درجات التيتانيوم: مطابقة ASTM وGB وAMS

التيتانيوم ليس مادة واحدة. الكلمة نفسها تشمل معدنًا نقيًا صناعيًا بأربعة حدود مختلفة للأكسجين، ونصف دستة من سبائك مقاومة للتآكل بالبلاديوم أو الموليبدينوم، وسبائك إنشائية مثل Ti-6Al-4V التي تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الدرجات النقية. الخطأ في الاختيار نادرًا ما يكون صغيرًا: يظهر كتلحّم متشقق، أو مبادل حراري يتنقّر في سنته الثانية، أو شحنة تُرفض في الفحص الاستلامي لأنها لا تطابق المواصفة المطلوبة.

يغطي هذا الدليل الدرجات المتداولة فعليًا في التوريد الصناعي — الألواح والشرائط والقضبان والأنابيب والمطروقات والمثبتات — وأنظمة المواصفات الثلاثة التي يخلط بينها المشترون أكثر من غيرها: ASTM وGB الصينية وAMS.

ما الذي يحدده رقم الدرجة فعليًا

شيئان فقط يفصلان الدرجات النقية الصناعية بعضها عن بعض: محتوى العناصر البينية — الأكسجين والنيتروجين والكربون والحديد — وبالتالي القوة. التيتانيوم بنقاء 99.5% طري؛ والأكسجين المذاب في الشبكة يثبّت مستويات الانزلاق فيرفع المقاومة ويقلل المطيلية. الدرجة 1 لديها أدنى حد للأكسجين وأفضل قابلية للتشكيل؛ والدرجة 4 أعلاها وأقواها بين الدرجات النقية، بإجهاد خضوع يقارب ثلاثة أضعاف الدرجة 1.

في السبائك يختلف الميكانيزم: الألومنيوم يثبّت طور ألفا ويرفع المقاومة ومقاومة الزحف، والفاناديوم يثبّت بيتا ويحسّن قابلية التشكيل الساخن، والبلاديوم والموليبدينوم-نيكل يغيّران كيمياء الغشاء السطحي كهروكيميائيًا. هذه النقطة الأخيرة هي الأهم لمقاومة التآكل، وهي التي يغفل عنها المشتري غالبًا عند الاستبدال بمادة «بنفس المقاومة» في خدمة كيميائية.

عائلة التيتانيوم النقي صناعيًا: من الدرجة 1 إلى 4

الدرجة 2 هي الدرجة الصناعية الافتراضية وتغطي الغالبية العظمى من التطبيقات الكيميائية والبحرية وتحلية المياه والدعم الطبي. تُختار الدرجة 1 عند التشكيل البارد القاسي — بطانات السحب العميق، الأنابيب الموسّعة، أعمال الصفائح المعقدة — لأن انخفاض الأكسجين يمنح مطيلية على حساب المقاومة. الدرجة 3 بينهما. وتُستخدم الدرجة 4 حين يُشترط التيتانيوم النقي لأسباب تآكلية لكن الإجهاد أعلى من أن تتحمله الدرجة 2 بسماكة أقل؛ وهي أقل تسامحًا بوضوح في التشكيل واللحام.

السبائك: Gr.5 وGr.9 وGr.23 ودرجات البلاديوم والنيكل-موليبدينوم

Gr.5 (Ti-6Al-4V، وما يقابلها TC4 صينيًا) هي سبيكة البناء الأساسية: إجهاد خضوع أدنى نحو 828 ميجاباسكال مقابل 275 للدرجة 2، وميزة مقاومة/كثافة تقارب ضعف الفولاذ المقاوم للصدأ. تُستخدم في وصلات هياكل الطائرات والمثبتات عالية الحمل وأجزاء الضواغط والأدوات الطبية وكل تطبيق يكون الوزن فيه القيد. وهي أصعب تشكيلًا وأكثر حاجة لعناية في اللحام — وليست الخيار الصحيح لوعاء كيميائي لمجرد أنها أقوى.

Gr.9 (Ti-3Al-2.5V) تقع بين النقية وTi-6Al-4V: إجهاد خضوع نحو 483 ميجاباسكال مع قابلية تشكيل بارد جيدة، وتُستخدم عادة لأنابيب الأنظمة الهيدروليكية وأنابيب هياكل الدراجات.

Gr.23 (Ti-6Al-4V ELI) هي نسخة Gr.5 بالعناصر البينية المنخفضة جدًا: نفس مستوى المقاومة مع متانة ومطيلية أفضل، وهي الدرجة المعتادة للزرعات وجراحة العظام والخدمة المبردة.

