אלפא טיטניום לעומת בטא טיטניום נגד טיטניום טהור מסחרית

טיטניום היא מתכת מעבר פופולרית המשמשת בייצור של מוצרים רבים כולל תכשיטים, כלים כירורגיים, מתלי טניס ועוד. יש לו חוזק של פלדה במחצית המשקל והוא חזק פי שניים מאלומיניום רק בקצת יותר מ-50% מהמשקל. מאפיינים אלו יחד עם עמידות מעולה בפני קורוזיה הופכים את הטיטניום לרכיב מבוקש ביותר ליצירת אינספור מוצרים.

ישנן שתי גרסאות שונות של טיטניום:

זהו המדריך שלך להבנת ההבדלים בין טיטניום אלפא-ביתא לטיטניום טהור מסחרי, כמו גם ללמוד כיצד השימוש בשתי הגרסאות של טיטניום יכול לעזור להגדיל את השורה התחתונה שלך.

בחירת הטיטניום הטוב ביותר עבור צורכי הייצור שלך

כשמדובר בבחירת הטיטניום הטוב ביותר שיתאים לצרכים שלך, יש כמה גורמים שונים שעליך לקחת בחשבון. תחילה עליך לוודא שהסוג הנבחר יעמוד בדרישות ליצירת מוצר באיכות גבוהה. במקרים רבים, כמו תעשיית התעופה והרפואה, החיים תלויים בכך. הגורם השני הוא בחירה בטיטניום שיענה על הצרכים שלכם ובמקביל יהיה חסכוני. במילים אחרות, אתה לא רוצה לשלם יותר ממה שאתה צריך עבור מוצר שעובר את הצרכים שלך. מצד שני, אתה לא רוצה לבזבז כסף על טיטניום שגם לא עונה על כל הצרכים שלך. עבור רבים, אלפא-ביתא טיטניום יש את כל המאפיינים הדרושים כדי להבטיח מוצר איכותי, תוך כדי שמירה על עלויות הייצור נמוכות ככל האפשר.

מהו אלפא-ביתא טיטניום?

טיטניום אלפא-ביתא הוא סגסוגת (טי סגסוגת), שהיא השילוב של שתי מתכות או יותר. התוצאה מביאה למוצר חזק יותר מכל מרכיבי האב. ידוע לסגסוגות טיטניום שני שלבים ראשוניים. אלו הם שלבי אלפא ובטא. השלבים הללו מחולקים עוד יותר לתת-קטגוריות כולל אלפא, ליד אלפא, בטא, קרוב לביתא, וכמובן זו שאנו הכי מתעניינים בה היום, אלפא ביתא. ההבדלים באוריינטציות של המולקולות בשלבים אלו הם שמקנים לסגסוגות טיטניום תכונות ייחודיות. שלב אלפא-ביתא מורכב ממולקולות אלפא ומולקולות ביתא שעברו טרנספורמציה. חשוב לציין כי סגסוגות טיטניום אלפא-ביתא קיימות במקביל ויש להן את היכולת לעבור עיבוד נוסף כדי להעניק מערך מגוון עוד יותר של מאפיינים שהופכים את המתכת הזו לאידיאלית עבור מגוון יישומים בתעשיות רבות. אלפא-ביתא טיטניום מכיל לעתים קרובות אלמנטים מתגזרים כגון אלומיניום או ונדיום ואלה מובילים לעמידות רבה בפני קורוזיה ושימוש בטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותם למועמדים מצוינים ליישומי תעופה וחלל.

המאפיינים של טיטניום שלב אלפא-ביתא

לטיטניום שלב אלפא-ביתא יש תכונות אטרקטיביות רבות שהופכות אותו למבוקש מאוד בתעשיית הייצור. אלו כוללים:

• ניתן לטיפול בחום
• רָתִיך
• עמיד בפני קורוזיה
• חוזק זחילה בטמפרטורה גבוהה עדיף מטיטניום טהור מסחרית, אבל לא ממש טוב כמו סגסוגות אלפא טיטניום
• יכולות יצירת קר עשויות להיות מוגבלות
• רצויות יכולות יצירת חם
• ניתן להשתמש ביצירת סופר-פלסטיק

