İçindekiler
1.0 Titanyum Nedir?
1.1 Genel Bakış:
Sağlam, hafif ve yüksek korozyon direncine sahiptir.
Dayanıklıdır ve yüksek sıcaklık uygulamalarına uygundur.
1.2 Saf Titanyum:
Çok az miktarda safsızlık içerdiğinden (0.1%'den az), mukavemeti düşük ancak oldukça esnektir.
1.3 Titanyum Alaşımları:
İçerisine başka metaller katılarak oluşturulan bu metal, yaklaşık 60-70 yıl önce geliştirilmiş.
2.0 Paslanmaz Çelik Nedir?
2.1 Genel Bakış:
Demir, krom ve diğer metallerin alaşımı.
Dayanıklılığı, sağlamlığı ve mükemmel korozyon direnciyle bilinir.
2.2 Chromium'un Rolü:
Paslanmayı önleyen koruyucu bir tabaka oluşturur.
2.3 Sınıflar ve Çeşitler:
Yapılarına göre farklı kalitelerde mevcuttur: östenitik, ferritik ve martensitik.
3.0 Paslanmaz Çelik ve Titanyumun Karşılaştırmalı Özellikleri
| Mülk | Paslanmaz çelik | Titanyum |
| Kompozisyon | Demir, Karbon, Krom, Nikel, Manganez vb. | Ticari olarak saf veya alüminyum, vanadyum vb. ile alaşımlı. |
| Türler | Ferritik, Martensitik, Austenitik, Dubleks, Çökelme Sertleştirme | CP Sınıf 1-2, CP Sınıf 3-4, Ti 6Al-4V (Sınıf 5) |
| Korozyon Direnci | Mükemmel (sınıfa göre değişir) | Özellikle klorür ortamlarında mükemmel |
| Manyetik Özellikler | Ferritik sınıflar manyetiktir | Manyetik olmayan |
| Maliyet | Özellikle titanyum ve karbon fiber ile karşılaştırıldığında ekonomiktir | Üretim karmaşıklığı nedeniyle yüksek |
| İşlenebilirlik | İyi (örneğin, Tip 303 serbest işlemelidir) | Genel olarak iyi, ancak paslanmaz çelikten daha zor işlenir |
| Kaynaklanabilirlik | Ark kaynağı için mükemmel (TIG, MIG, MMA, SA) | İyi, ancak özel teknikler gerektirebilir |
| Isı Direnci | Yüksek (örneğin, 304 ila 1600°F, 310 ila 1895°F) | Yüksek (Ti 6Al-4V yüksek sıcaklıklarda iyi performans gösterir) |
| Ağırlık | Ağır (yaklaşık 8 g/cm³) | Daha hafif (yaklaşık 4,5 g/cm³) |
| Kuvvet | Sınıfa göre değişir, genellikle güçlüdür | Özellikle Ti 6Al-4V gibi alaşımlarda çok güçlüdür |
| Yoğunluk | Yüksek yoğunluk (alüminyumdan 3 kat daha fazla) | Paslanmaz çelikten daha düşük yoğunluk |
| Maliyet Etkinliği | Genellikle korozyon direnci açısından uygun maliyetlidir | Paslanmaz çelikten daha pahalı |
| Klorür Direnci | Klorürlü ortamlarda çukurlaşmaya karşı hassastır | Özellikle deniz suyunda mükemmel direnç |
| Uygulamalar | Gıda hizmeti, tıbbi araçlar, havacılık, otomotiv | Havacılık, denizcilik, yüksek performanslı uygulamalar |
4.0 Paslanmaz Çelik ve Titanyum Talaşlı İmalatta Nasıl Kullanılır?
Paslanmaz çelik ve titanyum işlenirken, benzersiz özellikleri nedeniyle belirli hususların dikkate alınması gerekir. Aşağıda her bir malzemenin işlenmesi için temel faktörlerin bir karşılaştırması verilmiştir:
| Özellik | Titanyum | Paslanmaz çelik | Yorum |
| Fiyat | ❌ | ✔️ | SS birkaç kat daha az maliyetlidir |
| Ağırlık | ✔️ | ❌ | Ti 40% eşit mukavemet için ağırlıktır |
| Çekme/Akma Dayanımı | ✔️ | ✔️ | Neredeyse eşdeğer, notlara bağlı |
| Dayanıklılık | ❌ | ✔️ | SS'nin darbe ve çizilme direnci daha iyidir |
| Kompozisyon | ✔️ | ✔️ | Geniş yelpazede mevcut sınıflar |
| Korozyon Direnci | ✔️ | ❌ | Açık ara kazanan, titanyumun üstün korozyon direnci var |
| Sertlik | ❌ | ✔️ | Genel olarak SS, ancak notlara bağlıdır |
| Kimyasal Direnç | ✔️ | ❌ | Normal sıcaklıklarda Ti üstünlüğe sahip |
| Sıcaklık Direnci | ❌ | ✔️ | SS 2000°F'ye kadar, Ti 1500°F'ye kadar |
İşte Paslanmaz Çelik Sac ile Titanyum arasında, bileşim, mekanik özellikler, maliyet ve uygulamalar gibi temel unsurları vurgulayan ayrıntılı bir karşılaştırma.
