Acero vs. titanio-resistencia, propiedades y usos
Guías
Christian Cavallo
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cuando los diseñadores requieren materiales resistentes y resistentes para sus proyectos, el acero y el titanio son las primeras opciones que vienen a la mente. Estos metales vienen en una amplia variedad de aleaciones-metales base imbuidos de otros elementos metálicos que producen una suma mayor que sus partes. Hay docenas de aleaciones de titanio y cientos de aleaciones de acero más, por lo que a menudo puede ser difícil decidir por dónde comenzar al considerar estos dos metales., Este artículo, a través de un examen de las propiedades físicas, mecánicas y de trabajo del acero y el titanio, puede ayudar a los diseñadores a elegir qué material es el adecuado para su trabajo. Cada metal será explorado brevemente, y luego una comparación de sus diferencias seguirá para mostrar cuándo especificar uno sobre el otro.
acero
perfeccionado durante el inicio del siglo 20, el acero se ha convertido rápidamente en el metal más útil y variado de la Tierra. Se crea enriqueciendo el hierro elemental con carbono, lo que aumenta su dureza, resistencia y resistencia., Muchos de los llamados aceros aleados también utilizan elementos como zinc, cromo, manganeso, molibdeno, silicio e incluso titanio para mejorar su resistencia a la corrosión, deformación, altas temperaturas y más. Por ejemplo, el acero con un alto nivel de cromo pertenece a los aceros inoxidables, o aquellos que son menos propensos a la oxidación que otras aleaciones. Dado que hay muchos tipos de acero, es difícil generalizar sus propiedades específicas, pero nuestro artículo sobre los tipos de acero da una buena introducción a las diversas clases.
para hablar en general, el acero es un metal denso, duro, pero viable., Responde al proceso de fortalecimiento del tratamiento térmico, que permite que incluso el más simple de los aceros tenga propiedades variables en función de cómo se calentó/enfrió. Es magnético y puede conducir calor y electricidad fácilmente. La mayoría de los aceros son susceptibles a la corrosión debido a su composición de hierro, aunque los aceros inoxidables abordan esta debilidad con cierto grado de éxito. El acero tiene un alto nivel de resistencia, pero esta resistencia es inversamente proporcional a su tenacidad, o una medida de resistencia a la deformación sin fractura., Si bien hay Aceros de mecanizado disponibles, hay otros aceros que son difíciles, si no imposibles, de mecanizar debido a sus propiedades de trabajo.
debe quedar claro que el acero puede adaptarse a muchos trabajos diferentes: puede ser duro, resistente, fuerte, resistente a la temperatura o a la corrosión; el problema es que no puede ser todas estas cosas a la vez, sin sacrificar una propiedad sobre la otra. Sin embargo, esto no es un gran problema, ya que la mayoría de los grados de acero son baratos y permiten a los diseñadores combinar diferentes aceros en sus proyectos para obtener beneficios de composición., Como resultado, el acero encuentra su camino en casi todas las industrias, siendo utilizado en aplicaciones automotrices, aeroespaciales, estructurales, arquitectónicas, de fabricación, electrónicas, infraestructurales y docenas más.
titanio
El titanio se purificó por primera vez en sus formas metálicas a principios de 1900 y no es tan raro como la mayoría de la gente cree que es. De hecho, es el cuarto metal más abundante en la Tierra, pero es difícil de encontrar en altas concentraciones o en su forma elemental. También es difícil de purificar, por lo que es más caro de producir que de fuente.,
elemental titanium es un metal no magnético gris plateado con una densidad de 4,51 g/cm3, lo que lo hace casi la mitad de denso que el acero y lo coloca en la categoría de «metal ligero». El titanio moderno viene ya sea como titanio elemental o en varias aleaciones de titanio, todas hechas para aumentar la resistencia y la resistencia a la corrosión del titanio base. Estas aleaciones tienen la resistencia necesaria para funcionar como materiales aeroespaciales, estructurales, biomédicos y de alta temperatura, mientras que el titanio elemental generalmente se reserva como agente de aleación para otros metales.,
El titanio es difícil de soldar, mecanizar o formar, pero puede ser tratado térmicamente para aumentar su resistencia. Tiene la ventaja única de ser biocompatible, lo que significa que el titanio dentro del cuerpo permanecerá inerte, lo que lo hace indispensable para la tecnología de implantes médicos. Tiene una excelente relación resistencia-peso, proporcionando la misma cantidad de resistencia que el acero al 40% de su peso, y es resistente a la corrosión gracias a una fina capa de óxido formada en su superficie en presencia de aire o agua., También resiste la cavitación y la erosión, lo que la predispone hacia aplicaciones de alto estrés como las tecnologías aeronáuticas y militares. El titanio es vital para proyectos donde se minimiza el peso pero se maximiza la resistencia, y su gran resistencia a la corrosión y biocompatibilidad lo prestan a algunas industrias únicas no cubiertas por metales más tradicionales.
