Stål vs Titanium – Styrke, Egenskaber, og Bruger
Guider
Christian Cavallo
Dele:
Når designere kræver robuste, hårdføre materialer for deres projekter, stål og titanium er det første valg, der kommer til at tænke på. Disse metaller kommer i et bredt sortiment af legeringer-uædle metaller gennemsyret af andre metalliske elementer, der producerer en sum større end dens dele. Der er snesevis af titaniumlegeringer og hundreder mere stållegeringer, så det kan ofte være udfordrende at beslutte, hvor man skal begynde, når man overvejer disse to metaller., Denne artikel, gennem en undersøgelse af de fysiske, mekaniske og arbejdsegenskaber af stål og titanium, kan hjælpe designere med at vælge, hvilket materiale der passer til deres job. Hvert metal vil blive kort undersøgt, og derefter følger en sammenligning af deres forskelle for at vise, hvornår man skal specificere den ene over den anden.
Stål
perfektioneret i begyndelsen af det 20.århundrede er stål hurtigt blevet det mest nyttige og varierede metal på jorden. Det er skabt ved at berige elementært jern med kulstof, hvilket øger dets hårdhed, styrke og modstand., Mange såkaldte legeret stål bruger også elementer som .ink, chrom, mangan, molybdæn, silicium og endda titan for at forbedre dets modstand mod korrosion, deformation, høje temperaturer og meget mere. For eksempel, stål med et højt niveau af krom tilhører rustfrit stål, eller dem, der er mindre tilbøjelige til rust end andre legeringer. Da der er mange slags stål, er det svært at generalisere dets specifikke egenskaber, men vores artikel om ståltyperne giver en god introduktion til de forskellige klasser.
for at tale generelt er stål et tæt, hårdt, men alligevel brugbart metal., Det reagerer på varmebehandlingsforstærkningsprocessen, som gør det muligt for selv de enkleste stål at have variable egenskaber baseret på, hvordan det blev opvarmet/afkølet. Det er magnetisk og kan lede både varme og elektricitet let. De fleste stål er modtagelige for korrosion på grund af sin jern sammensætning, selvom rustfrit stål løse denne svaghed til en vis grad af succes. Stål har et højt styrkeniveau, men denne styrke er omvendt proportional med dens sejhed eller et mål for modstandsdygtighed over for deformation uden brud., Mens der er bearbejdning stål til rådighed, der er andre stål, der er vanskelige, hvis ikke umuligt, at maskinen på grund af deres arbejdsegenskaber.
det skal være klart, at stål kan passe til mange forskellige job: det kan være hårdt, hårdt, stærkt, temperatur-eller korrosionsbestandigt; problemet er, at det ikke kan være alle disse ting på .n gang uden at ofre den ene ejendom over den anden. Dette er dog ikke et stort problem, da de fleste stålkvaliteter er billige og giver designere mulighed for at kombinere forskellige stål i deres projekter for at få sammensatte fordele., Som resultat, stål finder vej ind i næsten enhver industri, bruges i bilindustrien, rumfart, strukturelle, arkitektoniske, fremstilling, elektronik, infrastrukturelle, og snesevis flere applikationer.
Titanium
Titanium blev først oprenset i sine metalliske former i begyndelsen af 1900 ‘ erne og er ikke så sjældent, som de fleste mennesker tror, det er. Faktisk er det det fjerde mest rigelige metal på jorden, men det er svært at finde i høje koncentrationer eller i dets elementære form. Det er også svært at rense, hvilket gør det dyrere at producere end at kilde.,
elementært titanium er et sølvgrå ikke-magnetisk metal med en densitet på 4, 51 g / cm3, hvilket gør det næsten halvt så tæt som stål og lander det i kategorien “letmetal”. Moderne titanium kommer enten som elementært titanium eller i forskellige titanlegeringer, alle lavet til at øge både styrke og korrosionsbestandighed af basen titanium. Disse legeringer har den nødvendige styrke til at arbejde som rumfart, strukturelle, biomedicinske og højtemperaturmaterialer, mens elementært titanium normalt reserveres som legeringsmiddel til andre metaller.,
Titan er vanskeligt at svejse, maskine eller form, men kan varmebehandles for at øge dens styrke. Det har den unikke fordel at være biokompatibel, hvilket betyder, at titanium inde i kroppen forbliver inert, hvilket gør det uundværligt for medicinsk implantatteknologi. Det har en fremragende styrke-til-vægt forhold, hvilket giver den samme mængde styrke som stål, 40% af sin vægt, og er modstandsdygtig over for korrosion takket være et tyndt lag af oxid, der dannes på overfladen i tilstedeværelse af luft eller vand., Det modstår også kavitation og erosion, som prædisponerer det mod applikationer med høj stress, såsom fly og militære teknologier. Titanium er afgørende for projekter, hvor vægten minimeres, men styrken maksimeres, og dens store korrosionsbestandighed og biokompatibilitet giver det til nogle unikke industrier, der ikke er dækket af mere traditionelle metaller.
