التيتانيوم (Grade 2, Grade 5)
التيتانيوم النقي Grade 2 وسبيكة Ti-6Al-4V Grade 5: الخواص وحدود القص والتشغيل ومتى يستحق التيتانيوم تكلفته
يُختار التيتانيوم عندما تحتاج القطعة قوة الحديد بوزن 57% منه، أو مقاومة تآكل تفوق ستانلس 316L في ماء البحر والكلوريدات. درجتان تغطيان معظم الأعمال الصناعية: Grade 2 وهو تيتانيوم نقي تجارياً بقوة شد حوالي 345 MPa وقابلية تشكيل ممتازة، و Grade 5 (Ti-6Al-4V، 3.7165) وهو سبيكة بقوة شد 895 MPa تُستخدم للقطع الإنشائية والطبية المشغلة. كلاهما يُقص بليزر الفايبر أو الووتر جيت ويُشغل CNC بتغذيات أقل واستهلاك عدة أعلى من الحديد.
يشغّل الموردون في شبكة CutLinq صاج وألواح وقضبان التيتانيوم في الإمارات والسعودية، وبدرجة أقل في مصر، أساساً لعملاء النفط والغاز والتحلية والطبي وسباقات السيارات. ارفع ملف DXF أو STEP واستلم عرض سعر ملزم خلال 12 ساعة.
Grade 2 مقابل Grade 5
Grade 2 (3.7035) هو حصان العمل في المصانع الكيميائية والمبادلات الحرارية ومواسير التحلية: يُثنى على البارد بنصف قطر داخلي 2t، ويُلحم بسهولة تحت حماية الأرجون، ويقاوم ماء البحر والكلوريدات والأحماض المؤكسدة بلا حدود زمنية. قوته قريبة من ستانلس 1.4301 (304) الملدن، فهو ليس بديلاً للحديد حيث تهم الصلابة.
Grade 5 أقوى بحوالي 2.5 مرة، ويقبل المعالجة الحرارية، ويحتفظ بقوته حتى 350 درجة مئوية. هو المعيار لوصلات الطيران وغرسات العظام (بنسخته ELI وهي Grade 23) ومكونات السباقات. لا يُثنى على البارد في السماكات العملية وأصعب في التشغيل، لذلك يُستخدم للقطع المفريزة والمخروطة وليس لأعمال الصاج.
| الخاصية | Grade 2 (3.7035) | Grade 5 Ti-6Al-4V (3.7165) | 1.4404 (316L) للمقارنة |
|---|---|---|---|
| قوة الشد (MPa) | 345 إلى 480 | 895 إلى 1,000 | 515 إلى 620 |
| حد الخضوع (MPa) | 275 كحد أدنى | 828 كحد أدنى | 205 كحد أدنى |
| الكثافة (g/cm3) | 4.51 | 4.43 | 8.0 |
| الاستطالة (%) | 20 | 10 | 40 |
| أقصى درجة حرارة تشغيل (°C) | 300 | 350 إلى 400 | 500 |
| نصف قطر الثني الداخلي على البارد | 2t | غير عملي | 1t |
قص التيتانيوم: ليزر وووتر جيت وبلازما
ليزر الفايبر يقص صاج التيتانيوم حتى 6 مم تقريباً بغاز مساعد أرجون أو نيتروجين؛ يُمنع استخدام الأكسجين لأن التيتانيوم يشتعل. تُظهر الحواف طبقة alpha-case رقيقة من 20 إلى 50 µm صلبة وهشة، مقبولة للكتائف لكن يجب إزالتها بالتشغيل في القطع المعرضة للكلال أو الغرسات. الووتر جيت ليس له منطقة متأثرة بالحرارة ويقص الألواح حتى 100 مم وأكثر، فهو العملية المفضلة لألواح Grade 5 وأي قطعة ستُلحم أو تتحمل أحمال كلال.
