Titanyum, periyodik tablodaki kimyasal sembolü Ti ve atom numarası 22 olan önemli bir metalik elementtir. Gümüş-beyaz metalik parlaklığa sahiptir ve yüksek erime noktası, düşük yoğunluk, yüksek mukavemet ve güçlü süneklik gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Titanyum önemli bir endüstriyel malzemedir. Titanyum hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız lütfen aşağıdaki okumaya devam edin!
Titanyum için Başka Bir Dönem
Titanyumun düşük yoğunluk, güçlü süneklik ve güçlü korozyon direnci gibi birçok olağanüstü avantajı vardır; bu nedenle "mucize metal", "uzay metali" veya "deniz metali" olarak da bilinir.
Titanyumun Tarihi
1791 yılında İngiltere'de amatör bir jeolog tarafından titanyum keşfedildi. William Gregory. 1795 yılında Alman kimyager Klaproth, Yunan mitolojisindeki Titan tanrılarının ismine atıfta bulunarak bu yeni elemente “Titanyum” adını verdi. Amerikalı kimyager Hunter, TiCl'yi sodyumla indirgeyerek %1910 saf titanyum metalini ilk kez 99.9'da elde etti. 1940 yılında Lüksemburglu bilim adamı Kroll da magnezyum indirgeme yöntemini kullanarak saf titanyum üretti. O zamandan beri hem magnezyum indirgeme yöntemi hem de sodyum indirgeme yöntemi, titanyum üretimi için endüstriyel işlemler haline geldi.
Titanyumun Rengi
Titanyum metali, gümüş-beyaz veya gümüş-gri parlaklığa sahip, çelik görünümündedir ve bir geçiş metalidir.
Titanyum Nelerden Yapılmıştır?
Titanyum geniş bir alana dağılmış olup, yerkabuğunun yaklaşık %0.44'ünü oluşturur ve tüm kayalarda, kumlarda, kilde ve diğer topraklarda bulunur. Ancak titanyum oksijenle kolaylıkla reaksiyona girdiği için doğada saf titanyum bulunmaz; esas olarak titanyum dioksit formunda bulunur. Titanyum cevherleri başlıca ilmenit ve rutil içerir ve bu minerallerin saflaştırılmasıyla saf titanyum elde edilebilir.
Titanyum Nasıl Yapılır?
Titanyum genellikle kullanılarak üretilir. Kroll süreci. İlk olarak titanyum cevheri ısıtılarak sıvı titanyum tetraklorür (TiCl4) üretilir. Daha sonra saflaştırma, ayrımsal damıtma kullanılarak yapılır. Damıtma işleminden sonra erimiş magnezyum ilave edilerek “sünger” formuna indirilir. Sünger daha sonra çubuklar, plakalar, tabakalar ve tüpler gibi çeşitli mekanik ürünlere işlenen külçeler oluşturmak üzere eritilir. Son olarak bu mekanik ürünler daha fazla işlenip şekillendirilir ve ürünü optimize etmek için gerektiği kadar yüzey işlemi uygulanır.
Ana Titanyum Çeşitleri Nelerdir?
Titanyumun α fazı ve β fazı olmak üzere iki tip polimorfik yapısı vardır. Titanyumun polimorfik özelliklerine dayanarak, titanyum alaşımları aşağıdaki üç ana kategoriye ayrılabilir: α titanyum alaşımları, β titanyum alaşımları ve α+β titanyum alaşımları.
Alfa Titanyum Alaşımı
Alfa titanyum alaşımları ayrıca tam alfa alaşımları ve alfaya yakın alaşımlar olarak ikiye ayrılır. Alfa fazlı katı çözeltiden oluşan tek fazlı alaşımlardır. İyi soğuk ve sıcak çalışma özellikleri, kararlı yapı ve güçlü oksidasyon direnci sergilerler.
Beta Titanyum Alaşımı
Beta titanyum alaşımları ayrıca kararlı beta alaşımları, yarı kararlı beta alaşımları ve betaya yakın alaşımlar olarak ikiye ayrılır. Beta fazlı katı çözeltiden oluşan tek fazlı alaşımlardır ve mükemmel dayanım özellikleri sergileyerek yüksek düzeyde dayanıma ulaşırlar. Ayrıca güçlü korozyon direncine ve kaynaklanabilirliğe sahiptirler.
α+β (Alfa+Beta) Titanyum Alaşımı
Kararlı yapı, iyi tokluk, iyi esneklik ve yüksek sıcaklıkta deformasyon direnci dahil olmak üzere iyi kapsamlı özelliklere sahip iki fazlı bir alaşımdır. Alaşım, sıcak presleme, su verme ve yaşlandırma işlemleri gibi işlemlerle güçlendirilebilir.
