Stål vs. Titanium – Styrke, Egenskaper, og Bruker
Guider
Christian Cavallo
Del:
Når designere krever robust, tøff materialer for sine prosjekter, stål og titan er den første valg som kommer til tankene. Disse metaller kommer i et bredt utvalg av legeringer – base metaller gjennomsyret med andre metalliske elementer som produserer en sum som er større enn delene. Det er dusinvis av titanlegeringer og hundrevis mer stål-legeringer, så det kan ofte være vanskelig å bestemme hvor du skal begynne når de vurderer disse to metallene., Denne artikkelen, gjennom en undersøkelse av fysiske, mekaniske, og arbeider egenskaper av stål og titan, kan hjelpe designere å velge hvilket materiale er den rette for jobben sin. Hver metall vil bli kort utforsket, og deretter en sammenligning av sine forskjeller vil følge for å vise når du skal angi en over den andre.
Stål
Perfeksjonert i løpet av begynnelsen av det 20. århundre, stål har raskt blitt den mest nyttig og variert metall på Jorden. Det er skapt av berikende grunnstoffet jern med karbon som øker sin hardhet, styrke og motstand., Mange såkalte legering stål også bruke elementer som for eksempel sink, krom, mangan, molybden, silisium, og selv titanium å forbedre sin motstand mot korrosjon, deformasjon, høye temperaturer, og mer. For eksempel stål med et høyt nivå av krom tilhører rustfritt stål, eller de som er mindre utsatt for rustdannelse enn andre legeringer. Siden det er mange typer stål, det er vanskelig å generalisere sine spesifikke egenskaper, men vår artikkel om hvilke typer stål gir en god introduksjon til de ulike klassene.
for Å snakke generelt, stål er en tett, hard, men gjennomførbar metall., Det svarer til varmebehandling for å styrke prosessen, som gjør selv de enkleste av stål for å ha variable egenskaper basert på hvordan det var varmes/kjøles. Det er magnetisk og kan utføre både varme og elektrisitet lett. De fleste stål er utsatt for korrosjon på grunn av sin strykejern sammensetning, selv om den rustfrie ståltyper-adressen på denne svakheten til en viss grad av suksess. Stål har høy styrke, men denne styrken er omvendt proporsjonal med sin seighet, eller en grad av motstandsdyktighet mot deformasjon uten brudd., Mens det er maskinering stål som er tilgjengelig, det er andre ståltyper som er vanskelig, om ikke umulig, å maskinen på grunn av deres arbeider egenskaper.
Det bør være klart at stål kan passe til en rekke forskjellige jobber: det kan være vanskelig, tøff, sterk, temperatur eller etsende motstandsdyktig; problemet er at det kan ikke være alle disse tingene på en gang, uten å ofre en eiendom over den andre. Dette er ikke et stort problem, selv om, som de fleste legeringer er billig og tillate designere til å kombinere forskjellige ståltyper i sine prosjekter for å få compounding fordeler., Som et resultat, stål finner sin vei inn i nesten alle bransjer, som brukes i bil, fly og romfart, strukturelle, arkitektoniske, produksjon, elektronikk, infrastrukturelle, og mange flere programmer.
Titan
Titan ble først renset i sin metallic former tidlig på 1900-tallet, og er ikke så sjeldne som de fleste folk tror det er. Faktisk, det er den fjerde mest tallrike av metall på Jorden, men er vanskelig å finne i høye konsentrasjoner eller i sin grunnleggende form. Det er også vanskelig å rense, noe som gjør det mer kostbart å produsere enn til kilden.,
Grunnstoffet titan er en sølvgrå ikke-magnetisk metall med en tetthet på 4.51 g/cm3, noe som gjør det nesten halvparten så tett som stål og landing den i «light metal» – kategorien. Moderne titanium kommer enten som grunnstoffet titan eller i ulike titanlegeringer, alle laget for å øke både styrke og korrosjonsbestandighet av base titan. Disse legeringer har den nødvendige styrke til å fungere som romfart, strukturelle, biomedisinsk, og høy-temperatur materialer, mens grunnstoffet titan er vanligvis reservert som en legert agent for andre metaller.,
Titan er vanskelig å sveise -, maskin -, eller form, men kan være varmebehandlet for å øke sin styrke. Det har den unike fordelen av å være biokompatible, noe som betyr titanium inne i kroppen vil være inert, noe som gjør det uunnværlig for medisinsk implantat teknologi. Det har en utmerket styrke-til-vekt-forhold, og gir samme mengde styrke som stål på 40% av sin vekt, og er motstandsdyktig mot korrosjon takket være et tynt lag av nox som dannes på overflaten i nærvær av luft eller vann., Det er også motstandsdyktig mot skader og erosjon, som predisposes det mot høy-stress-programmer, for eksempel fly-og militærteknologi. Titan er avgjørende for prosjekter der vekt er minimert, men styrke er maksimert, og dens stor motstand mot korrosjon og biokompatibilitet låne den til noen unike næringer som ikke er dekket av mer tradisjonelle metaller.
