Staal vs. Titanium – sterkte, eigenschappen en gebruik
hulplijnen
Christian Cavallo
Share:
wanneer ontwerpers robuuste, robuuste materialen nodig hebben voor hun projecten, zijn staal en titanium de eerste opties die in gedachten komen. Deze metalen komen in een breed assortiment van legeringen-onedele metalen doordrenkt met andere metalen elementen die een som groter dan de delen produceren. Er zijn tientallen titaniumlegeringen en honderden meer staallegeringen, dus het kan vaak een uitdaging zijn om te beslissen waar te beginnen bij het overwegen van deze twee metalen., Dit artikel, door een onderzoek van de fysische, mechanische en werkeigenschappen van staal en titanium, kan ontwerpers helpen kiezen welk materiaal geschikt is voor hun werk. Elk metaal zal kort worden onderzocht, en dan zal een vergelijking van hun verschillen volgen om te laten zien wanneer het ene boven het andere te specificeren.staal
staal
geperfectioneerd tijdens het begin van de 20e eeuw, staal is snel uitgegroeid tot de meest bruikbare en gevarieerde metaal op aarde. Het wordt gemaakt door elementair ijzer te verrijken met koolstof, wat de hardheid, sterkte en weerstand verhoogt., Veel zogenaamde gelegeerd staalsoorten gebruiken ook elementen zoals zink, chroom, mangaan, molybdeen, silicium en zelfs titanium om de weerstand tegen corrosie, vervorming, hoge temperaturen en meer te verbeteren. Bijvoorbeeld, staal met een hoog niveau van chroom behoort tot de roestvrije stalen, of die die minder gevoelig zijn voor roesten dan andere legeringen. Aangezien er vele soorten staal zijn, is het moeilijk om de specifieke eigenschappen ervan te veralgemenen, maar ons artikel over de soorten staal geeft een goede inleiding tot de verschillende klassen.
om het algemeen te zeggen, staal is een dicht, hard, maar werkbaar metaal., Het reageert op het versterkingsproces van de warmtebehandeling, waardoor zelfs de eenvoudigste staalsoorten variabele eigenschappen kunnen hebben op basis van hoe het werd verwarmd/gekoeld. Het is magnetisch en kan zowel warmte als elektriciteit gemakkelijk geleiden. De meeste stalen zijn vatbaar voor corrosie toe te schrijven aan zijn ijzersamenstelling, hoewel de roestvrije stalen deze zwakheid aan één of andere graad van succes aanpakken. Staal heeft een hoge sterkte, maar deze sterkte is omgekeerd evenredig met de taaiheid, of een mate van veerkracht tot vervorming zonder breuk., Terwijl er machinaal bewerkend staal beschikbaar is, zijn er andere staalsoorten die moeilijk, zo niet onmogelijk, aan machine wegens hun werkende eigenschappen zijn.
Het moet duidelijk zijn dat staal in veel verschillende banen kan passen: het kan hard, taai, sterk, temperatuur-of corrosiebestendig zijn; het probleem is dat het niet al deze dingen tegelijk kan zijn, zonder de ene eigenschap ten opzichte van de andere op te offeren. Dit is echter geen groot probleem, aangezien de meeste staalsoorten goedkoop zijn en ontwerpers toestaan om verschillende staalsoorten in hun projecten te combineren om compoundingvoordelen te krijgen., Hierdoor vindt staal zijn weg in bijna elke industrie, wordt gebruikt in de auto-industrie, lucht-en ruimtevaart, structurele, architectonische, productie, elektronica, infrastructurele, en tientallen andere toepassingen.
Titanium
Titanium werd voor het eerst gezuiverd in zijn metalen vormen in de vroege jaren 1900 en is niet zo zeldzaam als de meeste mensen denken dat het is. In feite is het de vierde meest voorkomende metal op aarde, maar is moeilijk te vinden in hoge concentraties of in zijn elementaire vorm. Het is ook moeilijk te zuiveren, waardoor het duurder is om te produceren dan om te source.,
elementair titanium is een zilvergrijs niet-magnetisch metaal met een dichtheid van 4,51 g/cm3, waardoor het bijna half zo dicht is als staal en valt in de categorie “lichtmetaal”. Modern titanium wordt geleverd als elementair titanium of in verschillende titaniumlegeringen, allemaal gemaakt om zowel de sterkte als de corrosieweerstand van het basis titanium te verhogen. Deze legeringen hebben de nodige sterkte om te werken als lucht-en ruimtevaart -, structurele, biomedische en hoge-temperatuur materialen, terwijl elementair titanium gewoonlijk wordt gereserveerd als een legeringsmiddel voor andere metalen.,
Titanium is moeilijk te lassen, te bewerken of te vormen, maar kan warmtebehandeld worden om zijn sterkte te vergroten. Het heeft het unieke voordeel dat het biocompatibel is, wat betekent dat titanium in het lichaam inert blijft, waardoor het onmisbaar is voor medische implantaattechnologie. Het heeft een uitstekende sterkte-gewicht verhouding, het verstrekken van dezelfde hoeveelheid sterkte als staal bij 40% zijn gewicht, en is bestand tegen corrosie dankzij een dunne laag oxide gevormd op het oppervlak in de aanwezigheid van lucht of water., Het is ook bestand tegen cavitatie en erosie, waardoor het vatbaar is voor toepassingen met hoge stress, zoals vliegtuigen en militaire technologieën. Titanium is van vitaal belang voor projecten waar het gewicht wordt geminimaliseerd, maar de sterkte wordt gemaximaliseerd, en de grote corrosieweerstand en biocompatibiliteit lenen het aan een aantal unieke industrieën die niet worden gedekt door meer traditionele metalen.
