Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

Titanyum Nedir?

1. Titanyumun Tanımı ve Temel Özellikleri

Titanyum, atom numarası 22 olan ve kimyasal sembolü Ti olan kimyasal bir elementtir. Nispeten hafif yoğunluğa ve iyi mukavemete sahip bir geçiş metalidir. Titanyum metali doğada ilmenit ve rutil gibi mineraller halinde bulunur. Yerkabuğunda en çok bulunan dokuzuncu elementtir ve genellikle oksitler halinde bulunur.

Titanyum metali çok sayıda mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliğe sahiptir ve bu da onu birçok uygulama için ideal bir seçim haline getirir. İlk olarak titanyum metali, çelik ve nikel gibi diğer birçok metalden daha hafif, santimetreküp başına yaklaşık 4,5 gram gibi düşük bir yoğunluğa sahiptir. Bu, titanyum metalinin havacılık ve otomotiv endüstrileri gibi hafif tasarım gerektiren alanlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. Titanyum Metalin Tarihi ve Keşfi

Titanyum metali ilk olarak 18. yüzyılın sonlarında keşfedildi. 1801 yılında İngiliz kimyager Gregor, ilmenit olarak bilinen bir mineralde titanyum elementini keşfetti. Daha sonra diğer kimyagerler titanyum metalini incelemeye başladılar ve onu çeşitli cevherlerde keşfettiler.

1840 yılında Alman kimyager Martin Heinrich Klapoulos ilk kez titanyum metalini başarıyla çıkardı ve metale adını verdi. “titanyum” Yunan mitolojisindeki dev Titan'a saygı duruşunda bulunmak için. Ancak titanyum metalinin endüstride yaygın olarak kullanılmaya başlaması 1940'lı yıllara kadar mümkün olmadı. Metalurji teknolojisinin gelişmesi ve maliyetin düşmesiyle birlikte titanyum metali giderek çeşitli uygulamalar için önemli bir malzeme haline geldi.

3. Titanyumun Özellikleri

Genel olarak titanyum metali aşağıdaki ana özelliklere sahiptir:

3.1 İyi korozyon direnci: Titanyum metali, deniz suyu ve asidik çözeltiler de dahil olmak üzere birçok kimyasalın neden olduğu korozyona karşı direnç gösterebilir. Bu, onu deniz mühendisliği ve kimya endüstrileri için ideal bir seçim haline getirir.

3.2 Biyouyumluluk: Titanyum metali insan dokularıyla iyi bir biyouyumluluk sergiler ve bu da onu yapay eklemlerin ve diş implantlarının üretiminde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

3.3 İyi yüksek sıcaklık özellikleri: Titanyumun yaklaşık 1.668 santigrat derece (3.034 Fahrenheit derece) gibi yüksek bir erime noktası vardır. Titanyum metali hala iyi mekanik özellikleri ve yüksek sıcaklıklarda stabiliteyi korur, bu da onu uçak motorları ve gaz türbinleri gibi yüksek sıcaklıktaki ortamlarda önemli kılar.

3.4 Yüksek mukavemet ve düşük yoğunluk: Düşük yoğunluğuna rağmen titanyum metali yüksek mukavemete ve mükemmel mukavemet ve yoğunluk karşılaştırmasına sahiptir. Bu, titanyumu havacılık cihazları, otomotiv parçaları ve hafiflik gerektiren diğer ürünlerin üretimi için ideal bir malzeme haline getirir.

3.5 Mükemmel ısı iletkenliği: Titanyum metali iyi bir termal iletkenliğe sahiptir ve bu da ona yüksek performanslı radyatörler, soğutucular ve diğer ürünlerin üretiminde avantaj sağlar.

Titanyum Metal Üretimi ve İşleme

1. Titanyum metalinin ekstraksiyon ve hazırlama yöntemleri

Ekstraksiyon yöntemi: Titanyum metalinin ekstraksiyonu esas olarak Claus yöntemi ve klorlama yöntemi olmak üzere iki yöntemle gerçekleştirilir. Claus yöntemi, titanyum oksit cevherini azaltarak daha yüksek saflıkta titanyum metali elde etmek için en yaygın kullanılan yöntemdir. Klorlama kuralı, titanyum oksidi klor gazı ile reaksiyona sokarak titanyum klorür oluşturmak ve ardından bir indirgeme reaksiyonu yoluyla titanyum metali elde etmektir.

Arıtma süreci: Titanyum metali elde edildikten sonra saflığını ve performansını artırmak için bir dizi saflaştırma işlemi yapılması gerekir. Bu işlemler arasında vakumda eritme, gaz fazında oksit yöntemleri ve plazma yöntemleri yer alır.