| Malzeme | Paslanmaz Çelik Levha | Titanyum |
| Kompozisyon | Öncelikle demir, krom (10.5%+), nikel, molibden ve karbon (örneğin, 304, 316) derecesine bağlı olarak | Alüminyum, vanadyum vb. ile alaşımlanmış metalik element (örneğin, Ti-6Al-4V, Sınıf 2) |
| Korozyon Direnci | İyi direnç, zorlu ortamlar için 316 gibi derecelerle güçlendirilmiştir | Özellikle deniz suyu ve asidik çözeltiler gibi zorlu ortamlarda mükemmel direnç |
| Güç ve Dayanıklılık | Yüksek çekme mukavemeti, yapısal uygulamalarda dayanıklılık, ancak sınıfa göre değişir | Olağanüstü güç-ağırlık oranı, ağırlığa göre daha fazla güç, yüksek performanslı uygulamalar için uygundur |
| Ağırlık | Titanyuma kıyasla nispeten ağır | Çok daha hafif, havacılık gibi ağırlığa duyarlı uygulamalar için ideal |
| Maliyet | Dereceye bağlı olarak kg başına ₹250-₹500 | Yüksek çıkarma ve işleme maliyetlerini yansıtan kg başına ₹3.000-₹6.000 |
| Çekme Dayanımı | 520 MPa (304) ila 1300 MPa (316) | 880 MPa ila 1200 MPa (örn. Ti-6Al-4V) |
| Sertlik | Orta, alaşıma ve ısıl işleme göre değişir | Paslanmaz çelikten daha yüksek sertlik, daha iyi aşınma direnci |
| Süneklik | İyi, şekillendirme ve kaynak için uygun | Daha az sünektir ancak iyi işlenebilirliği korur, bazı alaşımlar gevrek olabilir |
| Uygulamalar | İnşaat, endüstriyel ekipman, tüketim malları, gıda ve içecek endüstrisi | Havacılık, denizcilik, tıbbi implantlar, yüksek performanslı otomotiv |
| Avantajları | Maliyet açısından uygun, çok yönlü, çoğu kullanım için iyi korozyon direnci, kaynaklanması kolay | Hafif, yüksek mukavemet-ağırlık oranı, mükemmel korozyon direnci, zorlu ortamlara uygundur |
| Dezavantajları | Titanyumdan daha ağırdır, aşırı korozyon veya koşullarda iyi performans gösteremeyebilir | Pahalıdır, işlenmesi ve kaynaklanması daha zordur, bazı biçimlerde ve koşullarda kırılgan olabilir |
5.0 Dayanıklılığın Karşılaştırılması: Titanyum ve Paslanmaz Çelik
5.1 Çekme Dayanımı
- Titanyum alaşımları: Alaşıma ve işleme bağlı olarak 345–1380 MPa (50.000–200.000 psi).
- Paslanmaz çelikler: Kristal yapı ve işleme göre değişir, geniş bir mukavemet aralığına sahiptir.
5.2 Malzeme Özellikleri
- Kristal Yapı: Titanyum, kayma düzlemlerini sınırlayan ve sünekliği azaltırken mukavemeti artıran altıgen sıkı paketlenmiş (HCP) bir yapıya sahiptir. Paslanmaz çelik, mukavemeti ve işlenebilirliği etkileyen çeşitli yapılar (FCC, BCC, BCT) sergiler.
- Tane Boyutu Kontrolü: Her iki malzeme de özelliklerini geliştirmek için ısıl işlemden ve kontrollü soğutmadan faydalanır.
- Alaşımlama: Titanyum doğal veya alaşımlı halde kullanılabilirken, paslanmaz çelik krom, nikel ve molibden gibi elementlerle içsel olarak alaşımlanır.
5.3 Isıl Performans
- Titanyum yüksek sıcaklıklarda (550°C'ye kadar) dayanıklılığını korur ve bu durum alüminyum alaşımı ile daha da güçlendirilir.
