerali vardır ancak endüstriyel uygulamalar esas olarak ilmenit ve rutildir. Bunlar arasında Çin'in ilmenit rezervleri dünya rezervlerinin %28'ini oluşturarak dünyada birinci sırada yer almaktadır.
Titanyum dünyada tanınan toksik olmayan bir elementtir ancak madencilik ve üretim maliyetleri yüksek ve pahalıdır. Yüksek ve düşük sıcaklık dayanımı, güçlü asit ve alkali direnci, yüksek mukavemet, düşük yoğunluk gibi bir dizi özelliğinden dolayı NASA'nın aynı roket ve uydusu için özel bir malzeme haline gelmiş, ayrıca süper projelerde de kullanılmıştır. ülkemin Yutu, J-20 ve Shandong uçak gemisi. 1980'li yıllarda sivil alana girdikten sonra doğal antibakteriyel ve biyofilik özelliklerinden dolayı gıda kapları sektöründe "Onursal Metal Kral" olmuştur.
ülkemin titanyum endüstrisi 1950'lerde başladı. -1960'ların ortalarında ülkem sırasıyla Zunyi ve Baoji'de sünger titanyum ve titanyum işleme tesisleri inşa etmişti; bu da Çin'in dünyanın titanyum sanayi güçlerinden biri haline geldiği anlamına geliyor. 21. yüzyılda ülkemin titanyum endüstrisi yeni ve hızlı bir gelişme dönemine girmiş olup, titanyum üretim kapasitesi dünyada ilk sıralarda yer almaktadır.
2. Saf titanyum ve titanyum alaşımı arasındaki fark
Saf titanyum:
Veya endüstriyel saf titanyum veya ticari saf titanyum olarak adlandırılan safsızlık elementlerinin içeriğine göre derecelendirilir. Mükemmel damgalama işlemi performansına ve kaynak performansına sahiptir, ısıl işlemlere ve yapı tipine karşı duyarsızdır ve tatmin edici plastisite koşulları altında belirli bir mukavemete sahiptir. Gücü esas olarak oksijen ve nitrojen ara elementlerinin içeriğine bağlıdır. %99,5 endüstriyel saf titanyumun özellikleri şunlardır: yoğunluk P=4.5g/cm3, erime noktası 1800 derece, termal iletkenlik λ=15.24W/(MK), gerilme mukavemeti σ b{{8} }MPa, uzama: δ=25%, Alanın azaltılması ψ=25%, elastik modül E=1.078×105MPa, sertlik HB195.
Titanyum alaşımı:
Titanyum alaşımı, titanyum ve diğer elementlerden oluşan bir alaşımdır. Nispeten genç bir metaldir ve keşfinden bu yana yalnızca 60 ila 70 yıllık bir geçmişi vardır. Titanyum alaşımlı malzemeler hafif, yüksek mukavemetli, düşük elastikiyetli, yüksek sıcaklık dayanımı ve korozyon direnci özelliklerine sahiptir ve çoğunlukla uçak motorlarında, roketlerde, füzelerde ve diğer bileşenlerde kullanılır. Titanyumun iki çeşit allotropik kristali vardır; Titanyum, erime noktası 1720 derece olan bir izomerdir ve 882 dereceden düşük olduğunda, titanyum adı verilen sıkı paketlenmiş altıgen kristal kafes yapısına sahiptir; 882 derecenin üzerinde, vücut merkezlidir B titanyum olarak adlandırılan kübik kafes yapısı, yukarıdaki iki titanyum yapısının farklı özelliklerini kullanır ve titanyum alaşımları elde etmek için faz geçiş sıcaklığını ve faz içeriğini kademeli olarak değiştirmek için uygun alaşım elementleri ekler. (itanyum alaşımları) farklı yapılara sahiptir.
Titanyum alaşımlı elementler, faz geçiş sıcaklığı üzerindeki etkilerine göre üç kategoriye ayrılabilir: ① A fazını stabilize eden ve faz geçiş sıcaklığını artıran elementler, aralarında alüminyum, magnezyum, oksijen ve nitrojenin de bulunduğu kararlı elementlerdir. Bunlar arasında alüminyum, titanyum alaşımının ana alaşım elementidir; bu, alaşımın oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta mukavemetini arttırmada, özgül ağırlığı azaltmada ve elastik modülü arttırmada belirgin etkilere sahiptir. ② B fazını stabilize eden ve faz geçiş sıcaklığını düşüren elementler B kararlı elementleridir. Ayrıca izokristal ve ötektoid olarak da ayrılabilir. İlki molibden, niyobyum, vanadyum vb.'yi içerir; ikincisi krom, manganez, bakır, silikon vb. içerir. ③ Faz geçiş sıcaklığı üzerinde çok az etkisi olan elementler zirkonyum ve kalay gibi nötr elementlerdir.
