آلیاژ تیتانیوم 6242 (Ti 6Al2Sn4Zr2Mo)
تیتانیوم 6242 برای محصولات نورد و فورج شده در موتورهای جت و اسکلت هواپیما جایی که استحکام، تافنس و مقاومت به خزش بالا مورد نیاز است، استفاده می‌شود.
ترکیب شیمیایی آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
Titanium
Ti
Balance |
Aluminium
Al
5/50-6/50 |
Zirconium
Zr
3/60-4/40 |
Molybdenum
Mo
1/80-2/20 |
Tin
Sn
1/80-2/20 |
Iron
Fe
0/10 |
Silicon
Si
0/06-0/10 |
Oxygen
O
0/15 |
Hydrogen
H
0/125 |
Carbon
C
0/10 |
Nitrogen
N
0/05 |
خواص مکانیکی آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
|
سختی (HRC)
|
مدول الاستیک (GPa)
|
درصد تغییر طول در 50 میلی‌متر (2 اینچ)
|
استحکام تسلیم (MPa)
|
استحکام کششی (MPa)
|
| 34 |
118 |
13 |
1050 |
1110 |
خواص فیزیکی آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
|
چگالی تیتانیوم Ti 6242 (g/cm3)
|
مقاومت الکتریکی (cm/Ωµ)
|
نقطه ذوب (ºC)
|
(J/mol.°C) ظرفیت گرمایی ویژه
|
|
4/54
|
|
|
|
خواص خوردگی آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
| تیزاب سلطانی |
هیدروژن سولفید
(H2S) |
اسید فرمیک
(HCOOH) |
اسید استیک
(CH3COOH) |
کلر
(-Cl) |
آب دریا
(3/5%NaCl) |
اسید نیتریک
(HNO3) |
اسید فسفریک
(H3PO4) |
اسید هیدروفلوئوریک
(HF) |
اسید هیدروکلریک
(HCl) |
اسید سولفوریک
(H2SO4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
خواص حرارتی و اکسیداسیون آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
|
حداکثر دمای کاری تیتانیوم ºC ،6242
|
ضريب هدايت حرارتی تیتانیوم 6242، W/m.K
|
ضریب انبساط حرارتی، °C /
|
|
پیوسته
--
|
ناپیوسته
450
|
|
|
استانداردهای آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
|
نام‌های دیگر
|
ASTM
|
AMS
|
UNS
|
EN Chemical Designation
|
EN Numeric Designation
(DIN)
|
AISI
|
|
Ti 6-2-4-2
|
|
|
R54620
|
|
3.7145
3.7164
|
|
ویژگی‌های کلیدی آلیاژ تیتانیوم Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo
- خواص مکانیکی عالی
- پایداری مکانیکی عالی
- مقاومت خزشی عالی
- مقاومت به خوردگی خوب
- قابلیت جوش‌پذیری
- چگالی کم
- نسبت استحکام به وزن بالا
- پلاستیسیته مناسب
- مقاومت خوب در برابر خستگی در دمای اتاق و دمای بالا
آلیاژ تیتانیوم 6242، یک آلیاژ شبه آلفا (near-alpha) و جوش‌پذیر است که خواص مکانیکی خیلی خوبی دارد. این آلیاژ استحکام، پایداری و مقاومت خزشی بسیار مناسبی تا دماهای حدود 550 درجه سانتی‌گراد از خود ارائه می‌دهد. آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo مقاومت به خوردگی خیلی خوبی دارد و جوش‌پذیری آن هم قابل قبول است. این آلیاژ در شکل‌ها و فرم‌های مختلفی مثل ورقه، صفحه و میله‌های گرد می‌تواند عرضه گردد. چگالی آلیاژ Ti-6242 برابر با g/cm3 54/4 است و مشابه با سایر تیتانیوم‌های تجاری و آلیاژی، نسبت استحکام به وزن یا استحکام ویژه بالایی دارد. سختی این آلیاژ در حدود HRC 34 است.
آلیاژ Ti-6242 می‌تواند در بازه‌های زمانی طولانی در دماهای بالا، مقاوم باشد و این موضوع یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن محسوب می‌شود. این آلیاژ پلاستیسیته خوبی دارد و در مقابل خستگی در دمای اتاق و دماهای بالا، می‌تواند به خوبی مقاومت کند
کاربردهای آلیاژ تیتانیوم 6242
آلیاژ تیتانیوم 6242 کاربرد گسترده‌ای در صنایع با فناوری پیشرفته دارد و عموماً در ساخت موتور اسپرت، قطعات موتورهای مسابقه‌ای و اجزای توربین‌های گازی مثل دیسک و پروانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد این آلیاژ در صنایع توربین گازی، به دلیل مقاومت مطلوب آن در دماهای بالا است. همچنین آلیاژ To-6242 برای ساخت حلب‌های پس‌سوز و اجزای بدنه ایرفریم‌ها نیز گزینه مطلوبی محسوب می‌شود.