Titanyumun Ortak Sınıfları Nelerdir?
Sınıf 1
Grade 1 ticari saf titanyum, titanyumun en yumuşak ve en esnek türüdür. Maksimum şekillendirilebilirlik, mükemmel korozyon direnci ve yüksek darbe dayanıklılığı sunar. Şekillendirme kolaylığı gerektiren uygulamalarda tercih edilen malzeme olup, havacılık, otomotiv ve enerji üretim endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sınıf 2
Grade 2 ticari saf titanyum, orta derecede mukavemet ve mükemmel soğuk şekillendirme özelliklerine sahip, en yaygın olarak kullanılan ticari saf titanyumdur. Diğer ticari saf titanyum kaliteleriyle karşılaştırıldığında Grade 2 titanyum, Grade 3'ten biraz daha zayıftır ancak Grade 1'den daha güçlüdür ve yine de korozyon direnci sunar. Korozyona karşı dayanıklılığı nedeniyle denizcilik, tıp, enerji üretimi ve petrol endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sınıf 3
3. sınıf titanyum, ticari saf titanyum kaliteleri arasında en az kullanılanıdır ancak değerini azaltmaz. Yüksek mukavemete, iyi korozyon direncine ve kaynaklanabilirliğe sahiptir. Mukavemeti Grade 1 ve Grade 2'ye göre daha yüksektir ancak sünekliği diğer iki kaliteye göre daha düşüktür. Denizcilik endüstrisinde, havacılıkta ve kimyasal işleme endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır.
Sınıf 4
4. sınıf titanyum, mükemmel korozyon direnci, iyi şekillendirilebilirliği ve kaynaklanabilirliği ile bilinen, ticari saf titanyum kaliteleri arasında en güçlüsü olarak kabul edilir. Havacılık, kimyasal işleme ve tıp endüstrilerinde uçak gövdesi yapıları, ısı eşanjörleri, cerrahi donanım vb. uygulamalar için yaygın olarak kullanılır.
Sınıf 5 veya Ti 6Al-4V
Ti5Al-6V olarak da bilinen Grade 4 titanyum, titanyum alaşımlarının "işgücü" olarak anılır ve tüm titanyum alaşımları arasında en yaygın kullanılanıdır ve toplam küresel titanyum kullanımının %50'sini oluşturur. Bu alaşım hafifliği, son derece yüksek mukavemeti, ısı direnci, korozyon direnci ve şekillendirilebilirliği ile karakterize edilir. Bu nedenle havacılık endüstrisinde motor, yapısal bileşen ve bağlantı elemanı imalatında oldukça tercih edilmektedir.
Derece 6 veya Ti 5Al-2.5Sn
6. sınıf titanyum son derece güçlü bir stabiliteye sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda bile iyi kaynaklanabilirlik ve mukavemeti korur. Aynı zamanda mükemmel işlenme özellikleri sergiler. Türbin motoru gövdeleri, uçak bileşenleri ve kimyasal işleme parçaları için yaygın olarak kullanılır.
Sınıf 7
7. derece titanyum, aralık korozyonuna karşı direnç yeteneğini artıran ara eleman paladyumun (%2 ila %0.12 aralığında) eklenmesi dışında Derece 0.25 titanyuma benzer. Sınıf 7 ayrıca mükemmel kaynaklanabilirlik sergiler ve tüm titanyum alaşımları arasında korozyona en dayanıklı olanıdır. Kimyasal üretimde, deniz suyunun tuzdan arındırılmasında ve enerji üretiminde yaygın olarak kullanılır.
Sınıf 11
CP Ti-11Pd olarak da bilinen Grade 0.15 titanyum, korozyon direncini arttırmak için az miktarda paladyum ilavesiyle Grade 1 ve Grade 2'ye benzer ticari saf bir titanyumdur. Klorür ortamlarında çatlak korozyonunu önlemek ve asitleri azaltmak için kullanılabilir. 11. Sınıf titanyum aynı zamanda yüksek süneklik, soğuk şekillendirilebilirlik, kullanışlı güç, darbe dayanıklılığı ve mükemmel kaynaklanabilirlik sergiler. Kimyasal işlemlerde ve ısı değiştiricilerde yaygın olarak kullanılır.
Sınıf 12 veya Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Ti 12 Mo 0.3 Ni olarak da bilinen 0.8. sınıf titanyum, az miktarda nikel ve molibden içeren, korozyona oldukça dayanıklı bir alaşımdır. Bu elementler korozyon direncini arttırır ve alaşım mukavemetini arttırır. Genellikle gemiler veya açık deniz sondaj platformları gibi uygulamalarda kullanılır.
