الإينكونيل مقابل التيتانيوم: الخصائص والسعر وكيفية الاختيار

بالنسبة للمكونات التي يجب أن تتحمل درجات حرارة عالية جدًا أو الأكسدة الشديدة أو الهجوم الكيميائي المركز، اختر إنكونيل (سبائك النيكل والكروم الفائقة). بالنسبة للأجزاء التي تتطلب تقليل الوزن والقوة النوعية العالية والتوافق الحيوي، اختر سبائك التيتانيوم (خاصةً Ti-6Al-4V). وتحل كل عائلة معدنية مشاكل هندسية مختلفة؛ ويجب أن يتم الاختيار من متطلبات على مستوى المكونات: درجة حرارة الخدمة، والبيئة، ونظام التعب، وقابلية التصنيع، والتكلفة.

لماذا تتم مقارنة هذين المعدنين

غالبًا ما يظهر الإينكونيل والتيتانيوم في مراحل القائمة المختصرة للأجزاء الهندسية عالية الأداء لأن كلاهما يقاوم التآكل ويوفر قوة تفوق الفولاذ العادي. ويختلفان بشدة في الكثافة والحدود الحرارية وكيمياء السبائك، مما يؤدي إلى مفاضلات بين الوزن ومقاومة الحرارة والتصنيع. إن فهم هذه المفاضلات يمنع سوء اختيار المواد المكلفة.

الكيمياء عالية المستوى والعائلات

• إنكونيل - عائلة من السبائك الفائقة القائمة على النيكل مع قدر كبير من الكروم والموليبدينوم والنيوبيوم/التنتالوم وأحياناً الحديد. مصممة لتشكيل طبقات أكسيد مستقرة والاحتفاظ بالقوة الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة. الدرجات الشائعة: إنكونيل 625 (مقاومة التآكل), إنكونيل 718 (قوة عالية عند درجة حرارة مرتفعة).

• سبائك التيتانيوم - التيتانيوم في المقام الأول مع عناصر السبائك مثل الألومنيوم والفاناديوم. ويُعد Ti-6Al-4V (الدرجة 5) هو العمود الفقري: قوة نوعية ممتازة، ومقاومة جيدة للتآكل، ويستخدم على نطاق واسع في مجالات الفضاء والطب الحيوي.

خصائص المواد الرئيسية

• الكثافة/الوزن: تكون سبائك التيتانيوم أخف وزنًا بكثير؛ كثافة Ti-6Al-4V ≈ 4.43 جم/سم مكعب. وتتجاوز كثافة الإينكونيل عادةً 8.0 جم/سم مكعب (قاعدة النيكل)، مما ينتج مكونات أثقل للحجم نفسه. ينتج عن ذلك دافع قوي للتيتانيوم حيث تكون الكتلة مهمة.

• القوة في درجة حرارة الغرفة: يوفر كلاهما قوة شد/مرونة عالية، لكن التيتانيوم يوفر قوة شد/مرونة عالية القوة إلى الوزن النسبة. غالباً ما يُظهر الإينكونيل قوة مطلقة أعلى عند المعالجة الحرارية (على سبيل المثال، الإينكونيل 718) ويحافظ على القوة في درجات الحرارة التي يلين فيها التيتانيوم.

• أداء في درجات الحرارة العالية: يحتفظ Inconel بالسلامة الميكانيكية ومقاومة الأكسدة في درجات حرارة أعلى بكثير من تلك التي يمكن استخدامها لسبائك التيتانيوم؛ ويتم اختيار السبائك الفائقة للأقسام الساخنة للتوربينات والعادم. يوصى عادةً باستخدام سبائك التيتانيوم حتى 350 درجة مئوية تقريبًا في الخدمة لسبائك التيتانيوم Ti-6Al-4V؛ وبعد ذلك تنخفض القوة ومقاومة الزحف بشكل كبير.