آلیاژ تیتانیوم 6242 برای شرایطی که وزن کم و پایداری حرارتی اهمیت بسیار بالایی دارند، انتخاب مناسبی است. ساخت کمپرسورهای موتور جت و ساخت روتورهای پره توربین گازی از جمله سایر کاربردهای مهم این آلیاژ به شمار می‌رود.
استفاده از آلیاژ تیتانیوم 6242 برای ایرفریم
با توجه به اهمیت استفاده از آلیاژهای تیتانیوم مثل آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si در ساخت بدنه هواپیما، در ادامه به طور ویژه این موضوع را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
اغلب اوقات، دلیل استفاده از آلیاژهای تیتانیوم در کاربردهای مربوط به بدنه هواپیما مثل ایرفریم، حفظ وزن است. این آلیاژها نسبت استحکام به وزن بالایی دارند.
آلیاژهای تیتانیوم، معمولاً جایگزین با ارزشی برای فولادهای با استحکام بالا هستند، حتی اگر استحکام فولاد بیشتر باشد. این آلیاژها همچنین با وجود چگالی بیشتر نسبت به آلومینیوم، جایگزین مناسبی برای آلیاژهای پایه آلومینیوم محسوب می‌شوند. چنین شرایطی باعث شده تا آلیاژهای تیتانیوم مثل آلیاژ تیتانیوم 6242 از چند دهه قبل، برای ساخت بدنه هواپیما مورد استفاده قرار بگیرند. شکل 2، نموداری از رشد پایدار استفاده از تیتانیوم در ساخت بدنه هواپیما بوئینگ را نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که نخستین بار در سال 1950، اهمیت بهره‌گیری از تیتانیوم در ساخت هواپیما مطرح شد.
 |
در هزاره 2000، حدود 9 درصد از وزن سازه هواپیما بوئینگ را آلیاژهای تیتانیوم تشکیل می‌دهند. چنین موضوعی در هواپیماهای ایرباس نیز وجود دارد.
یکی از نقش‌های بسیار مهم و اصلی آلیاژهای تیتانیوم در زمان استفاده در ساخت بدنه هواپیما، جلوگیری از رشد ترک خستگی است. این آلیاژها به صورت حلقه‌های نازک و باریکی در پیرامون بدنه آلومینیومی هواپیما قرار می‌گیرند تا از رشد ترک خستگی به پوسته بیرونی جلوگیری کنند و به نوعی در مقابل وقوع یک فاجعه قرار بگیرند. از این بابت به آن‌ها شکم‌بند یا Belly band هم می‌گویند.
ساخت اجزای توربین گازی
یکی از زمینه‌های کاربردی مهم برای آلیاژهای تیتانیوم مثل آلیاژ Ti-6242، ساخت قطعات مختلف موتور توربین گازی است. تقریباً یک سوم از وزن سازه موتور توربین‌های مدرن با بهره‌گیری از آلیاژهای تیتانیوم ساخته می‌شود. این آلیاژها در کنار سوپرآلیاژهای پایه نیکل، گزینه‌های استانداردی برای استفاده در موتور محسوب می‌گردند.
نخستین موتورهای جت در اوایل سال 1950 توسط پرت و ویتنی (Pratt & Whitney) در آمریکا و شرکت رولز- رویز (Rolls-Royce) در انگلستان معرفی شدند که شامل آلیاژ تیتانیوم بودند. مطابق شکل 7 (Fig 7.) از آن زمان به بعد، میزان استفاده از تیتانیوم به طور یکنواخت در موتور جت افزایش پیدا کرد.
 |
پره‌‌های کمپرسور اولین اجزایی از موتور توربین بودند که با استفاده از تیتانیوم ساخته شدند. دیسک‌های کمپرسور تیتانیومی نیز بعدها معرفی گردیدند. آلیاژهای شبه آلفا مثل آلیاژ تیتانیوم 6242، برای استفاده در ساخت کمپرسوهای تحت فشار بالا در دمای زیاد، گزینه‌های مناسبی محسوب می‌شوند.
