Titaani vs alumiini, mikä on ero?
- Kirjailija: Austin Peng
- Tammikuu 19, 2021
- Kategoria: Uutiset ja media
Monet teollisuudenalat etsivät nykyään innovatiivisia tapoja maksimoida voittonsa. Näiden innovatiivisten menetelmien odotetaan alentavan tuotantokustannuksia, vähentävät niiden tuotteiden painoa ja vähentävät niiden kokonaisenergiankulutusta. Näin ollen kevytmetallia, mukaan lukien titaania ja alumiinia, pidetään yhä enemmän teräksenä. Siksi täydellisen materiaaliratkaisun saamiseksi tämän valossa on tärkeää saada tietoa niiden vahvuudesta. Tämä artikkeli tarjoaa tärkeimmät tiedot vertaamalla kutakin metallia erilaisten ominaisuuksien avulla.
Vertaataan 17 eroa titaanin ja alumiinin välillä
Valmistustilassa, kun ajattelee osien materiaaliominaisuuksien unelmatiimiä, tulee mieleen lujuus ja keveys. Pohjimmiltaan titaani ja alumiini tulevat luonnollisesti suunnittelijoiden mieleen tässä tapauksessa. Mielenkiintoista on, että sekä titaani että alumiini merkitsevät muita tärkeitä ruutuja, kuten erinomaisen lämmönkestävyyden ja korroosionkestävyyden. Auttaaksemme löytämään täydellisen valinnan projektiisi, käytämme erilaisia ominaisuuksia vertaillaksemme alumiinia ja titaania. Ne sisältävät:
Titaani vs alumiini: elementtien koostumus
Alkuainekoostumus on erittäin tärkeä pyrittäessä erottamaan titaani alumiinista. Tämä johtuu siitä, että joitain komponentteja ei ehkä tarvita, koska ne reagoivat ympäristöön tai koska ne voivat lisätä metalliin ylipäätään lisättyjä ominaisuuksia. Esimerkkejä tällaisista ominaisuuksista voivat olla korroosionkestävyys, paino ja monet muut. Vertailun vuoksi titaanin tiedetään sisältävän erilaisia alkuaineita, kuten typpeä, vetyä, happea, hiiltä, rautaa ja nikkeliä. Kun titaani on pääalkuainekoostumus, muiden aineosien koostumus voi vaihdella välillä 0.013 - 0.5 %.
Toisaalta alumiini koostuu useista ainesosista, mukaan lukien alumiini sen pääkoostumuksena, pii, sinkki, magnesium, mangaani, kupari, rauta, titaani, kromi, zirkonium ja monet muut.
Titaani vs alumiini: korroosionkestävyys
Korroosionkestävyys on toinen ominaisuus, jota voidaan käyttää vertaamaan titaania ja alumiinia. Sekä titaanilla että alumiinilla on erinomaiset korroosionkestävyysominaisuudet. Toinen on kuitenkin kestävämpi kuin toinen, ja siksi se on parempi, kun korroosionkestävyys on yksi projektin tärkeimmistä näkökohdista.
Titaani on inerttiä ja siksi se on erittäin korroosionkestävää. Inertin luonteensa vuoksi titaani on bioyhteensopivin metalli, jolla on vaikuttava sovellus lääketeollisuudessa. Tätä sovellusta voidaan löytää kirurgisten sovellusten tuotannossa, kun taas Ti 6-4 -seokset kestävät hyvin suolaisessa ympäristössä, ja niitä voidaan käyttää hyvin meriteollisuudessa. Toisaalta alumiiniseokset muodostavat oksidikerroksen, joka tekee materiaalista reagoimattoman syövyttävien elementtien kanssa. Tällaisen lejeeringin korroosio riippuu nyt kuitenkin vesi-/ilmakehän olosuhteista, kuten lämpötilasta, ilmassa olevista kemikaaleista ja kemiallisesta koostumuksesta.
Titaani vs alumiini: Sähkönjohtavuus
Sähkönjohtavuus on materiaalin kykyä mahdollistaa elektronien virtaus potentiaalin pudotuksen vuoksi. Materiaalin sähkönjohtavuuden määrittämiseen käytetään kuparia sähkönjohtavuuden arvioinnissa.