TA1 (Amerikan Standardı Gr1)
TA1 (Gr1) titanyum, ticari olarak saf dört titanyum sınıfından ilkidir. Bu kalitelerin en yumuşak ve en dövülebilir olanıdır. Maksimum şekillendirilebilirliğe, mükemmel korozyon direncine ve yüksek darbe dayanıklılığına sahiptir. TA1 Sınıfı, şekillendirilebilirlik kolaylığı gerektiren herhangi bir uygulama için tercih edilen malzemedir ve genellikle titanyum levha ve titanyum boru olarak mevcuttur.
TA2 (Amerikan Standardı Gr2) notu
Çeşitli bulunabilirliği ve geniş bulunabilirliği nedeniyle TA2 sınıfı titanyum, ticari saf titanyum endüstrisinin "işgücü" olarak bilinir. TA1 sınıfı titanyumla aynı niteliklerin çoğuna sahiptir ancak biraz daha güçlüdür. Her ikisi de korozyona karşı eşit derecede dayanıklıdır. Bu kalite iyi kaynaklanabilirliğe, dayanıklılığa, sünekliğe ve şekillendirilebilirliğe sahiptir. Bu, TA2 sınıfı titanyum çubuk ve plakayı inşaat, enerji üretimi, tıbbi endüstriler ve daha birçok sektördeki birçok uygulama için ilk tercih haline getiriyor.
TA3 (Amerikan Standardı Gr3) notu
Bu kalite en azından ticari olarak saf titanyum kalitelerini kullanır, ancak bu onu daha az değerli yapmaz. TA3 kalitesi, benzer süneklik ve yalnızca hafif şekillendirilebilirlik özelliğiyle TA1 ve TA2 kalitelerinden daha güçlüdür; ancak öncekilerden daha yüksek mekanik özelliklere sahiptir. TA3 Sınıfı, havacılık, kimyasal işleme, denizcilik endüstrisi vb. gibi orta derecede güç ve birincil korozyon direnci gerektiren uygulamalarda kullanılır.
TA4 (Amerikan Standardı Gr4) notu
TA4 sınıfı, ticari olarak saf dört titanyum arasında en güçlüsü olarak kabul edilir. Aynı zamanda mükemmel korozyon direnci, iyi şekillendirilebilirliği ve kaynaklanabilirliği ile de bilinir. Bazı uçak gövdesi bileşenlerinde, kriyojenik kaplarda, ısı eşanjörlerinde ve yüksek çözünürlük gerektiren diğer uygulamalarda kullanılır.
TA9 (Amerikan Standardı Gr7) notu
TA9 Sınıfı mekanik ve fiziksel olarak TA2 Sınıfına eşdeğerdir, ancak ara eleman paladyumun bir alaşım haline getirilmesi için eklenmesi dışında. Sınıf 7, mükemmel kaynaklanabilirliğe ve özelliklere sahiptir ve tüm titanyum alaşımları arasında korozyona en dayanıklı olanıdır. Aslında indirgeyici asitler arasında korozyona en dayanıklı olanıdır. TA9 Sınıfı, kimyasal proses ve üretim ekipmanı bileşenleri için kullanılır. TA9, özellikle asitli ortamların azaltılmasında son derece güçlü bir korozyon direncine sahiptir.
TA9-1 (Amerikan Standardı Gr11) notu
TA9-1 Sınıfı, TA1 Sınıfına çok benzer, ancak korozyon direncini arttırmak ve onu bir alaşım haline getirmek için az miktarda paladyum eklenir. Bu korozyon direnci, çatlak korozyonunu önlemek ve klorür ortamlarındaki asitleri azaltmak için kullanılabilir. Diğer kullanışlı özellikleri arasında optimum süneklik, soğuk şekillendirilebilirlik, kullanışlı güç, darbe dayanıklılığı ve mükemmel kaynaklanabilirlik sayılabilir. Bu alaşım, özellikle korozyonun istendiği durumlarda Grade 1 ile aynı titanyum uygulamalarında kullanılabilir.
