Ocel vs. Titan – Sílu, Vlastnosti a Použití
Průvodci
Křesťanské Cavallo
Sdílejte:
Když návrháři vyžadují robustní, houževnaté materiály pro své projekty, oceli a titanu jsou to první volby, které přicházejí na mysl,. Tyto kovy přicházejí v širokém sortimentu slitin-obecných kovů prodchnutých jinými kovovými prvky, které produkují součet větší než jeho části. Existují desítky slitin titanu a stovky dalších slitin oceli, takže může být často náročné rozhodnout, kde začít při zvažování těchto dvou kovů., Tento článek prostřednictvím zkoumání fyzikálních, mechanických a pracovních vlastností oceli a titanu může návrhářům pomoci vybrat, který materiál je pro jejich práci vhodný. Každý kov bude stručně prozkoumán a poté bude následovat srovnání jejich rozdílů, aby se ukázalo, kdy určit jeden nad druhým.
Ocel
k Dokonalosti během počátku 20. století, ocel se rychle stal nejvíce užitečné a pestrá kov na Zemi. Je vytvořen obohacením elementárního železa uhlíkem, což zvyšuje jeho tvrdost, pevnost a odolnost., Mnoho tzv. legované oceli také použít prvky, jako jsou zinek, chrom, mangan, molybden, křemík, a dokonce i titan zlepšit jeho odolnost vůči korozi, deformace, vysoké teploty, a další. Například, oceli s vysokou úrovní chrom patří do nerezové oceli, nebo ty, které jsou méně náchylné k rezivění, než jiných slitin. Protože existuje mnoho druhů oceli, je těžké generalizovat své specifické vlastnosti, ale náš článek o typech oceli dává dobrý úvod do různých tříd.
mluvit obecně, ocel je hustý, tvrdý, ale funkční kov., Reaguje na proces posilování tepelného zpracování, který umožňuje i těm nejjednodušším ocelím mít variabilní vlastnosti na základě toho, jak byl ohříván/ochlazován. Je magnetický a může snadno provádět teplo i elektřinu. Většina ocelí je náchylná ke korozi díky svému složení železa, ačkoli nerezové oceli řeší tuto slabost do určité míry úspěchu. Ocel má vysokou pevnost, ale tato síla je nepřímo úměrná její houževnatosti nebo míře odolnosti vůči deformaci bez zlomeniny., I když jsou k dispozici obráběcí oceli, existují i jiné oceli, které jsou kvůli svým pracovním vlastnostem obtížné, ne-li nemožné.
mělo by být jasné, že ocel se vejde mnoho různých pracovních míst: to může být těžké, tvrdé, silné, teploty nebo korozivní odolné; problém je, že to nemůže být všechny tyto věci najednou, bez ztráty jedné vlastnosti nad druhou. To však není obrovský problém, protože většina tříd oceli je levná a umožňuje designérům kombinovat různé oceli ve svých projektech, aby získali komplexní výhody., Jako výsledek, ocelové najde cestu do téměř každé odvětví, které jsou používány v automobilovém, leteckém, konstrukční, architektonické, výroby elektroniky, infrastruktury, a desítky dalších aplikací.
Titanium
Titan byl nejprve očištěn do kovové formy v časném 1900s, a není tak vzácné, jak si většina lidí myslí. Ve skutečnosti je to čtvrtý nejhojnější kov na Zemi, ale je obtížné ho najít ve vysokých koncentracích nebo ve své elementární formě. Je také obtížné očistit, což je dražší vyrábět než zdroj.,
elementární Titan je stříbrošedý nemagnetický kov o hustotě 4,51 g / cm3, takže je téměř o polovinu hustší než ocel a přistává v kategorii „lehký kov“. Moderní Titan je dodáván buď jako elementární titan nebo v různých slitinách titanu, všechny vyrobené pro zvýšení pevnosti a odolnosti proti korozi základního titanu. Tyto slitiny mají potřebnou pevnost pro práci jako letecké, strukturální, biomedicínské a vysokoteplotní materiály, zatímco elementární Titan je obvykle vyhrazen jako legující činidlo pro jiné kovy.,
Titan je obtížné svařovat, stroj, nebo formě, ale může být tepelně zpracována tak, aby zvýšit svou sílu. Má jedinečnou výhodu, že je biokompatibilní, což znamená, že Titan uvnitř těla zůstane inertní, což je nezbytné pro technologii lékařských implantátů. To má vynikající pevnost-to-hmotnostní poměr, poskytovat stejné množství síly jako ocel na 40% své hmotnosti, a je odolný vůči korozi díky tenké vrstvy oxidu vytvořené na jeho povrchu v přítomnosti vzduchu nebo vody., Odolává také kavitaci a erozi, což ji předurčuje k vysokonapěťovým aplikacím, jako jsou letadla a vojenské technologie. Titan je životně důležitý pro projekty, kde je hmotnost minimalizována, ale pevnost je maximalizována, a jeho velká odolnost proti korozi a biokompatibilita ji půjčují některým jedinečným odvětvím, na které se nevztahují tradiční kovy.
