تیتانیوم خالص گرید 2

تیتانیوم خالص گرید 2 - Ti-CP-Gr2  - Ti Grade 2

تیتانیوم گرید 2 غیر آلیاژی یکی از مشهورترین‌ گونه‌های تیتانیوم تجاری موجود در بازار است که خواص و ویژگی‌های مهم آن باعث شده کاربرد‌های متنوع و زیادی داشته باشد. در گریدهای چهارگانه تیتانیوم تجاری خالص، خواص مکانیکی کششی و تسلیم معمولاً با افزایش گرید تیتانیوم، بیشتر می‌شود. تیتانیوم در مقایسه با فولاد، 50 درصد وزن کمتری دارد؛ درحالی که استحکام آن 30 درصد بیشتر است. این فلز، پایداری استحکام بالایی دارد و با توجه به نسبت استحکام به وزن و همچنین مقاومت به خوردگی بالای آن، در صنایع مختلف مثل هوافضا، صنایع ارتش، کشتی‌سازی و حتی پزشکی به طور ویژه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تیتانیوم گرید 2 به دلیل داشتن ویژگی‌هایی همچون استحکام مناسب، مقاومت به خوردگی فوق‌العاده و قابلیت شکل‌پذیری عالی، محبوبیت زیادی در بین طراحان و مهندسان دارد. این ویژگی‌ها باعث شده تا تیتانیوم تجاری گرید 2 گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای مختلف پزشکی، شیمیایی، هوافضا و دریایی باشد.

یک تیتانیوم غیر آلیاژی با توازن استحکام و داکتیلیته عالی است. این ماده دارای تافنس خوب بوده و به سهولت قابل جوشکاری است. در محیط‌های اکسنده مقاومت بسیار بالایی در مقابل خوردگی دارد. این ماده قابل ریخته‌گری است و اغلب در تولید شیرها و اتصالات مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین از این ماده جهت تولید ورق‌های پوشش‌دار استفاده می‌شود.

ترکیب شیمیایی Ti CP Grade 2 - تیتانیوم گرید 2

Titanium Ti 99/31
Iron Fe 0/30
Oxygen O 0/25
Carbon C 0/10
Nitrogen N 0/03
Hydrogen H 0/015

ویژگی‌های کلیدی Ti CP Grade 2 - تیتانیوم خالص گرید 2

• ارزان‌تر نسبت به ديگر آلياژهای تيتانيوم
• داراي مقاومت به خوردگی بالاتر
• استحكام پايين‌تر
• غير قابل عمليات حرارتی
• داراي قابليت جوشكاری
• دارای قابلیت شكل‌پذيری بالا
• داراي مقاومت به خزش در دمای بالا

مقاومت به خوردگی تیتانیوم گرید 2

مقاومت به خوردگی تیتانیوم گرید 2 براساس پایداری، تداوم  و استحکام لایه اکسیدی چسنده مشخص می‌شود. این لایه به صورت خود به خودی و با سرعت بالا، با قرارگیری در معرض اکسیژن به وجود می‌آید. در صورت آسیب، لایه اکسیدی تا زمانی که در معرض محیط حاوی اکسیژن (هوا یا رطوبت) باشد، به آسانی قابل تشکیل مجدد است.
به طور کلی افزایش خلوص تیتانیوم تجاری، افزایش مقاومت به خوردگی را در پی دارد. تیتانیوم تجاری گرید 2، به دلیل سطح ناخالصی اندکش، به طور گسترده در کاربردهای مقاومت به خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز پتانسیل بالایی برای مقابله با شرایط بحرانی خوردگی در محیط‌های دریایی و شیمیایی دارد. تیتانیوم خالص تجاری گرید 2 در محیط دریا تا دمای 315 درجه سانتی‌گراد (600 درجه فارنهایت) مقاومت کاملی دارد.
احتمال خوردگی شیاری را نیز باید در نظر داشت که البته طراحی اجزا به گونه‌ای صورت می‌گیرد که بتوانند از تشکیل شیارهای محکم، جلوگیری کنند.
Cp Ti grade 2 در بسیاری از محیط‌های شیمیایی مثل محیط‌های اکسیدکننده، قلیایی، ترکیبات آلی و اسیدی، محلول‌های نمک آبی و گازهای داغ و خشک رفتار حفاظتی بسیار مطلوبی دارد. همچنین مقاومت به خوردگی این فلز در فلزات مذاب، نیتریک اسید، اسیدهای احیایی ملایم و گازهای کلری و برمی مرطوب (تا زمان وجود حداقل میزان اکسیژن و آب)، مناسب است.
شرایط و محیط‌هایی که ممکن است در آن‌ها تیتانیوم گرید 2 دچار خوردگی شود، عبارتند از: اسیدهای احیایی یا کاهنده، محلول‌های پراکسید قلیایی و نمک‌های مذاب کلریدی. خوردگی شیاری نیز می‌تواند در هالیدهای داغ و یا محلول‌های سولفات (با غلظت بیشتر از ppm1000 در دمای 75 درجه سانتی‌گراد یا بالاتر) که در کاربردهای دریایی محتمل است، برای تیتانیوم گرید 2 اتفاق بیفتند.

