Stal kontra Tytan – wytrzymałość, właściwości i zastosowania
Przewodniki
Christian Cavallo
Share:
gdy projektanci wymagają wytrzymałych, twardych materiałów do swoich projektów, stal i tytan są pierwszymi opcjami, które przychodzą na myśl. Metale te występują w szerokim asortymencie stopów-metali nieszlachetnych nasyconych innymi pierwiastkami metalicznymi, które wytwarzają sumę większą niż jego części. Istnieją dziesiątki stopów tytanu i setki innych stopów stali, więc często trudno jest zdecydować, od czego zacząć, rozważając te dwa metale., Ten artykuł, poprzez badanie właściwości fizycznych, mechanicznych i roboczych stali i tytanu, może pomóc projektantom wybrać, który materiał jest odpowiedni do ich pracy. Każdy metal zostanie krótko zbadany, a następnie porównanie ich różnic pokaże, kiedy należy określić jeden nad drugim.
Stal
udoskonalona na początku XX wieku stal szybko stała się najbardziej użytecznym i zróżnicowanym metalem na Ziemi. Powstaje poprzez wzbogacenie pierwiastkowego żelaza węglem, co zwiększa jego twardość, wytrzymałość i odporność., Wiele tak zwanych stali stopowych wykorzystuje również pierwiastki takie jak cynk, chrom, mangan, molibden, krzem, a nawet Tytan w celu poprawy jego odporności na korozję, odkształcenia, wysokie temperatury i inne. Na przykład Stal o wysokim poziomie chromu należy do stali nierdzewnych lub tych, które są mniej podatne na rdzewienie niż inne stopy. Ponieważ istnieje wiele rodzajów stali, trudno jest uogólnić jej specyficzne właściwości, ale nasz artykuł na temat rodzajów stali daje dobre wprowadzenie do różnych klas.
mówiąc ogólnie, Stal jest gęstym, twardym, ale wykonalnym metalem., Reaguje na proces wzmacniania obróbki cieplnej, który pozwala nawet najprostszym stalom mieć zmienne właściwości w zależności od tego, jak były ogrzewane/chłodzone. Jest magnetyczny i może łatwo przewodzić zarówno ciepło, jak i energię elektryczną. Większość stali są podatne na korozję ze względu na jego skład żelaza, choć stale nierdzewne adres tę słabość do pewnego stopnia sukcesu. Stal ma wysoki poziom wytrzymałości, ale wytrzymałość ta jest odwrotnie proporcjonalna do jej wytrzymałości lub miary odporności na odkształcenia bez pękania., Chociaż dostępne są stale do obróbki, istnieją inne stale, które są trudne, jeśli nie niemożliwe, do obróbki ze względu na ich właściwości robocze.
powinno być jasne, że stal może pasować do wielu różnych zadań: może być twarda, wytrzymała, wytrzymała, odporna na temperaturę lub korozję; problem w tym, że nie może być to wszystkie te rzeczy na raz, bez poświęcania jednej własności nad drugą. Nie jest to jednak ogromny problem, ponieważ większość gatunków stali jest niedroga i pozwala projektantom łączyć różne stale w swoich projektach, aby uzyskać korzyści mieszania., W rezultacie stal trafia do niemal każdej branży, jest wykorzystywana w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, konstrukcyjnym, architektonicznym, produkcyjnym, elektronicznym, infrastrukturalnym i dziesiątkach innych zastosowań.
Tytan
Tytan został po raz pierwszy oczyszczony do swoich form metalicznych na początku 1900 roku i nie jest tak rzadki, jak większość ludzi uważa, że jest. W rzeczywistości jest to czwarty najliczniejszy metal na Ziemi, ale trudno go znaleźć w wysokich stężeniach lub w swojej postaci elementarnej. Jest to również trudne do oczyszczenia, co czyni go droższym do produkcji niż do źródła.,
Elemental titanium jest srebrno-szarym niemagnetycznym metalem o gęstości 4,51 g / cm3, co czyni go prawie o połowę gęstszym niż stal i ląduje w kategorii „metali lekkich”. Nowoczesny tytan jest albo jako elementarny tytanu lub w różnych stopów tytanu, wszystkie wykonane w celu zwiększenia zarówno wytrzymałość i odporność na korozję podstawy tytanu. Stopy te mają niezbędną wytrzymałość do pracy jako materiały lotnicze, strukturalne, biomedyczne i wysokotemperaturowe, podczas gdy elementarny tytan jest zwykle zarezerwowany jako środek stopowy dla innych metali.,
Tytan jest trudny do spawania, obrabiania lub formowania, ale może być poddany obróbce cieplnej w celu zwiększenia jego wytrzymałości. Ma tę wyjątkową zaletę, że jest biokompatybilny, co oznacza, że tytan wewnątrz ciała pozostanie obojętny, co czyni go niezbędnym dla technologii implantów medycznych. Ma doskonały stosunek wytrzymałości do masy, zapewniając taką samą wytrzymałość jak stal przy 40% swojej wagi i jest odporna na korozję dzięki cienkiej warstwie tlenku uformowanej na jej powierzchni w obecności powietrza lub wody., Jest również odporny na kawitację i erozję, co predysponuje go do zastosowań o wysokim naprężeniu, takich jak samoloty i technologie wojskowe. Tytan jest niezbędny w projektach, w których waga jest zminimalizowana, ale wytrzymałość jest zmaksymalizowana, a jego duża odporność na korozję i biokompatybilność nadają go niektórym unikalnym branżom, które nie są objęte bardziej tradycyjnymi metalami.