Sammenligning av Stål & Titan
ved å Velge ett av disse metaller over den andre, avhenger av programmet for hånden., Denne delen vil sammenligne noen mekaniske egenskaper er felles for stål og titan for å vise hvor hvert metall må være spesifisert (representert i Tabell 1, under). Merk at verdiene for både stål og titan i Tabell 1 kommer fra generalisert tabeller, som hver metall allment varierer i egenskaper basert på legering type, varmebehandling prosessen, og sammensetning.,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 titan for programmer som trenger styrken til stål i en lysere pakken og gir titan brukes i fly, deler og andre vekt-avhengige applikasjoner. Tettheten av stål kan være en fordel i visse programmer, for eksempel i en bil kabinettet, men det meste av tiden, vektreduksjon er ofte et problem.
Den elastisitetsmodul, noen ganger referert til som youngs modulus, er et mål på den fleksibiliteten av et materiale., Det beskriver hvor lett det er å bøye eller deformere et materiale uten plastisk deformasjon og er ofte en god indikasjon på et materiale som er samlet elastisk respons. Titanium er elastisk modulus er ganske lav, noe som tyder på at det bøyer og deforms lett. Dette er delvis grunnen til at titan er vanskelig å maskin, som det tannkjøttet opp mills og foretrekker å gå tilbake til sin opprinnelige form. Stål, på den annen side, har en mye høyere elastisk elastisitet, som gjør at det kan være lett maskinert og gir det til å bli brukt i applikasjoner som for eksempel kniv kanter, så det vil bryte og ikke bøye seg under stress.,
Når du sammenligner strekk-kapasitet styrker av titan og stål, et interessant faktum oppstår; stål er av-og-store sterkere enn titan. Dette går mot populær misforståelse at titan er sterkere enn de fleste andre metaller og viser nytten av stål over titan. Mens titan er bare på linje med stål i form av styrke, det gjør det på halve vekten, noe som gjør den til en av de sterkeste metaller per enhet masse. Imidlertid, stål er den går til materialet når samlet styrke er bekymring, som noen av dens legeringer overgå alle andre metaller i form av avkastning styrker., Designere ser utelukkende for å styrke bør velge stål, men designerne opptatt av å styrke per enhet massen bør velge titan.
Strekning på pause er tiltaket av en test-prøven er opprinnelige lengde dividert med lengden rett før oppsprekking i et strekk test, multiplisert med 100 for å gi en prosent. En stor strekning på pause tyder materialet «strekker» mer; med andre ord, det er mer tilbøyelige til økt smidig atferd før oppsprekking. Titan er et materiale, der det strekker seg nesten halvparten av dets lengde før oppsprekking., Dette er enda en grunn til at titan er så vanskelig å maskinen, så det trekker og deforms i stedet for chips av. Stål kommer i mange varianter, men har generelt en lav tøyelighet på pause, noe som gjør det vanskeligere og mer utsatt for å sprøtt brudd under spenning.
Hardhet er en komparativ verdi som beskriver et materiale svar til riper, etsing, denting, eller deformasjon langs overflaten. Det er målt ved hjelp av indenter maskiner, som kommer i mange varianter, avhengig av materialet., For høy-styrke metaller, den Brinell hardhet test er ofte angitt, og er hva er gitt i Tabell 1. Selv om Brinell hardhet av stål varierer sterkt med varmebehandling og legering sammensetning, er det meste av tiden er alltid vanskeligere enn titan. Dette er ikke å si at titan deforms lett når riper eller innrykk; tvert i mot, titanium dioxide lag som danner seg på overflaten er usedvanlig hardt og tåler de fleste penetrasjon styrker. De er begge motstandsdyktig materiale som fungere bra når de utsettes for tøffe miljøer, sperring noen ekstra kjemiske virkninger.,
Oppsummering
Denne artikkelen presenteres en kort sammenligning av egenskaper, styrke og programmer mellom stål og titan. For informasjon om andre produkter, ta kontakt med våre nye guider eller besøk Thomas Leverandør Discovery Plattform for å lokalisere potensielle kilder for tilførsel eller vise detaljer om spesifikke produkter.,ss-Stål