הרצים הקדמיים של סגסוגות טיטניום שלב אלפא-ביתא

עד לאחרונה, סגסוגת הטיטניום הפאזה הנפוצה ביותר של אלפא-ביתא הייתה Ti-6Al-4V, הידועה גם כדרגה 5. סגסוגת מסוימת זו, בנוסף לטיטניום, מורכבת מ-6% אלומיניום, 4% ונדיום וכמויות עקבות של היסוד, ברזל. טיטניום שלב אלפא-ביתא זה כונה כ"סוס העבודה" של טיטניום ומסיבה טובה. יש לו חוזק מצוין, בהשוואה לטיטניום טהור מסחרית, אך עדיין שומר על הקשיחות והתכונות התרמיות החשובות כל כך. סגסוגת זו מציעה למשתמשים את הטוב משני העולמות ומעניקה לה יישומים שימושיים במספר תעשיות. זה מועיל ביותר לתעשיות הזקוקות למתכת קלת משקל, עמידה בחום, אך חזקה.

עם זאת, בבחירת סגסוגות טיטניום כדאי לדעת על סגסוגת טיטניום פאזה אלפא-ביתא פחות מוכרת הידועה כדרגה 9 או Ti-3-2.5 שהיא מתכת מעולה ממש לצד דרגה 5. דרגה 9 מורכבת מטיטניום, 3% אלומיניום, ו-2.5% ונדיום. זה הרבה יותר חזק מטיטניום טהור מסחרית וקל יותר לעבוד איתו מדרגה 5, בעיקר בגלל העובדה שניתן לעבוד איתו קר. תכונות נוספות שמובילות לכך שהיא סגסוגת קלה יותר לעבודה היא שדרגה 9 מספקת גמישות טובה, חוזק מתון ועמידות מעולה בפני קורוזיה. שתי סגסוגות אלפא-ביתא הן מובילות, אבל אם כיתה 9 יכולה להתאים לצרכים שלך, היא הרבה יותר חסכונית מכיתה 5.

מהן עוד כמה אלפא, בטא או אלפא-ביטא סגסוגות טיטניום?

• טיטניום 15-3-3-3 (Ti 15-3) הוא סגסוגת טיטניום בטא יציבה
• טיטניום 6-2-4-2 (Ti 624) הוא סגסוגת טיטניום כמעט אלפא
• טיטניום בטא 21S (Ti 21s) היא אחת מסגסוגות הטיטניום בטא שפותחו כמו על חומר תעופה וחלל עמיד בפני חמצון

לאילו יישומים סגסוגות טיטניום אלפא-ביתא עובדות טוב?

סגסוגות אלפא-ביתא בעלות תכונות טיטניום מסוימות המאפשרות להן לעבוד היטב עבור ייצור מוצרים במגוון תעשיות. התעשיות הנפוצות ביותר כוללות עיבוד כימי, תעופה וחלל, רפואה וימית. מוצרים ספציפיים שבהם נעשה שימוש בסגסוגות טיטניום אלפא-ביתא כוללים בין היתר:

• קוצבי לב רפואיים
• צינורות הידראוליים
• טורבינות מטוסים ורכיבי חלת דבש מבניים
• מחברים המשמשים בתעופה וחלל
• חלקי מנוע
• חלקי רכב
• ציוד ספורט מגוון כולל מועדוני גולף
• מַפּוּחַ

כפי שאתה יכול לראות סגסוגות טיטניום אלפא-ביתא, במיוחד דרגה 9 היא דרך מצוינת לספק את האיכות המרבית ללקוחות תוך חיתוך עלויות ככל האפשר בהשוואה לטיטניום טהור מסחרית.

לטיטניום יש שימושים נרחבים בתעופה וחלל, פטרוכימיה וסגסוגת לא בגלל המקום התשיעי שלו ברשימת השפע של האלמנט, אלא בגלל יחס חוזק-משקל יוצא דופן שלו ועמידות בפני קורוזיה.