comparando Steel& Titanium
elegir uno de estos metales sobre el otro depende de la aplicación en cuestión., Esta sección comparará algunas propiedades mecánicas comunes al acero y al titanio para mostrar dónde se debe especificar cada metal (representado en la tabla 1, a continuación). Tenga en cuenta que los valores para el acero y el titanio en la tabla 1 provienen de tablas generalizadas, ya que cada metal varía ampliamente en características basadas en el tipo de aleación, el proceso de tratamiento térmico y la composición.,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., Esto se adapta al titanio para aplicaciones que necesitan la resistencia del acero en un paquete más ligero y presta titanio para ser utilizado en piezas de aviones y otras aplicaciones que dependen del peso. La densidad del acero puede ser una ventaja en ciertas aplicaciones, como en el chasis de un vehículo, pero la mayoría de las veces, La reducción de peso es a menudo una preocupación.
el módulo de elasticidad, a veces denominado módulo de Young, es una medida de la flexibilidad de un material., Describe lo fácil que es doblar o deformar un material sin deformación plástica y a menudo es una buena medida de la respuesta elástica general de un material. El módulo elástico del titanio es bastante bajo, lo que sugiere que se flexiona y deforma fácilmente. Esta es en parte la razón por la que el titanio es difícil de mecanizar, ya que engomiza los molinos y prefiere volver a su forma original. El acero, por otro lado, tiene un módulo elástico mucho más alto, lo que permite que se mecanice fácilmente y lo presta para ser utilizado en aplicaciones como los bordes de las cuchillas, ya que se romperá y no se doblará bajo tensión.,
Cuando se comparan las resistencias a la tracción del titanio y el acero, se produce un hecho interesante; el acero es en general más fuerte que el titanio. Esto va en contra de la idea errónea popular de que el titanio es más fuerte que la mayoría de los otros metales y muestra la utilidad del acero sobre el titanio. Mientras que el titanio solo está a la par con el acero en términos de resistencia, lo hace a la mitad del peso, lo que lo convierte en uno de los metales más fuertes por unidad de masa. Sin embargo, el acero es el material de referencia cuando la resistencia general es la preocupación, ya que algunas de sus aleaciones superan a todos los demás metales en términos de resistencias de fluencia., Los diseñadores que buscan únicamente resistencia deben elegir el acero, pero los diseñadores preocupados por la resistencia por unidad de masa deben elegir el titanio.
El alargamiento a la rotura es la medida de la longitud inicial de una muestra de ensayo dividida por su longitud justo antes de fracturarse en un ensayo de tracción, multiplicada por 100 para dar un porcentaje. Una gran elongación en la rotura sugiere que el material «se estira» más; en otras palabras, es más propenso a un mayor comportamiento dúctil antes de fracturarse. El titanio es un material semejante, donde se extiende casi la mitad de su longitud antes de la fractura., Esta es otra razón por la que el titanio es tan difícil de mecanizar, ya que tira y se deforma en lugar de astillas. El acero viene en muchas variedades, pero generalmente tiene un bajo alargamiento en la rotura, lo que lo hace más difícil y más propenso a la fractura frágil bajo tensión.
La dureza es un valor comparativo que describe la respuesta de un material al rayado, grabado, abolladura o deformación a lo largo de su superficie. Se mide utilizando máquinas indentadoras, que vienen en muchas variedades dependiendo del material., Para metales de alta resistencia, el ensayo de dureza Brinell se especifica a menudo y es lo que se proporciona en la tabla 1. A pesar de que la dureza Brinell del acero varía mucho con el tratamiento térmico y la composición de la aleación, la mayoría de las veces siempre es más difícil que el titanio. Esto no quiere decir que el titanio se deforma fácilmente cuando se rasca o sangra; por el contrario, la capa de dióxido de titanio que se forma en la superficie es excepcionalmente dura y resiste la mayoría de las fuerzas de penetración. Ambos son materiales resistentes que funcionan muy bien cuando se exponen a entornos difíciles, salvo cualquier efecto químico adicional.,
resumen
Este artículo presentó una breve comparación de las propiedades, la resistencia y las aplicaciones entre el acero y el titanio. Para obtener información sobre otros productos, consulte nuestras guías adicionales o visite la plataforma Thomas Supplier Discovery para localizar posibles fuentes de suministro o ver detalles sobre productos específicos.,acero ss