Sınıf 23 veya Ti 6AL-4V ELI
Ti 123Al-6V ELI olarak da bilinen 4. sınıf titanyum, yüksek süneklik, yüksek mukavemet, hafiflik, korozyon direnci ve yüksek tokluk ile karakterize edilir. Dental ve tıbbi uygulamalar için tercih edilen seçimdir.
Hangi Titanyum Sınıfı En İyisidir?
Grade 5 (Ti 6Al-4V) titanyum, titanyum talebinin yarısını oluşturduğu için “işgücü” olarak bilinir. Çok çeşitli arzu edilen özellikleri nedeniyle en yaygın kullanılan titanyum kalitesi haline gelmiştir. 5. Sınıf titanyum, yüksek mukavemete, yüksek sünekliğe, güçlü korozyon direncine, mükemmel termal stabiliteye sahiptir ve işlenmesi ve şekillendirilmesi kolaydır, bu da onu havacılık ve denizcilik gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
Titanyumun Maliyeti Nedir?
Ticari saf titanyumun maliyeti kilogram başına yaklaşık 23-25 dolar iken, titanyum alaşımlarının maliyeti kilogram başına yaklaşık 27-30 dolardır.
En Ucuz Titanyum Sınıfı Hangisidir?
Şu anda, Grade 1 titanyumun fiyatı, esas olarak özel uygulama gereksinimlerine ve pazar tedarik koşullarına bağlı olarak nispeten daha ucuzdur.
Eloksallama için Hangi Sınıf Titanyum Kullanılır?
Eloksal işlemi için hem Sınıf 2 hem de Sınıf 3 titanyum kullanılabilir.
Titanyumun Özellikleri Nelerdir?
Aşağıda titanyumun fiziksel ve kimyasal özellikleri verilmiştir:
Fiziksel Özellikleri
Yoğunluk: 4.5 gram/santimetreküp
Renk: Gümüş-beyaz metalik parlaklık
Güç: Titanyumun gücü, titanyumun derecesine ve alaşım elementlerinin konsantrasyonuna bağlıdır.
Bolluk: Titanyum, yerkabuğunda en çok bulunan dokuzuncu elementtir ve neredeyse tüm kayalarda ve çökeltilerde bulunur.
Sıcaklık dayanımı: Titanyum, paslanmaz çelik ve alüminyuma kıyasla daha yüksek ve daha düşük sıcaklıklara dayanabilir.
Süneklik: Titanyumun sünekliği %6 uzama (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) ile %25 (ticari olarak saf Sınıf 1) arasında değişir.
Kimyasal Özellik
Oksidasyon: Yüksek oksidasyon potansiyeli nedeniyle titanyum doğada saf halde bulunmaz, kayalarda ve minerallerde oksitler halinde bulunur.
Reaktivite: Yüksek sıcaklıklarda asitlerle ve halojenlerle reaksiyona girer ancak alkalilerle hiç reaksiyona girmez.
Korozyon Direnci: Titanyum, asitler, alkaliler ve deniz suyundan kaynaklanan korozyona karşı son derece güçlü bir korozyon direncine sahiptir, çünkü oksijen molekülleri titanyum ile birleşerek titanyum oksit oluşturur.
İşlenebilirlik: Çubuklar, levhalar, borular vb. gibi çeşitli şekillerdeki ürünlere işlenmesi kolaydır.
Titanyum Metal İmalat Süreci
Kroll işlemi ham titanyumu titanyum metaline dönüştürmek için kullanılır. Bu sürecin adımları ekstraksiyon, saflaştırma, sünger üretimi, alaşım üretiminin yanı sıra şekillendirme ve şekillendirmeyi içerir.
Çıkarma
İlmenit ve rutil gibi ham cevherlerden yüksek tenörlü konsantreler çıkarılarak işlenmek üzere fabrikalara gönderilir. Demir içeriğini çıkarmak için yapılan ön işlemden sonra ilmenit, klor ve karbon içeren akışkan yataklı bir reaktöre yerleştirilir ve 900°C'ye ısıtılır. Kimyasal reaksiyon sırasında karbon monoksit ile birlikte titanyum tetraklorür üretilir. Titanyum tetraklorür, titanyum dioksit hazırlamak için çıkarılması gereken yabancı maddeleri içerir.
arıtma
Titanyum tetraklorür, saflaştırma için yüksek sıcaklıkta vakumlu damıtma işlemine tabi tutulur. Ekstraksiyon işlemi sırasında üretilen metal, büyük damıtma tanklarında ısıtılır. Saflaştırma işlemi, safsızlıkları ayırmak için fraksiyonel damıtma ve çökeltme kullanır. Çeşitli elementlerin kaynama noktalarının farklı olması nedeniyle damıtma işlemi sırasında çeşitli elementler kaynama noktalarına ulaştıklarında uzaklaştırılır. Çıkarılan safsızlıklar arasında vanadyum, silikon, magnezyum, zirkonyum ve demir bulunur.