ישנן 38 דרגות של טיטניום, כאשר עליות במספרי הציונים עומדות ביחס הפוך לאיכות המתכת. ניתן להסיר זיהומים מטיטניום לא טהור, ומתכות אחרות להוסיף ליצירת שלוש הקבוצות של סגסוגות טיטניום: אלפא, בטא ואלפא-ביתא, כאשר אלפא-ביתא ממשיכה להיות הסגסוגת הנפוצה ביותר.

מהו טיטניום טהור מסחרית?

טיטניום טהור מסחרית הוא טיטניום בעל חוזק בינוני המכיל מינימום של 99% טיטניום טהור. ישנן ארבע דרגות טהורות מסחריות של טיטניום, דרגות 1-4. במקום שבו דרגות הטיטניום אלפא, בטא ואלפא-ביתא מכילות מספר אלמנטים מתגזרים, טיטניום טהור מסחרי (Ti) הוא בדיוק מה שזה נשמע, טיטניום טהור ולא סגסוגת מלבד השינויים של פחות מ-1% בכימיה בין ארבעת הציונים הטהורים מבחינה מסחרית.

מהן כמה דוגמאות לטיטניום טהור מבחינה מסחרית?

טיטניום לא ממוסג (CP Ti) פועל מדרגה א' עד ארבע וכולל בין 99.999% ל-99% טיטניום. כיתה ה' ואילך נופלים בסגסוגות של טיטניום.

• טיטניום דרגה 1 (Ti 35A) הוא הראשון מבין ארבע ציוני טיטניום טהור מסחרית. לדרגה זו יש את יכולת הצורה הגדולה ביותר והיא הרקיעה ביותר.
• טיטניום דרגה 2 (Ti 40A) הוא דרגה טהורה מסחרית מעט חזקה יותר מדרגה 1 אך עם עמידות בפני קורוזיה דומה.
• טיטניום דרגה 3 (Ti 55A) מציע תכונות מכניות מעט גבוהות יותר מאשר דרגה 2.
• טיטניום דרגה 4 (75A) הוא טיטניום טהור טהור ללא סגסוג בעל החוזק הגבוה ביותר עם חמצן גבוה וחוזק גבוה במיוחד.

מהם השימושים הנפוצים לטיטניום טהור מבחינה מסחרית?

טיטניום טהור מסחרית (CP Ti) ורוב הסגסוגות שלו הם בעלי צפיפות של 60% מצפיפות הפלדה אך שומרים על חוזק הפלדה. שילוב זה של צפיפות נמוכה, חוזק ומאפייני ריתוך יוצר שימושים מרובים בטיטניום. CP Ti וסגסוגותיו מתנגדים גם לקורוזיה לאחר חשיפה לתנאים קשים כגון מי ים מלוחים המעניקים לו ייעוד בתעשיות שונות.

נראה שהיישומים של CP Ti וסגסוגותיו חופפים בעיקר לשימושים בחלל. אבל לטיטניום לא מגוגת יש שימושים ברכיבים מתוחכמים בשל יכולת הצורה שלו בעוד לסגסוגות יש יישומים בחלקים הדורשים חוזק.

לטיטניום טהור יש שימושים נרחבים בארכיטקטורה, התפלה, עיבוד פחמימנים, רכיבי רכב, ציוד כירורגי, שתלים אנושיים ותעופה וחלל. המוצרים העשויים מטיטניום טהור ביישומים אלה דורשים יכולת עיבוד גבוהה שסגסוגות אינן יכולות לספק.

עם זאת, ביישומים כגון תעופה וחלל, לסגסוגות יש שימושים במסגרות אוויר וטורבינות חיצוניות שבהן עמידות וחוזק חשובים יותר מאשר יכולת הצורה.

אז עכשיו בואו נשווה את שתי הגרסאות

מהם היתרונות של שימוש בטיטניום שלב אלפא-ביתא על פני טיטניום טהור מבחינה מסחרית?

כשמדובר בבחירה בין טיטניום שלב אלפא-ביתא לטיטניום טהור מסחרית, שלב אלפא-ביתא מציע יתרונות ברורים כולל:

סוג זה של סגסוגת טיטניום עשוי לעבור טיפול בחום על מנת להגביר את החוזק הכולל שלה.
הוא מסוגל לשמש בבנייה מרותכת בטמפרטורות של עד 600 מעלות פרנהייט.
החוזק הגבוה שלו, אך תכונותיו קלות המשקל בשילוב עם עמידות גבוהה בפני קורוזיה מציעים את השילוב האידיאלי.

