יישום והשפעה של טיטניום בפלדה
טיטניום (Ti), כאלמנט סגסוג איכותי, נמצא בשימוש נרחב לשיפור הביצועים המקיפים של פלדה, במיוחד בתחומי התעופה, ההנדסה הימית והבנייה. היישום של טיטניום בפלדה מתמקד בעיקר בשיפור חוזק, עמידות בפני קורוזיה וגמישות, ויכול להפחית ביעילות את שבירות ומשקל החומר.
1. השפעת טיטניום על מבנה המיקרו וטיפול בחום של פלדה
לטיטניום יש זיקה חזקה ליסודות כמו חנקן, חמצן ופחמן. זהו מסיר חמצון מצוין ואלמנט יעיל לקיבוע חנקן ופחמן. בפלדה, לתרכובת (TiC) שנוצרת על ידי טיטניום ופחמן יש כוח קשירה חזק ויציבות גבוהה. זה יתמוסס רק לאט לתמיסה המוצקה של ברזל בטמפרטורות גבוהות (מעל 1000 מעלות). חלקיקי TiC אלה יכולים למנוע את הצמיחה וההתגבשות של גרגרי פלדה ויש להם השפעה חשובה על מבנה המיקרו של הפלדה. בנוסף, טיטניום הוא אחד היסודות החזקים היוצרים פריט, אשר יקטין את שטח שלב האוסטניט. טיטניום בתמיסה מוצקה יכול לשפר את יכולת ההתקשות של הפלדה, בעוד הנוכחות של חלקיקי TiC תפחית את יכולת ההתקשות של הפלדה. כאשר תכולת הטיטניום מגיעה לערך מסוים, תתרחש התקשות משקעים עקב פיזור ומשקעים של TiFe2.
2. השפעת טיטניום על התכונות המכניות של הפלדה
השפעת טיטניום על התכונות המכניות של פלדה תלויה בצורת קיומה, ביחס התכולה של טיטניום ופחמן ובשיטת הטיפול בחום. כאשר טיטניום קיים בפריט במצב תמיסה מוצקה, ההשפעה המחזקת שלו גבוהה מזו של יסודות כמו אלומיניום, מנגן, ניקל ומוליבדן, והיא שנייה רק ליסודות כמו בריליום, זרחן, נחושת וסיליקון. בטווח של 0.03% עד .1% חלק מסה של טיטניום, טיטניום יכול להגביר את חוזק התפוקה של פלדה. עם זאת, כאשר יחס התוכן של טיטניום לפחמן עולה על 4, החוזק והקשיחות של הפלדה ירדו בחדות. בנוסף, טיטניום יכול גם לשפר את החוזק לטווח ארוך ואת עמידות הזחילה של פלדה, ולשפר את הקשיחות של הפלדה, במיוחד את קשיחות ההשפעה בטמפרטורה נמוכה.
3. השפעת טיטניום על התכונות הפיזיקליות, הכימיות והתהליכיות של הפלדה
טיטניום יכול לשפר את היציבות של פלדה בסביבות טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה ומימן, ולשפר את העמידות בפני קורוזיה של פלדה עמידה לחומצות אל חלד, במיוחד את העמידות בפני קורוזיה בין-גרגירית. בפלדה דלת פחמן, כאשר היחס בין טיטניום לפחמן מגיע ל-4.5 או יותר, לפלדה יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה במתח והתפרקות אלקלית. בנוסף, טיטניום יכול לשפר את עמידות החמצון של פלדה בטמפרטורות גבוהות ולקדם את היווצרות שכבת ניטרידינג, כדי להשיג את קשיות השטח הנדרשת מהר יותר. פלדה המכילה טיטניום נקראת "פלדה ניטרדית מהירה" וניתן להשתמש בה לייצור ברגים בעלי דיוק גבוה. יחד עם זאת, טיטניום יכול גם לשפר את יכולת הריתוך של פלדת מנגן דלת פחמן ופלדת אל-חלד בסגסוגת גבוהה.
4. סיכום
באופן כללי, טיטניום נמצא בשימוש נרחב בפלדה. כאשר חלק המסה שלו עולה על 0.025%, זה יכול להיחשב כיסוד מתג. טיטניום נמצא בשימוש נרחב בפלדה רגילה מסגסוגת נמוכה, פלדה מבנית מסגסוגת, פלדת כלי סגסוגת, פלדת כלי במהירות גבוהה, פלדה עמידה בחומצה אל חלד, פלדה עמידה בחום ללא אבנית, סגסוגת מגנט קבוע ופלדה יצוקה. בנוסף, טיטניום הפך למרכיב חשוב של חומרים מתקדמים שונים ולחומר אסטרטגי חשוב. בתעשייה האווירית, השימוש בטיטניום מהווה יותר ממחצית, והוא נמצא בשימוש נרחב בכלי תעופה וחלל, מכונות כוח ותחומים נוספים.
