Acier vs Titane – Force, Propriétés et Utilisations
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Christian Cavallo
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Quand les concepteurs de robuste, résistant des matériaux pour leurs projets, de l’acier et de titane options sont les premières qui viennent à l’esprit. Ces métaux viennent dans un large assortiment d’alliages – métaux de base imprégnés d’autres éléments métalliques qui produisent une somme supérieure à ses parties. Il existe des dizaines d’alliages de titane et des centaines d’autres alliages d’acier, il peut donc souvent être difficile de décider par où commencer lorsque l’on considère ces deux métaux., Cet article, en examinant les propriétés physiques, mécaniques et de travail de l’acier et du titane, peut aider les concepteurs à choisir le matériau qui convient à leur travail. Chaque métal sera brièvement exploré, puis une comparaison de leurs différences suivra pour montrer quand spécifier l’un sur l’autre.
acier
perfectionné au début du 20ème siècle, l’acier est rapidement devenu le métal le plus utile et le plus varié sur Terre. Il est créé en enrichissant le fer élémentaire avec du carbone, ce qui augmente sa dureté, sa résistance et sa résistance., De nombreux aciers alliés utilisent également des éléments tels que le zinc, le chrome, le manganèse, le molybdène, le silicium et même le titane pour améliorer sa résistance à la corrosion, à la déformation, aux températures élevées, etc. Par exemple, l’acier avec un haut niveau de chrome appartient aux aciers inoxydables, ou ceux qui sont moins sujets à la rouille que d’autres alliages. Comme il existe de nombreux types d’acier, il est difficile de généraliser ses propriétés spécifiques, mais notre article sur les types d’acier donne une bonne introduction aux différentes classes.
pour parler en général, l’acier est un métal dense, dur, mais réalisable., Il répond au processus de renforcement par traitement thermique, qui permet même aux aciers les plus simples d’avoir des propriétés variables en fonction de la façon dont ils ont été chauffés/refroidis. Il est magnétique et peut conduire la chaleur et l’électricité facilement. La plupart des aciers sont sensibles à la corrosion en raison de sa composition en fer, bien que les aciers inoxydables répondent à cette faiblesse avec un certain succès. L’acier a un haut niveau de résistance, mais cette résistance est inversement proportionnelle à sa ténacité, ou une mesure de résilience à la déformation sans fracture., Bien qu’il existe des aciers d’usinage disponibles, il existe d’autres aciers difficiles, voire impossibles, à usiner en raison de leurs propriétés de travail.
Il devrait être clair que l’acier peut s’adapter à de nombreux travaux différents: il peut être dur, résistant, résistant à la température ou à la corrosion; le problème est qu’il ne peut pas être toutes ces choses à la fois, sans sacrifier une propriété sur l’autre. Ce n’est pas un énorme problème cependant, car la plupart des nuances d’acier sont peu coûteuses et permettent aux concepteurs de combiner différents aciers dans leurs projets pour obtenir des avantages de composition., En conséquence, l’acier trouve son chemin dans presque toutes les industries, étant utilisé dans l’automobile, l’aérospatiale, la structure, l’architecture, la fabrication, l’électronique, l’infrastructure et des dizaines d’autres applications.
titane
Le titane a été purifié pour la première fois sous ses formes métalliques au début des années 1900 et n’est pas aussi rare que la plupart des gens le croient. En fait, c’est le quatrième métal le plus abondant sur Terre, mais il est difficile à trouver en fortes concentrations ou sous sa forme élémentaire. Il est également difficile à purifier, ce qui le rend plus cher à produire qu’à s’approvisionner.,
Le titane élémentaire est un métal non magnétique gris argenté avec une densité de 4,51 g / cm3, ce qui le rend presque moitié moins dense que l’acier et le classe dans la catégorie « métal léger”. Le titane moderne se présente sous forme de titane élémentaire ou en divers alliages de titane, tous conçus pour augmenter à la fois la résistance et la résistance à la corrosion du titane de base. Ces alliages ont la force nécessaire pour travailler en tant que matériaux aérospatiaux, structurels, biomédicaux et à haute température, tandis que le titane élémentaire est généralement réservé comme agent d’alliage pour d’autres métaux.,
Le titane est difficile à souder, à usiner ou à former, mais peut être traité thermiquement pour augmenter sa résistance. Il a l’avantage unique d’être biocompatible, ce qui signifie que le titane à l’intérieur du corps restera inerte, ce qui le rend indispensable pour la technologie des implants médicaux. Il a un excellent rapport résistance / poids, offrant la même résistance que l’acier à 40% de son poids, et résiste à la corrosion grâce à une fine couche d’oxyde formée à sa surface en présence d’air ou d’eau., Il résiste également à la cavitation et à l’érosion, ce qui le prédispose à des applications à forte contrainte telles que les technologies aéronautiques et militaires. Le titane est essentiel pour les projets où le poids est minimisé mais la résistance est maximisée, et sa grande résistance à la corrosion et sa biocompatibilité le prêtent à certaines industries uniques non couvertes par des métaux plus traditionnels.