נקודת ההבדל העיקרית היא שסגסוגות טיטניום שלב אלפא-ביתא חזקות הרבה יותר ממקבילותיהן הטהורות. סוגים אלה של סגסוגות טיטניום מציעים גם גמישות נוספת, גמישות, ריתוך ופוטנציאל ייצור מוגבר. היכולת לעמוד בטיפולי חום היא בהחלט בונוס נוסף של סגסוגות אלו. סגסוגות שלב אלפא-ביתא מסוגלות להביא את כל התכונות הללו לשולחן מבלי להקריב את הקשיחות והתכונות התרמיות של טיטניום טהור. טיטניום דרגה 9, למשל, מכיל חוזק איפשהו בין טיטניום דרגה 4 טהור מסחרי לטיטניום דרגה 5, תוך שהוא מסוגל לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר מהציונים הטהורים מבחינה מסחרית.

מה טיטניום טהור מבחינה מסחרית מביא לשולחן שסגסוגות טיטניום לא עושות?

לחלופין, היתרונות של CP Ti על פני הסגסוגות שלו המיוצרות על ידי טיפול בחום הם משמעותיים אך מהווים רשימה קצרה למדי. כיתה טיטניום טהור הוא רך יותר, בעל צפיפות מתכת נמוכה, הוא רקיע יותר וניתן לצורה יחסית בהשוואה לסגסוגות שלו. כמו כן, לוחות, מוטות ומוטות טיטניום – שהם דרגות א', שתיים ושלוש בהתאמה – הם בעלי עמידות בפני קורוזיה גבוהה יחסית.

בעוד שהסגסוגות מתהדרות בגמישות ובחוזק גבוה, טיטניום ללא סגסוג מתגאה בגמישות, בהיותה ניתנת לריתוך וניתנת לעיצוב, כל המאפיינים לא ניתן למצוא בקלות בסגסוגות. תכונות אלו הופכות את CP Ti למועמד מעולה בייצור רכיבים מתוחכמים, וגם מעניקות לו יישומים רבים שבהם סגסוגות טיטניום אלפא-ביתא לא יהיו זכאיות.

בדרך כלל, לטיטניום טהור יכולת עיבוד טובה יותר בהשוואה לסגסוגות שלו. בהתחשב ביתרונותיו, טיטניום טהור צריך לחול במקרים בהם יש הרבה עיבוד חומרים מה שהופך את המשיכות והריתוך לחשיבות. במקרים כאלה אסור שהגמישות וחוזק המתכת יהיו בעלי מהות גדולה. עם זאת, אין לבלבל בין החוזק הפחות ב-CP Ti לבין עמידות נמוכה. טיטניום טהור מספק חיי מוצר ארוכים.

עכשיו בואו נסתכל על שתי הגרסאות ביחד

באילו תעשיות משתמשים בטיטניום בפאזה אלפא-ביתא וגם בטיטניום טהור מבחינה מסחרית?

להלן תעשיות המשתמשות ב-CP Ti ובסגסוגת האלפא-ביתא שלו ללא סדר מסוים:

• תעשיית התעופה והחלל: יישומי תעופה וחלל של טיטניום הם השימושים העתיקים ביותר של האלמנט. המבנה המתכתי של טיטניום וסגסוגות הבטא שלו זוכה להעדפה בכך שהוא קל, עמיד ועמיד.
• תעשיית דלק וכימיקלים: העמידות של טיטניום הופכת את התעשייה הפטרוכימית לאחד מהמשתמשים המשמעותיים ביותר שלה. טיטניום עמיד בפני קורוזיה אפילו על ידי חמצון חומצות, מה שהופך אותו ליצרן ציוד כימי אידיאלי.
• תעשייה רפואית: תעשייה זו נהנית מהיכולת של טיטניום להתנגד לתגובה עם בשר ועצמות אדם. חובשים יכולים, לפיכך, לייצר מכשירים רפואיים ושתלים הניתנים לשימוש על אורגניזמים חיים.
• תעשייה ימית: ציוד ימי המבלה חלק ניכר מחיי המוצר שלו במים נהנה מטיטניום וסגסוגות אלפא, שכן הוא מספק שנים של שירות תוך השפעה פעילה על עמידות בפני קורוזיה הנגרמת על ידי מי הים.

