Aço vs. titânio-resistência, Propriedades e usa
guias
Christian Cavallo
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quando designers exigem materiais resistentes e robustos para os seus projectos, aço e titânio são as primeiras opções que vêm à mente. Estes metais vêm em uma grande variedade de ligas – metais base imbuídos com outros elementos metálicos que produzem uma soma maior do que suas partes. Existem dezenas de ligas de titânio e centenas de outras ligas de aço, por isso muitas vezes pode ser difícil decidir por onde começar ao considerar estes dois metais., Este artigo, através de um exame das propriedades físicas, mecânicas e de trabalho do aço e titânio, pode ajudar os designers a escolher qual o material certo para o seu trabalho. Cada metal será brevemente explorado, e então uma comparação de suas diferenças se seguirá para mostrar quando especificar um sobre o outro.
aço
aperfeiçoado durante o início do século XX, o aço tornou-se rapidamente o metal mais útil e variado da Terra. É criado pelo enriquecimento do ferro elementar com carbono, o que aumenta a sua dureza, força e resistência., Muitos aços de liga também usam elementos como zinco, crómio, manganês, molibdênio, silício e até mesmo titânio para melhorar a sua resistência à corrosão, deformação, altas temperaturas, e muito mais. Por exemplo, o aço com um elevado nível de crómio pertence aos aços inoxidáveis, ou aqueles que são menos propensos a enferrujar do que outras ligas. Uma vez que existem muitos tipos de aço, é difícil generalizar suas propriedades específicas, mas nosso artigo sobre os tipos de aço dá uma boa introdução às várias classes.para falar em geral, o aço é um metal denso, duro, mas viável., Ele responde ao processo de fortalecimento do tratamento térmico, que permite até mesmo o mais simples dos aços ter propriedades variáveis com base em como ele foi aquecido/resfriado. É magnético e pode conduzir calor e eletricidade prontamente. A maioria dos aços são suscetíveis à corrosão devido à sua composição em ferro, embora os aços inoxidáveis abordem esta fraqueza em algum grau de sucesso. O aço tem um alto nível de resistência, mas essa resistência é inversamente proporcional à sua resistência, ou uma medida de resiliência à deformação sem fratura., Enquanto há aços de usinagem disponíveis, há outros aços que são difíceis, se não impossíveis, para a máquina devido às suas propriedades de trabalho.
deve ficar claro que o aço pode caber em muitos trabalhos diferentes: pode ser duro, duro, forte, de temperatura ou corrosivo resistente; o problema é que não pode ser todas estas coisas ao mesmo tempo, sem sacrificar uma propriedade sobre a outra. Este não é um problema enorme, porém, como a maioria das classes de aço são baratos e permitem que os designers combinem diferentes aços em seus projetos para ganhar benefícios compostos., Como resultado, o aço encontra seu caminho em quase todas as indústrias, sendo usado em automotivo, aeroespacial, estrutural, arquitetônico, fabricação, eletrônica, infra-estrutura e dezenas de outras aplicações.
titânio
titânio foi primeiramente purificado em suas formas metálicas no início de 1900 e não é tão raro como a maioria das pessoas acreditam que seja. Na verdade, é o quarto metal mais abundante na Terra, mas é difícil de encontrar em altas concentrações ou em sua forma elementar. Também é difícil de purificar, tornando a produção mais cara do que a fonte., o titânio elementar é um metal não magnético cinzento-prateado com uma densidade de 4,51 g / cm3, tornando – o quase metade tão denso quanto o aço e aterrissando-o na categoria “metal leve”. O titânio moderno vem tanto como titânio elementar ou em várias ligas de titânio, tudo feito para aumentar a força e resistência à corrosão do titânio base. Estas ligas têm a força necessária para trabalhar como materiais aeroespaciais, estruturais, biomédicos e de alta temperatura, enquanto o titânio elementar é geralmente reservado como um agente de liga para outros metais.,
titânio é difícil de soldar, máquina ou forma, mas pode ser tratado termicamente para aumentar a sua força. Tem a vantagem única de ser biocompatível, o que significa que o titânio dentro do corpo permanecerá inerte, tornando-o indispensável para a tecnologia de implante médico. Tem uma excelente relação resistência-peso, proporcionando a mesma quantidade de resistência que o aço a 40% do seu peso, e é resistente à corrosão graças a uma fina camada de óxido formada na sua superfície na presença de ar ou água., Também resiste à cavitação e erosão, o que a predispõe para aplicações de alto stress, como aeronaves e tecnologias militares. O titânio é vital para projetos onde o peso é minimizado, mas a força é maximizada, e sua grande resistência à corrosão e biocompatibilidade emprestam-no a algumas indústrias únicas não cobertas por metais mais tradicionais.
