تیتانیوم فلزی است دارای ترکیبات منحصر به فرد از خواص شیمیایی، مکانیکی و فیزیکی که برای ساخت، تولید و بهره برداری از این فلز، ابزار خاصی مورد نیاز است. در این قسمت از دانشنامه سعی کردهایم برخی ویژگیها و مشخصات تیتانیوم بررسی شود و در پیرامون مزایایی که باعث برجسته شدن این فلز نسبت به دیگر فلزات شده است در ضمن اشاره به کاربردهای آن، بحث شود.
همچنین بررسی خواهیم کرد آیا میتوان از تیتانیوم بجای میلگرد فولادی استفاده کرد؟! تمایز تیتانیوم با میلگرد در چیست؟ عدم استفاده تیتانیوم در ساخت و ساز با توجه به مشخصات ویژه آن چه علتی دارد. برای پاسخ این سوالات در ادامه با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
ترکیبات ساختاری تیتانیوم
تیتانیوم عنصر شماره 22 در جدول تناوبی، فلزی است به رنگ نقرهای که به طور طبیعی روی زمین یافت میشود. البته ناگفته نماند تیتانیوم نهمین عنصر فراوان زمین است. این فلز از مواد معدنی مختلف نظیر ایلمنیت (ilmenite)، اسفن (ephene) و روتیل (rutile) موجود در پوسته زمین استخراج میشود. این فلز با توجه به اینکه خواص و کاربردهای بسیار زیادی دارد تا قرن هجدهم کشف علمی نشده بود و حتی از قرن بیستم در اهداف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است.
این ماده عناصر آلیاژی ندارد و تقریبا صد در صد خالص است. گاها برای افزایش خاصیت و کارایی مکانیکی و شیمیایی، تیتانیوم با عناصر دیگر ترکیب میشود که این آلیاژها گرید نام دارند. حدودا 50 گرید تیتانیوم برای تهیه در دسترس است که در بین این گریدها چندین مورد محبوبیت ویژهای دارند. گریدهای پرکاربرد شامل مقدار قابل توجهی آلومینیوم و وانادیوم میباشد.
فلز تیتانیوم هنگامی که با فلزات دیگر مانند آلومینیوم یا وانادیوم تشکیل آلیاژ دهد به طور چشمگیری از انواع فولاد مقاومتر خواهد بود.
در دو نمونه از آلیاژ تیتانیوم با درصدهای متفاوت پالادیوم افزوده میشود که مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم را به طرز عالی افزایش میدهد. این آلیاژ میتواند در صنعت ساخت و ساز در مکانهایی که خوردگی زیاد قابل توجه است، استفاده شود. آلیاژهای زیادی از تیتانیوم وجود دارد که ما تنها به محبوبترین گزینهها اشاره کردهایم.
خواص مکانیکی و شیمیایی تیتانیوم
تیتانیوم بر اساس دو خاصیت مقاومت در برابر خوردگی و وزن سبک شناخته شده است. رفتار و مقاومت تیتانیوم در برابر خوردگی بسیار عالی است. این رفتار به این خاطر است که مولکولهای اکسیژن با تیتانیوم ترکیب میشوند و اکسید تیتانیوم را تشکیل میدهند. لایه اکسید تیتانیوم منفعل و کاملا مقاوم است، به این معنی است که مانند زنگ زدگی روی فولاد پوسته پوسته نمیشود و میتواند در برابر حملات شیمیایی مانند حمله کلر مقاومت کند.
بخوانید: خوردگی میلگرد | تأثیر خوردگی بر قدرت پیوند میلگرد در سازههای بتن آرمه
همچنین در تیتانیوم نسبت استحکام به وزن و نسبت استحکام به چگالی بالا است، یعنی با توجه به این که سبک وزن است مقاومت بالایی دارد. برخی از گریدهای تیتانیوم مثل گرید 5، مقاومت کششی بالاتری از فولاد دارند و این در صورتی است که وزن تیتانیوم بسیار سبکتر از فولاد است.
مقایسه تیتانیوم و فولاد
با توجه به این دو خاصیت و ویژگی که بررسی شد، مقاومت و استحکام بالا، سبک وزن بودن تیتانیوم و مقاومت در برابر خوردگی، استفاده از این فلز به جای میلگرد فولادی را موجهتر جلوه میدهد اما با این اساس چرا در ساخت و سازها و صنعت عمران، میلگرد فولادی بیشترین مصرف را دارد؟
پاسخ این سوال تنها یک عامل دارد و آن گران قیمت بودن این فلز غیر آهنی است. استفاده از میلگرد فولادی بسیار مقرون به صرفه است و تیتانیوم با وجود سبک وزن بودن و مقاومت زیاد در اولویت ساخت میلگرد نیست.
استحکام زیاد و چگالی کم، فلز تیتانیوم را به فلز مطلوبی برای مصارف گوناگون تبدیل کرده است. از این فلز در صنعت هواپیما و هوافضا، صنعت کشتی سازی، ساخت تجهیزات پزشکی و دندان پزشکی استفاده میشود.