القص بالبلازما ممكن على Grade 2 السميك لكنه يترك alpha-case ثقيلة ونادراً ما يستحق. غبار التيتانيوم والرايش الناعم خطر حريق، لذلك يفصله الموردون عن تقطيع الحديد والألومنيوم.
| العملية | مدى السمك (مم) | السماحية | المنطقة المتأثرة بالحرارة |
|---|---|---|---|
| ليزر فايبر (أرجون/N2) | 0.5 إلى 6 | ±0.1 إلى ±0.15 مم | alpha-case من 20 إلى 50 µm |
| ووتر جيت | 1 إلى أكثر من 100 | ±0.1 إلى ±0.3 مم | لا توجد |
| فرايز CNC | أي سمك | ±0.05 مم قياسي، ±0.01 ممكن | لا توجد مع التبريد الغزير |
| بلازما | 6 إلى 50 (Grade 2 فقط) | ±1.0 مم | alpha-case من 0.2 إلى 0.5 مم |
التشغيل والتشكيل
يُشغل التيتانيوم بربع سرعة ستانلس 1.4301 (304) تقريباً: سرعة قطع 40 إلى 60 م/دقيقة بعدد كربيد لـ Grade 5، مع تبريد بضغط عالٍ وتثبيت جاسئ وفرايز مسايرة (climb) للتحكم في ميله للتصلد بالتشغيل والالتصاق. الجدران الأرق من 1.5 مم والجيوب العميقة تنحرف، فاترك أنصاف أقطار سخية وخطط لمرور شبه نهائي. القلاووظ يُفضل تشكيله بفرايز القلاووظ بدلاً من الطرابوش، لأن الطرابوش يعلق في Grade 5.
صاج Grade 2 يُثنى على مكبس الثني بنصف قطر 2t إلى 3t وارتداد مرن 15 إلى 25 درجة، أي ضعف الستانلس تقريباً، ويجب أن تسمح العدة بذلك. صاج Grade 5 يحتاج تشكيلاً ساخناً فوق 600 درجة مئوية ونادراً ما يُثنى في المنطقة.
- فرايز Grade 5: كربيد 40 إلى 60 م/دقيقة، 0.05 إلى 0.1 مم/سن، تبريد غزير بضغط 70 بار أو أكثر
- خراطة Grade 2: 60 إلى 90 م/دقيقة، لقم حادة موجبة، تجنب التوقف داخل القطع
- التخريم: دورات نقر، 15 إلى 20 م/دقيقة، بنط كوبالت أو كربيد
- ثني Grade 2: نصف قطر داخلي 2t إلى 3t، ارتداد 15 إلى 25 درجة، لا ثني بارد لـ Grade 5
- اللحام: لحام أرجون (TIG) تحت حماية أرجون كاملة مع درع خلفي وتنقية الجذر؛ لا MIG على السماكات الرقيقة
التآكل وبيئة الخليج
يكوّن التيتانيوم طبقة أكسيد مستقرة تصلح نفسها في ماء البحر والمحلول الملحي والكلور الرطب والهيبوكلوريت، ولهذا تستخدم محطات التحلية على البحر الأحمر والخليج العربي مواسير وألواح Grade 2 للمكثفات ومكونات المأخذ حيث يتنقر 316L خلال سنوات قليلة. لا يحتاج طلاءً ولا دهاناً ولا أنودة لأغراض التآكل. الأعطال الشائعة الوحيدة هي التآكل الجلفاني للشريك الأقل نبلاً عند ربط التيتانيوم بالألومنيوم أو الحديد الكربوني في ظروف رطبة، وتآكل الشقوق في المحلول الملحي الساخن فوق 80 درجة مئوية، حيث يُحدد Grade 7 أو Grade 12 بدلاً منه.
التكلفة والتوفر في المنطقة
صاج وألواح وقضبان التيتانيوم تُستورد حسب الطلب لمعظم الأعمال؛ صاج Grade 2 من 1 إلى 3 مم وقضيب Grade 5 الدائري من 20 إلى 100 مم هما المقاسان الأكثر توفراً في مخازن دبي والدمام. الخامة تكلف تقريباً 8 إلى 12 ضعف 316L لكل كجم لـ Grade 2 و 12 إلى 18 ضعفاً لـ Grade 5، ووقت التشغيل أطول 3 إلى 4 مرات، فالقطعة النهائية من التيتانيوم تكلف عادة 5 إلى 10 أضعاف نفس القطعة من الستانلس. يستحق ذلك عندما يكون الوزن أو عمر التآكل أو التوافق الحيوي هو العامل الحاسم، ونادراً غير ذلك. دعم WhatsApp متاح لتأكيد توفر الخامة قبل التسعير.
