پایان نامه

 

  مقاله تیتانیوم در pdf دارای 74 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله تیتانیوم در pdf   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله تیتانیوم در pdf ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله تیتانیوم در pdf :

تیتانیوم

فصل اول:
تیتانیوم در سال 1938 توسط W.J. kroll در آمریکا کشف شد. تیتانیوم فلزیست به رنگ سفید نقره‌ای و بسیار سبک است و پس از پولیش نمودن، رنگ فولادی پیدا می‌نماید. تیتانیوم و آلیاژهای آن به علت داشتن خواص خوب و مقاومت در مقابل خوردگی و فرسایش موارد استفاده زیادی در صنایع نظامی و هوافضا و نیروگاههای هسته‌ای و کشتی‌سازی و صنایع دریائی و پتروشیمی کاربرد دارد. از جمله در ساخت بدنه و اجزای هواپیماها، وسایل حمل و نقل، لوازم جراحی، ظروف مورد استفاده در آزمایشگاه‌های شیمی و دیگر وسایل مقاوم به خوردگی کاربرد دارد. مهمترین ویژگی تیتانیوم، نسبت استحکام به وزن آن است که

نسبت به سایر فلزات سبک بسیار عالیست. تیتانیوم استحکامی معادل فولادهای زنگ نزن دارد در حالی که وزن آن، 3/1 این فولادها است. خاصیت مهم دیگر تیتانیوم مقاومت به خوردگی و سایش بالای آن به ویژه در محیط‌های دریایی است. هیچ یک از نمک‌های فلزی، کلرورها، هیدروکسیدها، اسیدهای نیتریک و کرمیک، و نیز اسیدهای آلی مانند اسید استیک و آب‌های شور، قادر به خوردگی تیتانیوم نیستند. به علت مقاومت در مقابل آب دریا امروزه جایگزین آلیاژهای نیکل و مس از نوع 70% نیکل و 30% مس شده است.

محصولات تولیدی فلز مزبور و آلیاژهای آن بصورت لوله (Pipe) و ورق (Plate) می‌باشد که پلیت یا ورق جهت ساخت و تولید مخازن مواد شیمیایی و لوله در داخل دریا جهت انتقال مواد شیمیائی مورد استفاده قرا می‌گیرد. جهت اتصال لوله‌ها به هم دیگر و همچنین ساخت مخازن نیاز به جوشکاری می‌باشد.
تیتانیوم از احیا تتراکلرید تیتانیوم در درجه حرارت 800 تا 900 درجه سانتی‌گراد بوسیله منیزیم یا سدیم در محیط آرگون بدست می‌آید. تیتانیوم احیا شده، بصورت فلز خالص تیتانیوم، مجدداً در خلا ذوب شده و سپس مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلز تیتانیوم خالص جز مواد آلتروپ می‌باشد.

تیتانیوم خالص دارای استحکام کمی بوده که استحکام آن برابر 216 نیوتن بر میلی‌مترمربع و درصد ازدیاد نسبی طول آن برابر 50 می‌باشد. تیتانیوم تجارتی بعلت داشتن عناصر آلیاژی استحکامی برابر 700 نیوتن بر میلی‌متر مربع را دارا می‌باشد و نقطه ذوب آن 1725 درجه سانتی‌گراد و مقاومت به خوردگی آن نیز عالی است. وقتی تیتانیوم خالص از مذاب تبدیل به جامد می‌گردد از 1725 درجه سانتی‌گراد دارای ساختار کریستالی از نوع مکعب مرکزدار B.C.C می‌باشد که آنرا تیتانیوم یا فاز می‌نامند و از 882 درجه سانتی‌گراد تا درجه حرارت محیط که سرد می‌شود دارای ساختار کریستالی از نوع H.C.P بوده که بنام فاز یا تیتانیوم می‌باشد. در هنگام گرم شدن از درجه حرارت محیط تا C O 882 تیتانیوم دارای فاز و از C O 882 تا C O 1725 فاز بوده، به این جهت این فلز را آلتروپ

می‌نامند.تیتانیوم فلزیست غیرمغناطیسی با قابلیت کشش بسیار عالی و ساختار B.C.C. دیگر خواص فیزیکی- مکانیکی و متالورژیکی تیتانیوم به قرار زیر است.

