Acciaio vs titanio-Resistenza, proprietà e usi
Guide
Christian Cavallo
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Quando i progettisti richiedono materiali robusti e resistenti per i loro progetti, acciaio e titanio sono le prime opzioni che vengono in mente. Questi metalli sono disponibili in un vasto assortimento di leghe – metalli di base imbevuti di altri elementi metallici che producono una somma maggiore delle sue parti. Ci sono dozzine di leghe di titanio e altre centinaia di leghe di acciaio, quindi spesso può essere difficile decidere da dove cominciare quando si considerano questi due metalli., Questo articolo, attraverso un esame delle proprietà fisiche, meccaniche e di lavoro di acciaio e titanio, può aiutare i progettisti a scegliere quale materiale è giusto per il loro lavoro. Ogni metallo sarà brevemente esplorato, e poi un confronto delle loro differenze seguirà per mostrare quando specificare uno sopra l’altro.
Acciaio
Perfezionato durante l’inizio del 20 ° secolo, l’acciaio è diventato rapidamente il metallo più utile e vario sulla Terra. È creato arricchendo il ferro elementare con carbonio, che aumenta la sua durezza, resistenza e resistenza., Molti cosiddetti acciai legati utilizzano anche elementi come zinco, cromo, manganese, molibdeno, silicio e persino titanio per migliorare la sua resistenza alla corrosione, alla deformazione, alle alte temperature e altro ancora. Ad esempio, l’acciaio con un alto livello di cromo appartiene agli acciai inossidabili, o quelli che sono meno inclini alla ruggine rispetto ad altre leghe. Poiché ci sono molti tipi di acciaio, è difficile generalizzare le sue proprietà specifiche, ma il nostro articolo sui tipi di acciaio dà una buona introduzione alle varie classi.
Per parlare in generale, l’acciaio è un metallo denso, duro, ma lavorabile., Risponde al processo di rafforzamento del trattamento termico, che consente anche agli acciai più semplici di avere proprietà variabili in base a come è stato riscaldato/raffreddato. È magnetico e può condurre facilmente sia il calore che l’elettricità. La maggior parte degli acciai sono suscettibili alla corrosione a causa della sua composizione di ferro, anche se gli acciai inossidabili affrontare questa debolezza ad un certo grado di successo. L’acciaio ha un alto livello di resistenza, ma questa resistenza è inversamente proporzionale alla sua tenacità, o una misura di resilienza alla deformazione senza frattura., Mentre ci sono acciai lavoranti disponibili, ci sono altri acciai che sono difficili, se non impossibili, lavorare dovuto le loro proprietà di lavoro.
Dovrebbe essere chiaro che l’acciaio può adattarsi a molti lavori diversi: può essere duro, duro, forte, resistente alla temperatura o alla corrosione; il problema è che non può essere tutte queste cose contemporaneamente, senza sacrificare una proprietà sull’altra. Questo non è un problema enorme però, come la maggior parte dei gradi di acciaio sono poco costosi e permettono ai progettisti di combinare diversi acciai nei loro progetti per ottenere benefici di compounding., Di conseguenza, l’acciaio trova la sua strada in quasi tutti i settori, essendo utilizzato in applicazioni automobilistiche, aerospaziali, strutturali, architettoniche, manifatturiere, elettroniche, infrastrutturali e dozzine di altre.
Titanio
Il titanio è stato prima purificato nelle sue forme metalliche nei primi anni del 1900 e non è così raro come la maggior parte delle persone crede che sia. In realtà, è il quarto metallo più abbondante sulla Terra, ma è difficile da trovare in alte concentrazioni o nella sua forma elementare. È anche difficile da purificare, rendendolo più costoso da produrre rispetto alla fonte.,
Elemental titanium è un metallo non magnetico grigio-argento con una densità di 4,51 g / cm3, che lo rende quasi la metà denso dell’acciaio e lo fa entrare nella categoria “metallo leggero”. Il titanio moderno viene fornito come titanio elementare o in varie leghe di titanio, tutte fatte per aumentare sia la resistenza che la resistenza alla corrosione del titanio di base. Queste leghe hanno la forza necessaria per funzionare come materiali aerospaziali, strutturali, biomedici e ad alta temperatura, mentre il titanio elementare è solitamente riservato come agente di lega per altri metalli.,
Il titanio è difficile da saldare, lavorare o formare, ma può essere trattato termicamente per aumentarne la resistenza. Ha il vantaggio unico di essere biocompatibile, il che significa che il titanio all’interno del corpo rimarrà inerte, rendendolo indispensabile per la tecnologia implantare medica. Ha un eccellente rapporto resistenza-peso, fornendo la stessa quantità di resistenza dell’acciaio al 40% del suo peso, ed è resistente alla corrosione grazie a un sottile strato di ossido formato sulla sua superficie in presenza di aria o acqua., Resiste anche alla cavitazione e all’erosione, che la predispone verso applicazioni ad alto stress come aerei e tecnologie militari. Il titanio è vitale per i progetti in cui il peso è ridotto al minimo ma la forza è massimizzata e la sua grande resistenza alla corrosione e biocompatibilità lo prestano ad alcune industrie uniche non coperte da metalli più tradizionali.
