טיטניום: הכוכב הטכנולוגי וחלוץ היישומים של מהפכת ביצועי הפלדה

פלדה וטיטניום הם מתכות נפוצות בייצור בשל חוזק מעולה, קשיות ותכונות פיזיות ומכאניות אחרות.
פלדה היא סגסוגת של ברזל ופחמן, עם תכולת פחמן שנעה בין 0.2% ל-2.1% לפי משקל. למרות שברזל ופחמן הם המרכיבים העיקריים, עשויות להיות כמויות קטנות של יסודות אחרים כגון מנגן, סיליקון וזרחן. ישנם מספר סוגים של פלדה, מסווגים לפי תכולת פחמן, אלמנטים סגסוגת ותהליכי טיפול בחום. אלה כוללים פלדה עדינה, נירוסטה ופלדה בעלת חוזק גבוה בסגסוגת נמוכה. פלדה ידועה בחוזקה, בעמידותה וברבגוניות שלה, מה שהופך אותה למתאימה למגוון רחב של יישומים. השימושים בו מכסים הכל, החל מבנייה וכלי רכב ועד כלי עבודה וסכו"ם.
טיטניום הוא יסוד כימי עם הסמל Ti מספר אטומי 22. זוהי מתכת מעבר מבריקה בעלת צבע כסוף, צפיפות נמוכה וחוזק גבוה. למרות שהיא חזקה כמו פלדה, היא פחות צפופה משמעותית, מה שהופך אותה למתכת הבחירה עבור יישומים שבהם יחס חוזק למשקל הוא קריטי.

במצבו הלא-מגוגתי, טיטניום חזק כמו פלדות מסוימות אך פחות צפוף. כאשר הוא סגסוג עם יסודות אחרים כגון אלומיניום ונדיום, ניתן לחזק אותו באופן משמעותי. שני השימושים העיקריים של טיטניום הם תעופה וחלל (מטוסים, חלליות וטילים) ויישומים תעשייתיים מכיוון שהוא קל משקל, חזק ועמיד בפני קורוזיה גם בטמפרטורות גבוהות.
I. השפעת טיטניום על המיקרו-מבנה וטיפול בחום של פלדה
① טיטניום וחנקן, חמצן, פחמן בעלי זיקה חזקה מאוד, הוא חומר טוב לסילוק חמצון ולסילוק גז וקיבוע של יסודות יעילים בחנקן ופחמן.
② תרכובות טיטניום ופחמן (TiC) שילוב חזק במיוחד, יציבות גבוהה, רק מחומם ליותר מ-1000 מעלות יתמוסס לאט לתוך הפתרון המוצק של ברזל, חלקיקי TiC צריכים למנוע את צמיחת גרגירי הפלדה וההתגבשות של התפקיד.
(iii) טיטניום הוא אחד היסודות החזקים היוצרים פריט, כך שאזור שלב האוסטניט מצטמצם. טיטניום בתמיסה מוצקה לשיפור יכולת ההתקשות של הפלדה, בעוד הנוכחות של חלקיקי TiC להפחתת ההתקשות של הפלדה.
④ כאשר תכולת הטיטניום מגיעה לערך מסוים, התקשות משקעים עלולה להתרחש עקב משקעים מפוזרים של TiFe2.
שנית, השפעת טיטניום על התכונות המכניות של הפלדה
① כאשר טיטניום קיים בתמיסה מוצקה בפריט, השפעתו המחזקת גבוהה מאלומיניום, מנגן, ניקל, מוליבדן וכו', ואחריו בריליום, זרחן, נחושת, סיליקון.
② ההשפעה של טיטניום על התכונות המכניות של פלדה תלויה בצורה שבה היא קיימת, ביחס בין התוכן של Ti ו-C, ובשיטת הטיפול בחום. ניתן לשפר שבריר מסת טיטניום של {{0}}.03% עד 0.1% מחוזק התפוקה, אך כאשר היחס בין תכולת Ti ו-C עולה על 4, החוזק והקשיחות שלו יורדים בחדות.
(iii) טיטניום משפר את החוזק המתמשך ואת התנגדות הזחילה.
(iv) לטיטניום יש השפעה משפרת על הקשיחות של פלדה, במיוחד על קשיחות ההשפעה בטמפרטורה נמוכה.
שלישית, טיטניום על התכונות הפיזיקליות, הכימיות והתהליכיות של השפעת פלדה
①שפר את היציבות של פלדה בטמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה ומימן.
② טיטניום יכול לשפר את עמידות בפני קורוזיה של פלדה עמידה לחומצות אל חלד, במיוחד את העמידות בפני קורוזיה בין-גרגירית.
③ בפלדה דלת פחמן, כאשר היחס בין תכולת Ti ו-C מגיע ליותר מ-4.5, יש לה עמידות טובה בפני קורוזיה במתח והתפרקות אלקלית מכיוון שחמצן, חנקן ופחמן כולם קבועים.
(iv) הוספת טיטניום לפלדה עם חלק מסת כרום של 4%-6% משפרת את עמידות החמצון של פלדה בטמפרטורות גבוהות.
⑤ הוספת טיטניום לפלדה יכולה לקדם את היווצרות שכבת ניטרידינג, וניתן להשיג את קשיות השטח הנדרשת מהר יותר. פלדות המכילות טיטניום נקראות "פלדות ניטרדיות מהירה" וניתן להשתמש בהן לייצור ברגים בעלי דיוק גבוה.
⑥שפר את יכולת הריתוך של פלדת מנגן דלת פחמן ונתרן אל-חלד מסגסוגת גבוהה.
יישום טיטניום בפלדה
①שבריר מסת טיטניום של יותר מ-0.025% יכול להיחשב כאלמנט מתג.
② טיטניום כאלמנט סגסוגת בפלדה רגילה בסגסוגת נמוכה, פלדה מבנית מסגסוגת, פלדת כלי סגסוגת, פלדת כלי במהירות גבוהה, נירוסטה, פלדה עמידה לחומצה, פלדה עמידה בחום ללא עור, סגסוגות מגנט קבוע ופלדה יצוקה נמצאים בשימוש נרחב.
③טיטניום שימש כמגוון של חומרים מתקדמים, הפך לחומרים אסטרטגיים חשובים, השימוש של יותר ממחצית התעשייה האווירית, כגון חלליות תעופה, מכונות כוח.