نقطه ذوب: C O1725 جرم اتمی: گرم 448
وزن مخصوص: gr/cm3 5/4 علامت اختصاری:
ساختار کریستالی: BCC,CPH سختی: برنیل 90-70

حضور عناصر آلیاژی از قبیل اکسیژن، نیتروژن، آلومینیوم و کربن، به همراه تغییر درجه حرارت، در تیتانیوم تغییر ساختار کریستالی ایجاد می‌کند. ساختار کریستالی تیتانیوم در دمای اتاق تا حدود C O 882 به صورت (C.P.H) H.C.P است اما از این درجه حرارت به بالا، ساختار BCC تغییر شکل می‌دهد. همان‌طوری که گفته شد، وجود عناصری مثل اکسیژن، نیتروژن، آلومینیوم و کربن، درجه حرارت این استحاله فازی را افزایش می‌دهد و همچنین سختی و استحکام آلیاژ تیتانیوم را افزایش و انعطاف‌پذیری آن را کاهش می‌دهد.

 

1-1- آلیاژهای تیتانیوم:
برحسب ساختار کریستالی که هر آلیاژ تیتانیوم در دمای محیط پیدا می‌کند، این آلیاژها را به چهار گروه تقسیم می‌کند:
1) آلیاژهای ، 2) ، 3) – و 4) تیتانیوم خالص تجاری با ساختمان کریستالی H.C.P
آلیاژهای تیتانیوم قابلیت ماشین‌کاری و چکش کاری خوبی دارد و در برابر حرارت عکس‌العمل نشان داده و در مقابل زنگ‌زدگی مقاوم می‌باشد. البته این وضعیت در درجه حرارت معمولی فوق‌العاده بالاست و حقیقتاً آنها در برابر هوازدگی محفوظ هستند و همچنین در محیطهای دریائی و صنعتی جدول شماره 1-1 نشان‌دهنده چندین نوع از آلیاژها با مشخصات و بکارگیری خاص آنها می‌باشد.

 

جدول (1-1): نشان‌دهنده ترکیب، مشخصات مکانیکی و نوع کاربرد برای چهارنوع آلیاژهای معمولی تیتانیوم

1-1-1- تیتانیوم خالص تجاری:
تیتانیوم خالص تجاری بسته به غلظت آلیاژی به چهار نوع تقسیم می‌شوند که این چهار نوع در جدول زیر آمده است:
جدول (2-1): ترکیب شیمیائی و خواص مکانیکی آلیاژهای تیتانیوم خالص تجاری

با توجه به جدول فوق با کوچکترین تغییر در غلظت عناصر، خصوصاً اکسیژن و آهن، خواص مکانیکی به شدت تغییر می‌یابد.

2-1-1- آلیاژهای آلفا ( ):
آلیاژهای آلفا آلیاژهای تک فازی هستند که در دمای محیط دارای ساختار H.C.P بوده و ساختمان آنها با ساختمان تیتانیوم خالص یکسان است. این آلیاژها معمولاً دارای مقادیری آلومینیوم هستند. خصوصیات ویژه آلیاژهای آلفای تیتانیوم، استحکام، سختی و مقاومت به خوردگی آنها به ویژه در فاصله حرارتی C O 315 تا C O 595 است. آلیاژهای مهم آلفا عبارتند از:

Sn 5/2- Al 5- Ti، Mo 2- Zr 4- Sn 5/2- Al 6- Ti، V 1- Mo 1- Al 8- Ti و Mo 1- Ta 1- Cb 2- Al 6- Ti و Mo 2- Zr 2- Sn 5- Al 5- Ti. شکل (1-1) نمودار فازی تیتانیوم- آلومینیوم را نشان می‌دهد. این آلیاژها، اغلب دارای قابلیت جوش‌پذیری خوبی هستند. مقدار آلومینیوم موجود در این آلیاژها حداکثر 6% بوده و گاهی تا 5/2 قلع نیز همراه دارد. آلیاژهای فاز واحد که دارای آلومینیوم است می‌توانند از طریق کارهای سرد، استحکام پیدا کنند و معمولاً در وضعیت آنیل شده قابل جوشکاری‌اند.

