تطبيقات سبائك التيتانيوم

تتميز سبائك التيتانيوم بقوة عالية وكثافة منخفضة، وخصائص ميكانيكية جيدة، وصلابة جيدة ومقاومة للتآكل. وبالإضافة إلى ذلك، فإن سبائك التيتانيوم لها خصائص معالجة سيئة ويصعب قطعها. في العمل الساخن، من السهل جدًا امتصاص الشوائب مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكربون. هناك أيضًا مقاومة ضعيفة للتآكل وعملية إنتاج معقدة. بدأ الإنتاج الصناعي للتيتانيوم في عام 1948. ويتطلب تطور صناعة الطيران أن تنمو صناعة التيتانيوم بمعدل سنوي متوسط ​​يبلغ حوالي 8 بالمائة. لقد وصل الإنتاج السنوي لمواد معالجة سبائك التيتانيوم في العالم إلى أكثر من 40000 طن، مع ما يقرب من 30 درجة من سبائك التيتانيوم. سبائك التيتانيوم الأكثر استخدامًا هي Ti-6Al-4V (TC4)، Ti-5Al-2.5Sn (TA7)، والتيتانيوم النقي الصناعي (TA1، TA2) و TA3).
تُستخدم سبائك التيتانيوم بشكل أساسي في تصنيع مكونات ضاغط محركات الطائرات، تليها المكونات الهيكلية للصواريخ والقذائف والطائرات عالية السرعة. في منتصف القرن العشرين، تم استخدام التيتانيوم وسبائكه على نطاق واسع في الصناعات العامة، مثل صناعة الأقطاب الكهربائية في صناعة التحليل الكهربائي، والمكثفات في محطات الطاقة، وسخانات تكرير البترول وتحلية مياه البحر، وأجهزة مكافحة التلوث البيئي. أصبح التيتانيوم وسبائكه مادة هيكلية مقاومة للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه أيضًا لإنتاج مواد تخزين الهيدروجين وسبائك ذاكرة الشكل.
بدأت الصين أبحاثها على التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في عام 1956؛ في منتصف القرن العشرين، بدأ الإنتاج الصناعي لمواد التيتانيوم وتم تطوير سبيكة TB2.
تعتبر سبائك التيتانيوم مادة هيكلية مهمة جديدة تستخدم في صناعة الطيران والفضاء. جاذبيتها النوعية، قوتها ودرجة حرارة الخدمة تقع بين الألومنيوم والفولاذ، ولكن قوتها أعلى من الألومنيوم والفولاذ، ولها مقاومة ممتازة للتآكل بمياه البحر وأداء درجات حرارة منخفضة للغاية. في عام 1950، استخدمت الولايات المتحدة لأول مرة مكونات غير حاملة مثل الألواح العازلة لجسم الطائرة الخلفي، ودروع الرياح، ودروع الذيل في قاذفات القنابل المقاتلة F-84. منذ الستينيات، تحول استخدام سبائك التيتانيوم من جسم الطائرة الخلفي إلى جسم الطائرة الأوسط، ليحل محل الفولاذ الهيكلي جزئيًا لتصنيع مكونات حاملة مهمة مثل الأغشية والحزم وشرائح الرفرف. وقد زاد استخدام سبائك التيتانيوم في الطائرات العسكرية بشكل سريع، حيث وصل إلى 20% إلى 25% من الوزن الهيكلي للطائرة. منذ سبعينيات القرن العشرين، بدأت الطائرات المدنية باستخدام كمية كبيرة من سبائك التيتانيوم، مثل طائرة بوينغ 747، التي تستخدم ما يزيد عن 3640 كيلوغرامًا من التيتانيوم. يستخدم التيتانيوم بشكل رئيسي في الطائرات التي تزيد أرقام ماخ فيها عن 2.5 لاستبدال الفولاذ وتقليل الوزن الهيكلي. على سبيل المثال، تُعرف طائرة الاستطلاع الأمريكية SR-71 عالية السرعة على ارتفاعات عالية (برقم طيران 3 ماخ وارتفاع طيران 26212 مترًا)، والتي تمثل 93 بالمائة من الوزن الهيكلي للطائرة، باسم الطائرات "التيتانيوم بالكامل". عندما تزيد نسبة الدفع إلى الوزن لمحرك الطائرة من 4-6 إلى 8-10، وتزداد درجة حرارة مخرج الضاغط بشكل مماثل من 200-300 درجة مئوية إلى 500-600 درجة مئوية، يجب استبدال أقراص وشفرات الضاغط منخفض الضغط المصنوعة في الأصل من الألومنيوم بسبائك التيتانيوم، أو يجب استخدام سبائك التيتانيوم لتحل محل الفولاذ المقاوم للصدأ لتصنيع أقراص وشفرات الضاغط عالي الضغط، وذلك لتقليل الوزن الهيكلي. في السبعينيات، كانت كمية سبائك التيتانيوم المستخدمة في محركات الطيران تمثل بشكل عام 20 إلى 30 بالمائة من إجمالي الوزن الهيكلي، وتستخدم بشكل أساسي لتصنيع مكونات الضاغط، مثل مراوح التيتانيوم المطروقة، وأقراص وشفرات الضاغط، وأغلفة ضاغط التيتانيوم المصبوب، الأغلفة المتوسطة، وأغلفة المحامل، وما إلى ذلك. تستخدم المركبات الفضائية بشكل أساسي القوة المحددة العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة لسبائك التيتانيوم لتصنيع أوعية الضغط المختلفة، وخزانات تخزين الوقود، والمثبتات، وأشرطة الأدوات، والإطارات، وقذائف الصواريخ. القمر الاصطناعي للأرض، الوحدة القمرية