مقاومت به خوردگی تنشی تیتانیوم گرید 2

Cp Ti grade 2 مقاومت کاملی در برابر خوردگی تنشی (SCC) در محلول‌های آبی دارد. شرایطی که ممکن است تیتانیوم گرید 2 تحت خوردگی تنشی خوردگی قرار بگیرد، شامل متانول بی‌آب، محلول‌های هالیدی، نیتریک اسید دود قرمز (Red fuming nitric acid or RFNA)، نتیروز اکسید (N2O)، جیوه مایع و کادمیم مایع یا جامد هستند.
تیتانیوم تجاری خالص گرید 2 ممکن است به دلیل تشکیل هیدریدها، دچار مشکل تردی هیدوژنی هم شود.

تیتانیوم در دمای 5/1620 درجه فارنهایت (5/882 درجه سانتی‌گراد) دچار تحول آلوتروپیک می‌شود. طی این تحول فاز آلفا با شبکه هگزاگونال (hcp) به فاز بتا با شبکه bcc تبدیل می‌گردد.
تیتانیوم‎های  Cp در دسته تیتانیوم‌های غیرآلیاژی قرار دارند و به همین دلیل به آن‌ها تیتانیوم خالص نیز می‌گویند. این تیتانیوم‌ها متشکل از 100 درصد فاز آلفا hcp هستند. خواص آن‌ها به عنوان مواد تک‌فاز با ترکیب شیمیایی (آهن و عناصر ناخالصی بینابینی) و اندازه دانه کنترل می‌شود. تیتانیوم‌های خالص تجاری در زیرمجموعه فلزات واکنش‌پذیر قرار دارند و نسبت استحکام به وزن آن‌ها، بسیار بالا است.
تیتانیوم‌های تجاری خالص دارای قابلیت شکل‌پذیری و ساخت مناسبی هستند که این موضوع به غلظت عناصر ناخالصی بینابینی بستگی دارد. این ویژگی در کنار ویژگی‌های دیگری همچون مقاومت عالی در برابر خوردگی، تطابق بیولوژیکی مطلوب با بدن انسان و  استحکام خزشی مناسب، موجب شده تا تیتانیوم‌های تجاری کاربردهای گسترده‌ای داشته باشند.
تیتانیوم‌های تجاری Cp شامل چهار دسته هستند که عبارتند از:

• تیتانیوم گرید 1
• تیتانویم گرید 2
• تیتانیوم گرید 3
• تیتانیوم گرید 4

این تقسیم‌بندی براساس استحکام تسلیم و سطح مجاز عناصر آهن، کربن، نیتروژن و اکسیژن صورت می‌گیرد. تیتانیوم گرید 2 به دلیل سطح پایین عناصر ناخالصی‌اش، از لحاظ استحکام بین تیتانیوم گرید 1 و تیتانیوم گرید 3 است. همچنین استحکام تسلیم Ti Cp نیز برابر با MPa 275 یا ksi 40 می‌باشد.
در جدول 13، خواص و ترکیب شیمیایی تیتانیوم‌های تجاری گرید 1 تا 4، با یکدیگر مقایسه شده‌اند. به طور مشخص کمترین میزان استحکام کششی برای تیتانیوم گرید 1 است و بیشترین میزان استحکام کششی نیز مربوط به تیتانیوم گرید 4 می‌باشد.  تیتانیوم‌های Cp grade 1 & 2 دارای میزان اکسیژن کمتری نسبت به دو گرید دیگر هستند. این موضوع تأثیر به‌سزایی در افزایش قابلیت شکل‌دهی دارد. همچنین مقاومت به خوردگی گریدهای 1 و 2 نسبت به گرید 3 و 4، بیشتر است.