 

شکل (1-1): نمودار فازی تیتانیوم- آلومینیوم
3-1-1- آلیاژهای بتا ( ):
در این آلیاژها، اغلب درصد بالایی از عناصر پایدار کننده فاز از قبیل وانادیوم، کروم و اندکی آلومینیوم وجود دارد. ساختار این آلیاژها همان طور که گفته شد به صورت B.C.C بوده، از استحکام و سختی در اثر عملیات حرارتی بعدی برخوردارند. آلیاژهای در هر دو حالت آنیل شده و پیرسخت، قابل جوشکاری‌اند، اما بهتر است پس از پیرسختی و قبل از جوشکاری، آنها را تحت عملیات انحلال قرار داد. در این حالت، استحکام آنها تا ksi 215 با انعطاف‌پذیری حدود 5% خواهد شد. مهمترین آلیاژهای عبارتند از:
Sn 55/4- Zr 6- Mo 5/11- Ti، Cr 11- V 13- Al 3- Ti، Mo 4- Zr4- Cr 6- V 8- Al 3- Ti، Sn 3- Al 3- Cr 3- V 15- Ti و Al 3- Fe 2- V 8- Mo 8- Ti.
آلیاژهای تیتانیوم و – را می‌توان از طریق گرم کردن یا در بعضی موارد از طریق سرد کردن و یا پیرسختی مستحکم تر کرد. پس از سرد کردن از طریق شکل‌گیری ذرات فاز که در سراسر فاز به طور پراکنده قرار می‌گیرد استحکام بخشی آن انجام می‌گیرد.

4-1-1- آلیاژهای آلفا- بتا ( – ):

با افزایش مقادیر معین از عناصر پایدار کننده به تیتانیوم، آلیاژهای آلفا- بتا تشکیل می‌شود. این عمل، یک سیستم دوفازی آلفا- بتا با ساختمان‌های B.C.C و H.C.P متراکم ایجاد می‌کند. با انجام عملیات حرارتی انحلال در سیکل‌های طولانی، ذرات ریز آلفا از ذرات ناپایدار بتا جدا شده و رسوب می‌کنند. درنتیجه می‌توان ساختار تغییر شکل یافته‌ای از سختی و مقاومت بالا (پیرسخت شده) ایجاد نمود. مقدار سختی و استحکام حاصله را می‌توان با محاسبه و کنترل زمان نگه‌داری، تعیین نمود.

2-1- نکات مفهومی و کلیدی فصل:
تیتانیوم بصورت عنصر آلیاژی درحد پائین به فولادهای ساختمانی در شکل فرو تیتانیوم به مذاب فولادی آن اضافه می‌گردد که تیتانیوم آلیاژی استحکام فولاد را بالا برده و آنرا در مقابل خوردگی جوی مقاوم می‌نماید. چون فلز تیتانیوم کاربید قوی در فولادها ایجاد می‌نماید بدین جهت در فولادهای زنگ نزن برای قابلیت جوشکاری این نوع فولادها (آستنیت 18-8) از جنس 304 L، 308 L و 316 L به مقدار % C * Ti 25 (بصوریکه 005 C) افزوده می‌شود.

تیتانیوم با فلزاتی مانند کرم و مولیبدن و وانادیوم و قلع آلیاژ شده و عناصری مانند کرم و آهن و مولیبدن که خود دارای ساختار کریستالی از نوع B.C.C هستند فاز یا تیتانیوم را تثبیت یا پایدار نموده و باعث سخت‌شدن آن می‌گردند که سختی تیتانیوم در این حالت بیشتر از سختی تیتانیوم از نوع می‌باشد. فاز دارای قابلیت آهنگری جوبی می‌باشد و همچنین فاز + براحتی در محدوده فاز بتا قابلیت گرم کاری دارد. آلیاژ تیتانیوم از نوع Ti 680 (یعنی 11% قلع، 25/2%

آلومینیوم، 4% مولیبدن و 2/0 سیلیسیم) که استحکام کششی آن 1300 نیوتن بر میلی‌متر مربع بوده که مناسب جهت عملیات حرارتی بوده و بسهولت آهنگری می‌گردد و این نوع آلیاژ در ساخت بدنه هواپیما کنکورد مورد استفاده قرار می‌گیرد. آلیاژ دیگری از تیتانیوم بنام Ex 700 بوده که 6% آلومینیوم، 5% زیرکونیوم، 3% مولیبدن و 1% مس داشته که استحکام کششی آن برابر 1540 نیوتن بر میلی‌متر مربع یعنی استحکام بالایی را دارا می‌باشد که باز در ساخت تجهیزات فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین آلیاژهای تیتانیوم در ساخت تجهیزات توربین‌های گازی که در درجه حرارتهای بالا مقاوم به خزش خوبی دارد کاربرد فراوانی را دارا می‌باشد.