امروزه حداکثر دمای قابل تحمل برای آلیاژهای شبه آلفا، در حدود 540 درجه سانتی‌گراد است. در این محدوده، خواصی مثل استحکام دمای بالا و مقاومت خزشی در شرایط مطلوبی قرار دارند. در آلیاژهای شبه آلفا مثل Ti-6242، مقاومت به اکسیداسیون در مقایسه با سوپرآلیاژهای پایه نیکل، در حد متوسط است. در سرویس‌دهی‌های طولانی مدت در دماهای بالا، بر روی سطح آلیاژهای تیتانیوم، یک لایه اکسیدی به وجود می‌آید که آن را پوسته آلفا می‌نامند. این لایه حالت تردی دارد که دارای فاز آلفا است و باعث غنی شدن ساختار از اکسیژن می‌شود. پیامد چنین موضوعی، کاهش شدید در انعطاف‌پذیری و استحکام خستگی است.
تفاوت و شباهت آلیاژ تیتانیوم 6242 با تیتانیوم 6246
آلیاژ تیتانیوم 6246 یکی دیگر از آلیاژهای مهم تیتانیوم محسوب می‌شود که از برخی جهات، مشابه آلیاژ تیتانیوم 6242 است. هر دو آلیاژ به ترتیب به مقادیر 6 درصد، 2 درصد و 4 درصد عناصر آلومینیوم، قلع و زیرکونیوم را در ساختار خود دارند. همچنین هر دو آلیاژ مقاومت و پایداری حرارتی مناسبی از خود در دماهای بالا نشان می‌دهد و مقاومت به خزش آن‌ها نیز مناسب است. مقاومت به خستگی مطلوب، چگالی کم و نسبت استحکام به وزن بالا از جمله سایر شباهت‌های مهم دو آلیاژ تیتانیوم 6242 و 6246 محسوب می‌شوند. اما این دو آلیاژ، تفاوت‌های مهمی نیز دارند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
تفاوت در میزان مولیبدن
میزان مولیبدن در آلیاژ تیتانیوم 6242، برابر با 2 درصد و برای آلیاژ 6246 برابر با 6 درصد است. مولیبدن یکی از عناصر مهم آلیاژی محسوب می‌شود که تأثیر خیلی خوبی در بهبود خواص مکانیکی مثل مقاومت خزشی دارد. همچنین این عنصر در بهبود خوردگی نیز بسیار موثر است. وجود 6 درصد مولیبدن در آلیاژ تیتانیوم 6246، باعث شده تا این آلیاژ مقاومت به خوردگی بسیار خوبی در مقایسه با آلیاژ Ti-6246 داشته باشد. مولیبدن به طور ویژه در افزایش مقاومت در مقابل گاز ترش یا سولفید هیدروژن (H2S) تأثیر قابل توجهی دارد. به همین دلیل می‌توان از آلیاژ 6246 در محیط‌های گاز ترش مثل چاه‌های عمیق استفاده کرد. آلیاژ 6246 همچنین در صنایع ساحلی و زیردریایی نیز کاربرد دارد و تمام این مسائل به دلیل وجود مولیبدن زیاد و مقاومت به خوردگی عالی آن است.
تفاوت در ریزساختار بین آلیاژ تیتانیوم 6242 و 6246
ریزساختار آلیاژ تیتانیوم 6246، از نوع آلفا-بتا است و به همین دلیل قابلیت عملیات حرارتی خوبی دارد و با استفاده از عملیاتی مثل پیرسازی، می‌توان استحکام آن را بهبود بخشید. از طرفی آلیاژهای آلفا-بتا جوش‌پذیری محدودی دارند و میزان عناصر پایدارکننده فاز بتا در آن‌ها، بین 4 تا 12 درصد است.
آلیاژ تیتانیوم 6242 از نوع تک‌فاز بوده به صورت شبه‌آلفا است. به همین دلیل امکان استحکام‌بخشی این آلیاژ با عملیات پیرسازی، وجود ندارد اما از طرفی جوش‌پذیری آن خوب است.
خواص خزشی آلیاژ تیتانیوم 6242
آلیاژ تیتانیوم 6242 خواص خزشی خیلی خوبی دارد و پایداری حرارتی آن تا دمای حدود 550 درجه سانتی‌گراد، عالی است. خزش یکی از خطرات رایج در صنایعی مثل توربین گازی محسوب می‌شود و در دماهای بالاتر از حدود نصف دمای ذوب فلزات رخ می‌دهد. تغییرشکل ناشی از خزش با زمان تغییر می‌کند و می‌تواند عامل تخریب قطعات حساس باشد. عوامل مختلفی در بهبود مقاومت خزشی آلیاژها نقش دارند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، ترکیب شیمیایی است. وجود عناصر دیرگداز در ترکیب شیمیایی آلیاژ، مقاومت خزشی را بهبود می‌دهد. همچنین عنصر زیرکونیوم نیز یک عنصر مفید برای افزایش استحکام و عمر خزشی محسوب می‌شود.
