Titaani vs ruostumaton teräs, mikä on ero?
- Kirjailija: Austin Peng
- Tammikuu 6, 2021
- Kategoria: Uutiset ja media
Titaani ja ruostumaton teräs ovat molemmat perinteisiä metalleja, joita käytetään usein valmistusteollisuudessa nykyään. Nämä kaksi metallia ovat luonnostaan hienoja ja molemmilla on ainutlaatuiset ominaisuudet ja lujuus. Näin ollen sekä titaanin että ruostumattoman teräksen tuntemus voi auttaa sinua saavuttamaan tavoitteesi projektissasi. Olemme kuratoineet tämän kattavan oppaan auttaaksemme sinua erottamaan molemmat metallit toisistaan.
Vertaataan 17 eroa titaanin ja ruostumattoman teräksen välillä
Titaanilla ja ruostumattomalla teräksellä on erinomaiset ominaisuudet, jotka erottavat nämä kaksi toisistaan. Ymmärtämisen helpottamiseksi teemme vertailun titaanin ja ruostumattoman teräksen välillä käyttämällä erilaisia ominaisuuksia. Näitä ominaisuuksia ovat alkuainekoostumus, korroosionkestävyys, sähkönjohtavuus, lämmönjohtavuus, sulamispiste, kovuus, paino ja monet muut.
Titaani vs ruostumaton teräs: elementtien koostumus
Elementin koostumus on ominaisuus, jonka avulla voidaan erottaa titaani ja ruostumaton teräs. Vertailun vuoksi kaupallisesti puhdas titaani sisältää useita alkuaineita, kuten typpeä, vetyä, happea, hiiltä, rautaa ja nikkeliä. Koska titaani on pääainekoostumus, muiden alkuaineiden koostumus vaihtelee 0.013 ja 0.5 prosentin välillä.
Toisaalta ruostumaton teräs koostuu eri elementtien koostumuksesta, jossa on 11 % kromia, sekä muita alkuaineita, joiden prosenttiosuus vaihtelee 0.03 %:sta yli 1.00 %:iin. Ruostumattoman teräksen kromipitoisuus auttaa estämään ruostetta ja tarjoaa myös lämmönkestävyysominaisuuksia. Näitä alkuaineita ovat alumiini, pii, rikki, nikkeli, seleeni, molybdeeni, typpi, titaani, kupari ja niobium.
Titaani vs ruostumaton teräs: korroosionkestävyys
Mitä tulee korroosioon liittyviin sovelluksiin, on olemassa termi nimeltä erikoismetallit. Nämä erikoismetallit ovat erittäin korroosionkestäviä metalleja. Tässä yhteydessä erikoismetallit, kuten titaani, tarjoavat korkean korroosionkestävyyden ja mekaanisen stabiilisuuden, kun muut metallit, kuten ruostumaton teräs ja monet muut, eivät ole riittäviä. Ruostumattomat teräsmateriaalit tarjoavat erinomaiset mekaaniset ominaisuudet; niiden korroosionkestävyys on kuitenkin rajallinen. Tämä rajoitus löytyy useimmiten väkevistä hapoista korkeissa lämpötiloissa.
Erikoismetallit, kuten titaani, ovat enimmäkseen houkuttelevia käytettäväksi korroosiolle herkissä laitteissa eri teollisuudenaloilla. Yhteenvetona voidaan todeta, että titaani on korroosionkestävämpi kuin ruostumaton teräs laajalla alalla, kuten korroosiossa alkaleja, happoja, luonnonvesiä ja teollisuuskemikaaleja vastaan.
Titaani vs ruostumaton teräs: Sähkönjohtavuus
Sähkönjohtavuuteen liittyy elektronien virtaus materiaalin läpi potentiaalin putoamisen vuoksi. Myös tällaisen metallin atomirakenne vaikuttaa voimakkaasti sen sähkönjohtavuuteen. Verrattuna kuparin käyttöön sähkönjohtavuuden mittausstandardina, titaani ei ole hyvä johdin. Siinä on noin 3.1 % kuparin johtavuus, kun taas ruostumattoman teräksen kuparin johtavuus on 3.5 %.
Toisesta sähkövastuksen näkemyksestä, joka on materiaalin vastakohta elektronin virtaukselle. Tästä näkökulmasta titaanin johtavuus on huono. Tämän seurauksena titaani on reilu vastus.