• مقاومة التآكل: كلاهما يقاوم العديد من البيئات المسببة للتآكل. يُظهر الإينكونيل مقاومة استثنائية للبيئات المؤكسدة والمختزلة وبيئات الكلوريد، وغالباً ما يتفوق على التيتانيوم في بعض حالات التعرض الكيميائي. يشكّل التيتانيوم طبقة أكسيد متماسكة تمنح مقاومة فائقة لمياه البحر والعديد من الأحماض، ومع ذلك يمكن لبعض الأحماض المهلجنة والكلور الساخن أن تهاجمه. اختر حسب الكيمياء والبيئة.

• الإرهاق والزحف: يتمتع التيتانيوم بخصائص إجهاد جيدة للتصميمات الحساسة للوزن؛ يُظهر Inconel مقاومة زحف فائقة في درجات الحرارة المرتفعة ويفضل في الحالات التي يتسبب فيها الحمل والحرارة على المدى الطويل في حدوث تشوه يعتمد على الوقت.

جدول مقارنة مدمج - أرقام وتأثيرات عملية

(الأرقام تمثيلية؛ راجع دائمًا أوراق البيانات وشهادات الموردين للتعرف على التصميم).

الاعتبارات الهندسية التفصيلية

مقاومة درجات الحرارة والزحف

تم تطوير سبائك Inconel خصيصًا من أجل قوة مستقرة في درجات الحرارة المرتفعة ولمقاومة الأكسدة والإجهاد الحراري. تنتج محتويات النيكل والكروم العالية مقياس أكسيد مستقر وتدهور بطيء في البنية المجهرية تحت الحرارة والإجهاد. بالنسبة للمكونات التي تعمل في درجات حرارة ثابتة أو دورية أعلى من 400-500 درجة مئوية، يتفوق Inconel في كثير من الأحيان على التيتانيوم.

توفر خلائط التيتانيوم قوة جيدة جدًا في درجات الحرارة المنخفضة ولكنها تعاني من زيادة الزحف وفقدان الصلابة عند الوصول إلى 400 درجة مئوية أو أكثر. وعادةً ما تحد معايير التصميم من الخدمة المستمرة ل Ti-6Al-4V إلى ما يقرب من 350 درجة مئوية.

القوة إلى الوزن والكفاءة الهيكلية

ونظراً لأن كثافة التيتانيوم تعادل تقريباً نصف كثافة الإينكونيل، فإن التيتانيوم ينتج كفاءة هيكلية استثنائية حيث يحسّن تقليل الكتلة أداء النظام (الطائرات، ورياضة السيارات عالية الأداء، والروبوتات الانتقائية). عندما يكون العامل المحدّد هو القصور الذاتي أو مركز الثقل أو الحمولة الصافية، غالباً ما يصبح التيتانيوم الخيار الاقتصادي على الرغم من ارتفاع تكلفة المواد الخام لكلّ كيلوغرام.

الإينكونيل مقابل التيتانيوم - جدول مقارنة الأسعار (2025)

الملاحظات:

• العملة المعروضة بالدولار الأمريكي للكيلو جرام/الدولار الأمريكي للرطل الواحد ما لم يُذكر ذلك صراحةً. التحويل المستخدم: 1 كجم = 2.20462 رطل (تم تقريب الأسعار إلى رقمين عشريين للتوضيح).

• الشكل مهم: الصفيحة/الصفيحة/القضيب (المشغول) أرخص بكثير من المسحوق المرذذ. المواد المعتمدة من الفضاء الجوي أو الكميات الصغيرة أو القطع الخاصة تزيد من السعر.

• الاختلافات الإقليمية (الصين-المصنع مباشرةً مقابل أوروبا مقابل الولايات المتحدة الأمريكية التي يتم تسليمها) تغير التكلفة النهائية بشكل كبير - اطلب دائمًا عروض أسعار تسليم المصنع، وفوب وتسليم ظهر السفينة (FOB) للمقارنة بشكل عادل.