Confronto acciaio& Titanio
La scelta di uno di questi metalli rispetto agli altri dipende dall’applicazione a portata di mano., Questa sezione confronta alcune proprietà meccaniche comuni all’acciaio e al titanio per mostrare dove deve essere specificato ciascun metallo (rappresentato nella Tabella 1, sotto). Si noti che i valori sia per l’acciaio che per il titanio nella Tabella 1 provengono da tabelle generalizzate, poiché ogni metallo varia ampiamente nelle caratteristiche in base al tipo di lega, al processo di trattamento termico e alla composizione.,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., Questo è adatto al titanio per applicazioni che necessitano della resistenza dell’acciaio in un pacchetto più leggero e presta il titanio per essere utilizzato in parti di aeromobili e altre applicazioni dipendenti dal peso. La densità dell’acciaio può essere un vantaggio in alcune applicazioni come nel telaio di un veicolo, ma la maggior parte del tempo, la riduzione del peso è spesso una preoccupazione.
Il modulo di elasticità, a volte indicato come modulo di Young, è una misura della flessibilità di un materiale., Descrive quanto sia facile piegare o deformare un materiale senza deformazioni plastiche ed è spesso una buona misura della risposta elastica complessiva di un materiale. Il modulo elastico del titanio è piuttosto basso, il che suggerisce che si flette e si deforma facilmente. Questo è in parte il motivo per cui il titanio è difficile da lavorare, poiché gums up mills e preferisce tornare alla sua forma originale. L’acciaio, d’altra parte, ha un modulo elastico molto più alto, che gli permette di essere facilmente lavorato e lo presta per essere utilizzato in applicazioni come i bordi del coltello, in quanto si romperà e non si piegherà sotto stress.,
Quando si confrontano i carichi di snervamento a trazione di titanio e acciaio, si verifica un fatto interessante; l’acciaio è in gran parte più forte del titanio. Ciò va contro l’idea sbagliata popolare che il titanio è più forte della maggior parte degli altri metalli e mostra l’utilità dell’acciaio rispetto al titanio. Mentre il titanio è solo alla pari con l’acciaio in termini di resistenza, lo fa a metà del peso, che lo rende uno dei metalli più forti per unità di massa. Tuttavia, l’acciaio è il materiale di riferimento quando la resistenza complessiva è la preoccupazione, poiché alcune delle sue leghe superano tutti gli altri metalli in termini di snervamento., I progettisti che cercano esclusivamente la forza dovrebbero scegliere l’acciaio, ma i progettisti interessati alla forza per unità di massa dovrebbero scegliere il titanio.
L’allungamento a rottura è la misura della lunghezza iniziale di una provetta divisa per la sua lunghezza prima della frattura in una prova di trazione, moltiplicata per 100 per dare una percentuale. Un grande allungamento alla rottura suggerisce che il materiale “si allunga” di più; in altre parole, è più incline ad un aumento del comportamento duttile prima della frattura. Il titanio è un tale materiale, dove si estende quasi la metà della sua lunghezza prima di fratturarsi., Questo è un altro motivo per cui il titanio è così difficile da lavorare, poiché tira e deforma invece di scheggiarsi. L’acciaio viene in molte varietà ma generalmente ha un allungamento basso alla rottura, rendente lo più duro e più incline alla frattura fragile nell’ambito di tensione.
La durezza è un valore comparativo che descrive la risposta di un materiale a graffi, incisioni, ammaccature o deformazioni lungo la sua superficie. È misurato facendo uso delle macchine del penetratore, che vengono in molte varietà secondo il materiale., Per i metalli ad alta resistenza, la prova di durezza Brinell è spesso specificata ed è quella fornita nella Tabella 1. Anche se la durezza Brinell dell’acciaio varia notevolmente con il trattamento termico e la composizione della lega, è il più delle volte sempre più dura del titanio. Questo non vuol dire che il titanio si deforma facilmente quando graffiato o frastagliato; al contrario, lo strato di biossido di titanio che si forma sulla superficie è eccezionalmente duro e resiste alla maggior parte delle forze di penetrazione. Sono entrambi materiali resistenti che funzionano alla grande una volta esposti agli ambienti approssimativi, salvo tutti gli effetti chimici supplementari.,
Sommario
Questo articolo ha presentato un breve confronto tra le proprietà, la resistenza e le applicazioni tra acciaio e titanio. Per informazioni su altri prodotti, consulta le nostre guide aggiuntive o visita la piattaforma Thomas Supplier Discovery per individuare potenziali fonti di approvvigionamento o visualizzare i dettagli su prodotti specifici.,ss in Acciaio