Titaani vs ruostumaton teräs: Lämmönjohtavuus
Lämmönjohtavuus on toinen ominaisuus, jota voidaan käyttää vertaamaan titaania ja ruostumatonta terästä. Lämmönjohtavuus on mitta, jolla titaania ja ruostumatonta terästä voidaan käyttää lämpösovelluksissa. Tässä prosessissa mitataan ja määritetään energian määrä sekä nopeus, jolla energia imeytyy ja siirtyy. Vertailun vuoksi titaanin lämmönjohtavuus on 118 BTU-in/hr-ft²-°F.
Toisaalta ruostumattoman teräksen lämmönjohtavuus vaihtelee välillä 69.4 - 238 BTU-in/hr-ft²-°F. Tämä tarkoittaa, että ruostumattomalla teräksellä on korkeampi lämmönjohtavuus kuin titaanilla. Tilanteessa, jossa lämmönjohtavuus on etusijalla muihin ominaisuuksiin nähden, voidaan harkita ruostumatonta terästä.
Titaani vs ruostumaton teräs: Sulamispiste
Materiaalin sulamislämpötila, joka tunnetaan sulamispisteenä, on lämpötila, jossa tällainen materiaali alkaa siirtyä kiinteästä faasista nestefaasiin. Tässä lämpötilassa materiaalin kiinteä faasi ja sellaisen materiaalin nestefaasi ovat tasapainossa. Kun materiaali saavuttaa tämän lämpötilatason, se voidaan helposti muodostaa ja sitä voidaan käyttää lämpösovelluksiin.
Tässä tapauksessa titaanin lämpötila on 1650–1670 °C (3000–3040 °F), kun taas ruostumattoman teräksen lämpötila on 1230–1530 °C (2250–2790 °F). Tämä osoittaa, että kun metallia tarvitaan sulamispisteen asettamiseen, titaani on parempi kuin ruostumaton teräs.
Titaani vs ruostumaton teräs: kovuus
Materiaalin kovuus on vertaileva arvo, joka auttaa kuvaamaan materiaalin vastetta syövytykseen, muodonmuutokseen, naarmuuntumiseen tai kolhuihin materiaalin pinnalla. Tämä toimenpide tehdään enimmäkseen käyttämällä sisennyskoneita, joita on useita erilaisia materiaalin lujuudesta riippuen. Erittäin lujalle materiaalille valmistajat tai käyttäjät käyttävät Brinell-kovuustestiä.
Vaikka ruostumattoman teräksen Brinell-kovuus vaihtelee suuresti seoksen koostumuksen ja lämpökäsittelyn mukaan, se on useimmissa tapauksissa kovempaa kuin titaani. Titaani kuitenkin muotoutuu helposti painuessaan tai naarmuuntuessaan. Tämän välttämiseksi titaani muodostaa oksidikerroksen nimeltä titaanioksidikerros, joka muodostaa poikkeuksellisen kovan pinnan, joka kestää useimpia tunkeutumisvoimia. Titaani ja ruostumaton teräs ovat kumpikin kestäviä materiaaleja, jotka toimivat erinomaisesti paljaissa ja ankarissa ympäristöissä.
Titaani vs ruostumaton teräs: Paino
Yksi tärkeimmistä silmiinpistävistä eroista titaanin ja ruostumattoman teräksen välillä on niiden tiheys. Titaanilla on erinomainen lujuus-painosuhde, mikä tekee siitä lähes saman lujuuden kuin ruostumaton teräs 40 % painostaan. Mitattaessa titaani on puolitiheää kuin teräs, ja se on huomattavasti kevyempää kuin ruostumaton teräs.
Tämän seurauksena titaani on elintärkeää projekteille, jotka vaativat minimoitua painoa ja maksimaalista lujuutta. Tästä syystä titaanilla on erinomaiset sovellukset lentokoneiden osissa ja muissa painosta riippuvaisissa sovelluksissa. Toisaalta terästä voidaan käyttää ajoneuvojen alustassa ja monissa muissa, mutta useimmiten painon vähentäminen on usein huolenaihe.