Kun titaania verrataan kuparin johtavuuteen, se oli noin 3.1 % kuparin johtavuudesta. Tästä seuraa, että titaani on hyvä sähkönjohdin, eikä sitä voida käyttää siellä, missä hyvä johtavuus on päätekijä. Vaikka titaani ei ole hyvä johdin, sitä voidaan käyttää hyvänä vastuksena. Toisaalta alumiinilla on 64 % kuparin johtavuudesta. Tämä tarkoittaa, että tilanteessa, jossa vaaditaan sähkönjohtavuutta, alumiini on parempi kuin titaani.
Titaani vs alumiini: Lämmönjohtavuus
Materiaalin lämmönjohtavuus tarkoittaa sen kykyä siirtää tai johtaa lämpöä. Jotta materiaali olisi hyvä säteilijä, sillä on oltava korkea johtavuus, kun taas materiaali, jolla on alhainen lämmönjohtavuus, on hyvä eriste. Tätä ilmiötä kutsutaan aikanopeudeksi, joka siirtyy johtumisen kautta yksikköpaksuuden läpi materiaaliyksikön läpi yksikkölämpötilagradientille.
Vertailun vuoksi alumiinin lämmönjohtavuus on korkea, 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) verrattuna titaaniin 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK). Tästä syystä sille annetaan etusija, kun se koskee sovelluksia, kuten lämmönvaihtimia, keittoastioita ja jäähdytyselementtejä.
Titaani vs alumiini: Sulamispiste
Metallin sulamislämpötila, joka tunnetaan sulamispisteenä, on lämpötila, jossa tällainen metalli alkaa siirtyä kiinteästä faasista nestefaasiin. Tässä lämpötilassa metallin kiinteä faasi ja sellaisen metallin nestefaasi ovat tasapainossa. Kun materiaali saavuttaa tämän lämpötilatason, se voidaan helposti muodostaa ja sitä voidaan käyttää lämpösovelluksiin.
Vertailun vuoksi titaanilla on korkeampi sulamispiste 1650–1670 °C (3000–3040 °F), minkä vuoksi sitä käytetään tulenkestävänä metallina. Toisaalta alumiinilla on alhaisempi sulamispiste verrattuna titaaniin 660.37 °C (1220.7 °F). Siksi titaani on käyttökelpoisempi lämmönkestävyyssovelluksessa.
Titaani vs alumiini: kovuus
Metallin kovuus on sen vertailuarvo, joka auttaa kuvaamaan sen vastetta etsaukseen, kolhuihin, muodonmuutoksiin tai naarmuuntumiseen sen pinnalla. Tämä voidaan tehdä useimmiten työkalulla, jota kutsutaan sisennyskoneeksi. Tämän seurauksena sisennyskone tai työkalut tuovat esiin metallin arvon sellaisen metallin lujuuden määrittämiseksi. Vaikka Brinellin titaanin 70 HB kovuus on suurempi kuin puhtaan alumiinin 15 HB, joillakin alumiiniseoksilla oli korkeampi kovuus kuin titaanilla. Esimerkkejä ovat AA7075 temper T7 & T6, AA6082 temper T5 & T6 ja paljon muuta.
Toisaalta titaani deformoituu helposti naarmuuntuessaan tai painuessaan. Tämä voidaan korjata, koska titaani muodostaa poikkeuksellisen kovan pinnan muodostamalla oksidikerroksen muodostaen titaanioksidikerroksen, joka vastustaa useimpia tunkeutumisvoimia. Sovelluksessa, jossa kovuus on yksi tärkeimmistä vaatimuksista, titaani on paras valinta.
Titaani vs alumiini: Tiheys
Mittauksissa titaani ja alumiini ovat molemmat kevyitä, mutta erityisistä syistä. Vertailun kannalta alumiinin tiheys (2712 kg/m3) on pienempi kuin titaanin tiheys (4500 kg/m3). Alumiinin tiheys on huomattavasti kevyempi, vaikka titaani on noin kaksi kolmasosaa alumiinia raskaampaa. Tämä tarkoittaa, että kumman tahansa metallin käyttäjät tarvitsevat vähemmän titaania. Vain murto-osa titaania tarvitaan alumiinin fyysisen lujuuden saavuttamiseksi. Tästä syystä titaania käytetään lentokoneiden suihkumoottoreissa ja avaruusaluksissa. Tiedetään, että sen keveys ja lujuus vähentävät polttoainekustannuksia.
Siksi titaani tai alumiini ovat joko täydellinen valinta sovelluksesta riippuen. Esimerkiksi tilanteessa, jossa lujuus-painosuhde on huolenaihe, käytetään titaania ja kun tarvitaan vain kevyttä, alumiinia.
Titaani vs alumiini: Hinta
Titaanin ja alumiinin hintojen vertailua varten verrataan peruskappaletta neljäsosa tuuman pyöreä, jalka pitkä molempia metalleja. Vertailun vuoksi alumiinitanko maksoi vähemmän kuin titaanitauva, joten tämä osoittaa, että molempien metallien välillä on kustannusero. Kustannusten lisäksi titaania on alusta alkaen erittäin vaikea työstää alumiiniin verrattuna, ja sen seurauksena se tekee valmistusprosessista kalliimman.
Toinen asia on, että titaanin hionta, taivutus ja hitsaus on herkkä suorittaa, koska se vaatii erinomaista ammattitaidolla. Toisaalta alumiinia on helppo työstää, joten se on halvempaa ja kustannustehokasta useimmissa sovelluksissa.
Titaani vs alumiini: Kestävyys
Materiaalin kestävyys säilyy sen kykynä toimia ilman liiallisia korjauksia tai huoltoa, kun materiaaliin kohdistuu normaalin toiminnan haasteita. Epäilemättä sekä titaani että alumiini ovat kestäviä ja niitä voidaan käyttää pidempään. Titaani on erittäin jäykkä ja kestävä, ja sen rungot voivat kestää vuosikymmeniä ilman kulumisen merkkejä, kun sitä hoidetaan oikein.
Lisäksi titaani tarjoaa kohtuullisen joustavuuden, joka auttaa vaimentamaan tien tärinää ja voi tuntua piiskalta, kun se altistuu raskaalle kuormitukselle, kuten matkalaukkuille. Toisaalta alumiini todistaa kestävyyden myös äärimmäisissä kuljetusympäristöissä varsinkin kun lujuus, turvallisuus ja kestävyys ovat kriittisiä.
Titaani vs alumiini: Koneistettavuus
Koneistettavuus on metallin vertaileva pistemäärä sen määrittämiseksi, kuinka hyvin ne reagoivat työstöjännitykseen, mukaan lukien meistäminen, sorvaus, jyrsintä ja monet muut. Tällaisen metallin työstettävyysarvoa käytetään määritettäessä käytettävän koneistusmenetelmän tyyppi. Mielenkiintoista on, että CNC-sorvaus ja jyrsintä ovat aika-testattuja menetelmiä titaani- ja alumiiniosien valmistukseen. Ne voidaan valmistaa alle päivässä noudattaen +/-0.005 tuuman (0.13 mm) toleransseja. Kun osien tuotantoa tarvitaan nopeasti, alumiini on täydellinen valinta, koska se on kustannustehokasta ja laadukasta.
Työstö voi kuitenkin olla jossain määrin rajoitettua geometrian suhteen, koska erittäin monimutkaiset mallit vaativat erilaisen ratkaisun valitusta materiaalista riippumatta. Toinen tekijä, joka on otettava huomioon valittaessa materiaalia työstettäväksi, on koneistusjätteet. Siksi ylimääräisen materiaalin jyrsiminen pois sopii halvalle alumiinille, mutta ei ihanteellinen kalliille titaanille. Tämän seurauksena valmistajat haluavat usein valmistaa prototyyppejä alumiinista ja vaihtaa myöhemmin titaaniin osien tuotannossa.
Titaani vs alumiini: Muovattavuus
Muovattavuuden kannalta alumiini on muovattavampi kuin titaani. Kaikista alumiinimuodoista valmistetaan helposti valmiita osia useilla eri menetelmillä. Alumiinia voidaan leikata useilla prosesseilla riippuen materiaalin muodosta ja muodosta.
Sitä voidaan myös leikata erityyppisillä sahoilla, kun taas laser-, plasma- tai vesisuihku tuottaa valmiita kokoja, joilla voi olla monimutkaisia muotoja. Vaikka titaani on muovattavissa eikä yhtä muovattavissa kuin alumiini, alumiini on täydellinen valinta, kun muovattavuus on kriittistä projektin onnistumisen kannalta.
Titaani vs alumiini: Hitsattavuus
Mitä tulee hitsaukseen, joka on materiaalin kyky hitsata, molemmat metallit voidaan hitsata ja ne voidaan myös hitsata tai liittää yhteen. Joko titaani tai alumiini on kuitenkin hitsattavampi kuin toinen.
Vertailun vuoksi titaanihitsaus vaatii enemmän ammattitaidolla, sillä sitä pidetään aina erikoisuutena erikoisuuden sisällä. Toisaalta alumiini on erittäin hitsattavaa ja sitä käytetään monenlaisiin sovelluksiin. Joten jos hitsattavuus on yksi tärkeimmistä materiaalien valinnan vaatimuksista, alumiini on täydellinen valinta.
Titaani vs alumiini: myötölujuus
Materiaalin myötöraja on suurin jännitys, jossa materiaali alkaa muuttua pysyvästi. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää erottamaan titaani alumiinista. Vertailun vuoksi on selvää, että kaupallisesti puhdas titaani (> 99 % Ti) on heikko tai kohtalainen lujuus metalli, joka ei sovellu hyvin lentokoneiden rakenteisiin tai moottoreihin. Siinä on erittäin puhtaan titaanin myötöraja, joka vaihtelee 170 MPa:sta noin 480 MPa:iin, jota pidetään alhaisena raskaasti kuormitetuissa lentorakenteissa.
Toisaalta puhtaan alumiinin myötöraja vaihtelee välillä 7 MPa - noin 11 MPa, kun taas alumiiniseosten myötöraja vaihtelee välillä 200 MPa - 600 MPa.
Titaani vs alumiini: vetolujuus
Metallin vetolujuus on korkein (lopullinen) teknisen jännitysvenymän käyrällä. Tätä kutsutaan suurimmaksi jännitykseksi, joka voi kestää materiaalin ollessa alttiina jännitykselle. Titaanin ja sen seosten lopullinen vetolujuus ympäristön lämpötilassa vaihtelee kaupallisesti puhtaan titaanin pehmeimmän luokan 230 MPa:sta erittäin lujien seosten 1400 MPa:iin.
Myös titaanin kestävyyslujuudet vaihtelevat noin 170 MPa:sta 1100 MPa:iin laadun ja kunnon mukaan. Toisaalta alumiiniseokset ovat paljon vahvempia kuin puhtaat alumiinit. Puhtaan alumiinin vetolujuus on 90 MPa, ja se voidaan nostaa yli 690 MPa:iin joidenkin lämpökäsiteltyjen alumiiniseosten kohdalla.
Titaani vs alumiini: leikkauslujuus
Metallin kestäviä ominaisuuksia leikkauskuormitusta vastaan ennen kuin komponentti katkeaa leikkauslujuudella. Tämä tapahtuu pääosin normaalisti tasossa, joka on yhdensuuntainen vaikuttavan voiman suunnan kanssa. Titaanin leikkausjännitys on 40-45 MPa seoksen ominaisuuksien mukaan, kun taas alumiinin leikkauslujuus on 85-435 MPa. Siksi, jos leikkauslujuus on yksi tärkeimmistä syistä materiaalin valinnassa, jotkin alumiinilaadut voivat olla parempia kuin titaani.
Titaani vs alumiini: väri
Titaanin ja alumiinin erottamisessa tai erottamisessa materiaalin väri on tärkeä. Tämä auttaa tunnistamaan materiaalin välttääksesi väärän metallin käyttämisen projektiisi. Alumiinilla on erotuksen vuoksi hopeanvalkoinen ulkonäkö, jonka väri vaihtelee hopeasta himmeän harmaaseen materiaalin pinnan mukaan. Tämä ulkonäkö on tavallisesti kohti hopeaa sileille pinnoille. Toisaalta titaanilla on hopeanvärinen ulkonäkö, joka on tummempi valossa katsottuna.
Titaani vs alumiini: Sovellukset
Sekä titaania että alumiinia käytetään monenlaisissa sovelluksissa. Nämä soveltuvat muodostavat mahdollisen tavan erottaa molemmat metallit toisistaan. Titaanin ja alumiinin käyttö on seuraava:
Titaani
Titaania voidaan käyttää useilla tavoilla, joista muun muassa seosaineena teräksessä, raekokoa pienentävänä ja hapettumisenestoaineena ja ruostumattomassa teräksessä hiilipitoisuuden vähentämiseksi. Sitä löytyy melkein kaikkialta teollisuustiloissa, mukaan lukien:
- Pigmentit, pinnoitteet ja lisäaineet (maalit, hammastahna, paperi ja muovi)
- Marine & Aerospace (laskuteline, palomuurit, tärkeät rakenneosat, hydraulijärjestelmä,
- Teollisuus (venttiilit, prosessiastia, lämmönvaihdin, säiliöt, massa- ja paperiteollisuus, ultraäänihitsaus, sputterointikohteet ja monet muut.
- Kuluttaja- ja arkkitehtuurituotteet (urheilutarvikkeet, silmälasikehykset, polkupyörät, tuliaseet, lapiot, kannettavan tietokoneen osat ja paljon muuta
- Korut (lävistyksiä, kelloja, sormuksia ja monia muita)
- Lääketiede (hammasimplantit, kirurgiset instrumentit, kirurgiset välineet ja paljon muuta
Alumiini
Alumiinia käytetään yleisesti eri teollisuudenaloilla sen tarjoaman vaikuttavan korroosionkestävyyden vuoksi. Alumiinia on useissa seoksissa, mikä parantaa huomattavasti sen mekaanisia ominaisuuksia, erityisesti karkaisttuna. Esimerkiksi yleisin alumiiniseos kalvojen ja juomatölkkien muodossa on 92 % - noin 99 % alumiinia. Alumiinin tärkeimpiä käyttökohteita ovat:
- Kuljetus (lentokoneet, rautatieautot, polkupyörät, autot, kuorma-autot, laivat, avaruusalukset ja monet muut)
- Pakkaus (tölkit, kehys, kalvot,)
- Rakentaminen ja rakentaminen (ikkunat, sivuraide, katto, ovet, rakennuslangat, vaipat ja monet muut)
- Sähköön liittyvät sovellukset (moottorit, muuntajat, generaattorit, johdinseokset, generaattorit ja monet muut)
- Kodintarvikkeet (ruoanlaittovälineet, huonekalut ja monet muut)
- Laitteet ja koneet (putket, työkalut, käsittelylaitteet ja paljon muuta)
Yhteenveto vertailutaulukko
Olemme pystyneet tekemään järkeviä vertailuja noin 17 kiinteistön avulla, jotta voimme saada ammattimaisen käsityksen oikeiden materiaalien käytöstä projektiisi. Alla on taulukot, joissa on yhteenveto edellisestä osiosta, jotta käyttö olisi helppoa.
Titaani vs alumiini: FAQ
Yhteenveto
Olemme tehneet suoran vertailun titaanin sähköisiä, fysikaalisia, lämpö- ja monia muita ominaisuuksia alumiiniin. On kuitenkin olemassa monia erilaisia elementtejä, joiden avulla voidaan valita lopullinen materiaali sovellukseen. Tämän seurauksena olemme pystyneet erottamaan toisistaan noin 17 ominaisuuden avulla auttaaksemme sinua ymmärtämään näitä kahta metallia.