Stål vs. Titan – styrka, egenskaper och använder
guider
Christian Cavallo
dela:
När designers kräver robusta, tuffa material för sina projekt, stål och titan är de första alternativen som kommer att tänka på. Dessa metaller finns i ett brett sortiment av legeringar – oädla metaller genomsyras av andra metalliska element som producerar en summa som är större än dess delar. Det finns dussintals titanlegeringar och hundratals fler stållegeringar, så det kan ofta vara svårt att bestämma var man ska börja när man överväger dessa två metaller., Denna artikel, genom en undersökning av de fysiska, mekaniska och arbetande egenskaperna hos stål och titan, kan hjälpa designers att välja vilket material som är rätt för sitt jobb. Varje metall kommer att undersökas kortfattat, och sedan kommer en jämförelse av deras skillnader att följa för att visa när man ska ange en över den andra.
stål
perfekt under 1900-talets början har stål snabbt blivit den mest användbara och varierade metallen på jorden. Det skapas genom att berika elementärt järn med kol, vilket ökar dess hårdhet, styrka och motstånd., Många så kallade legeringsstål använder också element som zink, krom, mangan, molybden, kisel och till och med titan för att förbättra dess motståndskraft mot korrosion, deformation, höga temperaturer och mer. Till exempel hör stål med hög kromnivå till rostfria stål, eller de som är mindre benägna att rosta än andra legeringar. Eftersom det finns många typer av stål är det svårt att generalisera sina specifika egenskaper, men vår artikel om ståltyperna ger en bra introduktion till de olika klasserna.
för att tala generellt är stål en tät, hård, men ändå fungerande metall., Det svarar på värmebehandlingsförstärkningsprocessen, vilket gör det möjligt för även de enklaste av stål att ha variabla egenskaper baserat på hur det upphettades/kyldes. Det är magnetiskt och kan leda både värme och El lätt. De flesta stål är känsliga för korrosion på grund av dess järnkomposition, även om de rostfria stålerna adresserar denna svaghet till viss grad av framgång. Stål har en hög hållfasthet, men denna styrka är omvänt proportionell mot dess seghet eller ett mått på motståndskraft mot deformation utan fraktur., Medan det finns bearbetningsstål tillgängliga finns det andra stål som är svåra, om inte omöjliga, till maskin på grund av deras arbetsegenskaper.
det bör stå klart att stål kan passa många olika jobb: det kan vara svårt, tufft, starkt, temperatur eller frätande resistent; problemet är att det inte kan vara alla dessa saker på en gång utan att offra en egendom över den andra. Detta är dock inte ett stort problem, eftersom de flesta stålkvaliteter är billiga och tillåter designers att kombinera olika stål i sina projekt för att få kompoundering fördelar., Som ett resultat finner stål sin väg in i nästan alla branscher, som används inom bil -, flyg -, struktur -, arkitektoniska, tillverkning, Elektronik, infrastruktur och dussintals fler applikationer.
Titan
Titan renades först till dess metalliska former i början av 1900-talet och är inte så sällsynt som de flesta tror att det är. Det är faktiskt den fjärde mest rikliga metallen på jorden, men är svår att hitta i höga koncentrationer eller i dess elementära form. Det är också svårt att rena, vilket gör det dyrare att producera än att källa.,
Elemental titanium är en silvergrå icke-magnetisk metall med en densitet på 4,51 g / cm3, vilket gör den nästan hälften så tät som stål och landar den i kategorin ”lättmetall”. Modern Titan kommer antingen som elementärt titan eller i olika titanlegeringar, alla gjorda för att öka både styrkan och korrosionsbeständigheten hos basen Titan. Dessa legeringar har den nödvändiga styrkan att arbeta som aerospace, strukturella, biomedicinska och högtemperaturmaterial, medan elementärt Titan vanligtvis reserveras som legeringsmedel för andra metaller.,
Titan är svårt att svetsa, maskin eller form, men kan värmebehandlas för att öka dess styrka. Den har den unika fördelen att vara biokompatibel, vilket betyder att Titan inuti kroppen kommer att förbli inert, vilket gör det oumbärligt för medicinsk implantatteknik. Den har ett utmärkt förhållande mellan styrka och vikt, vilket ger samma styrka som stål vid 40% dess vikt och är resistent mot korrosion tack vare ett tunt lager av oxid som bildas på dess yta i närvaro av luft eller vatten., Det motstår också kavitation och erosion, vilket predisponerar det mot högspänningsapplikationer som flygplan och militär teknik. Titan är avgörande för projekt där vikten minimeras men styrkan maximeras, och dess stora korrosionsbeständighet och biokompatibilitet lånar den till vissa unika industrier som inte omfattas av mer traditionella metaller.