از انواع دیگر آلیاژهای تیتانیوم 4- Ti- 6 Al است که 6% آلومینیوم، 4% وانادیوم و 90% تیتانیوم می‌باشد و یا از نوع Ti- 8 Mn یعنی 8% منگنز و 92% تیتانیوم و یا Ti- 8 Mo- 8 V- 3 Al- 2 Fe که 8% مولیبدن، 8% وانادیوم، 3% آلومینیوم و 2% آهن می‌باشد.
تمام این آلیاژهای بیان شده تیتانیوم در مقابل خوردگی بسیار مقاوم می‌باشند، وقتی جهت جوشکاری فلز مبنا این نوع آلیاژها باشند، الکترودهای انتخاب شده برای جوشکاری از نوع این آلیاژها می‌باشند.

Alley
Commercially pure Ti (all grades)
or near-
titanium alloys

A or near- titanium alloys
Ti-13V-11Cr-3Al Ti-6Al-4V Ti-5Al-2.5Sn
Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn Ti-6Al-7Nb (IMI 367) Ti-8Al-1Mo-1V
Ti-3Al-8V-6Cr-4ZR-4Mo Ti-6Al-6V-2Sn (Cu+Fe) Ti-2.5Cu (IMI 230)
Ti-10V-2Fe-3Al Ti-3Al-2.5V Ti-6Al-iSn-4Zr-2Mo

Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si (IMI 685)
Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si (IMI 550) Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si(IMI834)
Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si (IMI 551) Ti-6Al-2Cb-1Ta-0.8Mo
Ti- 5Al-2Sn-4Mo-2Zr-4Cr (Ti-17)

Ti-7Al-4Mo

فصل دوم:

بررسی مبانی و اصول جوشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن:
قابلیت جوشکاری آلیاژهای آلفا- بتا تیتانیوم نسبتاً خوب بوده ولی در منطقه HAZ انعطاف‌پذیری کاهش می‌یابد. به همین دلیل باید از جوشکاری نفوذی آلیاژهای گفته شده تا جای ممکن خودداری کرده و آنها را جوش سطحی و نقطه جوش داد.
اغلب آلیاژهای تیتانیوم را می‌توان با فرآیندهای جوشکاری GTAW, GMAW, PAW, LBW, EBW, FRW, RW به یکدیگر اتصال داد. تیتانیوم و آلیاژهای آن در درجه حرارت‌های حدود C O 540 مجدداً فعال می‌شود. همان‌طور که قبلاً گفته شد، تیتانیوم خالص و آلیاژهای آلفا تیتانیوم کاملاً جوش‌پذیرند، هرچند آلیاژهای تیتانیوم و آلفا- بتا نیز تا حدودی جوش‌پذیر هستند. آلیاژهای آلفا- بتای تیتانیوم مثل Ti- 6 Al- 4 V را می‌توان در حالت آنیل شده یا تحت عملیات محلول قرار داد، و در بعضی موارد در حالت پیرسخت شده نیز جوشکاری نمود. اما پس از جوشکاری، حتماً باید تحت یک عملیات تنش‌زدائی قرار داده شود. تیتانیوم خالص و آلیا

ژهای آلفای تیتانیوم را فقط به وسیله کار سرد مکانیکی می‌توان مستحکم‌تر نمود، در حالی که برای افزایش استحکام آلیاژهای بتا و آلفا- بتای تیتانیوم، باید از عملیات حرارتی استفاده کرد. آلیاژهای بتای تیتانیوم، فقط در حالات آنیل و یا آنیل محلول شده قابل جوشکاری هستند. پس از جوشکاری، آلیاژهای بتای تیتانیوم استحکام خود را تا حدودی از دست می‌دهند، اما انعطاف‌پذیری قبلی خود را حفظ می‌نمایند. به همین دلیل در مواردی که انتظار می‌رود آلیاژ بتای تیتانیوم پس از جوشکاری استحکام بالایی داشته باشد، ابتدا باید آن را در حالت آنیل جوشکاری نموده و در حین جوشکاری تحت عملیات چکش‌کاری قرار داد و پس از آن، با انجام کار سرد مکانیکی، عملیات حرارتی انحلال و پیرسخت نمودن را به حداکثر استحکام مورد نظر و انعطاف‌پذیری کافی رساند.

