پرسش و پاسخ فنی آلیاژ تیتانیوم 811

سوال:آلیاژ تیتانیوم 811 چیست؟

جواب: تیتانیوم 811، یکی از آلیاژهای مهم تیتانیوم است که در دسته شبه آلفاها قرار دارد و مقاومت خزشی فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهد. این آلیاژ می‌تواند تا دماهای حدود 842 درجه فارنهایت (450 درجه سانتی‌گراد) پایداری حرارتی مناسبی داشته باشد. آلیاژ تیتانیوم 811 در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم، کمترین میزان چگالی و بیشترین میزان مدول یانگ را دارا است. بنابراین نسبت مدول به چگالی بسیار زیادی دارد.
آلیاژ Ti-811 تنها به دلیل مقاومت خزشی و استحکام بالا شناخته نمی‌شود، بلکه تافنس خوب آن هم همیشه مدنظر است. وجود حدود 8 درصد آلومینیوم، تأثیر به‌سزایی در بهبود مقاومت خزشی آلیاژ Ti-8-1-1 دارد. این عنصر همچنین به بهبود مقاومت اکسیداسیون هم کمک می‌کند. از آلیاژ تیتانیوم 811 در ساخت قطعات مختلف توربین گازی مثل دیسک و پره کمپرسور استفاده می‌شود.

 

---

سوال:ترکیب شیمیایی تیتانیوم 811 شامل چه عناصری است؟

جواب:

H	N	C	O	Fe	V	Mo	Al	Ti
0.0125 max	0.05 max	0.08 max	0.06-0.12 max	0.15 max	0.75-1.25	0.7-1.25	7.5-8.3	Balanced

 

---

سوال:آلیاژ تیتانیوم 811 چه مشخصات و ویژگی‌هایی دارد؟

جواب:

• مقاومت خزشی فوق‌العاده
• مقاومت به خوردگی مناسب
• استحکام بالا
• پایداری حرارتی مطلوب تا دمای 450 درجه سانتی‌گراد (842 درجه فارنهایت)
• جوش‌پذیری خوب
• مقاومت به خستگی خوب
• تافنس یا چقرمگی مناسب
• بیشترین میزان مدول یانگ در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم
• کمترین میزان چگالی در بین تمام آلیاژهای تیتانیوم
• نسبت مدول به چگالی بالا
• نسبت استحکام به چگالی بالا
• غیرقابل پیرسازی
• قابلیت استفاده در شرایط دمای بالا

 

سوال:آلیاژ تیتانیوم 811 چه کاربردهایی دارد؟

جواب:

• ساخت تیغه‌های کمپرسور در توربین گازی
• ساخت قطعات چرخشی در توربین گازی
• ساخت سازه‌های مهم در بدنه تجهیزات هوایی
• ساخت دیسک در کاربردهای مربوط به موتورهای جت

---

سوال:ویژگی اصلی آلیاژ Ti-811 چیست؟

جواب:ویژگی اصلی این آلیاژ، مدول بسیار زیاد و چگالی اندک آن است. البته این آلیاژ مقاومت خزشی خیلی خوبی هم دارد.

---

سوال:ریزساختار آلیاژ تیتانیوم 811 چگونه است؟

جواب:ریزساختار آلیاژ تیتانیوم 811، از نوع شبه آلفا است که در زیرمجموعه آلیاژهای تیتانیوم آلفا قرار می‌گیرد. آلیاژهای شبه آلفا مقاومت خزشی خیلی خوبی دارند و استحکام آن‌ها نیز مناسب است. این آلیاژها، به نوعی استحکام آلیاژهای آلفا-بتا و مقاومت خزشی آلیاژهای تمام آلفا را به صورت همزمان دارند. وجود 8 درصد آلومینیوم در آلیاژ Ti-811، موجب پایداری قابل توجه فاز آلفا شده است. آلومینیوم، مهم‌ترین عنصر پایدارکننده فاز آلفا محسوب می‌گردد.
 

