تطبيق سبائك التيتانيوم في صناعة الصمامات

تتمتع سبائك التيتانيوم بالعديد من المزايا مثل الكثافة المنخفضة والقوة العالية ومقاومة التآكل ودرجات الحرارة العالية ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل البترول والصناعات الكيماوية والبيئة البحرية والطب الحيوي والفضاء وصناعة السيارات والسفن. . يتم الحصول على سبائك التيتانيوم المصبوبة عن طريق صب سبائك التيتانيوم في الشكل المطلوب، ومن بينها سبائك ZTC4 (Ti-6Al-4V) هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، مع أداء عملية مستقر، وقوة جيدة وصلابة للكسر (أقل من 350 درجة مئوية).

باعتبارها عنصر التحكم الرئيسي في البيئات الخاصة المختلفة وأنظمة نقل خطوط أنابيب السوائل المتوسطة الخاصة، أصبحت الصمامات عنصرًا مهمًا في العديد من المعدات في الإنتاج، ويمكن القول أن أي صناعة لا يمكنها الاستغناء عن الصمامات. نظرًا لاختلاف المتطلبات البيئية ودرجة الحرارة والمتطلبات المتوسطة في المجالات المختلفة، فإن اختيار مادة الصمام يعد أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص ويحظى بتقدير واسع النطاق. تتمتع الصمامات المعتمدة على سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم المصبوبة بآفاق واسعة في مجال الصمامات نظرًا لمقاومتها الممتازة للتآكل وأداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة والقوة العالية.

التطبيقات

- البحرية
بيئة العمل لنظام خطوط أنابيب مياه البحر قاسية للغاية، وأداء الصمامات البحرية يؤثر بشكل مباشر على السلامة والأداء العام لنظام خطوط الأنابيب. في وقت مبكر من ستينيات القرن العشرين، بدأت روسيا الأبحاث حول سبائك التيتانيوم للسفن، ثم قامت بتطويرها للاستخدام البحري. تستخدم سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في أنظمة خطوط أنابيب السفن العسكرية، بما في ذلك الصمامات الكروية، وصمامات الفحص، والصمامات الكروية، مع مجموعة واسعة من الأنواع. وعدد كبير من التطبيقات؛ وفي الوقت نفسه، تم أيضًا استخدام صمامات التيتانيوم في أنظمة خطوط أنابيب السفن المدنية. بالمقارنة مع سبائك النحاس والصلب وما إلى ذلك المستخدمة سابقًا، أظهرت اختبارات الصرف اللاحقة أيضًا أن استخدام سبائك التيتانيوم المصبوب يتمتع بموثوقية عالية في العديد من الجوانب مثل القوة الهيكلية ومقاومة التآكل، وقد تم تمديد عمر الخدمة بشكل كبير، من الأصلي 2-5 سنوات إلى أكثر من مرتين، الأمر الذي اجتذب اهتماما واسع النطاق من الجميع. إن صمام الفراشة اللامركزي الثلاثة الذي يقدمه معهد أبحاث بناء السفن الصيني 725 في لويانغ، الصين لنموذج معين من السفينة هو تغيير في اختيار المواد السابق ونظام التصميم، باستخدام Ti80 ومواد أخرى كجسم رئيسي، مما يطيل عمر الخدمة للسفينة. الصمام لأكثر من 25 عامًا، مما أدى إلى تحسين الموثوقية والتطبيق العملي لتطبيقات منتجات الصمامات، وسد الفجوة التقنية في الصين.

- الفضاء الجوي
في مجال الطيران، تعمل سبائك التيتانيوم المصبوبة أيضًا بشكل جيد، وذلك بفضل مقاومتها الممتازة للحرارة وقوتها. وفي الستينيات أيضًا، قامت الخطوط الجوية الأمريكية بتجربة مصبوبات التيتانيوم لأول مرة. بعد فترة من البحث، تم تطبيق مصبوبات سبائك التيتانيوم رسميًا في الطائرات منذ عام 1972 (بوينغ 757، 767، و777، وما إلى ذلك). لم يتم استخدام عدد كبير من مصبوبات سبائك التيتانيوم ذات الهيكل الثابت فحسب، بل تم استخدامها أيضًا في المواضع الحرجة، مثل التحكم في الصمامات في أنظمة خطوط الأنابيب الحرجة. تشمل الصمامات شائعة الاستخدام صمامات الأمان، وصمامات الفحص، وما إلى ذلك، مما أدى إلى خفض تكاليف تصنيع الطائرات وزيادة السلامة والموثوقية، وفي الوقت نفسه، نظرًا للكثافة والوزن الصغيرين نسبيًا لسبائك التيتانيوم مقارنة بالسبائك الأخرى، والتي تبلغ حوالي 60٪ فقط من بنفس القوة الفولاذية، فإن تطبيقه على نطاق واسع يمكن أن يعزز الطائرات من التحرك بثبات نحو اتجاه عالي القوة وخفيف الوزن. في الوقت الحاضر، تُستخدم صمامات الطيران بشكل أساسي في العديد من أنظمة التحكم مثل الهواء والهيدروليك والوقود والتشحيم، وهي أكثر ملاءمة للبيئات ذات المقاومة للتآكل ودرجات الحرارة البيئية المرتفعة. إنها أحد المكونات الحاسمة للمركبات الفضائية والمحركات والأقسام الأخرى. غالبًا ما تتطلب الصمامات التقليدية استبدالًا تدريجيًا، وقد لا تلبي حتى الطلب. في الوقت نفسه، مع التوسع السريع في سوق صمامات الفضاء الجوي، تحتل صمامات التيتانيوم أيضًا حصة متزايدة بسبب أدائها المتفوق.