Ti 6Al-4V (ulusal standart TC4, Amerikan standardı Gr5, örneğin
5. Sınıf Titanyum Levha, 5. Sınıf Titanyum Plaka, 5. Sınıf Titanyum Çubuk)
Titanyum alaşımlarının "işgücü" olarak bilinen Ti 6Al-4V veya derece 5 titanyum, tüm titanyum alaşımları arasında en yaygın olarak kullanılanıdır. Dünyadaki toplam titanyum tüketiminin %50'sini oluşturmaktadır. Kullanılabilirliği birçok faydasında yatmaktadır. Ti 6Al-4V, mukavemetini arttırmak için ısıl işleme tabi tutulabilir. 600 derece F'ye kadar servis sıcaklıklarında kaynaklı yapılarda kullanılabilir. Bu alaşım, hafiflik, kullanışlı şekillendirilebilirlik ve yüksek korozyon direnci için yüksek mukavemete sahiptir. Ti 6AI{8}}V'nin mevcudiyeti onu havacılık, tıp, denizcilik ve kimyasal işleme endüstrileri gibi çeşitli endüstrilerde kullanım için ideal bir alaşım haline getirir. Aşağıdaki teknik içeriği oluşturmak için kullanılabilir:
• Uçak türbinleri
• Motor bileşenleri
• Uçak yapısal bileşenleri
• Havacılık bağlantı elemanları
• Yüksek performanslı otomatik parçalar
• Denizcilik uygulamaları
• Spor Gereçleri
Ti-6AL-4V ELI Titanyum Çubuk (ulusal standart TC4ELI, Amerikan standardı Gr23) sınıfı
Ti 6AL-4V ELI veya TC4ELI kalitesi, Ti 6Al-4V'nin daha yüksek saflıktaki formudur. Bobin, örgülü tel, tel veya düz tel halinde yapılabilir. Yüksek mukavemet, hafiflik, iyi korozyon direnci ve yüksek tokluğun gerekli olduğu her yerde ilk tercihtir. Diğer alaşımlara karşı mükemmel hasar toleransına sahiptir. Bu avantajlar, TC4ELI kalitesini, titanyumun en üstün diş ve tıbbi sınıfı haline getirir. Biyouyumluluğu, iyi yorulma mukavemeti ve düşük modülü nedeniyle implante edilebilir bileşenler gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılabilir. Ayrıca aşağıdaki gibi ayrıntılı cerrahi prosedürler için de kullanılabilir:
• Ortopedik pimler ve vidalar
• Ortopedik kablolar
• Ligatür Klipsi
• Cerrahi İmplantasyon
• Ortodontik cihazlar
• Eklem değişiminde
• kriyojenik kap
• Kemik Sabitleme Cihazları
TA10 (Amerikan Standardı Gr12) notu
TA10 kalite titanyum, yüksek kalitede kaynaklanabilme özelliğinden dolayı "Mükemmel" kaliteye sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda büyük mukavemet sağlayan oldukça dayanıklı bir alaşımdır. TA10 kalite titanyum, 300 serisi paslanmaz çeliklerle benzer özelliklere sahiptir. Alaşım, presle şekillendirme, hidroformlama, gererek şekillendirme veya düşürme ağırlığı kullanılarak sıcak veya soğuk şekillendirilebilir. Çeşitli şekillerde şekillendirilebilme yeteneği onu birçok uygulamada faydalı kılar. Bu alaşımın yüksek korozyon direnci aynı zamanda onu çatlak korozyonunun sorun olduğu imalat ekipmanları için de paha biçilmez kılmaktadır. TA10 Sınıfı aşağıdaki endüstrilerde ve uygulamalarda kullanılabilir:
• Kabuk ve ısı eşanjörü
• Hidrometalurjik uygulama
• Yüksek sıcaklıkta kimyasal üretimi
• Okyanus Taşımacılığı ve Havayolu Bileşenleri
Ti 5Al-2.5Sn
Ti 5Al-2.5Sn, iyi kaynaklanabilirlik ve stabilite sağlayabilen, ısıl işlem görmeyen bir alaşımdır. Aynı zamanda yüksek sıcaklık stabilitesine, yüksek mukavemete, iyi korozyon direncine ve iyi sürünme direncine sahiptir. Sürünme, yüksek sıcaklıkta uzun süre meydana gelen plastik şekil değiştirme olgusunu ifade eder. Ti 5Al-2.5Sn esas olarak uçak ve uçak gövdesi uygulamalarında ve kriyojenik uygulamalarda kullanılır.