Sünger Oluşumu
Sünger oluşumu ile saflaştırılmış titanyum tetraklorür sıvı halde paslanmaz çelik reaksiyon kaplarına dökülür. Magnezyum eklenir ve karışım, magnezyum klorür üretmek üzere klor ile reaksiyona girmek üzere 1100°C'ye ısıtılır. Argon gazı havayı uzaklaştırmak için pompalanır, böylece oksijen ve nitrojenle reaksiyonlar önlenir. Üretilen titanyum sondaj yoluyla ekstrakte edilir ve fazla magnezyum ve magnezyum klorürün uzaklaştırılması için su ve hidroklorik asit karışımı ile işlenir. Ortaya çıkan titanyum sünger formundadır.
Alaşım Oluşturma
Saf sünger titanyum, alaşım üretmek için çeşitli alaşımlar ve hurda metallerle karıştırılır. Metaller uygun oranlarda eritilip karıştırıldıktan sonra parçalar sıkıştırılır ve kaynak yapılarak sünger elektrotlar oluşturulur. Bunlar, çeşitli endüstriyel ve ticari ürünler halinde daha ileri işlemler için külçeler oluşturmak üzere bir vakum ark fırınında eritilir.
Şekillendirme ve Şekillendirme
Külçeler fırından çıkarılır, incelenir, paketlenir ve titanyum alaşımlı ürünlerin üretimi için taşınır. Her külçenin özellikleri, müşteri gereksinimlerini karşıladıklarından emin olmak için incelenir. Külçeler, ürün imalat sürecinde kaynak, şekillendirme, döküm, dövme ve toz metalurjisi gibi farklı işlemlerden geçer.
Titanyumun Faydaları Nelerdir?
Yüksek güç
Titanyum mükemmel bir güce sahiptir ve bu onu periyodik tablodaki en güçlü metallerden biri yapar. Düşük yoğunluğu nedeniyle titanyum aynı zamanda çok hafiftir.
Korozyon Direnci
Titanyum oksijenle kolayca reaksiyona girerek yüzeyinde ince bir oksit tabakası oluşturur ve bu da doğal korozyon direnci sağlar.
Biouyumluluk
Titanyum toksik değildir ve hem insanlarla hem de hayvanlarla biyolojik olarak uyumludur. Bu nedenle titanyum tıp ve dişçilik endüstrilerinde sıklıkla kullanılmaktadır.
Düşük Termal Genleşme Katsayısı
Titanyumun düşük bir termal genleşme katsayısı vardır, bu da aşırı sıcaklıklarda minimum genleşme ve büzülmeye neden olur ve bu da daha yüksek yapısal stabiliteye yol açar.
Yüksek Erime Noktası
Titanyumun son derece yüksek bir erime noktasına (yaklaşık 1668°C) sahip olması, onu dökümhaneler ve türbin jet motorları gibi yüksek sıcaklık uygulamaları için son derece uygun hale getirir.
Mükemmel Üretim Olanakları
Titanyum çok güçlü bir metal olmasına rağmen aynı zamanda yumuşak ve esnektir. Bu, titanyum bileşenlerin çeşitli üretim süreçleri kullanılarak üretilmesine olanak tanır.
Titanyumun Sınırlamaları Nelerdir?
Pahalı
Titanyum nadir bir metal olarak kabul edilir ve saflaştırılması hem pahalı hem de karmaşıktır.
Şekil Verilmesi Zor
Onu kullanışlı biçimlere dönüştürmek için gelişmiş makinelere ve özel ekipmanlara ihtiyaç vardır.
Yüksek Sıcaklıklarda Tepki Verir
Bu, saf titanyum ve titanyum alaşımlarının üretimini hantal ve oldukça kontrollü hale getirir. Titanyum üretimi sıkı bir şekilde kontrol edilen anaerobik ortamlarda gerçekleştirilmelidir.
Zayıf Isı İletkenliği
Titanyum, termal iletkenliği zayıf olan ve işlenmesini zorlaştıran bir malzemedir.
Titanyumun Uygulama Alanları Nelerdir?