مقایسه‌ای از نمودار استحکام برحسب پارامتر لارسون-میلر و دما برای آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si با آلیاژهای تیتانیوم
مقاومت به خوردگی آلیاژ تیتانیوم 6242
به طور کلی تیتانیوم و آلیاژهای آن مثل Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si، مقاومت خیلی خوبی در مقابل خوردگی دارند و دلیل اصلی این موضوع، تشکیل لایه اکسیدی محافظ بر روی آن‌ها می‌باشد. این لایه از لحاظ شیمیایی، بسیار پایدار است و چسبندگی زیادی دارد و می‌تواند از سطح فلز و آلیاژ به صورت مداوم در برابر خوردگی محافظت کند.
تیتانیوم به صورت ذاتی فلز واکنش‌پذیر و فعالی محسوب می‌شود و تمایل زیادی به واکنش با اکسیژن دارد. چنین ویژگی باعث می‌شود که زمانی که فلز در معرض هوا یا رطوب قرار بگیرد، به سرعت و به صورت خود به خودی لایه اکسیدی Passive یا غیرفعال و محافظ بر روی سطح آن تشکیل گردد. نکته جالب‌تر، قابلیت بازسازی سریع لایه اکسیدی می‌باشد که در صورت آسیب، حتی با وجود مقدار اندکی آب یا رطوبت خود را ترمیم کند. آلیاژ تیتانیوم 6242 نیز به دلیل تشکیل لایه اکسیدی به خوبی می‌تواند در برابر خوردگی مقاومت کند.
مشکل اصلی در خوردگی آلیاژهای تیتانیوم، ضعف آن‌ها در خوردگی شیاری است که در محیطها و شرایط راکد رخ می‌دهد. عوامل مختلفی در مقاومت به خوردگی آلیاژهای تیتانیوم مثل آلیاژ Ti-6242 نقش دارند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، عناصر آلیاژی است. در ادامه به طور دقیق‌تر به بررسی این موضوع می‌پردازیم.
اثر عنصر آلیاژی بر مقاومت به خوردگی آلیاژ تیتانیوم 6242
همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، فیلم‌اکسیدی تشکیل شده بر روی آلیاژهای تیتانیوم مثل آلیاژ تیتانیوم 6242، تأثیر زیادی بر بهبود مقاومت به خوردگی آلیاژ دارد و ماهیت آن در صورت وجود درصد اندکی از عناصر آلیاژی، بدون تغییر باقی می‌ماند. به همین دلیل افزودن مقادیر اندک (کمتر از 2 تا 3 درصد) از بیشتر عناصر آلیاژی تجاری یا ناخالصی‌های آلیاژی کمیاب، تأثیر قابل توجهی بر مقاومت اولیه تیتانیوم در محیط‌های عادی نمی‌گذارد. به عنوان مثال با وجود تفاوت اندک میان عناصر بین نشین موجود در گریدهای غیرآلیاژی تجاری (کربن، اکسیژن و نیتروژن) و همچنین مقدار آهن، مقاومت به خوردگی این گریدها تقریباً یکسان است و نرخ خوردگی آن‌ها معمولاً مقدار اندکی می‌باشد.
جالب است بدانید که در شرایط فعال که در آن تیتانیوم مقاومت به خوردگی قابل توجهی را از خود نشان می‌دهد، افزودن برخی از عناصر حتی می‌تواند موجب افزایش سرعت خوردگی می‌شود. به عنوان مثال، افزایش مقدار آهن و گوگرد در صورت عبور نرخ خوردگی از 13/0 میلی‌متر در سال، باعث افزایش نرخ خوردگی می‌گردد.
از طرفی دیگر، برخی عناصر آلیاژی می‌توانند تأثیر به‌سزایی در افزایش مقاومت به خوردگی بگذارند. به طور مثال افزودن مقدار اندکی از عناصر نیکل و پالادیم، مقاومت آلیاژ تیتانیوم را در شرایط احیایی به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد (توجه داشته باشید که تیتانیوم معمولاً در شرایط احیایی رفتار حفاظتی ضعیفی دارد.) همچنین مقدار کم از پالادیوم می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی شیاری را کلریدهای داغ آبی افزایش دهد.
