スチール対チタン-強度、特性、および用途
ガイド
Christian Cavallo
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設計者がプロジェクトに頑丈でタフな材料を必要とする場合、スチールとチタンが最初のオプションです。 これらの金属は合金の広い類別入って来-部品より大きい合計を作り出す他の金属要素と染み込まれる母材。 そこにチタン合金と何百ものより多くの鋼合金の数十があるので、それはしばしばこれら二つの金属を考慮するときに開始する場所を決定する, この記事は、鋼鉄およびチタニウムの物理的な、機械の、および働く特性の検査によって、デザイナーが彼らの仕事のために右であるどの材料を選ぶのを それぞれの金属を簡単に調べ、その違いを比較して、一方を他方よりも指定するタイミングを示します。
鋼
完成20世紀の始まりの間に、鋼はすぐに地球上で最も有用で多様な金属となっています。 それは硬度、強さおよび抵抗を高めるカーボンが付いている元素鉄を富ませることによって作成されます。, 多くのいわゆる合金鋼はまた腐食、変形、高温、および多くへの抵抗を改善するのに亜鉛、クロム、マンガン、モリブデン、ケイ素、およびチタニウムのような 例えば、クロムの高レベルを有する鋼は、ステンレス鋼、または他の合金よりも錆びにくいものに属する。 鋼には多くの種類があるので、その特定の特性を一般化するのは難しいですが、鋼の種類に関する記事では、さまざまなクラスを紹介しています。
一般的に言えば、鋼は高密度で硬質でありながら実行可能な金属である。, それは鋼鉄の最も簡単のの熱された/冷却されたいかにに基づいて可変的な特性があることを可能にするプロセスを増強する熱処理に答える。 それは磁気で、熱および電気を両方容易に行なうことができる。 ほとんどの鋼は、その鉄組成のために腐食の影響を受けやすいが、ステンレス鋼はこの弱点にある程度の成功に対処する。 鋼は高いレベルの強度を有するが、この強度はその靭性、または破壊のない変形に対する弾性の尺度に反比例する。, 利用できる機械化の鋼鉄がある間、働く特性が原因で機械で造ること不可能ではないにしても困難である他の鋼鉄があります。
鋼は多くの異なる仕事に合うことができることは明らかでなければなりません：それは硬く、丈夫で、強く、温度または耐腐食性にすることができます。 ほとんどの鋼種が安価であり、設計者がプロジェクトで異なる鋼を組み合わせて配合利益を得ることができるため、これは大きな問題ではありま, その結果、鋼鉄はほぼあらゆる企業に方法を見つけ、自動車、大気および宇宙空間、構造、建築、製造業、電子工学、下部組織、およびたくさんのより多くの適用
Titanium
チタンは1900年代初頭に金属形態に最初に精製され、ほとんどの人が信じているほど珍しいものではありません。 実際には、それは地球上で第四の最も豊富な金属ですが、高濃度またはその元素形態で見つけることは困難です。 また、精製することも困難であり、供給源よりも生産することがより高価になります。,
元素チタンは、4.51g/cm3の密度を有する銀灰色の非磁性金属であり、鋼とほぼ半分の密度を有し、”軽金属”カテゴリに分類される。 現代チタニウムは元素チタニウムとしてまたはさまざまなチタニウムの合金、基礎チタニウムの強さそして耐食性を両方増加するためにすべて これらの合金に元素チタニウムは通常他の金属のために合金になる代理店として予約であるが宇宙航空、構造、生物医学の、および高温材料として,
チタンは溶接、機械加工、または成形が困難ですが、その強度を高めるために熱処理することができます。 それは生体適合性であるというユニークな利点を有し、体内のチタンは不活性のままであり、医療インプラント技術に不可欠である。 それは重量40%で鋼鉄と同量の強さを提供する優秀な強さに重量の比率を有し、空気または水の前で表面で形作られる酸化物の薄層のおかげで腐食, それはまた航空機および軍の技術のような高圧力の適用の方のそれをし向ける腐食およびキャビテーションに抵抗する。 チタニウムは重量が最小になるが、強さが最大になる、大きい耐食性およびbiocompatibilityが従来の金属によってカバーされないある独特な企業にそれを貸すプロジェクトのために重大であり。