إرشادات التصميم
- استخدم Grade 2 لأي شيء يُثنى أو يُلحم من صاج؛ احتفظ بـ Grade 5 للقطع المشغلة التي تحتاج قوة فوق 800 MPa.
- صمم الثنيات في Grade 2 بنصف قطر داخلي 2t على الأقل وأضف تعويض ارتداد 20 درجة في المسطح.
- حدد الووتر جيت للقطع الأسمك من 6 مم أو أي قطعة تتحمل أحمال كلال؛ اطلب إزالة alpha-case بعمق 0.1 مم من حواف الليزر إذا لزم.
- اجعل سمك الجدار المشغل 1.5 مم على الأقل ونصف قطر الأركان الداخلية 2 مم أو أكثر لتجنب انحراف العدة.
- استخدم قلاووظ مفريز أو حشوات helicoil بدلاً من القلاووظ بالطرابوش في Grade 5.
- اعزل التيتانيوم عن الألومنيوم والحديد الكربوني بوردات أو جلب نايلون في التركيبات الرطبة أو الساحلية.
- اطلب مقاسات المخزون (صاج Grade 2 بسمك 1 و 1.5 و 2 و 3 مم؛ قضيب Grade 5 من 20 إلى 100 مم) لتجنب مدة استيراد 3 إلى 6 أسابيع.
التطبيقات
| الصناعة | أمثلة القطع | الخامة المعتادة |
|---|---|---|
| التحلية والمياه | ألواح مبادلات حرارية، مصافي مأخذ، كتائف مواسير المحلول الملحي | Grade 2 (3.7035) |
| النفط والغاز | وصلات تحت البحر، مكونات الرايزر، دواخل المحابس | Grade 5 (3.7165)، Grade 2 |
| الطبي | شرائح غرسات، أجسام أدوات جراحية، هياكل أسنان | Grade 5 ELI (Grade 23)، Grade 2 |
| السباقات والطيران | كتائف، فلنشات عادم، مثبتات، قطع تعليق | Grade 5 (3.7165) |
| الصناعات الكيميائية | بطانات مفاعلات، أجسام مضخات، سلال أنود | Grade 2، Grade 7 |
| العمارة | ألواح كسوة ومنحوتات في التعرض الساحلي | صاج Grade 1، Grade 2 |
التسعير ومدة التنفيذ
تكلفة قطعة التيتانيوم تحددها الخامة (وهي المهيمنة في القطع المقصوصة البسيطة، و Grade 5 أغلى من Grade 2 بحوالي 40 إلى 60% لكل كجم)، ووقت التشغيل (أطول 3 إلى 4 مرات من الستانلس لنفس الشكل، فالتعقيد يُحسب بثقل)، وتوفر الخامة (مقاسات المخزون تُشحن خلال أيام والاستيراد يستغرق 3 إلى 6 أسابيع). قطع Grade 2 المقصوصة بالليزر أو الووتر جيت من صاج المخزون تستغرق 5 إلى 10 أيام عمل؛ مكونات Grade 5 المشغلة تستغرق 10 إلى 20 يوم عمل من قضيب المخزون، مضافاً إليها مدة الاستيراد إذا لم يكن المقاس متوفراً محلياً.
الأسئلة الشائعة
ليزر الفايبر يقص صاج Grade 2 و Grade 5 حتى 6 مم تقريباً بغاز أرجون مساعد. للألواح الأسمك أو القطع الملحومة أو المعرضة للكلال ننصح بالووتر جيت لأنه لا يترك طبقة alpha-case على الحافة.
ارفع ملف DXF أو STEP وحدد Grade 2 أو Grade 5 واستلم عرض سعر ملزم من CutLinq خلال 12 ساعة.