تحقیقات زیادی بر روی تأثیر برخی عناصر آلیاژی مخصوص، بر رفتار خوردگی شیاری آلیاژهای مختلف تجاری تیتانیوم در محیط‌های اسیدی آبی احیایی صورت گرفته است. نتایج نشان داده که افزودن وانادیوم و مخصوصاً افزودن مولیبدن (4 درصد و یا بیشتر) مقاومت به خوردگی را بهبود می‌دهد و از طرفی افزودن آلومینیوم، اثر مضری دارد.
آلیاژ تیتانیوم 6242، حاوی 8/1 تا 2/2 درصد مولیبدن است. این آلیاژ مقاومت به خوردگی خوبی دارد اما مقاومت آن در مقایسه با آلیاژ تیتانیوم 6246 که بین 5/5 تا 5/6 درصد مولیبدن در آن وجود دارد، ضعیف‌تر است. وجود مولیبدن زیاد در ساختار آلیاژ Ti-6246، باعث بهبود مقاومت به خوردگی به ویژه در محیط گاز ترش یا سولفید هیدروژن می‌شود.
بررسی ریزساختار آلیاژ تیتانیوم 6242
ریزساختار آلیاژ تیتانیوم 6242 از نوع شبه آلفا است. آلفا و بتا دو فاز اصلی در ریزساختار تیتانیوم محسوب می‌شوند که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. این ویژگی‌ها و مشخصات عبارتند از:
- فاز آلفا: پایداری در دماهای اتاق و تا دمای 882 درجه سانتی‌گراد (برای تیتانیوم خالص)، ساختار شبکه‌ای هگزاگونال و hcp
- فاز بتا: پایداری از دمای 882 درجه سانتی‌گراد (برای تیتانیوم خالص) دارای ساختار شبکه‌ای مکعبی bcc.
به ترتیب سلول واحد مربوط به ساختار hcp فاز آلفا و فاز بتا با شبکه bcc
دمای استحاله تبدیل آلفا به بتا تحت تأثیر افزودن عناصر آلیاژی، می‌تواند تغییر کند. برخی از عناصر موجب افزایش این دما می‌شوند که اصطلاحاً به آن‌ها، عناصر پایدارکننده آلفا می‌گویند. آلومینیوم مهم‌ترین عنصر پایدارکننده آلفا در آلیاژهای تیتانیوم محسوب می‌شود که در آلیاژ تیتانیوم 6242، به میزان 5/5 تا 5/6 درصد از آن در ساختار ماده وجود دارد. این عنصر به صورت جانشینی در شبکه قرار می‌گیرد. عناصر بین‌نشینی مثل کربن، نیتروژن و اکسیژن نیز می‌توانند به پایداری فاز آلفا کمک کنند.
عناصری که باعث کاهش دمای استحاله تبدیل آلفا به بتا می‌شوند، عناصر پایدارکننده بتا نام دارند که مشهورترین آن‌ها مولیبدن است. عناصری مثل کروم، وانادیوم، مس و آهن نیز دارای تأثیر مشابهی هستند.
برخی عناصر مثل زیرکونیوم و قلع نیز تأثیری بر دمای استحاله آلفا به بتا نمی‌گذارند و به نوعی از ین بابت خنثی هستند.
با توجه به عناصر آلیاژی و ویژگی‌های ریزساختاری، آلیاژهای تیتانیوم شامل سه گروه کلی آلفا، آلفا-بتا و بتا هستند.
ویژگی‌های ریزساختاری آلیاژ تیتانیوم 6242
آلیاژ آلفا خود شامل زیرمجموعه‌های مهمی مثل شبه آلفا است. در این آلیاژها جوش‌پذیری مطلوب یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها محسوب می‌شود. وجود مقدار قابل توجهی از آلومینیوم در ساختار آلیاژهای آلفا، باعث بهبود استحکام می‌شود که چنین موضوعی را در خصوص آلیاژ Ti-6242 می‌توان مشاهده نمود. آلومینیوم همچنین در افزایش مقاومت اکسیداسیون در بازه دمایی 316 تا 590 درجه سانتی‌گراد نیز تأثیر مثبتی دارد.
