Alaşım Elementleri Titanyum Alaşımlarının Özelliklerini Nasıl Etkiler?

Titanyumun iki allotropik yapısı vardır: Sıkı paketlenmiş altıgen alfa titanyum 882 °C’nin altında kararlıdır; gövde merkezli kübik beta titanyum ise 882 °C’nin üzerinde kararlıdır. Titanyumun yoğunluğu 4,51 g/cm³'tür, yaklaşık 550–600 °C'ye kadar yüksek özgül mukavemetini korur, kararlı oksit ve nitrür filmleri sayesinde korozyona direnir ve sıvı azot sıcaklığında kullanışlı mukavemet, süneklik ve tokluğunu korur. Isı iletkenliği demirin yaklaşık dörtte biri kadardır ve elastik modülü demirin yaklaşık 54%'sidir.

Titanyum Alaşımlamasının Amacı

Alaşımlama, alfa ve beta fazlarının bileşimini, kararlılığını ve özelliklerini belirler. Elektron konsantrasyonu 4’ün altında olan elementler alfa fazını stabilize etme eğilimindeyken, 4’ün üzerinde olanlar beta fazını stabilize eder ve 4’e yakın olanlar ise her ikisini de stabilize edebilir. Önemli katkı elementleri arasında Al, Sn, Zr, V, Mo, Mn, Fe, Cr, Cu ve Si bulunur.

• Alfa stabilizatörleri, örneğin Al gibi elementler, dönüşüm sıcaklığını yükseltir ve alfa alanını genişletir.
• Beta stabilizatörleri, örneğin Mo gibi elementler, dönüşüm sıcaklığını düşürür ve beta alanını genişletir.
• Nötr elementler dönüşüm sıcaklığı üzerinde çok az etkiye sahiptirler ve her iki fazda da büyük ölçüde çözünürler.

Dört Tipik İkili Sistem Türü

1. Peritekoid ve bileşik oluşturan sistemler: Ti-Al, Ti-Sn, Ti-Ga, Ti-B, Ti-C, Ti-N ve Ti-O. Ti-Al, Ti-Sn ve Ti-Ga’nın geniş alfa katı çözeltisi alanları, ısıya dayanıklı alaşımlar açısından önemlidir.
2. Sürekli beta ve sınırlı alfa çözünürlüğü: Ti-V, Ti-Nb, Ti-Ta ve Ti-Mo. Bu gövde merkezli kübik elemanlar beta fazını stabilize eder. Kritik bir konsantrasyonda, hızlı soğutma sayesinde beta fazı oda sıcaklığına kadar tamamen korunabilir.
3. Eutektoid sistemler: Ti-Cr, Ti-Mn, Ti-Fe, Ti-Co, Ti-Ni, Ti-Cu, Ti-Si, Ti-Bi ve Ti-W. Cu, Si ve H, aktif ötektik beta stabilizatörleridir ve yaşlanma sertleşmesi sağlayabilirler; Fe, Mn ve Cr, alfa-beta yapılarının normal soğutma sonrasında da kalabilmesine yetecek kadar yavaş dönüşürler.
4. Sürekli alfa ve beta katı çözeltiler: Ti-Zr ve Ti-Hf. Zr, alfa'yı güçlendirir ve yaygın olarak kullanılır; Hf ise yoğun, nadir ve daha az pratiktir.

Dolayısıyla, etkili bir alaşım tasarımı, istenen faz dengesi, mekanik özellikler ve işleme tepkisini elde etmek için element türlerini ve katkı maddelerini seçmek anlamına gelir.