---

سوال:مقاومت به خوردگی آلیاژ تیتانیوم 811 به چه صورت است؟

جواب:تمام آلیاژهای تیتانیوم و همچنین گریدهای خالص، مقاومت به خوردگی خوبی دارند زیرا به محض قرارگیری در معرض هوا یا رطوبت، لایه اکسیدی مقاوم و مداومی بر روی آن‌ها تشکیل می‌گردد. عناصر آلیاژی نیز می‌توانند بر بهبود مقاومت به خوردگی اثر بگذارند. به طور مثال مولیبدن در افزایش مقاومت در برابر سولفید هیدروژن اثر می‌گذارد. البته مقدار مولیبدن در آلیاژ Ti-8Al-1Mo-1V به حدی نیست که بر روی مقاومت به خوردگی تأثیر خاصی داشته باشد.
 

---

سوال:چرا مقاومت خزشی Ti-811 بالا است؟

جواب:یکی از دلایل اصلی مقاومت خزشی مناسب این آلیاژ، آلومینیوم است که هم در بهبود استحکام و هم در بهبود مقاومت خزشی نقش دارد.

---

سوال:آیا آلیاژ تیتانیوم 811 جوش‌پذیر است؟

جواب:بله، این آلیاژ قابلیت جوشکاری خوبی دارد.

---

سوال:عملیات حرارتی آلیاژ تیتانیوم 811 چگونه انجام می‌شود؟

جواب:عملیات حرارتی این آلیاژ شامل آنیل دوگانه بوده که مراحل آن بدین شرح است:
عملیات حرارتی در دمای 1650 درجه فارنهایت (899 درجه سانتی‌گراد) و نگهداری به مدت 1 ساعت+ سرد کردن در هوا + عملیات حرارتی در دمای 1100 درجه فارنهایت (593 درجه سانتی‌گراد) و نگهداری به مدت 24 ساعت + سرد کردن در هوا

---

سوال:شکل‌دهی داغ Ti-8Al-1Mo-1V چگونه است و با چه روش‌هایی انجام می‌شود؟

جواب:این آلیاژ قابلیت شکل‌دهی داغ دارد و با روش‌هایی مثل هیدروپرس، کشش و یا drop hammer می‌توان آن را تحت کار گرم قرار داد. توجه داشته باشید که انجام کار گرم موجب کاهش برگشت فنری و نیروی موردنیاز برای شکل‌دهی می‌گردد و همچنین، انعطاف‌پذیری کلی را بیشتر می‌کند.
 

---

سوال:آیا آلیاژ Ti-811 قابلیت شکل‌دهی سرد دارد؟

جواب:بله، مشخصات و ویژگی‌های شکل‌دهی سرد آلیاژ تیتانیوم 811 مشابه با فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی است. دقت داشته باشید که در فرایندهای شکل‌دهی چندگانه، استفاده از عملیات رهاسازی تنش میانی می‌تواند در جربان تمایل آلیاژ به کار سختی مفید باشد. عملیات آنیل بعد از شکل‌دهی هم می‌تواند به حصول مجدد خواص بهینه در ماده کمک نماید.
 

---

سوال:قابلیت ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم 811 چگونه است؟

جواب:مشخصات ماشینکاری این آلیاژ نیز مانند سایر آلیاژهای تیتانیوم، به مشخصات ماشینکاری فولادهای زنگ نزن شباهت دارد. در ماشینکاری Ti-8Al-1Mo-1V رعایت برخی اصول اهمیت زیادی دارد که بدین شرح هستند:

• سرعت برش کم
• نرخ تغذیه زیاد
• تجهیزات صلب (جلوگیری از خمش قطعه کار)
• ابزار تیز (جلوگیری از گالینگ)
• سیال برش زیاد
• خنک کننده (جلوگیری از تجمع حرارت در قطعه کار)

 در ماشینکاری تیتانیوم 811 مانند تمام گریدهای خالص و آلیاژی تیتانیوم، رعایت نکات و مسائل ایمنی ضروری است، زیرا براده‌های حاصل از تیتانیوم قابلیت آتش گرفتن دارند.
 