در ترکیب شیمیایی آلیاژ تیتانیوم 6242 همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، بین 8/1 تا 2/2 درصد مولیبدن موجود است. حال به نظر شما چرا ریزساختار این آلیاژ به صورت آلفا-بتا نیست؟
در پاسخ به این سوال باید بگوییم که میزان مولیبدن و عناصر پایدارکننده بتا در این آلیاژ، مقدار اندکی است. البته در منابع و مقالات قدیمی، آلیاژ تیتانیوم 6242 را در گروه آلیاژهای آلفا-بتا قرار می‌دادند. تحقیقات نشان داده که آلیاژهای آلفا-بتا بین 4 تا 12 درصد از عناصر پایدارکننده بتا را در ساختار خود دارند. همچنین آلیاژها دارای مشخصات عملیات حرارتی و پیرسازی مناسبی هستند؛ درحالی که آلیاژهای آلفا و شبه آلفا مثل آلیاژ Ti-6242، چنین ویژگی را ندارند.
یکی از مشخصات بسیار مهم در آلیاژهای آلفا و شبه آلفا، وزن کم آن‌ها است. در یک مقایسه کلی، آلومینیوم نسبت به مولیبدن چگالی کمتری دارد و طبیعتاً چگالی آلیاژهای آلفا نیز نسبت به موارد دیگر، کمتر است. البته این تفاوت مقدار جزئی می‌باشد.
فرآیندهای ساخت و تولید آلیاژ تیتانیوم 6242 (Ti 6Al2Sn4Zr2Mo)
ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم 6242
افراد با تجربه و اپراتورها، معتقدند که ماشینکاری تیتانیوم و آلیاژهای مختلف آن از جمله Ti-6242 شباهت زیادی به ماشینکاری فولادهای زنگ‌نزن دارند. یکی از وجه اشتراک‌های مهم بین تیتانیوم و فولاد زنگ‌نزن، هدایت یا رسانایی حرارتی پایین است. در اثر این موضوع، حرارت در قطعه کار در زمان ماشینکاری متجمع می‌شود و در نتیجه احتمال صدمه رسیدن به آن وجود دارد. به همین دلیل بایستی در ماشینکاری تیتانیوم‌های خالص و آلیاژی، از مواد خنک‌کننده استفاده شود.
علاوه بر مواد خنک‌کننده، رعایت برخی فاکتورها می‌تواند به بهبود ماشینکاری گریدهای مختلف تیتانیوم خالص و آلیاژی کمک کند. در ادامه به بررسی این فاکتورها می‌پردازیم.
استفاده از ابزار تیز: در صورت بهره‌گیری از ابزار تیز، احتمال تجمع حرارت و وقوع پدیده گالینگ به حداقل می‌رسد. پدیده گالینگ یکی از خطرات احتمالی در زمان تماس دو فلز است که می‌تواند ویژگی‌های قطعه کار را تحت تأثیر قرار دهد.
استفاده از تجهیزات صلب: یکی از مشکلاتی که ممکن است در اثر ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم 6242 و دیگر گریدهای خالص و آلیاژی به وجود بیاید، خمش قطعه‌‌کار است.
بهره‌گیری از میزان زیاد سیال برش: در چنین حالتی، حذف حرارت به بیشترین میزان خود می‌رسد.
بهره‌گیری از نرخ تغذیه زیاد و پرهیز از تغذیه‌گذاری منقطع: به عبارتی نباید در تغذیه‌گذاری فاصله وجود داشته باشد.
رعایت مسائل ایمنی: براده‌های حاصل از ماشینکاری تیتانیوم، قابلیت اشتعال دارند و این موضوع می‌تواند به شدت خطرناک باشد. بنابراین رعایت مسائل و نکات ایمنی در ماشینکاری آلیاژهای تیتانیوم بسیار مهم است.
جوشکاری آلیاژ تیتانیوم 6242
همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، آلیاژ تیتانیوم 6242، یک آلیاژ جوش‌پذیر است و این موضوع یکی از ویژگی‌های مهم آن محسوب می‌شود. متداول‌ترین تکنیک برای جوشکاری تیتانیوم، تکنیک جوشکاری قوسی گاز تنگستن یا GTAW است. روش جوشکاری قوسی گاز فلزی نیز در جایگاه دوم قرار داد. روش‌های دیگری همچون جوشکاری لیز، جوشکاری ذوبی و اتصال نفوذی برای تیتانیوم و آلیاژهایش مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
به طور کلی تکنیک‌های جوشکاری تیتانیوم، مشابه با تکنیک‌های جوشکاری مورد استفاده برای فولادهای زنگ‌نزن و آلیاژهای نیکل است.
به منظور دستیابی به نتیجه مناسب در جوشکاری آلیاژهای تیتانیوم مثل Ti-6242، رعایت برخی از الزامات اهمیت بسیار زیادی دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، تمیز بودن سطح و بهره‌گیری از گاز محافظ خنثی است. توجه داشته باشید که تیتانیوم مذاب می‌تواند به راحتی با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن واکنش دهند و قرارگیری این عناصر در هوا یا آلودگی‌های سطحی در حین جوشکاری، ممکن است موجب ایجاد اثرات منفی بر خواص فلز جوش گردد. به همین دلیل استفاده از گاز محافظ خنثی، یک امر ضروری است.