porównanie stali& Tytan
wybór jednego z tych metali nad drugim zależy od aplikacji pod ręką., W tej sekcji porównamy niektóre właściwości mechaniczne wspólne dla stali i tytanu, aby pokazać, gdzie każdy metal powinien być określony (przedstawiony w tabeli 1, poniżej). Należy zauważyć, że wartości dla stali i tytanu w tabeli 1 pochodzą z uogólnionych tabel, ponieważ każdy metal znacznie różni się w cechach w zależności od rodzaju stopu, procesu obróbki cieplnej i składu.,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., Nadaje się to tytanu do zastosowań, które wymagają wytrzymałości stali w lżejszym opakowaniu i nadaje tytanu do stosowania w częściach samolotów i innych zastosowaniach zależnych od wagi. Gęstość stali może być zaletą w niektórych zastosowaniach, takich jak podwozie pojazdu, ale przez większość czasu zmniejszenie masy jest często problemem.
moduł sprężystości, czasami określany jako moduł Younga, jest miarą elastyczności materiału., Opisuje, jak łatwo jest zginać lub wypaczać materiał bez odkształcenia plastycznego i często jest dobrą miarą ogólnej reakcji sprężystości materiału. Moduł sprężystości tytanu jest dość niski, co sugeruje, że łatwo się wygina i odkształca. Częściowo dlatego tytan jest trudny w obróbce, ponieważ dziąsłuje młyny i preferuje powrót do pierwotnego kształtu. Z drugiej strony stal ma znacznie wyższy moduł sprężystości, co pozwala na łatwą obróbkę i nadaje się do stosowania w aplikacjach takich jak krawędzie noża, ponieważ pęka i nie wygina się pod naprężeniem.,
porównując wytrzymałości plastyczne tytanu i stali na rozciąganie, pojawia się interesujący fakt; Stal jest o wiele mocniejsza niż tytan. Jest to sprzeczne z popularnym błędnym przekonaniem, że tytan jest silniejszy niż większość innych metali i pokazuje użyteczność stali nad tytanem. Podczas gdy tytan jest tylko na równi ze stalą pod względem wytrzymałości, robi to przy połowie masy, co czyni go jednym z najsilniejszych metali na jednostkę masy. Jednak Stal jest materiałem, w którym chodzi o ogólną wytrzymałość, ponieważ niektóre jej stopy przewyższają wszystkie inne metale pod względem wytrzymałości plastycznej., Projektanci poszukujący wyłącznie wytrzymałości powinni wybrać stal, ale projektanci zainteresowani wytrzymałością na jednostkę masy powinni wybrać Tytan.
Wydłużenie przy zerwaniu jest miarą długości początkowej próbki badanej podzielonej przez jej długość tuż przed szczelinowaniem w próbie rozciągania, pomnożonej przez 100, aby dać procent. Duże wydłużenie przy zerwaniu sugeruje, że materiał” rozciąga się ” bardziej; innymi słowy, jest bardziej podatny na zwiększone plastyczne zachowanie przed pęknięciem. Tytan jest takim materiałem, gdzie rozciąga się prawie połowa jego długości przed pęknięciem., Jest to kolejny powód, dla którego tytan jest tak trudny do obróbki, ponieważ ściąga i deformuje zamiast chipów. Stal występuje w wielu odmianach, ale na ogół ma niskie wydłużenie przy zerwaniu, dzięki czemu jest twardsza i bardziej podatna na kruche pękanie pod napięciem.
twardość jest wartością porównawczą, która opisuje reakcję materiału na zarysowania, trawienie, wgniecenia lub deformacji wzdłuż jego powierzchni. Jest mierzony za pomocą maszyn wciskających, które występują w wielu odmianach w zależności od materiału., W przypadku metali o wysokiej wytrzymałości często określa się test twardości Brinella, który jest przedstawiony w tabeli 1. Mimo że twardość stali Brinella różni się znacznie w zależności od obróbki cieplnej i składu stopu, przez większość czasu zawsze jest twardsza niż tytan. Nie oznacza to, że tytan łatwo odkształca się po zarysowaniu lub wgłębieniu; wręcz przeciwnie, warstwa dwutlenku tytanu, która tworzy się na powierzchni, jest wyjątkowo twarda i odporna na większość sił penetracji. Oba są odpornymi materiałami, które świetnie sprawdzają się w trudnych warunkach, bez żadnych dodatkowych efektów chemicznych.,
podsumowanie
w artykule przedstawiono krótkie porównanie właściwości, wytrzymałości i zastosowań stali i tytanu. Aby uzyskać informacje na temat innych produktów, zapoznaj się z naszymi dodatkowymi przewodnikami lub odwiedź platformę Thomas Supplier Discovery Platform, aby zlokalizować potencjalne źródła dostaw lub wyświetlić szczegóły dotyczące konkretnych produktów.,stal ss