מהן כמה מהיישומים הנפוצים ביותר לטיטניום?

בתעשיות הנ"ל, לטיטניום יש שימושים רבים ב:

• שלדות תעופה: מטוסים ומטוסי חמקן דורשים גופים קלים, עם יכולת לעמוד בתנאי מזג אוויר קשים – בדיוק מה שהטיטניום בטא פאז (במיוחד Ti 6Al-4V) מספק. יישומים אחרים של סגסוגות Ti וטיטניום טהור המיוצרים בחישול ואקום מתמשך הם בטורבינות של מטוסים, מחברים לתעופה וחלל ורכיבים מבניים אחרים של מטוסים. כלי נשק כמו טילים ושריון מגן משתמשים גם בטיטניום
• מנועים: רכיבי מנוע הפועלים בטמפרטורות גבוהות משלבים בדרך כלל סגסוגות ניקל. אבל ניקל כבד ולא מתאים למשל במנועי סילון. CP Ti וטיטניום פאזה אלפא-ביתא ממלאים את הפער על ידי מתן רכיבים קלים הפועלים אפילו בטרנסוס בטא (7000C עד 10500C).
• מכשור רפואי: לטיטניום דרגה 23 יש שימושים רבים בעולם הרפואי. פינים, כבלים וברגים אורטופדיים דורשים טיטניום. ציוד כירורגי, כולל סיכות, קפיצים, החלפות מפרקים ומקבעי עצם, כולם משתמשים ב-Ti 6AL-4V ELI, סגסוגת אלפא ביתא טיטניום.
• תחנות לייצור חשמל: תחנות כוח דורשות קירור מתמיד. מעבים טיטניום יכולים לשרוד מים מליחים כאמצעי קירור במשך שנים, משהו שחומרי צינורות אחרים אינם עושים זאת.
• צינורות חיפוש נפט: חיפושים בים עמוקים מצריכים צינורות אור בעלי יכולת לסבול את המים המלוחים בים. טיטניום שלב אלפא מתאים כמועמד המושלם של חומר צינור כזה.

באילו דרכים חדשניות משתמשים בטיטניום בפאזה אלפא-ביתא ובטיטניום טהור מבחינה מסחרית?

חובבי טיטניום רודפים אחרי יוזמות חדשניות כדי להעניק למתכת שימושים חדשים. כמה יישומים חדשים ומסקרנים נמצאים ב:

• רכב: אופני מירוץ ומכוניות בעלות ביצועים גבוהים משתמשים בטיטניום עבור חלקי מנוע, אגזוזים וקפיצים. העלות גבוהה יחסית, אבל חיי המוצר והביצועים הם המובילים במשחק.
• כוננים קשיחים: כוננים קשיחים של מחשבים מסורתיים משתמשים באלומיניום. טיטניום מספק חומר טוב עוד יותר בהתחשב בכך שהוא קל, והתכונות הלא-מגנטיות שלו גורמות לו לא לחסום את אחסון הנתונים.
• חומרים מרוכבים: טיטניום מכיל תאימות מרוכבים מעולה, מה שהופך אותו לרכיב מתאים ברכיבים מרוכבים של מטריצות מתכת.
• תכשיטים ומסגרות של שעונים, שעונים ומשקפיים.
• רכיבי תחנת כוח גיאותרמית הפועלים בטמפרטורות גבוהות.
• שתלים כירורגיים ייחודיים המאפשרים המשך צמיחת עצמות ורקמות.

והנה יש לך את זה. אם אתה עדיין תוהה איזו גרסה של טיטניום מתאימה לפרויקט הבא שלך, אל תהסס לפנות אלינו עם שאלתך והצוות המטלורגי שלנו ישמח להפוך את החלום שלך למציאות.