Titaani vs ruostumaton teräs: Kestävyys
Materiaalin kestävyys on sen kykyä pysyä toimintakuntoisena ilman liiallista korjausta tai huoltoa aina, kun materiaali kohtaa normaalin toiminnan haasteita sen puoliintumisajan aikana. Sekä titaani että ruostumaton teräs ovat kestäviä – erinomaisten ominaisuuksiensa ansiosta. Vertailun vuoksi titaani on noin 3-4 kertaa vahvempaa kuin ruostumaton teräs. Tämä tekee titaanista pidemmän käyttöiän sukupolvien ajan. Titaani voi kuitenkin naarmuuntua helposti, koska se vaatii kiillotusrutiinia tai saattaa sen pinnan naarmuuntua tai himmentyä.
Titaani vs ruostumaton teräs: Koneistettavuus
Koneistettavuus on metalleille annettu vertaileva pistemäärä, joka määrittää niiden reaktiot työstöjännitykseen mukaan lukien jyrsintä, sorvaus, meisto ja monet muut. Tämä pistemäärä on elintärkeä vertailujen tekemisessä parhaan työstettävän materiaalin määrittämiseksi projektin onnistumisen kannalta. Myös työstettävyyspisteitä voidaan käyttää määrittämään käytettävän koneistustyypin. Titaanin kimmokerroin on jotenkin alhainen, mikä viittaa siihen, että titaani taipuu ja muotoutuu helposti. Tämä johtuu titaanin työstövaikeudesta, koska se kumoaa jyrsimiä ja palaa mieluummin alkuperäiseen muotoonsa.
Toisaalta ruostumattomalla teräksellä on paljon korkeampi kimmokerroin, mikä mahdollistaa sen helposti työstettävän. Tämän seurauksena sitä käytetään sovelluksissa, mukaan lukien veitsen reunat, koska se murtuu eikä taipu rasituksen aikana.
Titaani vs ruostumaton teräs: muotoiltavuus
Kun materiaalilla on plastinen muodonmuutos ilman, että se vaurioituu muodostuessaan, sitä kutsutaan materiaalin muovattavuudeksi. Kun titaania verrataan ruostumattomaan teräkseen, titaani ja sen seos voidaan muodostaa ruostumattomalle teräkselle sopivilla tekniikoilla ja laitteilla. Titaanilla on kuitenkin pienempi venytysmuovattavuus, ja se vaatii suuremmat taivutussäteet.
Lisäksi titaanilla on suurempi taipumus ruostumattomaan teräkseen verrattuna, ja se voidaan korjata kuumamuovauksella. Myös titaani voi joutua takaisin, kun taas suurin osa titaanista valmistetaan kylmämuovauksella tai kuumamuovauksella, jota seuraa kuumaliimaus ongelman ratkaisemiseksi.
Titaani vs ruostumaton teräs: Hitsattavuus
Hitsattavuus – tunnetaan myös nimellä liitettävyys on materiaalin kyky hitsata. Titaani ja ruostumaton teräs voidaan hitsata, mutta toinen metallista on helpompi hitsata kuin toinen. Materiaalin hitsattavuutta käytetään yleensä määritettäessä hitsausprosessia ja verrattaessa lopullisen hitsin laatua muun materiaalin laatuun. Vertailun vuoksi ruostumaton teräs on helpompi hitsata verrattuna titaaniin. Tämä johtuu siitä, että titaanin hitsaus on erikoisuus erikoisuuden sisällä. Vaikka titaanihitsaus näyttää ensi silmäyksellä samanlaiselta kuin teräshitsaus, se vaatii korkeaa ammattitaidolla.
Titaani vs ruostumaton teräs: myötölujuus
Titaanin ja ruostumattoman teräksen myötölujuuden vertailussa on mielenkiintoinen tosiasia, että ruostumaton teräs on joskin paljon vahvempi kuin titaani. Tämä mielenkiintoinen löytö on vastoin suosittua väärinkäsitystä, jonka mukaan titaanin myötöraja on vahvempi kuin useimpien metallien. Vaikka titaani on vain sama kuin ruostumaton teräs, sen tiheys on puolet ruostumattoman teräksen tiheydestä. Tästä syystä titaania pidetään yhtenä vahvimmista metalleista massayksikköä kohden.