چنانچه بعد از جوشکاری، پوسته آلفا در سطح قطعه به وجود آید، باید حتما آن را برطرف نمود.
با توجه به مطالب ذکر شده، می‌توان نتیجه گرفت که برخی از فرایندهای جوشکاری مثل جوشکاری زیرپودری برای جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن، گزینه مناسبی محسوب نمی‌شوند. علاوه بر این، تیتانیوم را نمی‌توان به اکثر فلزات دیگر اتصال داد زیرا ممکن است ترکیبات فلزی ترد در این حالت به وجود بیایند. پیامد چنین اتفاقی، تشکیل ترک در ناحیه جوش است.
پرسش و پاسخ فنی آلیاژ تیتانیوم 6242 (Ti 6Al2Sn4Zr2Mo)
سوال: آلیاژ تیتانیوم 6242 چیست؟
جواب:تیتیانیوم 6242، یک آلیاژ دمای بالا است که تا دماهای حدود 540 درجه سانتی‌گراد، استحکام و مقاومت خزشی مطلوبی از خود نشان می‌دهد. این آلیاژ برای استفاده در دماهای بالا برای سرویس‌دهی‌های طولانی، گزینه بسیار مناسبی محسوب می‌شود. پلاستیسیته خوب، مقاومت به خوردگی مناسب، پایداری حرارتی مطلوب و مقاومت به خستگی خوب در دمای اتاق و دمای بالا، از جمله سایر ویژگی‌های مهم آلیاژ Ti 6242 محسوب می‌شود. این آلیاژ از دیدگاه ریزساختاری، از نوع شبه آلفا است و جوش‌پذیری خوبی دارد.
چگالی آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo-Si در حدود g/cm3 54/4 است و بنابراین این آلیاژ استحکام ویژه یا نسبت استحکام به وزن زیادی دارد. آلیاژ Ti-6242 در کاربردهای مختلفی همچون ساخت اجزا و قطعات مربوط به مهندسی هوافضا، تولید ایرفریم هواپیما، کمپرسورهای موتور جت، قطعات توربین گازی و... مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سوال:ترکیب شیمیایی آلیاژ تیتانیوم 6242 شامل چه عناصری است؟
جواب: ترکیب شیمیایی آلیاژ تیتانیوم 6242
|
H
|
N
|
C
|
O
|
Fe
|
Si
|
Mo
|
Zr
|
Sn
|
Al
|
Ti
|
|
0.010-0.0125
|
0.05 max
|
0.08 max
|
0.15 max
|
0.25 max
|
0.06-1.3
|
1.8-2.2
|
3.6-4.4
|
1.8-2.2
|
5.5-6.5
|
Balanced
|
سوال:آلیاژ Ti-6242 چه ویژگی‌هایی دارد؟
جواب:
-
مقاومت خزشی عالی تا دمای 550 درجه سانتی‌گراد
-
جوش‌پذیری مناسب
-
مقاومت به خوردگی خوب
-
خواص مکانیکی عالی در دماهای بالا
-
پایداری حرارتی مناسب
-
مقاومت به خستگی مطلوب در دمای اتاق
-
مقاومت به خستگی مناسب در دماهای بالا
-
چگالی کم
-
نسبت استحکام به وزن بالا
-
پلاستیسیته خوب
سوال:آلیاژ Ti-6242 چه کاربردهایی دارد؟
جواب:
- ساخت ایرفریم
- ساخت کمپرسورهای موتور جت
- ساخت پروانه‌ها و توربین گازی
- ساخت قطعات موتورهای پرقدرت
- ساخت قطعات اتوموبیل
- ساخت دیسک و پره‌ها در توربین گازی
سوال:ریزساختار آلیاژ تیتانویم 6242 چگونه است؟
جواب:
این آلیاژ از نوع شبه آلفا می‌باشد. آلفا یکی از فازهای مهم تیتانیوم محسوب می‌شود که در دماهای پایین پایدار است و شبکه کریستالی آن به صورت هگزاگونال یا hcp می‌باشد. دمای استحاله آلفا به بتا در آلیاژ Ti 6242 در حدود 995 درجه سانتی‌گراد (1825 درجه فارنهایت) است. دلیل افزایش دمای استحاله آلفا به بتا در این آلیاژ، نسبت به تیتانیوم‌های خالص را می‌توان به وجود درصد بالایی از آلومینیوم در ساختار آلیاژ Ti-6242 ربط داد. آلومینیوم به عنوان یک عنصر پایدارکننده آلفا، دمای استحاله را افزایش می‌دهد.