الوجبات السريعة للمشتريات (2025)

• إذا كان حساس للوزن تفضل التصاميم التيتانيوم (Ti-6Al-4V) - ولكن تحقق مما إذا كان شكل السبيكة والشهادة التي تحتاجها متاحًا بسعر تنافسي للكمية التي تريدها.

• إذا كانت الخدمة درجة الحرارة/ الأكسدة/ الزحف لصالح Inconel، توقع تكلفة أعلى للمواد الخام لكل كجم و ارتفاع تكاليف التصنيع/الأدوات؛ يجب أن تشمل التكلفة الإجمالية للنظام التصنيع والفحص.

• المسحوق (التصنيع المضاف): تتطلب مساحيق الإينكونيل والتيتانيوم علاوات كبيرة مقابل المخزون المشغول - حدد مواصفات المسحوق والمورد للحصول على أسعار دقيقة.

سلوك التآكل ومطابقة البيئة

يجب أن تتوافق مقاومة التآكل مع الكيمياء ودرجة الحرارة المحددة. تقاوم سبائك Inconel مثل 625 تأليب الكلوريد واختزال الأحماض والأكسدة في درجات الحرارة العالية. ويتفوق التيتانيوم في مياه البحر والعديد من الأحماض المؤكسدة؛ كما أنه يتمتع بتوافق حيوي قوي، مما يجعله شائعًا في عمليات الزرع. من الضروري إجراء فحص توافق المواد مع سوائل الخدمة في درجات حرارة التشغيل.

أداء التعب والمعالجات السطحية

يعتمد عمر التعب على تشطيب السطح والإجهادات المتبقية والهندسة والبيئة. ويستفيد سلوك إجهاد التيتانيوم بقوة من المعالجات السطحية الانضغاطية (الصقل بالخردق، الصقل بالليزر). يجب تصميم مكونات Inconel التي تعمل في درجة حرارة عالية للتعب الحراري منخفض الدورة وقد تحتاج إلى طلاءات أو تبريد داخلي لعمر طويل.

التصنيع واللحام والربط

• إنكونيل: يتم لحام بعض الدرجات بسهولة مع الحشو والمعالجة الحرارية المناسبة؛ بينما تتطلب درجات أخرى الاهتمام لتجنب التشقق الساخن أو ظواهر الإجهاد - العمر (خاصة في السبائك المقواة بالترسيب). وغالباً ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة للحصول على الخصائص المثلى.

• التيتانيوم: يتطلب اللحام نظافة صارمة وتدريع خامل عالي الجودة لمنع التقاط الأكسجين/النيتروجين. وعند اتباع الإجراءات، تحقق وصلات اللحام سلامة عالية وقوة مقبولة.

التصنيع الآلي والتشطيب

كلتا المجموعتين تصلب العمل أو تفاعلي؛ ويختلف اختيار أداة القطع ومعدلات التغذية واستراتيجيات سائل التبريد. يشتهر الإينكونيل بضعف قابلية التشغيل الآلي والتآكل السريع للأدوات؛ أما التيتانيوم فيحدث قعقعة وتآكل، مما يتطلب إعدادات صارمة وأدوات دقيقة. توقع ساعات تصنيع أعلى من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ.

حالات وأمثلة الاستخدامات النموذجية في الصناعة

• الفضاء الجوي:

  • إنكونيل: مكونات توربينات المقطع الساخن، وبطانات الاحتراق، وموانع تسرب العادم.

  • التيتانيوم: الأجزاء الهيكلية لهيكل الطائرة، ومكونات معدات الهبوط (حيث يكون الوزن مهمًا)، والمثبتات، وشفرات المروحة في أقسام التبريد.

• النفط والغاز/الكيماويات:

  • إنكونيل: أدوات قاع البئر، وبيئات غاز المداخن، والمبادلات الحرارية، والأنابيب في المجاري المائية المسببة للتآكل.