jämföra stål& Titan
välja en av dessa metaller över den andra beror på ansökan till hands., Detta avsnitt kommer att jämföra vissa mekaniska egenskaper som är gemensamma för stål och titan för att visa var varje metall ska anges (visas i Tabell 1 nedan). Observera att värdena för både stål och titan i Tabell 1 kommer från generaliserade tabeller, eftersom varje metall varierar kraftigt i egenskaper baserade på legeringstyp, värmebehandlingsprocess och komposition.,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., Detta passar titan till applikationer som behöver stålstyrkan i ett lättare paket och låter Titan användas i flygplansdelar och andra viktberoende applikationer. Densiteten av stål kan vara en fördel i vissa tillämpningar som i ett chassi, men för det mesta är viktminskning ofta ett problem.
elasticitetsmodulen, ibland kallad Youngs modul, är ett mått på flexibiliteten hos ett material., Den beskriver hur lätt det är att böja eller varp ett material utan plast deformation och är ofta ett bra mått på ett materials övergripande elastiska svar. Titaniums elastiska modul är ganska låg, vilket tyder på att den böjs och deformeras enkelt. Det är delvis därför Titan är svårt att maskinera, eftersom det gummerar upp kvarnar och föredrar att återgå till sin ursprungliga form. Stål, å andra sidan, har en mycket högre elastisk modul, vilket gör det möjligt att lätt bearbetas och låter den användas i applikationer som knivkanter, eftersom den kommer att bryta och inte böja under stress.,
vid jämförelse av draghållfastheten hos titan och stål uppstår ett intressant faktum; stål är i stort starkare än Titan. Detta går emot den populära missuppfattningen att titan är starkare än de flesta andra metaller och visar nyttan av stål över Titan. Medan Titan endast är i nivå med stål när det gäller styrka, gör det så vid hälften av vikten, vilket gör den till en av de starkaste metallerna per enhetsmassa. Stål är emellertid go-to-materialet när den totala styrkan är oro, eftersom vissa av dess legeringar överträffar alla andra metaller när det gäller avkastningsstyrkor., Designers som söker enbart styrka bör välja stål, men designers som berörs av styrka per enhet massa bör välja Titan.
förlängning vid brott är måttet på ett provexemplars initiallängd dividerat med dess längd strax före spräckning i en dragprovning, multiplicerat med 100 för att ge en procentsats. En stor förlängning vid paus föreslår materialet ”sträcker” mer; med andra ord är det mer benäget för ökat duktilt beteende före spräckning. Titan är ett sådant material, där det sträcker sig nästan hälften av sin längd före spräckning., Detta är ännu en anledning till varför Titan är så svårt att maskin, eftersom det drar och deformeras i stället för chips av. Stål finns i många sorter men har i allmänhet en låg töjning vid paus, vilket gör det svårare och mer benägna att spröd fraktur under spänning.
hårdhet är ett jämförande värde som beskriver ett materials svar på repor, etsning, buckling eller deformation längs dess yta. Det mäts med hjälp av indentermaskiner, som finns i många sorter beroende på materialet., För höghållfasta metaller specificeras Brinell hårdhetstestet ofta och är det som anges i Tabell 1. Även om Brinell hårdhet av stål varierar kraftigt med värmebehandling och legeringskomposition, är det för det mesta alltid svårare än Titan. Detta är inte att säga att Titan deformeras lätt när repad eller indragen; tvärtom är titandioxidskiktet som bildas på ytan exceptionellt hårt och motstår de flesta penetrationskrafter. De är båda resistenta material som fungerar bra när de utsätts för grova miljöer, vilket utesluter eventuella ytterligare kemiska effekter.,
sammanfattning
denna artikel presenterade en kort jämförelse av egenskaper, styrka och applikationer mellan stål och Titan. För information om andra produkter, se våra ytterligare guider eller besök Thomas Supplier Discovery Platform för att hitta potentiella källor till leverans eller visa detaljer om specifika produkter.,ss stål