鋼の比較&チタン
これらの金属のいずれかを選択することは、手元のアプリケーションに依存します。, このセクションでは、鋼とチタンに共通するいくつかの機械的特性を比較して、各金属を指定する場所を示します（以下の表1に示されています）。 なお、表1の鋼とチタンの値は、合金の種類、熱処理プロセス、組成によって各金属の特性が大きく異なるため、一般化された表から来ています。,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., これはより軽いパッケージで鋼鉄の強さを必要とする適用にチタニウムに適し、航空機部品および他の重量依存した適用で使用されるためにチタ 鋼鉄の密度は車のシャーシののようなある特定の適用の利点である場合もありますがほとんどの場合、軽量化は頻繁に心配です。
弾性係数は、ヤング率と呼ばれることもあり、材料の柔軟性の尺度である。, これは、塑性変形せずに材料を曲げたり反らせたりすることがいかに簡単であるかを記述し、しばしば材料の全体的な弾性応答の良い尺度である。 チタンの弾性率は非常に低く、曲がりやすく変形しやすいことを示唆しています。 このため、チタンはミルを噛み砕き、元の形状に戻すことを好むため、機械加工が困難であることもあります。 一方、鋼ははるかに高い弾性率を有しており、容易に機械加工することができ、応力下で破損して曲がらないため、ナイフエッジなどの用途に使用することができる。,
チタンと鋼の引張降伏強度を比較すると、興味深い事実が起こります。 これは、チタンが他のほとんどの金属よりも強く、チタンよりも鋼の有用性を示すという一般的な誤解に反しています。 チタンは強度の面で鋼と同等ですが、それは単位質量当たり最強の金属の一つになり、半分の重量でそうします。 しかし、その合金のいくつかは降伏強度の点で他のすべての金属を上回るので、全体的な強度が懸念される場合、鋼はゴーツー材料である。, 強度のみを求める設計者は鋼を選ぶべきですが、単位質量当たりの強度を求める設計者はチタンを選ぶべきです。
破断伸びは、引張試験における破断直前の試験片の初期長さをその長さで割ったもので、100を掛けてパーセンテージを与えたものです。 壊れ目の大きい延長は材料がより”伸びる”ことを提案します;言い換えれば、それは折る前に高められた延性がある行動により傾向があります。 チタンはそのような材料であり、破砕前にその長さのほぼ半分を伸ばす。, これはチタニウムが破片の代りに引っ張り、変形するので機械で造りにくいなぜ更にもう一つの理由であるか。 鋼鉄は多くの変化入って来が、一般に壊れ目で低い延長がありま、張力の下で脆性破壊にそれをより堅くそしてより傾向があります。
硬度は、表面に沿った引っ掻き、エッチング、凹み、または変形に対する材料の応答を記述する比較値である。 それは材料によって多くの変化入って来圧子機械を使用して測定される。, 高力金属のために、Brinell硬度テストは頻繁に指定され、表1で提供されるものである。 鋼のブリネル硬度は熱処理や合金組成によって大きく異なりますが、ほとんどの場合、チタンよりも常に硬いです。 これは、チタンが傷ついたり凹んだりすると変形しやすいというわけではなく、表面に形成される二酸化チタン層は非常に硬く、ほとんどの浸透力に耐えるということです。 それらは両方とも荒い環境に露出されたとき大きい働かせる付加的な化学効果を除いた抵抗力がある材料である。,
概要
この記事では、鋼とチタンの特性、強度、および用途について簡単に比較しました。 その他の製品に関する情報については、当社の追加ガイドを参照するか、Thomas Supplier Discovery Platformを参照して、潜在的な供給源を見つけたり、特定の製品の詳細を表示,ss鋼