skip to Main Content
تیتانیم، فروتیتانیم و آلیاژها

تیتانیم، فروتیتانیم و آلیاژها

تیتانیم عنصر بسیار فعالی است، که در دمای اتاق به طور معمول یک لایه اکسید پایدار در سطح آن تشکیل می شود، که اکسید شدن بیشتر آنرا محدود می کند. در دماهای فولادسازی، ترکیبات پایداری با اکسیژن، کربن، نیتروژن و گوگرد تشکیل می دهد.به دلیل این ویژگی، اغلب در فولاد سازی برای تثبیت این عناصر مورد استفاده قرار می گیرد، به طوری که اثرات مضر آنها را کاهش می دهد. تیتانیم به صورت ریزکننده دانه در بسیاری از فولادها نیز عمل می کند، و از بسیاری جهات وظیفه ای شبیه به افزودن آلومینیم و نیوبیم دارد. تیتانیم گرانتر از آلومینیم است، بنابراین استفاده از آن به عنوان اکسیژن زدا، به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
واکنش کنندگی تیتانیم به گونه ای است که مانند منیزیم، نوار نازکی مانند براده های ماشینکاری، یا پودر، به راحتی می توانند آتش بگیرند، به عنوان مثال توسط جرقه جوشکاری و یا از طریق افزودن به سطح مذاب فولاد بدون غوطه وری، تیتانیم با شعله های بسیار روشن سفید رنگی می سوزد، که نگاه کردن به آن می تواند مضر باشد. آتش پودر تیتانیم به صورت مضاعف خطرناک است، زیرا جریان جابجایی ناشی از آتش می تواند باعث گردش پودر نسوخته در هوا، با خطر انفجار شود. پودر فروتیتانیم نیز قابل اشتعال است، ریزترین و پرعیارترین ذارت تیتانیم خطرناک ترین آنهاست.
تیتانیم به عنوان نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین ( ۰.۶ درصد)، دچار مشکلات عدم قابلیت دسترسی که بر برخی از ترکیبات آلیاژ کننده دیگر تاثیر می گذارد نیست. اما، تقاضای متغییر برای آلیاژهای تیتانیم از صنعت هوافضا باعث می شود قیمت قراضه آن نوسان گسترده ای داشته باشد. مقدار زیادی سنگ معدن تیتانیم، عمدتا ایلمنیت ( FeO.TiO2 ) و روتیل (TiO2) در سراسر جهان استخراج می گردد. حدود ۹۵ درصد از تیتانیای تولید شده برای ساخت رنگدانه تیتانیا مورد استفاده قرار می گیرد، روتیل خالص تر و نسبتا کمیاب تر برای تولید فلز ارجح است.

تبدیل روتیل به تیتانیم به طور کلی توسط فرایند کرول صورت می گیرد. گاز کلر از مخلوطی از روتیل و کک در ۸۰۰ درجه سانتی گراد برای تولید کلراید عبور داده می شود:

TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2Co

سپس TiCl4 از منیزیم مذاب برای تشکیل کلرید منیزیم و اسفنج تیتانیم، عبور داده می شود. که پس از آن اسفنج تیتانیم، فشرده و تحت خلاء مجدد ذوب و به شمش تبدیل می شود.

انواع قابل دسترس

مواد افزودنی تیتانیم به طور کلی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند: قراضه فلزی، فروآلیاژها و آلیاژهای پایه.

در ذیل به شرح جداگانه آنها می پردازیم:

قراضه تیتانیم ممکن است از نوع تیتانیم با خلوص تجاری ( CP33 )، یا یکی از بسیاری آلیاژهای غنی از تیتانیم باشد. متداولترین آنها Al%6-V%4 یا ۴-۶-۹۰. و سپس Al%6-Sn%2-Zr%4-Mo%2 می باشند. قراضه تیتانیم به طور کلی به صورت کلی به صورت قراضه جامد، براده های ماشینکاری و یا اسفنج در دسترس است. قراضه جامد به طور کلی تمیز است. اما براده های ماشینکاری قبل از استفاده باید روغن زدایی شوند. اسفنج اغلب از فرایند کرول می آید، و گاهی ممکن است با MgCl2 آلوده شود، که با بخار آب واکنش می کند، که برخی از اسفنج ها را برای ذوب کردن به طور بالقوه خطرناک می سازد. براده های ماشینکاری تیتانیم ممکن است با سرب یا بیسموت، که آلیاژ لحیم کاری که اغلب برای تثبیت یک زائده بر روی قطعه ای از تیتانیم قبل از ماشینکاری آن استفاده می شود آلوده گردد.
لازم به ذکر است که نقطه ذوب تیتانیم بالاتر از حمامی است که عموماً به آن اضافه می شود. این مطلب به این معنی است که تیتانیم اضافه شده به صورت فلز به طور کلی به جای ذوب شدن با انحلال به فولاد وارد می شود. چگالی بسیار پایین تیتانیم به این مفهوم است که باید آنرا در مذاب فرو برد. در غیر این صورت، اکسید شدن می تواند باعث بازیابی بسیار پایین آن در مذاب شود.

فرو تیتانیم در گریدهای بسیار متنوعی در دسترس است، اما متداولترین آنها حاوی حدود ۷۰درصد تیتانیم می باشد.

استفاده از قراضه ۴-۶-۹۰ فروآلیاژی با حدود ۴/۵ درصد Al و ۳ درصد V می سازد، که پایه بسیاری از مشخصات است. از گریدهای CP قراضه می توان برای ساخت آلیاژهای با Al کمتر از ۱ درصد، اما عموماً با یک اضافه قیمت قابل توجه استفاده کرد. قلع به طور کلی در اکثر فولادها ناخواسته است، بنابراین گریدهای قلع دار قراضه در گریدهای پایین فروتیتانیم مورد استفاده قرار می گیرند.
فروتیتانیم در حال حاضر تقریبا همواره در کوره القائی الکتریکی با ذوب قراضه تیتانیم با مواد آهن دار ساخته می شود. پیش از این، فروتیتانیم با احیای آلومینوترمی ایلمنیت، با استفاده از انواعی از فرایندهای ترمیت تولید می شد. این فرایند آلیاژی با حدود ۴۰ درصد Ti و ۸ درصد Al، بقیه آهن تولید می کرد.این ماده در فرمولاسیون بسیاری از مفتول های جوشکاری مورد استفاده قرار می گرفت، و چنین آلیاژی امروز هم در دسترس می باشد.اگر چه اغلب از آن برای عملیات جوشکاری و موارد مشابه استفاده می شود.
از آنجا که استفاده اصلی از تیتانیم به عنوان یک پالاینده کربن، نیتروژن و اکسیژن است، ترجیح فولادسازها به طور طبیعی خرید فروتیتانیمی با کمترین محتوای ممکن از این عناصر است. این امر به ویژه از این لحاظ که قیمت آلیاژ به طور کلی بر حسب تیتانیم محتوی آن تعیین می شود، و ۱ درصد N می تواند با بیش از ۳/۴ درصد Ti ترکیب شود، صدق می کند. برای به حداقل رساندن محتوای کربن، اکسیژن و نیتروژن، قراضه تیتانیم باید به دقت انتخاب شود، و اقدامات اضافی ای که در طول فرایند تولید فروتیتانیم اتخاذ می شود، باعث افزایش اندک قیمت آن می گردد.
سایر عناصر ناخالصی در فروتیتانیم ممکن است از قراضه تیتانیم مصرفی در تولید آن جذب شوند. این عناصر می توانند شامل Cr،Ni ( از فولاد ضدزنگ که ممکن است از قبل از رسیدن به تولید فروآلیاژها با قراضه تیتانیم مخلوط شده باشد)، Zr و Cu باشند.

آلیاژهای اختصاصی شامل تیتانیم به علاوه عناصر اضافی مانند آلومینیم، زیرکونیم، سیلیسیم یا کروم هستند. آنها معمولا به خودی خود به عنوان افزودنی تیتانیم مورد استفاده قرار نمی گیرند، بلکه برای اثر ترکیبی، همانند کنترل شکل سولفید و یا افزایش استحکام تسلیم مورد استفاده قرار می گیرند.

سوسن حدادی

مدیریت کانال تلگرامی «اخبار متالورژی»

This Post Has One Comment

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

هفده − نه =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو