Eine Vielzahl von Branchen sucht heute nach innovativen Wegen, um ihren Gewinn zu maximieren. Diese innovativen Wege sollen zu geringeren Produktionskosten führen, das Gewicht ihrer Produkte reduzieren und ihren Gesamtenergieverbrauch senken. Folglich werden Leichtmetalle einschließlich Titan und Aluminium zunehmend gegenüber Stahl betrachtet. Um vor diesem Hintergrund die perfekte Materiallösung zu erhalten, ist es daher wichtig, einen Blick auf Informationen zu ihrer Festigkeit zu werfen. Dieser Artikel liefert die wichtigsten Informationen, indem er anhand verschiedener Eigenschaften einen Vergleich zwischen den einzelnen Metallen zieht.
Vergleichen wir 17 Unterschiede zwischen Titan und Aluminium
Wenn Sie in der Fertigung an ein Traumteam von Materialeigenschaften für Teile denken, kommen Ihnen Festigkeit und geringes Gewicht in den Sinn. Im Wesentlichen kommen Designern in diesem Fall natürlich Titan und Aluminium in den Sinn. Interessanterweise kreuzen sowohl Titan als auch Aluminium weitere wichtige Kriterien an, wie z. B. eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Um die perfekte Wahl für Ihr Projekt zu treffen, ziehen wir anhand verschiedener Eigenschaften einen Vergleich zwischen Aluminium und Titan. Sie beinhalten:
Titan vs. Aluminium: Elementzusammensetzung
Um Titan von Aluminium zu unterscheiden, ist die elementare Zusammensetzung sehr wichtig. Dies liegt daran, dass einige Komponenten aufgrund ihrer Reaktivität mit der Umgebung oder aufgrund zusätzlicher Eigenschaften, die sie dem Metall insgesamt hinzufügen können, möglicherweise nicht erforderlich sind. Beispiele für solche Eigenschaften können Korrosionsbeständigkeit, Gewicht und vieles mehr sein. Im Vergleich dazu ist bekannt, dass Titan eine Vielzahl von Elementen enthält, darunter Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Eisen und Nickel. Mit Titan als Hauptelementzusammensetzung können andere Bestandteile in der Zusammensetzung zwischen 0.013 und 0.5 % variieren.
Andererseits besteht Aluminium aus einer Vielzahl von Bestandteilen, darunter Aluminium als Hauptbestandteil, Silizium, Zink, Magnesium, Mangan, Kupfer, Eisen, Titan, Chrom, Zirkonium und viele mehr.
Titan vs. Aluminium: Korrosionsbeständigkeit
Korrosionsbeständigkeit ist eine weitere Eigenschaft, die zum Vergleich zwischen Titan und Aluminium herangezogen werden kann. Sowohl Titan als auch Aluminium weisen hervorragende Korrosionsbeständigkeitseigenschaften auf. Eines ist jedoch widerstandsfähiger als das andere und daher vorzuziehen, wenn Korrosionsbeständigkeit eine der wichtigsten Überlegungen in einem Projekt ist.
Titan ist inert und daher sehr korrosionsbeständig. Aufgrund seiner inerten Natur ist Titan das biokompatibelste Metall mit beeindruckender Anwendung in der medizinischen Industrie. Diese Anwendung kann in der Herstellung von chirurgischen Anwendungen gefunden werden, während Ti 6-4-Legierungen in einer salzigen Umgebung mit großer Anwendung in der Schifffahrtsindustrie gut bestehen. Andererseits bilden Aluminiumlegierungen eine Oxidschicht, die das Material gegenüber korrosiven Elementen nicht reaktiv macht. Die Korrosion einer solchen Legierung hängt jedoch jetzt von den wässrigen/atmosphärischen Bedingungen wie Temperatur, in der Luft befindlichen Chemikalien und der chemischen Zusammensetzung ab.
Titan vs. Aluminium: Elektrische Leitfähigkeit
Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, aufgrund eines Potentialabfalls den Fluss von Elektronen zuzulassen. Um die elektrische Leitfähigkeit eines Materials zu bestimmen, wird Kupfer als Standard zur Bewertung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet.
Wenn Titan mit der Leitfähigkeit von Kupfer verglichen wird, zeigte es etwa 3.1 % der Leitfähigkeit von Kupfer. Daraus folgt, dass Titan ein guter elektrischer Leiter ist und nicht verwendet werden kann, wenn eine gute Leitfähigkeit ein Hauptfaktor ist. Während Titan kein guter Leiter ist, kann es als guter Widerstand verwendet werden. Andererseits weist Aluminium 64 % der Leitfähigkeit von Kupfer auf. Dies bedeutet, dass in einer Situation, in der elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist, Aluminium gegenüber Titan bevorzugt wird.
Titan vs. Aluminium: Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist seine Fähigkeit, Wärme zu übertragen oder zu leiten. Damit ein Material ein guter Heizkörper ist, muss es eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, während ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit ein guter Isolator ist. Dieses Phänomen wird als Zeitrate der Übertragung durch Leitung durch die Einheitsdicke über eine Materialeinheit für einen Einheitstemperaturgradienten bezeichnet.
Im Vergleich dazu hat Aluminium eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) im Vergleich zu Titan 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK). Deshalb wird es bevorzugt behandelt, wenn es um Anwendungen wie Wärmetauscher, Kochgeschirr und Kühlkörper geht.
Titan vs. Aluminium: Schmelzpunkt
Die als Schmelzpunkt bekannte Schmelztemperatur eines Metalls ist die Temperatur, bei der ein solches Metall beginnt, von einer festen Phase in eine flüssige Phase überzugehen. Bei dieser Temperatur befinden sich die feste Phase des Metalls und die flüssige Phase dieses Metalls im Gleichgewicht. Sobald das Material dieses Temperaturniveau erreicht hat, kann es leicht umgeformt und für thermische Anwendungen verwendet werden.
Titan hat im Vergleich dazu einen höheren Schmelzpunkt von 1650 – 1670 °C (3000 – 3040 °F), weshalb es als Refraktärmetall verwendet wird. Andererseits weist Aluminium im Vergleich zu Titan einen niedrigeren Schmelzpunkt von 660.37 °C (1220.7 °F) auf. Daher ist Titan in einer Hitzebeständigkeitsanwendung geeigneter.
Titan vs. Aluminium: Härte
Die Härte eines Metalls ist sein Vergleichswert, der hilft, seine Reaktion auf Ätzen, Einbeulen, Deformation oder Kratzen entlang seiner Oberfläche zu beschreiben. Dies kann meistens mit einem Werkzeug namens Eindringmaschine erfolgen. Als Ergebnis bringen die Eindringmaschine oder -werkzeuge den Wert des Metalls heraus, um die Festigkeit eines solchen Metalls zu bestimmen. Während die Brinell-Härte von Titan 70 HB größer ist als reines Aluminium 15 HB, zeigten einige Aluminiumlegierungen eine höhere Härte als Titan. Beispiele sind AA7075 Härte T7 & T6, AA6082 Härte T5 & T6 und mehr.
Andererseits verformt sich Titan leicht, wenn es zerkratzt oder eingedrückt wird. Dies kann korrigiert werden, da Titan eine außergewöhnlich harte Oberfläche bildet, indem es eine Oxidschicht bildet, um eine Titanoxidschicht zu bilden, die den meisten Eindringkräften widersteht. In einer Anwendung, bei der Härte eine der Hauptanforderungen ist, ist Titan die beste Wahl.
Titan vs. Aluminium: Dichte
In der Messung sind Titan und Aluminium beide leicht, aber aus bestimmten Gründen. In Bezug auf die Aluminiumdichte (2712 kg/m3) ist geringer als die Dichte von Titan (4500 kg/m3). Die Dichte von Aluminium ist erheblich geringer, obwohl Titan etwa zwei Drittel schwerer ist als Aluminium. Dies bedeutet, dass Benutzer beider Metalle weniger Titan benötigen. Es wird nur ein Bruchteil Titan benötigt, um die physikalische Festigkeit von Aluminium zu erreichen. Aus diesem Grund wird Titan in Flugzeugtriebwerken und Raumfahrzeugen verwendet. Es ist bekannt, dass sein geringes Gewicht und seine Festigkeit die Kraftstoffkosten senken.
Daher sind je nach Anwendung entweder Titan oder Aluminium die perfekte Wahl. In einer Situation, in der das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von Bedeutung ist, wird beispielsweise Titan verwendet, und in Fällen, in denen nur ein geringes Gewicht erforderlich ist, wird Aluminium verwendet.
Titan vs. Aluminium: Preis
Um den Preis von Titan und Aluminium zu vergleichen, wird ein rundes Grundstück von einem Viertel Zoll, einen Fuß lang, aus beiden Metallen miteinander verglichen. Im Vergleich kostete der Aluminiumstab weniger als der Titanstab, daher zeigt dies, dass es einen Kostenunterschied zwischen beiden Metallen gibt. Abgesehen von den Kosten ist Titan von Anfang an sehr schwierig zu bearbeiten im Vergleich zu Aluminium und verteuert daher den Herstellungsprozess.
Eine andere Sache ist, dass das Schleifen, Biegen und Schweißen von Titan heikel ist, da es hervorragende Professionalität erfordert. Andererseits lässt sich Aluminium leicht verarbeiten, sodass es für die meisten Anwendungen kostengünstiger und kostengünstiger ist.
Titan vs. Aluminium: Haltbarkeit
Die Haltbarkeit des Materials bleibt seine Fähigkeit, ohne übermäßige Reparaturen oder Wartung funktionsfähig zu sein, wenn das Material den Herausforderungen des normalen Betriebs ausgesetzt ist. Zweifellos sind sowohl Titan als auch Aluminium langlebig und können über einen längeren Zeitraum verwendet werden. Titan ist sehr steif und langlebig und seine Rahmen können bei richtiger Pflege Jahrzehnte ohne Anzeichen von Verschleiß halten.
Außerdem bietet Titan einen angemessenen Flex, um die Vibrationen der Straße zu dämpfen, und kann sich wackelig anfühlen, wenn es einer schweren Last wie Touring-Packtaschen ausgesetzt wird. Andererseits beweist Aluminium seine Beständigkeit auch in extremen Transportumgebungen, insbesondere wenn es auf Festigkeit, Sicherheit und Haltbarkeit ankommt.
Titan vs. Aluminium: Bearbeitbarkeit
Die Bearbeitbarkeit ist eine vergleichende Bewertung eines Metalls, um festzustellen, wie gut es auf Bearbeitungsbelastungen reagiert, einschließlich Stanzen, Drehen, Fräsen und vielem mehr. Die Bearbeitbarkeitsbewertung eines solchen Metalls wird verwendet, um die Art des zu verwendenden Bearbeitungsverfahrens zu bestimmen. Interessanterweise sind CNC-Drehen und -Fräsen bewährte Methoden zur Herstellung von Titan- und Aluminiumteilen. Sie können in weniger als einem Tag unter Einhaltung von Toleranzen von +/-0.005 Zoll (0.13 mm) hergestellt werden. Wenn die Produktion von Teilen schnell erforderlich ist, ist Aluminium die perfekte Wahl, da es bei hoher Qualität kostengünstig ist.
Allerdings kann die Bearbeitung geometrisch etwas eingeschränkt sein, da extrem komplexe Konstruktionen unabhängig vom gewählten Material eine andere Lösung erfordern. Ein weiterer Faktor, der bei der Auswahl des Materials für die Bearbeitung zu berücksichtigen ist, ist der Bearbeitungsabfall. Daher ist das Wegfräsen von überschüssigem Material für billiges Aluminium in Ordnung, aber nicht ideal für teures Titan. Infolgedessen ziehen es Hersteller oft vor, Prototypen aus Aluminium herzustellen und später für die Teileproduktion auf Titan umzusteigen.
Titan vs. Aluminium: Formbarkeit
Hinsichtlich der Umformbarkeit ist Aluminium umformbarer als Titan. Alle Formen von Aluminium lassen sich mit einer Vielzahl von Methoden leicht zu fertigen Teilen verarbeiten. Aluminium kann je nach Form und Form des Materials mit vielen Verfahren geschnitten werden.
Es kann auch mit verschiedenen Sägearten geschnitten werden, während Laser, Plasma oder Wasserstrahl fertige Größen erzeugen, die komplizierte Formen und Gestalten haben können. Während Titan formbar und nicht so formbar wie Aluminium ist, ist Aluminium die perfekte Wahl, wenn die Formbarkeit für den Erfolg eines Projekts entscheidend ist.
Titan vs. Aluminium: Schweißbarkeit
Beim Schweißen, also der Schweißfähigkeit eines Materials, können beide Metalle geschweißt und auch miteinander verschweißt oder verbunden werden. Jedoch ist entweder Titan oder Aluminium besser schweißbar als das andere.
Im Vergleich dazu erfordert das Titanschweißen mehr Professionalität, da es immer als Spezialität innerhalb einer Spezialität angesehen wird. Andererseits ist Aluminium sehr gut schweißbar und wird für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Wenn also die Schweißbarkeit eine der wichtigsten Anforderungen an die Materialauswahl ist, ist Aluminium die perfekte Wahl.
Titan vs. Aluminium: Streckgrenze
Die Streckgrenze eines Materials ist die maximale Spannung, bei der sich ein Material dauerhaft zu verformen beginnt. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um Titan von Aluminium zu unterscheiden. Im Vergleich ist es offensichtlich, dass kommerziell reines Titan (> 99 % Ti) ein Metall mit geringer bis mittlerer Festigkeit ist, das für Strukturen oder Triebwerke von Flugzeugen nicht gut geeignet ist. Es weist die Streckgrenze von hochreinem Titan im Bereich von 170 MPa bis etwa 480 MPa auf, was für stark belastete Flugzeugstrukturen als niedrig angesehen wird.
Andererseits weist reines Aluminium eine Streckgrenze im Bereich von 7 MPa bis etwa 11 MPa auf, während Aluminiumlegierungen eine Streckgrenze im Bereich von 200 MPa bis 600 MPa aufweisen.
Titan vs. Aluminium: Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit eines Metalls ist die höchste (ultimative) auf der Kurve der technischen Spannung-Dehnung. Dies wird als die höchste Belastung bezeichnet, die ertragen werden kann, wenn ein Material Zug ausgesetzt wird. Die Zugfestigkeit bei Umgebungstemperatur von Titan und seinen Legierungen reicht von 230 MPa für die weichste Sorte von kommerziell reinem Titan bis zu 1400 MPa für hochfeste Legierungen.
Außerdem variieren die Dehngrenzen von Titan je nach Qualität und Zustand zwischen etwa 170 MPa und 1100 MPa. Andererseits weisen Aluminiumlegierungen eine weitaus höhere Festigkeit auf als reines Aluminium. Reines Aluminium weist eine Zugfestigkeit von 90 MPa auf und kann bei einigen wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen auf über 690 MPa gesteigert werden.
Titan vs. Aluminium: Scherfestigkeit
Die Widerstandseigenschaften von Metall gegenüber der Scherbelastung, bevor das Bauteil durch Scherung versagt, wird als Scherfestigkeit bezeichnet. Dies geschieht normalerweise hauptsächlich auf einer Ebene parallel zur Richtung der wirkenden Kraft. Die Scherspannung von Titan wird je nach Legierungseigenschaften zwischen 40 und 45 MPa bewertet, während die Scherfestigkeit von Aluminium zwischen 85 und etwa 435 MPa bewertet wird. Wenn daher die Scherfestigkeit einer der Hauptgründe für die Materialauswahl ist, können einige Aluminiumqualitäten gegenüber Titan bevorzugt werden.
Titan vs. Aluminium: Farbe
Bei der Unterscheidung oder Unterscheidung zwischen Titan und Aluminium ist die Farbe des Materials wichtig. Dies hilft, das Material zu erkennen, um zu vermeiden, dass Sie das falsche Metall für Ihr Projekt verwenden. Zur Unterscheidung hat Aluminium ein silbrig-weißes Aussehen, das je nach Oberfläche des Materials von silber bis mattgrau variiert. Dieses Erscheinungsbild geht bei glatten Oberflächen normalerweise in Richtung Silber. Andererseits hat Titan ein silbernes Aussehen, das dunkler ist, wenn es unter Licht betrachtet wird.
Titan vs. Aluminium: Anwendungen
Titan und Aluminium werden beide in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Dies stellt eine Möglichkeit dar, beide Metalle voneinander zu unterscheiden. Die Anwendung von Titan und Aluminium ist wie folgt:
Titan
Titan ist auf verschiedene Weise anwendbar, unter anderem als Legierungselement in Stahl, reduziert die Korngröße und als Desoxidationsmittel und in rostfreiem Stahl, um den Kohlenstoffgehalt zu reduzieren. Es ist fast überall im Industriebereich zu finden, einschließlich:
- Pigmente, Beschichtungen und Zusatzstoffe (Farben, Zahnpasta, Papier und Kunststoff)
- Marine & Aerospace (Fahrwerk, Firewalls, kritische Strukturbauteile, Hydrauliksystem,
- Industrie (Ventile, Prozessbehälter, Wärmetauscher, Tanks, Zellstoff- und Papierindustrie, Ultraschallschweißen, Sputtertargets und vieles mehr.
- Consumer & Architectural (Sportartikel, Brillengestelle, Fahrräder, Schusswaffen, Schaufeln, Laptop-Teile und vieles mehr
- Schmuck (für Piercings, Uhren, Ringe und vieles mehr)
- Medizin (Zahnimplantate, chirurgische Instrumente, chirurgische Geräte und mehr
Aluminium
Aluminium wird aufgrund seiner beeindruckenden Korrosionsbeständigkeit im Allgemeinen in verschiedenen Branchen eingesetzt. Aluminium existiert in verschiedenen Legierungen, die seine mechanischen Eigenschaften deutlich verbessern, insbesondere wenn es getempert wird. Beispielsweise enthält die gängigste Aluminiumlegierung in Form von Folien und Getränkedosen zwischen 92 % und etwa 99 % Aluminium. Zu den Hauptanwendungen von Aluminium gehören:
- Transport (Flugzeuge, Eisenbahnautos, Fahrräder, Autos, Lastwagen, Seeschiffe, Raumfahrzeuge und viele mehr)
- Verpackung (Dosen, Rahmen, Folien,)
- Bau & Konstruktion (Fenster, Fassaden, Dächer, Türen, Baukabel, Ummantelungen und vieles mehr)
- Elektrizitätsbezogene Anwendungen (Motor, Transformatoren, Generatoren, Leiterlegierungen, Generatoren und viele mehr)
- Haushaltsgegenstände (Kochutensilien, Möbel und vieles mehr)
- Ausrüstung & Maschinen (Rohre, Werkzeuge, Verarbeitungsausrüstung und vieles mehr)
Zusammenfassende Vergleichstabelle
Anhand von rund 17 Eigenschaften konnten wir sinnvolle Vergleiche ziehen, um Ihnen einen professionellen Einblick in die Verwendung der richtigen Materialien für Ihr Projekt zu ermöglichen. Für einen einfachen Zugriff finden Sie unten Tabellen mit einer Zusammenfassung des vorherigen Abschnitts.
Titan vs. Aluminium: Häufig gestellte Fragen
Zusammenfassung
Wir haben einen direkten Vergleich der elektrischen, physikalischen, thermischen und vieler weiterer Eigenschaften von Titan mit Aluminium durchgeführt. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Elementen, die verwendet werden können, um die endgültige Materialauswahl für eine Anwendung auszuwählen. Als Ergebnis konnten wir anhand von etwa 17 Eigenschaften differenzieren, um Ihnen zu helfen, die beiden Metalle besser zu verstehen.