آلیاژهای پراستحکام مثل Ti- 7Al- 4Mo, TI- 6Al- 6V- 2Sn بنظر می‌رسد دارای محدودیتهای جوش‌پذیری هستند. بدلیل گرایش آنها جهت ایجاد ریزترکهای جوش در شرایط مقاومت بالا و ترکهای ریز در فلز جوش یا منطقه HAZ می‌باشد. آلیاژهای نزدیکی مانند:

Ti- 8 Mn, Ti- Al- 8 V-5Fe برای جوشکاری مناسب نیست زیرا در شرایط متوسط ایجاد ریزترکهای جوش می‌کند.
مقاومت در برابر ترک‌خوردگی جوشها برای آلیاژهای استحکام بالا و تافنس کم شاید از طریق پیش گرم کردن بین دمای F O 350-300 و نگهداشتن در آن دما در حین جوشکاری باشد و بلافاصله پس از جوشکاری تنش‌زدائی می‌کنند. آلیاژهای تیتانیوم بر طبق قابلیت جوش‌پذیریشان برای تولید جوشهای نرم و سفت طبقه‌بندی می‌شود. یک چنین طبقه‌بندی در جدول 1-2 نشان داده شده است.
جدول (1-2): قابلیت جوش‌پذیری آلیاژهای تیتانیوم

 

1-0 = آلیاژهای غیر مستعمل، نه برای تولیدات تجاری
2-AS = بسیار خوب
B = خوب تا نسبتاً خوب
C = محدود برای کاربرد خاص یا جوش دادن همراه عملیات خاص
D = عدم پیشنهاد و توصیه برای جوشکاری
نکته: تیتانیوم در حرارت بیش از 480 درجه سانتیگراد، میل ترکیبی شدیدی با عناصری مانند: اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و کربن دارد. با توجه به حساسیت‌های این فلز (اکسیداسیون در درجه حرارت بیش از 480 درجه سانتی‌گراد) جوشکاری این فلز بسیار حائز اهمیت می‌باشد و باید به طور کامل در محیط کاملاً خنثی و یا خلاء انجام پذیرد.

1-2- اکسیژن:
اکسیژن یک عنصر مؤثر محلول جامد بین نشین جهت استحکام بخشی است، اما افزایش در استحکام با تقلیل در کیفیت و وضعیت جوشها همراه است. افزایش سریع استحکام و سختی با اکسیژن خوشبختانه از طریق نظارت و کنترل بر آلودگیهای اکسیژن در جوشکاری، قابل حل است. اگر سختی جوش در یک سطح حداکثر بالا رود اینجا به نظر می‌رسد که سطح اکسیژن غیرقابل قبولی را نشان می‌دهد. شکل 1-2 نشان‌دهنده ارتباط بین وضع سختی و درصدی از هوا در گاز محافظ ترکیبی می‌باشد که نشان می‌دهد که این فلز چقدر به میزان اکسیژن حساس است.

شکل (1-2) افزایش سختی در فلز جوش به واسطه وجود اکسیژن در هوا

2-2- هیدروژن:
باید به منبع هیدروژن توجه خاصی داده شود رطوبت بیشترین و معمولی‌ترین منبع است و حتی گاز مورد استفاده برای محافظت باید از رطوبت کمی برخوردار باشد و تعیین شود که نقطه شبنم آن باید زیر 60- درجه باشد (گاز محافظ باید کاملاً خشک باشد تا در صورت اضافه شدن مقداری رطوبت ناشی از تجهیزات مجاور منطقه جوشکاری، مشکلی ایجاد نشود). شکل 2-2 اثر نقطه شبنم گاز محافظ آرگون و خواص مکانیکی جوش در اثر تماس با هیدروژن را نشان می‌دهد. اگر برای خنک کردن تورچ از آب استفاده شود ممکن است لازم باشد از آب داغ برای گردش در سیستم استفاده شود تا از منقبض شدن محفظه سیستم

جلوگیری شود. تمامی روغنها- گریسها و تمامی هیدروکربنها باید قبل از جوشکاری از محل جوشکاری پاک شده باشد. از مواد بدون هالوژن اغلب استفاده می‌شود برای پاک کردن روغن و گریس، جایی که کلریدها و هالوژنها نمی‌توانند باعث ایجاد S.C.C شود باید فلز گرم شود. برای برداشتن یک لایه اکسید از صفحه به وسیله اسید انجام می‌شود.

شکل (2-2): اثر نقطه شبنم گاز محافظ و تماس هیدروژن با فلز جوش در یک نوع آلیاژ تیتانیوم

3-2- تخلخل در جوشکاری:
وجود تخلخل در جوش تیتانیوم یکی از مشکلات است به نظر می‌رسد دقیقاً بیشتر از همه و اگر بیشتر هم نباشد گازهای حبابی شکل در موقع جامد شدن جوش ایجاد تخلخل می‌کند. ثابت شده روش‌های جوشکاری و تکنیکهای آن می‌تواند تأثیری بر روی تخلخل ایجاد کند و به نظر می‌رسد تنها یک مورد در بوجود آوردن جوشهای عادی از تخلخل می‌تواند باشد.

 

کلمات کلیدی :