  • التيتانيوم: أنابيب المبادلات الحرارية لخدمة مياه البحر، وبعض الأجزاء الملامسة للمواد الكيميائية حيث الكلوريدات والمؤكسدات معتدلة.

• طبيًا:

  • التيتانيوم: الغرسات والأطراف الصناعية والأدوات الجراحية بسبب التوافق الحيوي.

• رياضة السيارات عالية الأداء والبحرية:

  • التيتانيوم: نظام التعليق خفيف الوزن، والمثبتات، وأنظمة العادم (حيث يمكن التحكم في درجات الحرارة).

  • إنكونيل: رؤوس عادم السباق التي تشهد درجات حرارة عالية جداً.

المشتريات، وسلسلة التوريد، وعروض MWAlloys

تتحكم ديناميكيات سوق المواد الخام في المهل الزمنية والأسعار. يُعد كل من الإينكونيل والتيتانيوم من المعادن المتخصصة ذات التوافر المتغير. وتصدر MWAlloys من مصانع معتمدة في الصين، وتحتفظ بمخزون سريع الدوران للأشكال الشائعة (قضبان، ألواح، صفائح، صفائح، حلقات، مثبتات)، وتقدم وثائق التصدير وتقارير اختبار المصنع (MTRs). تؤكد MWAlloys على أسعار المصنع 100%، وخصومات الحجم، والشحنات السريعة من المخزون للعديد من الأحجام القياسية. بالنسبة للمكونات المصممة هندسياً، تدعم MWAlloys عمليات القطع، والتصنيع الآلي، والتعبئة والتغليف للتصدير حسب مواصفات العميل.

كيفية الاختيار

1. إذا كانت درجة حرارة التشغيل > 400-500 درجة مئوية أو الأكسدة/التآكل عند درجة حرارة عالية: اختر إنكونيل.

2. إذا كان تقليل الكتلة إلى الحد الأدنى مع الحفاظ على صلابة/قوة عالية أمرًا بالغ الأهمية (هياكل الطائرات، الغرسات): اختر التيتانيوم.

3. إذا كانت البيئة هي مياه البحر الساخنة أو الأحماض المختزلة في درجات حرارة عالية: تفضل Inconel في العديد من حالات الخدمة.

4. إذا كانت تكلفة التصنيع أو قابلية التصنيع الآلي أو عمليات الورش القياسية من أهم الاهتمامات: راجع كلاهما؛ لن يكون أي منهما رخيصًا أو سهلاً مثل الفولاذ العادي - ضع المعالجة في التكلفة الإجمالية.

الجدول - قائمة الاختيار السريع للاختيار السريع

المعالجات السطحية والطلاءات ونصائح دورة الحياة

• إنكونيل: نادرًا ما تكون الطلاءات مطلوبة لمقاومة الأكسدة ولكن تساعد الطلاءات ذات الحاجز الحراري على تقليل الإجهاد الحراري في أجزاء التوربينات. يوصى بإجراء فحص منتظم للتشقق السطحي في الدورات الحرارية.

• التيتانيوم: تعمل الأنودة على تحسين الطلاء بأكسيد الألومنيوم على تحسين الطلاء التجميلي وتغيير سلوك التآكل قليلاً؛ يمكن أن يقلل الطلاء بالنيتر والطلاء الصلب من التآكل في التلامس المنزلق. منع الاحتكاك والتآكل من خلال أسطح المحامل أو الطلاءات المناسبة.

الأسئلة الشائعة

1. أيهما أقوى: الإينكونيل أم التيتانيوم؟
   تعتمد القوة على الدرجة والمعالجة الحرارية. يمكن أن يحقق Inconel 718 قوة مطلقة عالية جدًا، خاصةً بعد التصلب العمري. توفر سبائك التيتانيوم قوة مطلقة أعلى القوام المحدد (القوة لكل وحدة وزن)، مما يجعلها أقوى للتصميمات الحساسة للكتلة.