بخوانید: فلزات آهنی و غیرآهنی | تفاوت و جنبههای کاربری هر یک از آن
از عمده تفاوتهای فولاد و تیتانیوم تفاوت در آلیاژهای تشکیل دهنده آن دو میباشد. فولاد تشکیل یافته از کربن، نیکل، کروم، سیلسیم، وانادیوم، مولیبدن و بور است و امکان استفاده از عنصر تیتانیوم در برخی آلیاژهای فولاد وجود دارد. تیتانیوم میتواند با آهن، منگنز، مولیبدن و آلومینیوم آلیاژ تشکیل دهد.
کربن موجود در درون فولاد، مقاومت میلگرد و محصولات فولادی را در برابر سایش افزایش میدهد همچنین باعث بهبود سختی فولاد تولید شده میگردد. افزودن کروم و نیکل به ساختار فولاد در حین ذوب، مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش میدهد، در واقع خط تولید آهن آلات در تلاش است میلگرد فولادی و محصولاتی که در صنعت ساخت و ساز استفاده میشود را به محصولی مقاومتر و پرکاربردتر تبدیل کند تا هزینه استفاده از فلزات گرانبها را کاهش دهد.
فولاد خاصیت جوش پذیری بهتری نسبت به تیتانیوم دارد بنابراین در صنعت ساخت و ساز بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.
همچنین روشهای ذوب و تولید کارخانجات ریخته گری مناسب ساخت آهن و فولاد میباشد. ساخت و تولید فلز تیتانیوم و بهره برداری از آن روشهای پر هزینهای را به دنبال خواهد داشت و تولید آن در حجم انبوه اصلا مقرون به صرفه نیست.
با توجه به این تحلیل و بررسیها میتوان نتیجه گرفت که فولاد بهترین فلز منتخب برای صنعت ساختمان است و جایگزین کردن تیتانیوم به جای آن هزینه بر خواهد بود.
بخوانید: ساخت میلگرد | آشنایی جامع با فرآیند تولید میلگرد
آلیاژ اینکونل
اینکونل (Inconel) نمونهای عالی از سوپر آلیاژها میباشد که کارایی بسیار بالایی دارد. این آلیاژ صرفا جهت سختترین مصارف فرموله شده است. با توجه به اینکه هم فلز گران قیمتی است و هم کمتر مورد استفاده قرار میگیرد، نسبت به فولاد و آلومینیوم کمتر شناخته شده میباشد. در ادامه به این آلیاژ که دارای فلز تیتانیوم است خواهیم پرداخت.
اینکونل شامل گروهی از آلیاژها با خواص فوق آلعاده میباشد؛ بیشترین عنصر تشکیل دهنده آن نیکل است. به ترتیب کروم، کبالت، مولیبدن، نیوبیوم و تیتانیوم دیگر عناصر تشکیل دهنده آن هستند.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اینکونل باعث شده تا این آلیاژ در برابر دمای زیاد مقاومت بالایی از خود نشان دهد. در حالی که فلزاتی مانند فولاد دمای ذوب بالاتری نسبت به نیکل دارند اما عملکرد آنها از نظر مقاومت در برابر خوردگی و استحکام در دماهای بالا کاهش پیدا میکند. ولی اینکونل در دمای بالا مقاومت خود را حفظ کرده و یک لایه اکسید محافظ تشکیل میدهد که در دماهای بالا در برابر خوردگی مقاوم است.
کاربرد اینکونل
از اینکونل در صنعت هوافضا و ساخت موتور جت، ساخت خودرو و اجزای موتور آن بسیار استفاده میشود. آلیاژ متداولی که در صنعت هوافضا استفاده میشود اینکونل 625 و اینکونل 718 است.
از جمله مهمترین کاربردهای متداول آلیاژ اینکونل صنعت انرژی هستهای میباشد. راکتورهای هستهای به مقاومت بالا، مقاومت بالا در برابر خوردگی و عملکرد عالی در برابر درجه حرارت بالا احتیاج دارند به همین جهت از اینکونل در این صنعت استفاده زیادی میشود.
جمع بندی
تیتانیوم فلزی است که در ترکیبات آن آهن وجود ندارد اما با این وجود مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالایی دارد. موضوع بحث این دانشنامه بررسی امکان جایگزینی تیتانیوم به جای فولاد بود که آیا میتوان با این راهکار تولید و مصرف میلگرد را در صنعت ساختمان کاهش داد. این فلز در زمینههای زیادی از جمله پزشکی و خودروسازی کاربرد بسیاری دارد و جزو فلزات غیرآهنی مفید محسوب میشود.
در وبسایت عصرآهن قیمت میلگرد از تمامی تولید کنندگان بصورت لحظهای بروز رسانی و در اختیار کاربران قرار میگیرد. شما میتوانید با کلیک بر روی کلمه قیمت میلگرد به صفحه اختصاصی آن در وبسایت عصر آهن بروید. در صورت تمایل میتوانید با مشاورین ما در عصرآهن در خصوص خرید میلگرد با شماره 04133250280 در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید آهن و فولاد راهنمای شما خواهند بود.