فرآیندهای ساخت و تولیدآلیاژ تیتانیوم گرید۸۱۱

ویژگی‌های عملیات حرارتی آلیاژ تیتانیوم 811

افزودن مقادیر اندکی از عناصر پایدارکننده بتا، موجب گسترش محدوده دمایی آلفا+بتا به اندازه کافی می‌شود و شرایط را برای کار گرم آلفا/بتا و بتا فراهم می‌کند. در آلیاژهای شبه آلفا مثل آلیاژ تیتانیوم 811، مقدار کمی از فاز بتا وجود دارد و به همین دلیل رفتار آن‌ها مشابه آلیاژهای تمام آلفا است و شباهت کمتری به آلیاژهای α/β دارند. با این وجود، استحکام آلیاژهای شبه آلفا نسبت به تمام آلفاها، بیشتر است و این موضوع به دلیل تشکیل فاز آلفا پریم (́α) مارتنزیتی یا ́α/α در حین عملیات حرارتی می‌باشد. بسیاری از آلیاژهای شبه آلفا در گستره پایداری α+β تحت عملیات ترمومکانیکی قرار می‌گیرند. آلیاژ تیتانیوم 811 (Ti-8Al-1Mo-1V) از جمله مهم‌ترین این موارد است.
به طور کلی عملیات حرارتی‌های مورد استفاده برای آلیاژهای تیتانیوم شبه آلفا به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند که بدین شرح هستند:
آلیاژهایی که در محدوده پایداری فاز α+β تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
آلیاژهایی که در محدوده پایداری فاز β عملیات حرارتی می‌شود.
انجام عملیات حرارتی از محدوده α+β زمانی امکان‌پذیر است که در آلیاژ به میزان کافی پایدارکننده فاز آلفا بدون افت شدید در انعطاف‌پذیری وجود داشته باشد. در آلیاژهایی مانند تیتانیوم 811، مقدار اندکی از عناصر پایدارکننده بتا مثل وانادیوم و مولیبدن به ساختار اضافه می‌شوند تا رفتار آلیاژ را نسبت به عملیات حرارتی بهبود دهند.

انواع عملیات حرارتی آلیاژ تیتانیوم 811

آلیاژ Ti-8Al-1Mo-1V به واسطه داشتن ساختار آلفا، قابلیتی برای عملیات پیرسازی ندارد. به عبارتی نمی‌توان با عملیات پیرسازی، استحکام آن را بهبود. اما عملیات حرارتی‌های دیگری برای این آلیاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند که بدین شرح هستند:
عملیات آنیل دوگانه: حرارت‌دهی تا دمای 1650 درجه فارنهایت و نگهداری به مدت 1 ساعت + سرد کردن در هوا + حرارت‌دهی تا دمای 1100 درجه فارنهایت و نگهداری به مدت 24 ساعت + سرد کردن در هوا.

