تیتانیم و آلیاژهای تیتانیم ، رده‌ای از آلیاژهای سبک هستند که علاوه بر استحکام کششی و چقرمگی بالا حتی در دماهای نسبتا زیاد ، از مقاومت به خوردگی و خزش بسیار خوبی برخوردارند. برای بهبود خواص تیتانیوم ، آن را با برخی عناصر دیگر همچون آلومینیوم ، وانادیوم ، قلع ، مولیبدن و ... آلیاژی می‌کنند. آلیاژسازی در آلیاژهای تیتانیوم از روش‌های گوناگونی همچون تشکیل محلول جامد یا عملیات حرارتی می‌تواند باعث افزایش شدید خواصی همچون استحکام ، سختی و چقرمگی در این فلز شود.
در حدود 95 درصد تیتانیوم به صورت دی اکسید تیتانیوم ( ماده معدنی ) مورد استفاده قرار میگیرد و 5 درصد آن به صورت فلزی مصرف میشود و امروزه به عنوان استینلس استیل قرن جدید شناخته میشود . تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند و بیشترین مصارف آنها در صنایع شیمیایی ، هوایی و هوافضایی ، تصفیه آب ، نمک زدایی ، دریایی ، برق ، پزشکی و ... است . ظرفیت تولید تیتانیوم فلزی و آلیاژی در سال حدود 300 هزار تن با ارزش حدودی 5 میلیارد دلار بوده و بزرگترین تولید کنندگان آن چین ، امریکا ، روسیه ، ژاپن و اتحادیه اروپا هستند . مصرف تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل خاص بودن صنایع مصرف کننده آن در کشورهای پیشرفته و توسعه یافته تقریباً ۱۰ برابر کشورهای در حال توسعه می‌باشد.
برخی از خواص منحصر به فرد این فلز و آلیاژهای آن عبارتند از :
نسبت وزن به استحكام بالای تیتانیوم سبب مي شود در بسياري از كاربردها كه استحكام و تافنس شكست بالايي مورد نياز است ، این فلز و آلياژهاي آن جايگزين فولاد شوند. تيتانيوم داراي دانسيته gr/cm3 4.5 است و آلياژهاي آن تقریبا نصف فولاد و سوپرآلياژ ها وزن دارند و نسبت استحكام به وزن عالي بسیار خوب است .
تيتانيوم خالص در دماي اتاق داراي ساختار كريستالي HCP و يا آلفا است كه در دماي نزديك 885 درجه سانتي گراد به ساختار كريستالي BCC و يا بتا تغيير فاز مي يابد. دماي انتقال بتا بسته به نوع و مقدار عناصر آلياژي يا مواد ناخالصي مي تواند افزايش و يا كاهش يابد. عناصر آلياژي كه دماي تبديل آلفا به بتا را افزايش مي دهند همچون آلومينيوم ، گاليوم ، ژرمانيوم ، كربن ، اكسيژن و نيتروژن بعنوان پايداركننده هاي فاز آلفا و عناصري كه دماي انتقال را كاهش مي دهند بعنوان پايدار كننده هاي فاز بتا ناميده مي شوند كه عناصري همچون موليبدن ، واناديوم ، تانتاليوم ، نيوبيوم ، آهن ، كروم ، منگنز، كبالت ، نيكل و مس از اين گروه مي باشند.
آلياژهاي تيتانيوم بر اساس ميزان فازهاي آلفا و بتاي موجود در ساختار در دماي اتاق به 5 دسته اصلي شامل تيتانيوم خالص تجاري، آلفا، نزديك آلفا، آلفا-بتا و بتا تقسيم بندي مي شوند.
تيتانيوم خالص تجاري يا تيتانيوم غيرآلياژي :
عموما شامل 99 تا 99.5 درصد تيتانيوم با مقاديري آهن و عناصر هيدروژن، نيتروژن، كربن و اكسيژن بعنوان ناخالصي مي باشند. ميكروساختار تيتانيوم غيرآلياژي بصورت فاز آلفا با ساختار HCP و مقادير بسيار كمي از فاز بتا است. تيتانيوم خالص تجاري نسبت به آلياژهاي تيتانيوم ارزانتر و داراي مقاومت به خوردگي بالاتر و استحكام پايين تر است. ضمن آنكه غير قابل عمليات حرارتي ، اما داراي قابليت جوشكاري و شكل پذيري بالايي هستند و در دماي بالا مقاومت به خزش خوبي از خود نشان مي دهند. لذا اين آلياژها عموما در كاربردهايي كه مقاومت به خوردگي و انعطاف پذيري بالايي نياز دارند و استحكام چندان مورد توجه نيست مورد استفاده قرار مي گيرند.
آلياژهاي تيتانيوم آلفا :
داراي عناصر آلياژي پايداركننده هاي آلفا (نظير آلومينيوم يا اكسيژن) و ساختار كاملا آلفا ميباشند. عناصر پايداركننده آلفا همچنين بعنوان استحكام دهنده هاي محلول جامد عمل مي كنند. در اين آلياژها اكسيژن و نيتروژن موجود بعنوان ناخالصي همچنين سبب سختي آلياژ مي شوند و افزودن قلع سبب بهبود انعطاف پذيري و وجود مقادير كم زيركونيوم سبب استحكام اين آلياژها مي شوند. مقدار عناصر پايدار كننده آلفا كه بصورت آلومينيوم معادل سنجيده مي شوند بعلت جلوگيري از تردي آلياژ نبايستي از 9 درصد تجاوز كند. اين گروه از آلياژها داراي استحكام بالاتر و مقاومت به خوردگي بسيار كم نسبت به تيتانيوم غير آلياژي مي باشند. همچنين اين گروه از آلياژهاي تيتانيوم قابل جوشكاري و غير قابل عمليات حرارتي مي باشند.
آلياژهاي تيتانيوم نزديك آلفا :
شامل مقدار كمي فاز بتا انعطاف پذير مي باشند. در كنار پايداركننده هاي فاز آلفا، آلياژهاي نزديك آلفا با 1 تا 2 درصد پايداركننده فاز بتا از قبيل موليبدن، واناديوم و سيليكون آلياژي مي شوند. اين آلياژها داراي استحكام خزشي بهتر نسبت به آلياژهاي كاملا آلفا تا دماي نزديك 400 درجه سانتي گراد، استحكام نسبتا بالا در دماي اتاق ، انعطاف پذيري نسبتا خوب، تافنس بالا، قابليت جوشكاري و مقاومت خوب نسبت به محيط هاي آب شور مي باشند.
آلياژهاي تيتانيوم آلفا-بتا :
آلياژهاي شبه پايداري مي باشند كه شامل تركيبي از عناصر پايدار كننده هر دو فاز آلفا و بتا مي باشند. اين آلياژها قابل عمليات حرارتي و جوشكاري بوده و خواص شكل پذيري خوبي دارند ضمن آنكه داراي تركيب عالي از استحكام، تافنس و مقاومت به خوردگي مي باشند.
آلياژهاي تيتانيوم بتا :
اين گروه آلياژهاي شبه پايدار بوده و شامل عناصر پايداركننده فاز بتا نظير موليبدن، سيليكون و واناديوم به اندازه كافي مي باشند. به اين ترتيب فاز بتا در هنگام عمليات كوئنچ پايدار باقي مي ماند. اين آلياژها قابل عمليات حرارتي و شكل پذيري آسان مي باشند و استحكام شكست بالاتري نسبت به آلياژهاي آلفا-بتا دارند.
برای مطالعه بیشتر در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن توصیه میکنیم وب سایت متالیوم را مطالعه فرمائید .