comparaison de L’acier& titane
choisir l’un de ces métaux plutôt que l’autre dépend de l’application à portée de main., Cette section comparera certaines propriétés mécaniques communes à l’acier et au titane pour montrer où chaque métal doit être spécifié (représenté dans le tableau 1 ci-dessous). Notez que les valeurs pour l’acier et le titane dans le tableau 1 proviennent de tableaux généralisés, car chaque métal varie considérablement dans les caractéristiques en fonction du type d’alliage, du processus de traitement thermique et de la composition.,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., Ceci adapte le titane aux applications qui ont besoin de la force de l’acier dans un paquet plus léger et prête le titane pour être employé dans des pièces d’avions et d’autres applications poids-dépendantes. La densité de l’acier peut être un avantage dans certaines applications telles que dans un châssis de véhicule, mais la plupart du temps, la réduction du poids est souvent une préoccupation.
Le module d’élasticité, parfois appelé le module de Young, est une mesure de la souplesse du matériau., Il décrit à quel point il est facile de plier ou de déformer un matériau sans déformation plastique et est souvent une bonne mesure de la réponse élastique globale d’un matériau. Le module élastique du titane est assez faible, ce qui suggère qu’il fléchit et se déforme facilement. C’est en partie la raison pour laquelle le titane est difficile à usiner, car il gomme les moulins et préfère retrouver sa forme d’origine. L’acier, d’autre part, a un module élastique beaucoup plus élevé, ce qui lui permet d’être facilement usiné et le prête à être utilisé dans des applications telles que les bords de couteaux, car il se cassera et ne se pliera pas sous contrainte.,
lors de la comparaison des limites d’élasticité en traction du titane et de l’acier, un fait intéressant se produit; l’acier est en gros plus résistant que le titane. Cela va à l’encontre de l’idée fausse populaire selon laquelle le titane est plus fort que la plupart des autres métaux et montre l’utilité de l’acier par rapport au titane. Alors que le titane est seulement à égalité avec l’acier en termes de Résistance, il le fait à la moitié du poids, ce qui en fait l’un des métaux les plus solides par unité de masse. Cependant, l’acier est le matériau de choix lorsque la résistance globale est la préoccupation, car certains de ses alliages surpassent tous les autres métaux en termes de limite d’élasticité., Les concepteurs qui recherchent uniquement la force devraient choisir l’acier, mais les concepteurs concernés par la force par unité de masse devraient choisir le titane.
L’Allongement à la rupture est la mesure de la longueur initiale d’un spécimen d’essai divisé par sa longueur juste avant la rupture dans un essai de traction, multiplié par 100 pour donner un pourcentage. Un allongement important à la rupture suggère que le matériau « s’étire » davantage; en d’autres termes, il est plus sujet à un comportement ductile accru avant la fracturation. Le titane est un tel matériau, où il s’étend sur près de la moitié de sa longueur Avant de se fracturer., C’est encore une autre raison pour laquelle le titane est si difficile à usiner, car il tire et se déforme au lieu de s’écailler. L’acier est disponible dans de nombreuses variétés, mais a généralement un faible allongement à la rupture, ce qui le rend plus difficile et plus sujet à la rupture fragile sous tension.
la dureté est une valeur comparative qui décrit la réponse d’un matériau au grattage, à la gravure, à la bosselure ou à la déformation le long de sa surface. Il est mesuré à l’aide de machines à pénétrateur, qui viennent dans de nombreuses variétés en fonction du matériau., Pour les métaux à haute résistance, L’essai de dureté Brinell est souvent spécifié et est ce qui est fourni dans le tableau 1. Même si la dureté Brinell de l’acier varie considérablement avec le traitement thermique et la composition de l’alliage, il est la plupart du temps toujours plus dur que le titane. Cela ne veut pas dire que le titane se déforme facilement lorsqu’il est rayé ou indenté; au contraire, la couche de dioxyde de titane qui se forme à la surface est exceptionnellement dure et résiste à la plupart des forces de pénétration. Ce sont deux matériaux résistants qui fonctionnent très bien lorsqu’ils sont exposés à des environnements difficiles, sauf effets chimiques supplémentaires.,
résumé
Cet article présente une brève comparaison des propriétés, de la résistance et des applications entre l’acier et le titane. Pour plus d’informations sur d’autres produits, consultez nos guides supplémentaires ou visitez la plate-forme Thomas Supplier Discovery pour localiser les sources potentielles d’approvisionnement ou Afficher des détails sur des produits spécifiques.,ss Acier