شکل‌دهی سرد و گرم آلیاژ تیتانیوم 811

آلیاژ Ti-8-1-1 قابلیت شکل‌پذیری دارد و امکان شکل‌دهی گرم و سرد آن، فراهم است. در شکل‌دهی گرم این آلیاژ، روش‌هایی همچون هیدروپرس، کشش و drop hammer مورد استفاده قرار می‌گیرد. پاسخ آلیاژ تیتانیوم 811 در مقابل روش‌های مذکور، مشابه با پاسخ فولادهای زنگ‌نزن سری 300 است. شکل‌دهی گرم باعث کاهش برگشت فنری (springback) و نیروی مورد نیاز برای شکل‌دهی در آلیاژ Ti 8-1-1 می‌شود و از طرفی در افزایش انعطاف‌پذیری کلی آلیاژ، تأثیر بسیار مثبتی دارد.
مشخصات شکل‌دهی سرد آلیاژ Ti-8Al-1Mo-1V مشابه با مشخصات شکل‌دهی سرد فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی است. در فرآیندهای شکل‌دهی چندگانه، توصیه می‌شود که از عملیات رهاسازی تنش میانی برای جبران تمایل آلیاژ به کارسختی، استفاده گردد. عملیات حرارتی آنیل بعد از شکل‌دهی نیز به منظور به دست آوردن مجدد خواص و مشخصات بهینه آلیاژ، موردنیاز می‌باشد.
توجه داشته باشید که شکل‌دهی و تبدیل آلیاژ تیتانیوم 811 به مقاطع بزرگ، کار دشواری محسوب می‌شود.

ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم 811

در خصوص ماشینکاری تیتانیوم‌های خالص و آلیاژی مثل Ti-8Al-1Mo-1V، یک سری اصول کلی و اساسی وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند. براساس تجربه اپراتورها،  مشخصات ماشینکاری آلیاژهای تیتانیوم، مشابه با فولادهای زنگ‌نزن است. در فولادهای زنگ‌نزن به دلیل هدایت حرارتی پایین ماده، از خنک‌کننده به مقدار زیاد استفاده می‌شود تا حرارت در قطعه کار متجمع نگردد. چنین موضوعی دقیقا برای آلیاژهای تیتانیوم نیز صدق می‌کند.

یکی دیگر از اصول مهم در ماشینکاری تیتانیوم، استفاده از ابزار تیز و تجهیزات صلب است. در چنین شرایطی احتمال سایش و خطراتی مثل گالینگ به حداقل می‌رسد و در نتیجه، ماشینکاری با کیفیت بالاتری انجام می‌شود. از طرفی امکان خمش قطعه کار در حین ماشینکاری نیز، کاهش می‌یابد.  بهره‌گیری از سیال برش زیاد، تغذیه‌گذاری با سرعت بالا و برش با سرعت پایین از جمله سایر اصول مهم در ماشینکاری آلیاژهای Ti به شمار می‌روند. همچنین تغذیه‌گذاری نباید به صورت منقطع و با فاصله باشد. توجه داشته باشید که چرخش قطعه‌کار در حین ماشینکاری باید به طور مداوم حذف گردد.  

خطرات ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم 811

تراشه‌ها یا براده‌های حاصل از ماشینکاری Titanium alloys خطرناک هستند و باید حتما نکات ایمنی در قبال آن‌ها رعایت شود. این تراشه‌ها قابلیت اشتعال دارند و از این بابت می‌توانند مشکلات زیادی را به وجود آورند.  

جوشکاری آلیاژ تیتانیوم 811

آلیاژ تیتانیوم 811 قابلیت جوشکاری خوبی دارد و این موضوع یکی از ویژگی‌های مهم آن محسوب می‌شود. متداول‌ترین و مرسوم‌ترین روش برای جوشکاری تیتانیوم، روش جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) و جوشکاری قوسی گاز فلزی (GMAW) است. البته روش‌های دیگری همچون جوشکاری لیزر، جوشکاری ذوبی، جوشکاری پرتو الکترونی و اتصال نفوذی نیز در این خصوص مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
با توجه به اینکه تیتانیوم تمایل زیادی به واکنش با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن دارد، لذا باید از اتمسفر خنثی در جوشکاری آن استفاده شود. در صورت واکنش تیتانیوم با اکسیژن، یک لایه اکسیدی ترد به نام پوسته آلفا بر روی سطح آن به وجود می‌آید که می‌تواند موجب تضعیف خواص گردد. همچنین تردی هیدروژنی نیز ممکن است در اثر تماس تیتانیوم با هیدروژن رخ دهد.  تمیز کردن قطعه آلیاژی قبل و بعد از جوشکاری نیز اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.