- الصناعة الكيميائية
تُستخدم الصمامات الكيميائية عمومًا في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي ومقاومة التآكل وفرق الضغط الكبير. ولذلك، فإن اختيار المواد المناسبة أمر بالغ الأهمية لتطبيق الصناعة الكيميائية للصمام. في المرحلة المبكرة، يتم اختيار الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والمواد الأخرى بشكل أساسي، وقد يحدث التآكل بعد الاستخدام، مما يتطلب الاستبدال والصيانة. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا صب سبائك التيتانيوم واكتشاف أدائها المتفوق تدريجيًا، ظهرت صمامات التيتانيوم أيضًا في عيون الناس. بأخذ وحدة إنتاج حمض التريفثاليك المنقى (PTA) في صناعة الألياف الكيماوية كمثال، فإن وسط العمل هو بشكل رئيسي حمض الأسيتيك وحمض الهيدروبروميك، الذي يتميز بقابلية تآكل قوية. يلزم استخدام ما يقرب من 8000 صمام، بما في ذلك الصمامات الكروية والصمامات الكروية، بأنواع مختلفة وأعداد كبيرة. لذلك، أصبحت صمامات التيتانيوم خيارًا جيدًا، مما يزيد من موثوقية وسلامة الاستخدام. بشكل عام، نظرًا لتآكل اليوريا، فإن الصمامات الموجودة في مخرج ومدخل برج تصنيع اليوريا يمكن أن تلبي عمر الخدمة لمدة عام واحد وقد وصلت بالفعل إلى متطلبات الاستخدام. قامت شركات مثل مصنع Shanxi Lvliang للأسمدة ومصنع Shandong Tengzhou للأسمدة ومصنع Henan Lingbao للأسمدة بمحاولات متعددة واختارت في النهاية صمامات فحص الضغط العالي ذات صمام التيتانيوم H72WA-220ROO-50 وH43WA-220ROO-50 و65 و80 والعزل الصمامات الحابسة BJ45WA-25R-100، 125، وما إلى ذلك لاستيراد أبراج تصنيع اليوريا، مع عمر خدمة يزيد عن عامين، مما يدل على مقاومة جيدة للتآكل [9]، مما يقلل من تكرار وتكلفة استبدال الصمام.

لا يقتصر تطبيق سبائك التيتانيوم المصبوب في سوق الصمامات على الصناعات المذكورة أعلاه، ولكن هناك تطور جيد في جوانب أخرى. على سبيل المثال، تتمتع سبائك التيتانيوم المصبوبة الجديدة Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si التي تم تطويرها في اليابان بالعديد من المزايا مثل الكثافة المنخفضة وقوة الزحف العالية ومقاومة التآكل الجيدة. عند استخدامه في صمام العادم الخلفي لمحركات السيارات، يمكنه تحسين أداء السلامة للمحرك وإطالة عمر الخدمة.

- صناعات أخرى
بالمقارنة مع تطبيق سبائك التيتانيوم المصبوب في صناعة الصمامات، فإن التطبيقات الأخرى لسبائك التيتانيوم المصبوبة أكثر شمولاً. تتمتع سبائك التيتانيوم والتيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل، وهو أمر ذو أهمية كبيرة للصناعات ذات المتطلبات المسببة للتآكل مثل صناعة البتروكيماويات. في هذه الصناعات، العديد من المعدات الكبيرة التي تتطلب إنتاجًا صناعيًا مثل المضخات الحجمية والمبادلات الحرارية والضواغط والمفاعلات ستستخدم مصبوبات التيتانيوم المقاومة للتآكل، والتي تحظى بأكبر طلب في السوق. في مجال الطب، نظرًا لأن التيتانيوم معدن آمن وغير سام وخالي من المعادن الثقيلة ومعترف به عالميًا، فإن العديد من الأجهزة الطبية المساعدة والأطراف الاصطناعية وغيرها مصنوعة من سبائك التيتانيوم المصبوبة. خاصة في طب الأسنان، فإن جميع مصبوبات الأسنان التي تم تجربتها تقريبًا مصنوعة من التيتانيوم النقي الصناعي وسبائك Ti-6Al-4V، والتي تتمتع بتوافق حيوي جيد، وخصائص ميكانيكية، ومقاومة للتآكل. من ناحية أخرى، نظرًا لمزايا الكثافة المنخفضة والأداء الجيد للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم، فإنها تستخدم على نطاق واسع في العديد من المعدات الرياضية مثل مضارب الجولف ورؤوس الكرة ومضارب التنس ومضارب كرة الريشة وأدوات صيد الأسماك. المنتجات المصنوعة منها خفيفة الوزن، ولها ضمان الجودة، وتحظى بشعبية كبيرة بين الجمهور. على سبيل المثال، يتم استخدام سبائك التيتانيوم الجديدة SP-700 التي طورتها شركة Japan Steel Pipe Company (N104) كمادة سطحية لرؤوس كرات الجولف من سلسلة Taylor 300، وهي الأكثر مبيعًا في سوق الجولف العالمي. منذ أواخر القرن العشرين، شكلت سبائك التيتانيوم المصبوبة تدريجيًا التصنيع والحجم في مجالات مثل البتروكيماويات والفضاء والطب الحيوي وصناعة السيارات والرياضة والترفيه، بدءًا من الاستكشاف الأولي وحتى الترويج والتطوير النشطين الحاليين.