comparar o aço & titânio
escolher um destes metais sobre o outro depende da aplicação em mãos., Esta secção irá comparar algumas propriedades mecânicas comuns ao aço e ao titânio para mostrar onde cada metal deve ser especificado (representado na Tabela 1, abaixo). Note que os valores para aço e titânio na Tabela 1 vêm de tabelas generalizadas, como cada metal varia amplamente em características baseadas no tipo de liga, processo de tratamento térmico, e composição.,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., Isto combina titânio para aplicações que precisam da resistência do aço em um pacote mais leve e empresta titânio para ser usado em peças de aeronaves e outras aplicações dependentes do peso. A densidade do aço pode ser uma vantagem em certas aplicações, como em um chassis de veículo, mas na maioria das vezes, a redução de peso é muitas vezes uma preocupação.o módulo de elasticidade, por vezes referido como módulo de Young, é uma medida da flexibilidade de um material., Descreve como é fácil dobrar ou deformar um material sem deformação plástica e é muitas vezes uma boa medida da resposta elástica geral de um material. O módulo elástico de titânio é bastante baixo, o que sugere que flexiona e deforma facilmente. Em parte, é por isso que o titânio é difícil de maquinar, uma vez que engole moinhos e prefere voltar à sua forma original. O aço, por outro lado, tem um módulo elástico muito mais elevado, o que lhe permite ser facilmente usinado e empresta-o para ser usado em aplicações como as arestas de facas, uma vez que ele vai quebrar e não dobrar sob estresse.,ao comparar a resistência do titânio e do aço à tração, um fato interessante ocorre: o aço é muito mais forte que o titânio. Isso vai contra o equívoco popular de que o titânio é mais forte do que a maioria dos outros metais e mostra a utilidade do aço sobre o titânio. Enquanto o titânio é apenas em par com o aço em termos de força, ele faz isso a metade do peso, o que faz dele um dos metais mais fortes por unidade de massa. No entanto, o aço é o material go-to Quando a força global é a preocupação, como algumas de suas ligas superam todos os outros metais em termos de resistência ao rendimento., Os Designers que procuram apenas resistência devem escolher aço, mas os designers preocupados com a resistência por unidade de massa devem escolher titânio.elongação de rotura é a medida do comprimento inicial do provete dividida pelo seu comprimento imediatamente antes da fraturação num ensaio de tracção, multiplicada por 100 para dar uma percentagem. Um grande alongamento no intervalo sugere que o material “estica” mais; em outras palavras, é mais propenso ao aumento do comportamento dúctil antes de fraturar. O titânio é um material tal, onde se estende quase metade do seu comprimento antes de fraturar., Esta é mais uma razão pela qual o titânio é tão difícil de máquina, como ele puxa e deforma em vez de lascas fora. O aço vem em muitas variedades, mas geralmente tem um alongamento baixo na ruptura, tornando-o mais difícil e mais propenso a fratura quebradiça sob tensão.
dureza é um valor comparativo que descreve a resposta de um material a arranhões, gravuras, deformação ou deformação ao longo de sua superfície. Ele é medido usando máquinas de indentação, que vêm em muitas variedades dependendo do material., Para os metais de alta resistência, o teste de dureza Brinell é frequentemente especificado e é o que é fornecido no quadro 1. Mesmo que a dureza Brinell do aço varia muito com o tratamento térmico e composição da liga, é a maior parte do tempo sempre mais difícil do que o titânio. Isto não quer dizer que o titânio deforma facilmente quando arranhado ou indentado; pelo contrário, a camada de dióxido de titânio que se forma na superfície é excepcionalmente dura e resiste à maioria das forças de penetração. Ambos são materiais resistentes que funcionam muito bem quando expostos a ambientes ásperos, salvo quaisquer efeitos químicos adicionais.,
resumo
este artigo apresentou uma breve comparação das propriedades, resistência e aplicações entre aço e titânio. Para obter informações sobre outros produtos, consulte os nossos guias adicionais ou visite a plataforma de Descoberta do Fornecedor Thomas para localizar potenciais fontes de fornecimento ou ver detalhes sobre produtos específicos.,ss Aço