کاربردهای Ti CP Grade 2 - تیتانیوم خالص گرید 2

از تیتانیوم گرید 2 می‌توان در هرگونه کاربردی که در آن شکل‌پذیری، مقاومت به خوردگی و استحکام در حد متوسط مورد نیاز باشند، استفاده کرد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای صنایع هوا فضا این فلز عبارتند از:
پوسته‌های ایرفریم در قسمت‌های پر حرارت، براکت‎‌های کانال کشی و تجهیزات مربوط به آشپزخانه‌ها در فضاپیما.
Cp Ti grade 2 به طور گسترده در کاربردهای دریایی و شیمیایی مثل ساخت کاندنسرها، اواپراتورها و ساخت محفظه واکنش، ساخت محفظه‌های برودتی و سیستم لوله‌کشی و لوله بخار در دستگاه‌ها و کارخانه‌های نمک‎‌زدایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از جمله سایر کاربردهای تیتانیوم خالص تجاری گرید 2، می‌توان به کاربردهای متنوع پزشکی و ساخت کاتدها، بسکت‌ها، جیگ‌ها  و ورق‌های خالی آغازکننده (Starter sheet blanks) در سیستم‌های آبکاری اشاره کرد.

از دیگر کاربردهای تیتانیوم گرید دو :
قطعات لوله و هیدرولیک هواپیما
قطعات بدنه هواپیما
تجهیزات کنترل آلودگی هوا
صنایع ساختمانی و معماری
وسایل مصرفی تزئینی
تجهیزات فرآیندهای شیمیایی
ایمپلنت‌های پزشکی و تجهیزات جراحی
صنایع غذایی
صنایع دارویی
پالایش و فرآوری هیدروکربن‌ها
استخراج هیدرومتالورژی
مبدل‌های حرارتی
قطعات کشتی‌های نیروی دریایی
تجهیزات صنایع کاغذ و پالپ
تجهیزات نمک‌زدایی
حفاری و تولید فراساحلی
هیدروکربن‌هاتجهیزات ورزشی
مخازن فوق سرد
تجهیزات سیتم‌های خنک‌کن نیروگاهی
لوله کندانسورسیستم‌های اسیدشویی
لوله‌ها و سیستم اگزوز خودرو

عملیات حرارتی تیتانیوم گرید 2

عملیات حرارتی‌های مورد استفاده برای تیتانیوم تجاری شامل آنیل و رهاسازی تنش هستند. عملیات آنیل به منظور نرم‌ کردن ماده و از بین بردن تنش باقیمانده به کار می‌رود. عملیات آنیل در محصولات کار شده، در دماهای رایج کمتر از استحاله بتا، منجر به تبلور مجدد کامل ساختار آلفا هم محور می‌شود. کنترل دقیق اندازه دانه و خواص مکانیکی با تنظیم دمای آنیل، قابل دست‌یابی است.
عملیات آزادسازی تنش  به منظور از بین بردن تمام و یا قسمتی از تنش‌های باقیمانده ناشی از شکل‌دهی استفاده می‌شود.
تیتانیوم و آلیاژهای آن میل زیادی به گازهایی مثل اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن دارند. زمانی که تیتانیوم‌های تجاری در هوا حرارت می‌بینند، جذب اکسیژن منجر به تشکیل یک لایه بسیار سخت، ترد با فاز آلفای پایدار شده با اکسیژن می‌شود که به آن پوسته آلفا (alpha case) می‌گویند.
آنیل میانی یا نهایی تیتانیوم‌های تجاری غالباً در خلأ یا اتمسفر گاز خنثی انجام می‌شود تا از تشکیل پوسته آلفا  و اتلاف ماده جلوگیری به عمل آید. اجرای عملیات آنیل در خلأ می‌تواند به از بین بردن پیکاپ هیدروژن اضافی (excess hydrogen pickup) کمک کند. این عملیات به عنوان فرایند گاززدایی خلأ شناخته می‌شود.
توجه داشته باشید که تمیز بودن قطعاتی که تحت عملیات حرارتی در خلأ قرار می‌گیرند، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