سوال:مقاومت خزشی آلیاژ Ti 6242 به چه صورت است؟
جواب:
این آلیاژ رفتار خزشی مناسبی دارد و وجود عناصری مثل زیرکونیوم موجب بهبود استحکام و عمر خزشی آن در دماهای بالا شده است. پایداری حرارتی آلیاژ تیتانیوم 6242 تا دمای 540 درجه سانتی‌گراد برقرار می‌باشد.
سوال:مقاومت به خوردگی آلیاژ تیتانیوم 6242 چگونه است؟
جواب:
این آلیاژ رفتار مناسبی از خود در برابر خوردگی نشان می‌دهد.
سوال:آلیاژهای تیتانیوم 6242 و تیتانیوم 6246 چه تفاوت‌هایی دارند؟
جواب:
تفاوت اصلی این دو آلیاژ، در موضوع مقاومت به خوردگی است. وجود 6 درصد مولیبدن در آلیاژ Ti-6246 موجب افزایش قابل توجه مقاومت به خوردگی می‌شود. این عنصر همچنین در بهبود مقاومت در برابر گاز ترش یا سولفید هیدروژن نیز تأثیر بسیار مثبتی دارد. تفاوت دیگر دو آلیاژ در بحث ریزساختار است. آلیاژ تیتانیوم 6246 از نوع آلفا-بتا می‌باشد و به همین جهت قابلیت عملیات پیرسازی دارد اما جوش‌پذیری آن مطلوب نیست. خواص مکانیکی دمای بالا دو آلیاژ، تقریباً شبیه به یکدیگر است.
سوال:جوش‌پذیری آلیاژ تیتانیوم 6242 چگونه است؟
جواب:
این آلیاژ جوش‌پذیری خوبی دارد که یکی از ویژگی‌های مهم آن است.
سوال:آیا آلیاژ Ti-6242 قابلیت ماشینکاری دارد؟
جواب:
قابلیت ماشینکاری این آلیاژ مشابه با سایر گریدهای خالص و آلیاژی، مشابه فولادهای زنگ‌نزن است. در ماشینکاری چنین موادی، بهره‌گیری از سیال برش فراوان، خنک‌کننده، سرعت برش کم، نرخ تغذیه زیاد، ابزار تیز و تجهیزات صلب، اهمیت بسیار زیادی دارد.
سوال:چه چیزی در خصوص آلیاژ Ti-6242 خیلی ویژه است؟
جواب:
آلیاژ تیتانیوم 6242، هم وزن کم و هم مقاومت دمای بالا بسیار مطلوبی دارد و این موضوع باعث شده به یک گزینه مناسب برای کاربردهای دمای بالا مثل توربین گازی تبدیل شود.
سوال:آلیاژ تیتانیوم 6242 برای چه افراد و مشتریانی مناسب است؟
جواب:
مشتریانی که در صنایع بسیار منظم و دقیق مثل صنایع هوافضا، نظامی، هسته‌ای و ورزش‌هایی مثل موتورسواری فعال هستند، از جمله مشتریان اصلی این آلیاژ محسوب می‌شوند. تفاوت اصلی آلیاژ Ti-6242 با سایر آلیاژهای تیتانیوم، موضوع خواص مکانیکی است. در حقیقت این آلیاژ در دماهای بالا و شرایط خزشی، کارایی مطلوبی دارد و همین موضوع باعث شده به یک انتخاب مناسب برای شرایط سرویس‌دهی سخت تبدیل شود.
سوال:چرا آلیاژ Ti-6242 در هواپیماسازی کاربرد دارد؟
جواب:
چالش اصلی در صنایع هوافضا، تلاش برای به دست آوردن بیشترین میزان استحکام در پایین‌تر وزن ممکن، در دماهای بالا است. برای کاربردهای دما بالا، سوپرآلیاژهای پایه نیکل معمولاً گزینه بسیار مناسبی محسوب می‌شوند اما چگالی آن‌ها، تقریباً دو برابر آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo-Si است. به همین دلیل استفاده از آلیاژ تیتانیوم 6242 در دماهای بالا مزیت‌های زیادی دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، وزن کم است. وزن اندک آلیاژ Ti-6242 باعث بهبود راندمان و عملکرد موتورهای صنایع هوافضا می‌شود.