2. İşleme teknolojisi: dövme, haddeleme ve şekillendirme

Dövme: Titanyum metali, mekanik ve yapısal özelliklerini geliştirmek için sıcak veya soğuk dövülebilir. Sıcak dövme, büyük deformasyonlara ve karmaşık şekillere sahip parçalar için uygunken, soğuk dövme, küçük parçaların ve hassas parçaların işlenmesi için uygundur.

Yuvarlamak: Titanyum metali ayrıca levha, şerit ve boru gibi ürünleri hazırlamak için sıcak haddeleme ve soğuk haddeleme yoluyla da üretilebilir. Sıcak haddeleme daha büyük boyut ve kalınlıkta ürünler elde edebilirken, soğuk haddeleme daha yüksek yüzey kalitesi ve boyutsal doğruluk elde edebilir.

Kalıplama: Titanyum metali ayrıca basınçlı döküm, enjeksiyonlu kalıplama ve 3D baskı gibi işlemlerle çeşitli şekillerde parça ve ürünler hazırlamak için de kullanılabilir. Bu kalıplama işlemleri karmaşık şekil ve yapıya sahip parçaların imalatı için uygundur.

Saf Titanyum ve Titanyum Alaşımları Arasındaki Fark

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

Titanyum bazlı ve diğer elementlerle eklenen bir alaşımdır. Keşfedilmesinden bu yana yalnızca altmış veya yetmiş yıllık bir geçmişi olan nispeten genç bir metaldir. Titanyum alaşımlı malzemeler hafif, yüksek mukavemetli, düşük elastikiyetli, yüksek sıcaklık dayanımı ve korozyon direnci özelliklerine sahiptir. Esas olarak havacılık motorlarında, roketlerde, füzelerde ve diğer bileşenlerde kullanılırlar. Titanyumun iki izomorfik kristali vardır. Titanyum, erime noktası 1720°C olan bir izomerdir. 882°C'nin altında olduğunda alfa titanyum adı verilen, sıkı paketlenmiş altıgen kristal kafes yapısına sahiptir; 882°C'nin üzerinde vücut merkezli bir yapıya sahiptir. Beta titanyum adı verilen kübik kafes yapısı, yukarıdaki iki titanyum yapısının farklı özelliklerinden yararlanır, uygun alaşım elementleri ekler ve farklı yapılara sahip titanyum alaşımları elde etmek için faz dönüşüm sıcaklığını ve faz içeriğini kademeli olarak değiştirir.

Titanyum Sınıfları

1. derece

Endüstriyel açıdan saf titanyumun dört sınıfından ilkidir. Bu kalitelerin en yumuşak ve en dövülebilir olanıdır. Maksimum şekillendirilebilirlik, mükemmel korozyon direnci ve yüksek darbe dayanıklılığı sunar. Sınıf 1, şekillendirilebilirlik kolaylığı gerektiren herhangi bir uygulama için tercih edilen malzemedir ve yaygın olarak kullanılır. titanyum plaka Ve titanyum boru.

2. Sınıf

Çeşitli bulunabilirliği ve geniş bulunabilirliği nedeniyle Grade 2 titanyum, ticari saf titanyum endüstrisinin "işgücü" olarak bilinir. Grade 1 titanyumla aynı niteliklerin çoğuna sahiptir ancak biraz daha güçlüdür. Her ikisi de korozyona karşı eşit derecede dayanıklıdır. Bu kalite iyi kaynaklanabilirlik, mukavemet, süneklik ve şekillendirilebilirlik sunar. Bu, 2. Sınıf titanyum çubukları ve plakaları inşaat, enerji üretimi ve tıp endüstrisi gibi birçok uygulama için ilk tercih haline getirir.

3. Sınıf

Bu kalite, ticari olarak saf titanyum kaliteleri arasında en az kullanılanıdır, ancak bu onu daha az değerli yapmaz. Sınıf 3, Sınıf 1 ve 2'den daha güçlüdür, süneklik açısından benzerdir ve yalnızca biraz daha az şekillendirilebilir – ancak seleflerine göre daha yüksek mekaniklere sahiptir. Sınıf 3, havacılık, kimyasal işleme, denizcilik endüstrileri vb. gibi orta derecede güç ve birincil korozyon direnci gerektiren uygulamalarda kullanılır.

4. Sınıf

Ticari olarak saf titanyumun dört tipinden en güçlüsü olarak kabul edilir. Aynı zamanda mükemmel korozyon direnci, iyi şekillendirilebilirliği ve kaynaklanabilirliği ile de bilinir. Bazı gövde bileşenlerinde, kriyojenik kaplarda, ısı eşanjörlerinde ve yüksek çözünürlük gerektiren diğer uygulamalarda kullanılır.