تمیزکاری بعد از عملیات حرارتی تیتانیوم گرید 2

بعد از انجام عملیات حرارتی و سرد کردن در هوا، ضروری است که هم سطح پوسته و هم قسمت ترد زیرین آن (پوسته آلفا) به طور کامل از بین برود فرایند تمیزکاری و حذف این پوسته‌ها را می‌توان با روش‌های مکانیکی مثل سنگ‌زنی و ماشینکاری انجام داد. همچنین روش‌های شیمیایی مثل پوسته‌زدایی با استفاده از نمک مذاب یا  ساینده و به دنبال آن اسیدشویی در مخلوط نیتریک اسید/هیدروفلوئوریک اسید نیز می‌توانند در این خصوص موثر باشند. 
در صورتی که ماشینکاری یا اسیدشویی مدنظر نباشد، عملیات حرارتی قطعات نهایی بایستی در خلأ انجام شود. تمیز بودن قطعاتی که تحت عملیات حرارتی در خلأ قرار می‌گیرد، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. هرگونه روغن، اثر انگشت و آثار باقیمانده بر روی سطح، می‌تواند حتی در اتمسفر خلأ منجر به تشکیل پوسته آلفا شود. پردازش قطعاتی که در خلأ عملیات حرارتی می‌شوند، شامل مراحل زیر است:

• پاکسازی کامل با استفاده از حلال غیرکلری (برای جلوگیری از خوردگی تنشی ناشی از کلر) و یا محلول تمیز آبی
• شستشو با مقدار فراوان از آب‌یون زدایی شده یا آب مقطر به منظور از بین بردن کامل تمام آثار حاصل از عامل پاکسازی (توجه داشته باشید که در این مرحله نباید از آب شیر معمولی استفاده شود.)
• خشک کردن.

بعد از اتمام فرایند پاکسازی، قطعات باید با استفاده از دستکش‌های کاملاً تمیز لمس و برداشته شوند تا مجدداً آلودگی در قطعات به وجود نیاید.

شکل‌دهی داغ تیتانیوم گرید 2

تیتانیوم گرید 2 را می‌توان با تکنیک‌های رایجی از جمله نورد داغ و پرس داغ تحت شکل‌دهی گرم قرار داد.  دمای آغاز شکل‌دهی باید 30 تا 50 درجه سانتی‌گراد (50 الی 100 درجه فارنهایت) بالاتر از استحاله بتا باشد. دمای نهایی فرایند نیز معمولاً از 815 درجه سانتی‌گراد (1500 درجه فارنهایت) تا تقریباً 900 درجه سانتی‌گراد (1650 درجه فارنهایت) است که در محدوده دمایی فاز آلفا-بتا قرار داد.
شکل‌دهی داغ تیتانیوم Cp grade 2 علاوه بر تکنیک‌های نورد داغ و پرس داغ، با تکنیک‌های دیگری همچون شکل‌دهی چرخشی، فورج  و شکل‌دهی هیدرولیکی قابل انجام است .
معمولاً شکل‌دهی شدید در بازه دمایی 480 الی 540 درجه سانتی‌گراد (900 تا 1000 درجه فارنهایت) صورت می‌گیرد؛ درحالی که بازه دمایی برای شکل‌دهی‌های متوسط و معمولی از 200 تا 315 درجه سانتی‌گراد (400 تا 600 درجه فارنهایت) است. در زمان شکل‌دهی باید نسبت به جلوگیری از تشکیل پوسته آلفا، توجه داشت. در صورت تشکیل این پوسته، بایستی حتما آن را بعد از شکل‌دهی از بین برد.