درجات مقاومة التآكل هي التي تحسم المواصفة غالبًا. Gr.7 هي Gr.2 مع 0.12–0.25% بلاديوم؛ والبلاديوم يزيح جهد التآكل ويحافظ على استقرار الغشاء الخامل في الأحماض الاختزالية الخفيفة حيث تتنقّر Gr.2 العادية. Gr.11 هي الفكرة نفسها على أساس أقل أكسجين. وتحقّق Gr.12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) أثرًا مشابهًا بتكلفة أقل عبر الموليبدينوم والنيكل، وتُستخدم على نطاق واسع في الكلوريدات الساخنة والأحماض المخففة.

الحد الأدنى للخواص في لمحة

القيم أدناه هي الحد الأدنى لمتطلبات المنتج الملدَّن وفق ASTM B265 (ألواح وشرائط) وB348 (قضبان وكتل). الأنابيب وفق B338 والمطروقات وفق B381 لها جداولها الخاصة؛ منطق الدرجات واحد، لكن تحقق دائمًا من البند المنطبق على شكل المنتج.

الدرجة	UNS	التركيب الاسمي	Rp0.2 / Rm (ميجاباسكال، أدنى)	الاستخدام النمطي
Gr.1	R50250	تيتانيوم نقي، O ≤ 0.18%	170 / 240	السحب العميق، أنابيب موسّعة، بطانات
Gr.2	R50400	تيتانيوم نقي، O ≤ 0.25%	275 / 345	المصانع الكيميائية، البحرية، التحلية، عام
Gr.3	R50550	تيتانيوم نقي، O ≤ 0.35%	380 / 450	مقاومة متوسطة، أجزاء ضغط
Gr.4	R50700	تيتانيوم نقي، O ≤ 0.40%	483 / 550	تيتانيوم نقي عالي المقاومة، جدران أسمك
Gr.5	R56400	Ti-6Al-4V	828 / 895	هياكل الطيران، مثبتات، طبي
Gr.7	R52400	Gr.2 + 0.12–0.25% Pd	275 / 345	أحماض اختزالية، كلوريدات ساخنة
Gr.9	R56320	Ti-3Al-2.5V	483 / 620	أنابيب هيدروليكية، أجزاء مشكّلة على البارد
Gr.11	R52250	Gr.1 + 0.12–0.25% Pd	170 / 240	درجة بلاديوم مع الحاجة للتشكيل
Gr.12	R53400	Ti-0.3Mo-0.8Ni	483 / 550	محاليل ملحية ساخنة، أحماض مخففة، أنابيب مبادلات
Gr.23	R56407	Ti-6Al-4V ELI	828 / 860	زرعات، تبريد عميق، أجزاء حرجة الكسر

مطابقة درجات ASTM مع تسميات GB

تُسمّى المادة الصينية وفق GB/T 3620.1، وتبدو التسميات كترجمة مباشرة لنظام ASTM. وهكذا تُعامل في معظم مستندات الشراء. لكنها بدقة عائلات مكافئة، لا مواصفات متطابقة.

تسمية GB	أقرب درجة ASTM	ما يجب التحقق منه قبل قبولها بديلًا
TA1	Gr.1	حد الأكسجين وحد الحديد
TA2	Gr.2	حد الأكسجين؛ الحد الأدنى للشد والخضوع
TA3	Gr.3	حد الأكسجين؛ توافر شكل المنتج
TA9	Gr.7	نطاق البلاديوم 0.12–0.25%
TA10	Gr.12	نطاقات Mo وNi وحالة التلدين
TC4	Gr.5	نطاقات Al وV، حد الأكسجين، المعالجة الحرارية
TC4 ELI	Gr.23	حدود العناصر البينية (O، Fe، N)
TA15 (Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)	لا درجة ASTM مباشرة	سبيكة قريبة من ألفا؛ الاستبدال قرار هندسي لا عمل ورقي
TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)	لا درجة ASTM مباشرة	سبيكة حرارية عالية؛ لا يوجد بديل مباشر

تعلو AMS النظامين بوصفها أكثر صرامة: تغطي AMS 4911 صفائح وشرائط وألواح Ti-6Al-4V؛ وAMS 4928 القضبان والأسلاك والمطروقات والحلقات؛ وتغطي سلسلة AMS 4900 الدرجات النقية. تضيف متطلبات AMS عادة ضبط البنية الدقيقة ونوافذ كيميائية أضيق واختبارات إضافية فوق أساس ASTM — ولهذا يستشهد مشترو الطيران بـAMS لا بـASTM.

