التغيرات الهيكلية في قضبان التيتانيوم TA1 أثناء معالجة البثق الساخن

مظهر قضبان التيتانيوم TA1 يشبه إلى حد كبير الفولاذ، بكثافة تبلغ 4.51 جم / سم 3، أي أقل من 60٪ من الفولاذ، وهو العنصر المعدني الأقل كثافة في المعادن المقاومة للحرارة. تعتبر الخواص الميكانيكية للتيتانيوم، والمعروفة عمومًا بالخواص الميكانيكية والنقاء، ذات أهمية كبيرة. يتمتع التيتانيوم عالي النقاء بقابلية تصنيع ممتازة، واستطالة، وانكماش القسم جيد، ولكنه منخفض القوة، وغير مناسب للمواد الإنشائية. يحتوي التيتانيوم النقي الصناعي على كمية معتدلة من الشوائب، مع قوة عالية ولدونة، ومناسب لإنتاج المواد الإنشائية. الموصلية الحرارية لسبائك التيتانيوم والتيتانيوم منخفضة، في البثق الساخن سيجعل الطبقة السطحية والطبقة الداخلية تنتج فرقًا كبيرًا في درجة الحرارة، عندما تكون درجة حرارة أسطوانة البثق 400 درجة، يمكن أن يصل فرق درجة الحرارة إلى 200 ~ 250 درجة. في قسم تقوية الشفط والقضبان يوجد اختلاف كبير في درجة الحرارة تحت التأثير المشترك لسطح الخام ومركز المعدن لإنتاج خصائص قوة وخصائص بلاستيكية مختلفة جدًا، في عملية البثق سوف تسبب تشوهًا غير متساوٍ للغاية في الطبقة السطحية من ضغوط الشد الإضافية الكبيرة، لتصبح في بثق سطح المنتج لتشكل شقوقاً وشقوقاً في السبب الجذري. منتجات سبائك التيتانيوم والتيتانيوم عملية البثق الساخن من سبائك الألومنيوم وسبائك النحاس، وحتى عملية بثق الصلب أكثر تعقيدا، وهذا بسبب الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة للقرار والتيتانيوم وسبائك التيتانيوم.

حتى الآن، يجب أن تستخدم عملية بثق قضبان التيتانيوم مواد التشحيم. السبب الرئيسي هو: التيتانيوم عند 980 درجة ودرجة حرارة 1030 درجة، سيتم تشكيله من مادة قالب سبائك قائمة على الحديد أو النيكل قابلة للانصهار، بحيث يتآكل القالب بقوة. عند استخدام مواد التشحيم الجرافيت، يمكن تشكيل خطوط خدش طولية عميقة على سطح المنتج، وهو نتيجة لقضبان التيتانيوم وقضبان سبائك التيتانيوم الملتصقة بالعمل على القالب. يؤدي بثق المقاطع باستخدام مواد التشحيم الزجاجية إلى نوع جديد من العيوب "الثقوب"، أي الشقوق في الطبقة السطحية للمنتج. لقد ثبت أن "البثور" تظهر بسبب التوصيل الحراري المنخفض لسبائك التيتانيوم والتيتانيوم، مما يؤدي إلى تبريد حاد للطبقة السطحية من قطعة العمل وانخفاض حاد في اللدونة.

تتميز سبائك التيتانيوم بمرونة عالية منخفضة القوة ومتوسطة القوة وعالية القوة، لـ 200 (منخفضة القوة) ~ 1300 (عالية القوة) ميجا باسكال، ولكن بشكل عام، يمكن اعتبار سبائك التيتانيوم سبائك عالية القوة. وهي تتمتع بقوة أعلى من سبائك الألومنيوم التي تعتبر متوسطة القوة، ويمكن أن تحل محل أنواع معينة من الفولاذ بشكل كامل من حيث القوة. بالمقارنة مع سبائك الألومنيوم، التي تفقد قوتها بسرعة عند درجات حرارة أعلى من 150 درجة، فإن بعض سبائك التيتانيوم تحافظ على قوة جيدة عند 600 درجة. معدن التيتانيوم الكثيف بسبب خفة وزنه، وقوته الأعلى من سبائك الألومنيوم، يمكن الحفاظ عليه عند درجات حرارة أعلى من الألومنيوم للحصول على قوة عالية، وتولي صناعة الطيران أهمية كبيرة له. نظرًا لكثافة التيتانيوم للصلب 57٪، فإن قوته النوعية (نسبة القوة / الوزن أو نسبة القوة / الكثافة تسمى قوة محددة) عالية، والتآكل، والأكسدة، ومقاومة التعب قوية، وسبائك التيتانيوم، 3/4 تستخدم في الفضاء الجوي السبائك الإنشائية كممثل للمواد الإنشائية، يستخدم 1/4 بشكل رئيسي كسبائك مقاومة للتآكل. تتميز سبائك التيتانيوم بقوة عالية وكثافة صغيرة، وخصائص ميكانيكية جيدة، وصلابة ومقاومة للتآكل جيدة جدًا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أداء عملية سبائك التيتانيوم ضعيف، وصعوبات القطع والمعالجة، في المعالجة الحرارية، من السهل جدًا امتصاص الشوائب مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكربون. هناك أيضًا مقاومة ضعيفة للتآكل، وعملية الإنتاج معقدة. بدأ الإنتاج الصناعي للتيتانيوم في عام 1948. احتياجات تطوير صناعة الطيران، بحيث وصلت صناعة التيتانيوم إلى معدل نمو سنوي متوسط ​​يبلغ حوالي 8٪. في الوقت الحاضر، وصل الإنتاج العالمي السنوي لمواد معالجة سبائك التيتانيوم إلى أكثر من 40,000 طن من درجة سبائك التيتانيوم ما يقرب من 30 نوعًا. سبائك التيتانيوم الأكثر استخدامًا هي Ti-6Al-4V (TC4)، Ti-5Al-2.5Sn (TA7) والتيتانيوم النقي الصناعي (TA1، TA2 و TA3).