sammenligning af stål& Titan
valg af et af disse metaller frem for det andet afhænger af den aktuelle anvendelse., Dette afsnit vil sammenligne nogle mekaniske egenskaber, der er fælles for stål og titanium, for at vise, hvor hvert metal skal specificeres (repræsenteret i tabel 1 nedenfor). Bemærk, at værdierne for både stål og titanium i tabel 1 kommer fra generaliserede tabeller, da hvert metal varierer meget i egenskaber baseret på legeringstype, varmebehandlingsproces, og sammensætning.,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., Dette passer titanium til applikationer, der har brug for styrken af stål i en lettere pakke og låner titanium til brug i flydele og andre vægtafhængige applikationer. Tætheden af stål kan være en fordel i visse anvendelser, såsom i et køretøj chassis, men det meste af tiden, vægtreduktion er ofte en bekymring.elasticitetsmodulet, undertiden benævnt Youngs modul, er et mål for fleksibiliteten af et materiale., Det beskriver, hvor let det er at bøje eller kæde et materiale uden plastisk deformation og er ofte et godt mål for et materiales samlede elastiske respons. Titaniums elastiske modul er ret lavt, hvilket antyder, at det bøjes og deformeres let. Dette er delvis grunden til, at titanium er vanskeligt at bearbejde, da det tandkød op Møller og foretrækker at vende tilbage til sin oprindelige form. Stål har på den anden side et meget højere elastisk modul, som gør det muligt at bearbejde det let og giver det mulighed for at blive brugt i applikationer som knivkanter, da det vil gå i stykker og ikke bøje under stress.,
når man sammenligner trækudbyttestyrkerne for titanium og stål, forekommer der en interessant kendsgerning; stål er stort set stærkere end titanium. Dette går imod den populære misforståelse, at titanium er stærkere end de fleste andre metaller og viser nytten af stål over titanium. Mens titanium kun er på niveau med stål med hensyn til styrke, gør det det ved halvdelen af vægten, hvilket gør det til et af de stærkeste metaller pr. Imidlertid, stål er go-to-materialet, når den samlede styrke er bekymringen, da nogle af dens legeringer overgår alle andre metaller med hensyn til udbyttestyrker., Designere, der udelukkende søger styrke, bør vælge stål, men designere, der beskæftiger sig med styrke pr.
brudforlængelse er målingen af en prøveprøves indledende længde divideret med dens længde lige før brud i en trækprøvning multipliceret med 100 for at give en procentdel. En stor forlængelse ved brud antyder, at materialet “strækker sig” mere; med andre ord er det mere tilbøjeligt til øget duktil opførsel før brud. Titanium er et sådant materiale, hvor det strækker sig næsten halvdelen af sin længde før brud., Dette er endnu en grund til, at titanium er så svært at maskine, da det trækker og deformerer i stedet for chips. Stål findes i mange sorter, men har generelt en lav forlængelse ved brud, hvilket gør det sværere og mere tilbøjeligt til sprødt brud under spænding.
Hårdhed er en komparativ værdi, der beskriver et materiales reaktion på ridser, ætsning, denting, eller deformation langs dens overflade. Det måles ved hjælp af indenter maskiner, som kommer i mange sorter afhængigt af materialet., For højstyrkemetaller er Brinell-hårdhedstesten ofte specificeret og er det, der findes i tabel 1. Selvom Brinell hårdhed af stål varierer meget med varmebehandling og Legering sammensætning, er det meste af tiden altid sværere end titanium. Dette betyder ikke, at Titan deformeres let, når det ridses eller indrykkes; tværtimod er titandio .idlaget, der dannes på overfladen, usædvanligt hårdt og modstår de fleste penetrationskræfter. De er begge resistente materialer, der fungerer godt, når de udsættes for uslebne miljøer, hvilket forhindrer yderligere kemiske effekter.,
resum.
denne artikel præsenterede en kort sammenligning af egenskaber, styrke og anvendelser mellem stål og titanium. For information om andre produkter, se vores yderligere vejledninger eller besøg Thomas Supplier Discovery Platform for at finde potentielle forsyningskilder eller se detaljer om specifikke produkter.,ss Stål