تیتانیومو آلومینیوم با چگالی کم، استحکام ویژه بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی مشخص میشوند و به طور گسترده در بخشهایی مانند هوافضا، حملونقل، ساخت خودرو و صنایع شیمیایی قابل استفاده هستند.
در مهندسی مدرن، شرایط عملیاتی سختی که بر روی قطعات قرار میگیرد، چالشهای بیشتری را در رابطه با عملکرد خدمات ایجاد کرده است، در نتیجه توسعه و کاربرد ساختارهای مرکب را هدایت میکند. اجزای کامپوزیت ساخته شده از آلیاژهای تیتانیوم و آلومینیوم امکان استفاده بهینه از ویژگی های عملکرد هر دو ماده را فراهم می کند.
تفاوت های قابل توجه در خواص ترموفیزیکی و مکانیکی تیتانیوم و آلومینیوم، فرآیند جوشکاری را مستعد مسائلی مانند تخلخل و ترک می کند. شایان ذکر است، تشکیل ترکیبات بین فلزی ناشی از واکنشهای متالورژیکی یکی از دلایل اصلی کاهش عملکرد در اتصالات غیر مشابه Ti/Al است.
پس دلایل دشواری جوش تیتانیوم به آلومینیوم چیست؟
**آلومینیوم و تیتانیوم به راحتی با اکسیژن واکنش می دهند**
1. آلومینیوم با اکسیژن واکنش می دهد تا یک فیلم اکسید Al2O3 متراکم و نسوز با نقطه ذوب تا 2050 درجه تشکیل دهد. این لایه از اتصال دو فلز پایه جلوگیری می کند و جوش را مستعد آخال ها می کند.
2. تیتانیوم در دمای 600 درجه شروع به اکسید شدن می کند. اکسیداسیون با افزایش دما تشدید می شود و TiO2 (دی اکسید تیتانیوم) تشکیل می شود. این یک لایه میانی شکننده در داخل جوش ایجاد میکند و باعث کاهش انعطافپذیری و چقرمگی میشود.
**آلومینیوم و تیتانیوم در دماهای مختلف تحت واکنش های متفاوتی قرار می گیرند**
1. در 1460 درجه، آلومینیوم و تیتانیوم یک ترکیب TiAl (آلومینید تیتانیوم) با کسر جرمی آلومینیوم 36.03٪ تشکیل می دهند که شکنندگی فلز را افزایش می دهد.
2. در 1340 درجه، آنها یک ترکیب TiAl3 (تری آلومینید تیتانیوم) با کسر جرمی آلومینیوم 60٪ - 64٪ تشکیل می دهند.
3. پس از ذوب، محلول جامد تیتانیوم در آلومینیوم زمانی که کسر جرمی تیتانیوم به 0.15٪ می رسد تشکیل می شود.
**حلالیت متقابل آلومینیوم و تیتانیوم بسیار کم است**
1. در 665 درجه، حلالیت تیتانیوم در آلومینیوم 0.26٪ - 0.28٪ است. این حلالیت با کاهش دما کاهش می یابد.
2. هنگامی که دما به 20 درجه کاهش می یابد، حلالیت تیتانیوم در آلومینیوم به 0.07٪ کاهش می یابد، که اتصال موثر دو فلز پایه را دشوار می کند.
3. حلالیت آلومینیوم در تیتانیوم حتی محدودتر است و چالش های قابل توجهی در ایجاد جوش بین دو فلز پایه ایجاد می کند. آلومینیوم و تیتانیوم در دماهای بالا جذب گاز بالایی دارند
4. آلومینیوم مایع می تواند مقادیر زیادی هیدروژن را حل کند، در حالی که آلومینیوم جامد تقریباً هیچ حلالیتی برای آن ندارد. در نتیجه، هیدروژن نمی تواند به موقع در طول انجماد جوش فرار کند و منجر به تشکیل تخلخل می شود.
5. هیدروژن حلالیت بالایی در تیتانیوم دارد. در دماهای پایین تر، هیدروژن دانه ها را تشکیل می دهد و باعث کاهش انعطاف پذیری و چقرمگی جوش می شود و آن را مستعد ترک های شکننده می کند.
آلومینیوم و تیتانیوم ترکیبات شکننده ای را با سایر ناخالصی ها تشکیل می دهند
1. اکسیدهای تشکیل شده توسط آلومینیوم و اکسیژن، شکنندگی فلز را افزایش داده و جوشکاری را دشوار می کند.
2. تیتانیوم با نیتروژن واکنش داده و نیترید تیتانیوم را تشکیل می دهد که باعث کاهش انعطاف پذیری فلز می شود.
3. تیتانیوم با کربن واکنش می دهد و کاربید می سازد. هنگامی که کسر جرمی کربن از 0.28٪ تجاوز می کند، جوش پذیری دو فلز پایه به طور قابل توجهی بدتر می شود.
آلومینیوم و تیتانیوم در دماهای مختلف واکنش های متفاوتی از خود نشان می دهند
1. تفاوت زیادی در هدایت حرارتی بین آلومینیوم و تیتانیوم وجود دارد. هدایت حرارتی آلومینیوم (206.9 W·m-1·K-1) تقریباً 16 برابر تیتانیوم (13.8 W·m-1·K-1) است.
2. ضرایب انبساط خطی آلومینیوم و تیتانیوم بسیار متفاوت است، به طوری که ضریب آلومینیوم تقریباً سه برابر تیتانیوم است. این باعث می شود که آنها تحت استرس مستعد ترک خوردن شوند.
سوزاندن-و تبخیر عناصر آلیاژی در آلومینیوم و تیتانیوم
1. وقتی آلومینیوم یا آلیاژهای آلومینیوم ذوب میشوند، عناصری با نقطه ذوب پایینتر-مانند منیزیم و روی- شروع به سوختن یا تبخیر میکنند.
2. با رسیدن به نقطه ذوب تیتانیوم یا آلیاژهای تیتانیوم (1677 درجه)، سوختگی و تبخیر آلومینیوم و سایر عناصر آلیاژی تشدید میشود و در نتیجه ترکیب شیمیایی جوش ناهمگن و کاهش استحکام ایجاد میشود.
ایمیل-:garychen3215@hotmail.com
آدرس: استان شانشی، چین، شهر بائوجی، خیابان بائوتی، پلاک 35
تماس: آقای گری چن
تلفن: +86-917-8883215
موبایل/واتس اپ: +86 13092900605