het vergelijken van staal & Titaan
het kiezen van een van deze metalen boven de andere hangt af van de toepassing., In dit gedeelte worden enkele mechanische eigenschappen vergeleken die gemeenschappelijk zijn voor staal en titanium om aan te geven waar elk metaal moet worden gespecificeerd (weergegeven in Tabel 1 hieronder). Merk op dat de waarden voor zowel staal als titanium in Tabel 1 afkomstig zijn van gegeneraliseerde tabellen, omdat elk metaal sterk varieert in Kenmerken op basis van legering type, warmtebehandelingsproces en samenstelling.,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., Dit past titanium aan toepassingen die de sterkte van staal in een lichtere verpakking nodig hebben en leent titanium om te worden gebruikt in vliegtuigonderdelen en andere gewicht-afhankelijke toepassingen. De dichtheid van staal kan een voordeel zijn in bepaalde toepassingen, zoals in een voertuigchassis, maar meestal is gewichtsvermindering vaak een zorg.
de elasticiteitsmodulus, ook wel Young ‘ s modulus genoemd, is een maat voor de flexibiliteit van een materiaal., Het beschrijft hoe gemakkelijk het is om een materiaal te buigen of te vervormen zonder plastische vervorming en is vaak een goede maat voor de totale elastische respons van een materiaal. De elastische modulus van Titanium is vrij laag, wat suggereert dat het gemakkelijk buigt en vervormt. Dit is deels de reden waarom titanium moeilijk te bewerken is, omdat het molens oppept en de voorkeur geeft om terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm. Staal, aan de andere kant, heeft een veel hogere elastische modulus, waardoor het gemakkelijk kan worden bewerkt en leent het om te worden gebruikt in toepassingen zoals mes randen, omdat het zal breken en niet buigen onder stress.,
bij het vergelijken van de trekvastheid van titanium en staal doet zich een interessant feit voor: staal is over het algemeen sterker dan titanium. Dit gaat in tegen de populaire misvatting dat titanium sterker is dan de meeste andere metalen en toont het nut van staal over titanium. Hoewel titanium in termen van sterkte slechts op gelijke voet staat met staal, doet het dit bij de helft van het gewicht, waardoor het een van de sterkste metalen per massa-eenheid is. Echter, staal is de go-to Materiaal wanneer de algehele sterkte is de zorg, zoals sommige van zijn legeringen overtreffen alle andere metalen in termen van opbrengst sterke punten., Ontwerpers die uitsluitend op zoek zijn naar sterkte moeten staal kiezen, maar ontwerpers die zich bezighouden met sterkte per massa-eenheid moeten titanium kiezen.
breukrek is de maat van de aanvankelijke lengte van een proefmonster gedeeld door de lengte vlak voor breuk bij een trekproef, vermenigvuldigd met 100 om een percentage te geven. Een grote breukrek suggereert dat het materiaal meer” rekt”; met andere woorden, het is meer vatbaar voor verhoogd kneedbaar gedrag voordat het breekt. Titanium is zo ‘ n materiaal, waar het zich bijna de helft van zijn lengte uitstrekt voordat het breekt., Dit is nog een reden waarom titanium zo moeilijk te bewerken is, omdat het trekt en vervormt in plaats van chips. Staal komt in vele soorten, maar heeft over het algemeen een lage rek bij breuk, waardoor het moeilijker en meer vatbaar voor broze breuk onder spanning.
hardheid is een vergelijkende waarde die de reactie van een materiaal op krassen, etsen, deuken of vervorming langs het oppervlak beschrijft. Het wordt gemeten met behulp van indrukmachines, die in vele variëteiten, afhankelijk van het materiaal., Voor metalen met een hoge sterkte wordt de hardheidstest van Brinell vaak gespecificeerd en wordt in Tabel 1 aangegeven. Hoewel de Brinell hardheid van staal sterk varieert met warmtebehandeling en legeringssamenstelling, is het meestal altijd moeilijker dan titanium. Dit wil niet zeggen dat titanium gemakkelijk vervormt wanneer het bekrast of ingesprongen is; integendeel, de titaniumdioxidelaag die zich op het oppervlak vormt, is uitzonderlijk hard en bestand tegen de meeste penetratiekrachten. Ze zijn beide resistente materialen die geweldig werken bij blootstelling aan ruwe omgevingen, met uitzondering van eventuele extra chemische effecten.,
samenvatting
Dit artikel gaf een korte vergelijking van de eigenschappen, sterkte en toepassingen tussen staal en titaan. Voor informatie over andere producten, raadpleeg onze aanvullende gidsen of bezoek het Thomas Supplier Discovery Platform om potentiële leveranciers te vinden of bekijk details over specifieke producten.,ss Staal