7.sınıf

Mekanik ve fiziksel olarak Grade 2 ile aynıdır, ancak ara element paladyumun bir alaşım haline getirilmesi için eklenmesi dışında. Grade 7, mükemmel kaynaklanabilirlik ve işlenebilirlik sunar ve tüm titanyum alaşımları arasında korozyona en dayanıklı olanıdır. Bu nedenle esas olarak kimyasal proseslerde ve üretim ekipmanlarında bileşen olarak kullanılır.

Derece 11

Korozyon direncini arttırmak ve onu bir alaşım haline getirmek için az miktarda paladyum eklenmesi dışında Sınıf 1'e çok benzer. Bu korozyon direnci, çatlak korozyonunu önlemek ve klorür ortamlarındaki asitleri azaltmak için kullanılabilir. Diğer kullanışlı özellikleri arasında optimum süneklik, soğuk şekillendirilebilirlik, kullanışlı güç, darbe dayanıklılığı ve mükemmel kaynaklanabilirlik sayılabilir. Bu alaşım, özellikle korozyonun gerekli olduğu durumlarda, Grade 1 ile aynı titanyum uygulamalarında kullanılabilir.

5. sınıf

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

23. Sınıf

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

12.sınıf

Yüksek sıcaklıklarda büyük mukavemet sağlayan oldukça dayanıklı bir alaşımdır. 12. sınıf titanyum, 300 serisi paslanmaz çeliğe benzer özelliklere sahiptir. Alaşım, presle şekillendirme, hidroformlama, gerdirerek şekillendirme veya ağırlık düşürme yöntemi kullanılarak sıcak veya soğuk şekillendirilebilir. Çeşitli şekillerde biçimlendirilebilme yeteneği, onu birçok uygulamada faydalı kılar. Alaşımın yüksek korozyon direnci aynı zamanda onu çatlak korozyonunun sorun olduğu imalat ekipmanları için de paha biçilmez kılmaktadır.

9. Sınıf

Yaklaşık %3 alüminyum ve yaklaşık %2,5 vanadyum ilaveli saf titanyumdan yapılmıştır. Bu alaşım genel olarak mükemmel korozyon direncine, yüksek mukavemete ve iyi kaynak özelliklerine sahiptir. Gr9 titanyum alaşımı, özellikle yüksek sıcaklık ve aşındırıcı ortamlarda yüksek performanslı malzemelerin gerekli olduğu havacılık, gemi yapımı, kimyasal ekipman ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gr9 titanyum alaşımının özellikleri, onu çeşitli parça ve bileşenlerin üretiminde kullanılabilecek ideal bir yapısal malzeme haline getirir.

Titanyumun Uygulama Pazarları

1. Havacılık

Titanyum metali, uçak gövdeleri, motor kanatları vb. gibi uçak yapılarının ve motor parçalarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Hafif ve yüksek mukavemetli özellikleri, uçağın ağırlığını azaltmasına, yakıt verimliliğini artırmasına ve uçağın dayanıklılığını ve güvenliğini artırmasına olanak tanır.

2. Tıbbi

Titanyum metali, kemik implantları, yapay eklemler ve diş restorasyon ekipmanları gibi tıbbi cihazların üretiminde kullanılır.
Biyouyumluluğu ve korozyon direnci, titanyumu tıp alanında en ideal malzemelerden biri haline getirmektedir.

3. Otomobil Endüstrisi

Otomotiv üretiminde titanyum, egzoz sistemleri, süspansiyon bileşenleri ve gövde yapıları gibi hafif bileşenlerin yapımında kullanılır.
Hafif tasarım, aracın yakıt verimliliğini, güç performansını ve güvenliğini artırabilir.

4. Gemi Mühendisliği

Titanyum metalinin okyanus mühendisliğindeki uygulaması tuzdan arındırma, okyanus araştırmaları ve denizaltı boru hatlarını içerir.
Korozyon direnci ve deniz suyu korozyonuna karşı direnci, titanyumu deniz ortamları için ideal bir malzeme haline getirir.

5. Spor Malzemeleri İmalatı

Titanyum, golf sopaları, bisiklet çerçeveleri ve tenis raketleri gibi üst düzey spor malzemelerinin yapımında kullanılır.
Yüksek mukavemeti, hafifliği ve korozyon direnci, titanyum ürünlerine mükemmel performans ve dayanıklılık kazandırır.

6. Sanayi

Titanyum metali endüstride kimyasal ekipman, petrol sondaj araçları ve güç aktarım ekipmanı üretiminde kullanılmaktadır.
Yüksek sıcaklık dayanıklılığı ve korozyon direnci, titanyum metalinin zorlu endüstriyel ortamlarda kullanım için umut verici olmasını sağlar.

Titanyum Hakkında Bazı İlginç Gerçekler

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.