أين تتوقف المكافأة عن الدقة

ثلاثة أمور تلدغ عمليًا.

نوافذ الكيمياء مختلفة. حد الأكسجين الذي يفصل درجة نقية عن أخرى ليس متطابقًا في كل نظام، والأكسجين هو ما يحدد المقاومة والمطيلية. وقد تستوفي شهادة تسمية GB بينما تفوت حد ASTM لعنصر معين — أو تستوفيه بهامش رقيق بحيث تفشل إعادة الفحص على عينة ثانية.

التفاوتات والحالة بنود منفصلة. الدرجة لا تقول شيئًا عن كون اللوح مدرفلًا على الساخن أو البارد، أو ملدَّنًا أو مُزال الإجهاد، أو مُخلَّلًا أو مصقولًا، ولا عن مقدار التحدب والانحناء المسموح. يمكن لمورّدين أن يبيعا «لوح Gr.2 وفق B265» ويسلّما مادة تُشغَّل بشكل مختلف تمامًا.

متطلبات الاختبار مختلفة. أي الاختبارات إلزامية، وكم مرة تُؤخذ العينات، وهل الشهادة 3.1 أم 3.2 — كل ذلك منفصل عن الدرجة. وقد تكون الشهادة سليمة تمامًا للدرجة وتُرفض في الفحص الاستلامي لأن بند المواصفة المذكور ليس الصحيح لشكل المنتج.

الاختيار عمليًا: أربعة أسئلة

1. ما الوسط وما درجة الحرارة؟ هذا يحدد إن كنت ستبقى في عائلة التيتانيوم النقي أصلًا، وما إذا كنت تحتاج بلاديوم أو نيكل-موليبدينوم. درجة اختيرت للمقاومة ثم طُلب منها تحمّل حمض الهيدروكلوريك ستفشل مهما كانت خواصها الميكانيكية.

2. هل القيد فعليًا المقاومة، أم الصلابة وسماحية التآكل؟ معظم المعدات الكيميائية تفشل بالتآكل أو بفقدان سماكة الجدار لا بالخضوع. Gr.2 صحيحة عادة؛ وGr.5 غالبًا إجابة مكلفة عن سؤال خاطئ.

3. كيف تُصنَّع القطعة؟ لحام، سحب عميق، تشغيل، أم سنّ لولبي؟ الدرجتان 1 و9 أفضل تشكيلًا من 4 و5؛ وGr.5 تُشغَّل أفضل من الدرجات النقية لكنها تحتاج أدوات حادة وتبريدًا وافرًا؛ ومثبتات Gr.5 تلتقط بشدة دون مادة تشحيم جافة.

4. ماذا تقبل جهة الاعتماد؟ إن كان المستخدم النهائي في الطيران أو الطب فالإجابة عادة AMS أو مواصفة زرعات ASTM (F67، F136) مع سلسلة تتبّع حتى الصهر. لا تصمد حجة «المكافأة» أمام مدقّق.

أخطاء تظهر في طلبات العروض

• طلب Gr.5 لأنها «أفضل». ضعف المقاومة ونصف قابلية اللحام، ولا فائدة لجدار محدود بالتآكل.
• استخدام Gr.2 العادية في محلول كلوريدي ساخن. فوق نحو 70 °م يصبح التآكل الجيبي تحت الحشوات وعند وصلة الأنبوب بالصفيحة هو حالة التصميم، والجواب المعتاد Gr.7 أو Gr.12.
• معاملة TA2 كأنها Gr.2 على الورق. اطلب جدول الكيمياء لا التسمية فقط، وقارنه عنصرًا بعنصر مع بند ASTM الذي تشتريه.
• ذكر المواصفة دون الحالة. «ASTM B265 Gr.2» لا تحدد ملدَّنًا أم مدرفلًا على البارد، ولا حالة الحافة ولا تشطيب السطح — وكلها تغيّر السعر والمدة.
• افتراض أن درجة البلاديوم ترقية دائمًا. البلاديوم ينفع في الظروف الاختزالية؛ وفي الأوساط عالية الأكسدة لا يقدّم شيئًا ويكلّف كثيرًا.

تتوافر مواد هذه العائلات كـألواح وشرائط، وقضبان وأعمدة، وأنابيب ومواسير، ومثبتات، ومطروقات وأجزاء مشغّلة. إن كان لديك سؤال عن درجة مرتبط بوسط أو رسم معين، أرسله مع ظروف الخدمة ونجيب عليه وفق المعيار الذي تعمل به.