2. هل يمكنني استخدام التيتانيوم في القسم الساخن للمحرك النفاث؟
   لا يمكن أن يتحمل التيتانيوم درجات الحرارة العالية المستمرة داخل المقاطع الساخنة للتوربينات. يستخدم الإكونيل وسبائك النيكل الفائقة الأخرى من النيكل هناك للاحتفاظ بالقوة ومقاومة الأكسدة ومقاومة الزحف.

3. ما السبيكة التي تقاوم مياه البحر بشكل أفضل؟
   يوفر التيتانيوم مقاومة ممتازة لمياه البحر وهو شائع في المكثفات وأنابيب المبادلات الحرارية. يقاوم Inconel أيضًا العديد من البيئات البحرية؛ ويعتمد الاختيار على درجة الحرارة والتدفق والكيمياء المحلية. إجراء اختبار التآكل للخدمة الحرجة.

4. ماذا عن فروق التكلفة؟
   كلاهما من المواد الممتازة. تتبع أسعار التيتانيوم الخام محركات السوق المختلفة عن سبائك النيكل الفائقة. ولإجراء مقارنة بين النوعين، قم بتقييم التكلفة الإجمالية للنظام: المواد، والتصنيع، والوفورات المتعلقة بالوزن، والصيانة.

5. هل كلاهما مناسب للتصنيع المضاف؟
   نعم. يشيع استخدام مساحيق Inconel وTi-6Al-4V في مساحيق Inconel وTi-6Al-4V في الاندماج القاعي للمسحوق والترسيب بالطاقة الموجهة، ولكن تختلف معايير العملية وجودة المسحوق والمعالجة اللاحقة.

6. أيهما أسهل في اللحام؟
   يتطلب اللحام ضوابط لكليهما. غالبًا ما يحتاج الإينكونيل إلى حشو ومعالجة حرارية بعد اللحام للدرجات المقواة بالترسيب. ويحتاج التيتانيوم إلى تغطية غاز تدريع نظيف لمنع التلوث. بالإجراء الصحيح، ينتج كلاهما لحامات سليمة.

7. أيهما يتآكل في الأحماض أم الكلوريدات؟
   يقاوم Inconel 625 من الدرجة 625 العديد من الأحماض العدوانية وهجوم الكلوريد بشكل أفضل من التيتانيوم في البيئات المغلفة أو بيئات الكلوريد الساخنة. يقاوم التيتانيوم العديد من ظروف التأكسد ولكن يمكن أن يكون ضعيفًا في التيارات المهلجنة الساخنة. طابق الكيمياء ودرجة الحرارة مع السبيكة.

8. ما الذي يتمتع بعمر إجهاد أفضل؟
   يعتمد الإعياء على الهندسة والتشطيب السطحي والبيئة. غالباً ما يُظهر التيتانيوم أداءً ممتازاً في مقاومة الإجهاد عند معالجته بشكل صحيح. يحتفظ Inconel بمقاومة الإجهاد في درجات الحرارة المرتفعة حيث يفقد التيتانيوم أداءه.

9. هل التيتانيوم متوافق حيوياً؟
   نعم. يُستخدم التيتانيوم والعديد من سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في الغرسات والأطراف الصناعية لثبات سبائكها واندماجها العظمي.

10. أين يمكنني شراء مخزون موثوق به وتوصيل سريع؟
    اختر الموردين الذين يقدمون تقارير اختبار المصنع، وإمكانية التتبع، وبرامج المخزون. تحتفظ شركة MWAlloys بالتسعير المباشر من المصنع، والأصناف المخزونة، ووثائق التصدير للعملاء العالميين الذين يحتاجون إلى أشكال وأجزاء مُشكّلة آليًا من الإينكونيل والتيتانيوم.