Uzay
Titanyum alaşımları şu şekilde değerlenir: havacılık Yüksek mukavemet-yoğunluk oranı, korozyon direnci ve orta dereceli sıcaklıklara akma olmadan dayanabilme yetenekleri nedeniyle endüstride tercih edilmektedir.
Otomotiv
Titanyum, düşük yoğunluğu, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, korozyon direnci ve ısı direnci nedeniyle otomotiv endüstrisinde tercih edilmektedir.
Sanayi
Titanyum, yüksek mukavemeti, korozyon direnci, hafifliği ve dayanıklılığı nedeniyle endüstriyel ortamlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulamaları arasında ısı eşanjörleri, vanalar, borular ve bağlantı çubukları bulunur.
Tıbbi
Titanyum toksik değildir ve insan kemikleriyle biyouyumlu olduğundan tıbbi uygulamalar için oldukça uygundur. Kemik entegrasyonu için doğal özelliklere sahiptir ve 30 yıldan fazla dayanabilen diş implantlarında kullanılabilir, bu da ortopedik implant uygulamalarında da faydalıdır.
Titanyum Metalin Sağlık ve Çevresel Etkileri
Titanyumun Sağlığa Etkileri
Titanyum metali mükemmel biyouyumluluğa sahip biyouyumlu bir malzemedir ve toksik değildir. Yaygın olarak tıbbi aletlerde ve implantlarda kullanılır ve insan vücuduna zararlı etkileri yoktur.
Titanyumun çevresel etkileri
Titanyum toksik maddeler salmaz, böylece olumsuz çevresel etkilerden kaçınılır. Ancak titanyumun üretim prosesi sırasında bir miktar atık veya egzoz emisyonu oluşabilmektedir. Bununla birlikte, etkili yönetim ve proaktif arıtma tedbirleriyle çevresel etki mümkün olan en büyük ölçüde en aza indirilebilir.
FAQs
Titanyum Paslanmaya Karşı Dayanıklı mı?
Evet, titanyum alaşımları mükemmel korozyon direncine sahiptir ve birçok kimyasalın aşınmasına dayanabilir.
Titanyum Manyetik midir?
Genel olarak konuşursak, saf titanyum tipik olarak manyetik değildir çünkü saf titanyumun kristal yapısı manyetizmayı desteklemez. Ancak bazı titanyum alaşımları, alaşım elementlerinin türüne ve konsantrasyonuna bağlı olarak manyetizma sergileyebilir.
Titanyum Kurşun Geçirmez mi?
Evet, titanyumun tabancalar ve av tüfekleri için kurşun geçirmezlik özelliği vardır, ancak askeri sınıf ekipmanlar için titanyum kurşun geçirmez değildir.
Titanyum ve Alüminyum Arasındaki Fark Nedir?
Malzeme Özellikleri
Titanyum, titanyumdan daha yüksek mukavemete ve korozyon direncine sahiptir. alüminyumAlüminyumdan daha hafif olmakla birlikte daha maliyetlidir. Alüminyum, iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahip, titanyuma kıyasla daha düşük maliyetli, hafif bir metaldir.
Uygulamalar
Titanyum, havacılık ve tıbbi cihazlar gibi yüksek mukavemet ve korozyon direnci gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Alüminyumun havacılık, otomotiv, inşaat ve elektronik dahil olmak üzere daha geniş bir uygulama yelpazesi vardır.
İşleme Zorluğu
Daha yüksek mukavemeti ve korozyon direnci nedeniyle titanyumun işlenmesi daha zordur ve daha yüksek düzeyde işleme ekipmanı ve teknikleri gerektirir. Buna karşılık, alüminyumun işlenmesi nispeten kolaydır ve geleneksel yöntemler kullanılarak işlenebilir ve şekillendirilebilir.
3D Baskı için Hangi Sınıf Titanyum Kullanılır?
Ti-5Al-6V olarak da bilinen Grade 4 titanyum, mükemmel güç-ağırlık oranı ve biyouyumluluğu nedeniyle 3D baskıda yaygın olarak kullanılır.
Sonuç
Bu makalede titanyumun ne olduğu, gelişim tarihi, titanyum çeşitleri, titanyum kalitelerinin sınıflandırılması, özellikleri hakkında temel bilgiler vb. tanıtılmaktadır. Titanyum alaşımlarının oluşum süreci öncelikle Kroll yöntemi kullanılarak açıklanmakta, titanyumun avantaj ve dezavantajları anlatılmaktadır. ve uygulama alanları.
Titanyum hakkında daha fazla bilgi edinmek veya özelleştirilmiş ürün gereksinimleriniz varsa lütfen web sitemizi ziyaret edin.