شکل‌دهی سرد تیتانیوم گرید 2

تیتانیوم گرید 2 به واسطه برخورداری از درصد اندک اکسیژن، انعطاف‌پذیری خوبی دارد و شکل‌دهی سرد آن را می‌توان با روش‌هایی همچون کشش، heading، drawing و قالب‌زنی یا مهرزنی (stamping) انجام داد.
کارسختی تیتانیوم‌های تجاری با سرعت نسبتاً زیادی افزایش می‌یابد و در برخی از فرایندها مثل کشش سرد، دارای محدودیت است. اثر باوشینگر منجر به تا 25 درصد افت در استحکام فشاری تسلیم در هنگام کشش در دمای اتاق می‌شود. این افت می‌تواند با رهاسازی تنش، جبران شود. لازم به ذکر است که منظور از اثر باوشینگر، جهت‌دار بودن کارسختی می‌باشد. به دلیل مدول کم تیتانیوم، برگشت فنری یا Springback در آن قابل توجه است. به همین دلیل فرایند سایزینگ گرم (hot sizing) غالباً به منظور اصلاح تغییرات در برگشت فنری بعد از شکل‌دهی سرد، انجام می‌شود.

ماشینکاری تیتانیوم گرید 2

مشخصات ماشینکاری تیتانیوم تجاری گرید 2، مشابه با فولادهای زنگ‌نزن آستینی است. ماشینکاری این فلز، نکات و الزامات مهمی دارد که در ادامه به بیان آن‌ها می‌پردازیم:

1. معمولاً توصیه می‌شود که در ماشینکاری تیتانیوم گرید 2، از سرعت برش کم، نرخ تغذیه زیاد و سیال برش فراوان استفاده گردد. همچنین ابزار تیز و صلب نیز اهمیت زیادی دارند.
2. با توجه به تمایل زیاد تیتانیوم 2 به گالینگ و اسمر (smear)، تغذیه گذاری نباید تا زمانی که ابزار و قطعه کار در تماس هستند، متوقف شود.
3. در ماشینکاری تیتانیوم از سیال‌های برش بدون کلر استفاده می‌گردد تا هرگونه احتمال ایجاد خوردگی تنشی کلریدی در حین ماشینکاری، از بین برود.
4. براده‌های تیتانیوم قابلیت اشتعال بالایی دارند و به همین دلیل، توجه به نکات ایمنی در ماشینکاری این فلز، بسیار مهم است.

5.توجه داشته باشید که به توجه به تمایل زیاد تیتانیوم تجاری گرید 2 به گالینگ و اسمر، ترجیحاً نباید از آن برای کاربردهای پوششی استفاده کرد.

توجه داشته باشید که به توجه به تمایل زیاد تیتانیوم تجاری گرید 2 به گالینگ و اسمر، ترجیحاً نباید از آن برای کاربردهای پوششی استفاده کرد.

در جداول 5 تا 12 ، سرعت‌ها و تغذیه‌گذاری رایج در ماشینکاری‌های مختلف تیتانیوم گرید 2 به نمایش درآمده است.

جوشکاری تیتانیوم گرید 2

تیتانیوم خالص تجاری گرید 2 را می‌توان با فیلرهای جنس تیتانیوم تجاری، جوشکاری کرد. تکنیک‌های جوشکاری گاز خنثی باید به منظور جلوگیری از رشد و پیکاپ اکسیژن و ایجاد تردی هیدوژنی ناحیه جوش، در جوشکاری تیتانیوم گرید 2 به کار روند.  رایج‌ترین تکنیک برای جوشکاری Cp Ti، جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) است. البته برای مقاطع نازک، روش جوشکاری قوسی گاز فلز (GMAW) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های دیگری همچون جوشکاری قوسی پلاسما، جوشکاری پرتو الکترونی، پرتو لیزر، جوشکاری مقاومتی، جوشکاری نقطه‌ای و جوشکاری ذوبی با موفقیت برای کاربردهای جوشکاری تیتانیوم‌های تجاری به کار رفته‌اند.

برای کسب اطلاعات بیشتر توصیه میشود وب سایت متالیوم را مطالعه بفرمائید .
www.metaliom.com