porovnání oceli & Titan
výběr jednoho z těchto kovů nad druhým závisí na dané aplikaci., Tato část bude porovnávat některé mechanické vlastnosti společné oceli a titanu, aby ukázala, kde by měl být každý kov specifikován (viz tabulka 1 níže). Všimněte si, že hodnoty pro obě oceli a titanu v Tabulce 1 pocházejí z zobecněné tabulky, jako každý kov se široce liší v charakteristiky založené na slitiny typu, tepelného zpracování, a složení.,c1″> heat treatment
Material properties
Steel
Titanium
Units
Metric
English
Metric
English
Density
7.,8-8 g/cm3
0.282-0.289 lb/in3
4.51 g/cm3
0.,d>
Elongation at Break
15%*
54%
Hardness (Brinell)
121*
The first striking difference between titanium and steel is their densities; as previously discussed, titanium is about half as dense as steel, making it substantially lighter., To vyhovuje titanu aplikacím, které potřebují pevnost oceli v lehčím balení a půjčují Titan k použití v letadlových částech a dalších aplikacích závislých na hmotnosti. Hustota oceli může být výhodou v určitých aplikacích, jako je podvozek vozidla, ale většinou je snížení hmotnosti často problémem.
modul pružnosti, někdy označovaný jako Youngův modul, je měřítkem pružnosti materiálu., Popisuje, jak snadné je ohýbat nebo deformovat materiál bez plastické deformace a je často dobrým měřítkem celkové elastické odezvy materiálu. Elastický modul titanu je poměrně nízký, což naznačuje, že se snadno ohýbá a deformuje. To je částečně důvod, proč je titan obtížné strojovat, protože žvýkačky do mlýnů a dává přednost návratu do původního tvaru. Oceli, na druhé straně, má mnohem vyšší modul pružnosti, která umožňuje snadno obrobený a půjčuje je, aby být použit v aplikacích, jako jsou nože, hrany, jak to bude zlomit, a ne ohnout pod tlakem.,
při porovnávání pevností v tahu titanu a oceli dochází k zajímavému faktu; ocel je celkově silnější než titan. To je v rozporu s populární mylnou představou, že Titan je silnější než většina ostatních kovů a ukazuje užitečnost oceli nad titanem. Zatímco Titan je z hlediska pevnosti pouze na stejné úrovni jako ocel, činí tak při poloviční hmotnosti, což z něj činí jeden z nejsilnějších kovů na jednotku hmotnosti. Nicméně, ocel je go-to materiál, když celková pevnost je obava, protože některé z jeho slitin předčí všechny ostatní kovy, pokud jde o výnosové síly., Návrháři, kteří hledají pouze sílu, by si měli vybrat ocel, ale návrháři, kteří se zabývají pevností na jednotku hmotnosti, by si měli vybrat Titan.
Prodloužení při přetržení je měřítkem zkušebního vzorku je počáteční délka, vydělená jeho délka těsně předtím, než štěpení v tahové zkoušky, vynásobený 100, aby dát procento. Velké prodloužení při přetržení naznačuje, že se materiál“ protahuje “ více; jinými slovy, je náchylnější ke zvýšenému tažnému chování před štěpením. Titan je takový materiál, kde se táhne téměř polovinu své délky před štěpením., To je další důvod, proč je titan tak obtížné strojovat, protože se táhne a deformuje místo odštěpků. Ocel je dodávána v mnoha odrůdách, ale obecně má při přetržení nízké prodloužení, což je těžší a náchylnější k křehké zlomenině pod napětím.
tvrdost je srovnávací hodnota, která popisuje reakci materiálu na poškrábání, leptání, dentování nebo deformaci podél jeho povrchu. Měří se pomocí strojů indenter, které přicházejí v mnoha odrůdách v závislosti na materiálu., U vysoce pevných kovů je často specifikována zkouška tvrdosti Brinell a je to, co je uvedeno v tabulce 1. I když tvrdost oceli Brinell se velmi liší tepelným zpracováním a složením slitin, je většinou vždy těžší než titan. To neznamená, že titan se snadno deformuje při poškrábání nebo odsazení; naopak, vrstva oxidu titaničitého, která se tvoří na povrchu, je mimořádně tvrdá a odolává většině penetračních sil. Oba jsou odolné materiály, které fungují skvěle, když jsou vystaveny drsné prostředí, nedojde-li jakékoliv další chemické účinky.,
souhrn
Tento článek představil stručné srovnání vlastností, pevnosti a aplikací mezi ocelí a titanem. Pro informace o dalších produktech, obraťte se na naše další vodítka nebo navštivte Thomas Dodavatel Objev Platforma najít potenciální zdroje nabídky nebo zobrazit detaily o konkrétní produkty.,ss Ocel