- Paslanmaz çelik ve titanyum alaşımları, geliştirilmiş özellikler için ısıl işleme tabi tutulabilir.
5.4 Yüksek Sıcaklık Süper Alaşımları
Özel alaşımlardaki monokristal yapılar, genellikle aşırı ortamlarda kullanılan olağanüstü ısı toleransı sağlar.
Aşağıdaki tabloda çelik ve titanyumun mukavemet özellikleri, yoğunluk, çekme-akma dayanımı, sertlik, kırılma gerilimi ve sertlik gibi temel özelliklere odaklanılarak karşılaştırılmaktadır.
| Mülk | Çelik | Titanyum |
| Yoğunluk | 7,8–8 gr/cm³ | 4,51 gr/cm³ |
| Çekme Akma Dayanımı | 350 megapaskal | 140 megapaskal |
| Sertlik | 200 gigapaskal | 116 gigapaskal |
| Kırık Gerilme | 15% | 54% |
| Sertlik (Brinell ölçeği) | 121 | 70 |
6.0 Alaşım elementleri ve ağırlık üzerindeki etkileri
- Titanyum alaşımları bir dizi alaşım maddesini içerir:
- Titanyum alaşımları içerisinde yer alan Alüminyum, aşırı mukavemet kaybına uğramadan ağırlığın azaltılmasına katkıda bulunur.
- Vanadyum alaşımın mekanik özelliklerini iyileştirir.
- Kaynaklanabilirliği artırmak için sıklıkla demir eklenir.
- Titanyum, bazı paslanmaz çelik alaşımlarına korozyon direncini artırmak için katılır.
6.1 Isıl İletkenlik ve Korozyon Direnci
Hem paslanmaz çelik hem de titanyum zayıf ısı iletkenliğine sahiptir. Titanyumun iletkenliği sıcaklık arttıkça azalırken, paslanmaz çelik düşük iletkenlik gösterir ve daha yüksek sıcaklıklarda hafif bir artış gösterir.
6.2 Titanyum ve Paslanmaz Çelik: Oksit Katmanları ve Etkileri
- Titanyum:Kendi kendini onaran titanyum dioksit (TiO₂) tabakası oluşturarak mükemmel kimyasal direnç ve biyouyumluluk sağlar.
- Paslanmaz çelik:Oksijen açısından zengin ortamlarda korozyon direnci ve kendi kendini onarma özellikleri sunan bir krom oksit (Cr₂O₃) filmi geliştirir.
6.3 Titanyumun Kullanımı ve Uygulamaları
Titanyum ve alaşım ailesi, maliyetin performansa göre ikinci planda olduğu yüksek değerli endüstrilerde ve özel tüketici ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyumun toksik olmayan, hafif ve biyouyumlu yapısı, dayanıklılığın ve güvenilirliğin en önemli olduğu uygulamalara kadar çok yönlülüğünü genişletir.
- Havacılık ve Uzay: Titanyum, yüksek mukavemeti, düşük ağırlığı, korozyona ve yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı sayesinde jet motorları, uçak gövdeleri, uzay araçları ve uydular için ideal bir malzemedir.
- Tıbbi: Biyouyumluluğu, implantlarda (eklem, diş), protezlerde ve cerrahi aletlerde kullanımını destekleyerek, uzun süreli doku teması için dayanıklılık ve güvenlik sağlar.
- Kimyasal İşleme: Zorlu kimyasal ortamlardaki olağanüstü korozyon direnci, onu ısı eşanjörleri, vanalar ve reaktörler için uygun hale getirir.
- Askeri: Dayanıklılığı, sağlamlığı ve korozyon direnci zırhlı araçlarda, deniz araçlarında ve uçaklarda kullanılmasını sağlar.
- Spor Ekipmanları: Yüksek mukavemet-ağırlık oranı, bisikletlere, golf sopalarına ve raketlere hem performans hem de lüks görünüm sunarak fayda sağlar.
- Otomotiv: Egzoz sistemleri ve süspansiyon parçaları gibi hafif ve korozyona dayanıklı bileşenler yüksek performanslı araçların performansını artırır.
- Petrol ve Gaz: Deniz ortamlarına ve aşındırıcı akışkanlara dayanıklılığı, açık deniz platformları ve ekipmanları için uygundur.
- Tuzdan Arındırma: Titanyum, klorür direnci nedeniyle tuzlu su uygulamalarında vazgeçilmezdir.
- Gıda İşleme: Toksik olmaması, kontaminasyona duyarlı ekipmanlarda güvenli kullanım sağlar.
Referanslar:https://jiga.io/articles/titanium-vs-stainless-steel/