Toisaalta ruostumaton teräs on hyvä materiaali aina, kun projekti vaatii kokonaislujuutta. Yhteenvetona voidaan todeta, että kun projekti vaatii vain lujuutta, ruostumaton teräs on täydellinen valinta, kun taas titaani on parempi, kun vaaditaan lujuutta massayksikköä kohti.
Titaani vs ruostumaton teräs: Vetolujuus
Materiaalin murtolujuus on maksimi teknisellä jännitys-venymäkäyrällä. Se on suurin jännitys, jonka materiaali voi kestää jännityksessä. Lopullinen vetolujuus useimmissa ajassa lyhennetään vetolujuudeksi tai "äärimmäiseksi".
Kun metalli saavuttaa lopullisen vetolujuutensa, materiaali kaventuu, jossa poikkipinta-ala pienenee paikallisesti. Verrattaessa titaanin vetolujuus on 230 MPa (31900 psi), kun taas ruostumattoman teräksen vetolujuus on 34.5-3100 MPa (5000-450000 psi). Tämä arvo osoitti, että ruostumattomalla teräksellä on suurempi murtolujuus ja sellaisenaan se on parempi kuin titaani.
Titaani vs ruostumaton teräs: leikkauslujuus
Materiaalin leikkauslujuus on sen kestävyysominaisuuksia leikkauskuormitusta vastaan ennen kuin komponentti katkeaa leikkauksessa. Leikkausvaikutus tapahtuu normaalisti yhdensuuntaisessa suunnassa tasoon vaikuttavan voiman suunnan kanssa. Titaanin leikkausjännitys on 240 - 335 MPa seoksen ominaisuuksista riippuen, kun taas ruostumattoman teräksen jännitys on 74.5 - 597 MPa. Tämä osoittaa, että ruostumaton teräs on täydellinen valinta tilanteissa, joissa vaaditaan suurta kestävyyttä leikkauskuormitusta vastaan.
Titaani vs ruostumaton teräs: väri
Mitä tulee väriin, titaani ja ruostumaton teräs voivat näyttää samanlaisilta. Titaani ja ruostumaton teräs ovat luonnollisessa tilassa hopeanhohtoisia metalleja. Erona on, että titaani on hieman tummempaa. Toisessa ulottuvuudessa sekä titaani että ruostumaton teräs voivat näyttää harmailta, mutta titaani on kuitenkin tummempaa kuin ruostumaton teräs.
Titaani vs ruostumaton teräs: Hinta
Titaani on kustannuksiltaan suhteellisen kalliimpaa kuin ruostumaton teräs. Seurauksena on, että titaanista tulee enemmän kustannuksia estävää joillakin tietyillä teollisuudenaloilla, mukaan lukien rakennusteollisuus, jossa tarvitaan suuria määriä. Tilanteessa, jossa raha on tärkeä osatekijä, ruostumaton teräs voidaan valita titaanin sijaan, jos molemmat katsotaan sopiviksi.
Titaani vs ruostumaton teräs: Sovellukset
Titaanisovellukset
Titaania on monenlaisissa sovelluksissa, mukaan lukien seosaine teräksessä raekoon pienentämiseksi sekä hapettumisenestoaine. Sillä on myös sovelluksia ruostumattomassa teräksessä hiilipitoisuuden vähentämiseksi. Teollisuustilassa titaania käytetään enimmäkseen seuraavilla teollisuudenaloilla:
Aerospace
Titaani on erittäin käyttökelpoinen ilmailu- ja meriteollisuudessa, mukaan lukien sen käyttö lentokoneissa, laivaston aluksissa, ohjuksissa, panssaripinnoituksessa, avaruusaluksissa ja monissa muissa. Tämä johtuu sen väsymiskestävyydestä, korkeasta halkeamiskestävyydestä, korkeasta vetolujuuden ja tiheyden suhteesta, kyvystä kestää kohtalaisen korkeita lämpötiloja hiipimättä ja kestää korkeaa korroosionkestävyyttä.
Teollinen
Titaania voidaan käyttää useissa teollisissa sovelluksissa, kuten lämmönvaihtimissa, venttiileissä, prosessisäiliöissä kemian- ja petrokemianteollisuudessa. Sen käyttö johtuu sen korkeasta korroosionkestävyydestä. Joitakin tiettyjä titaaniseoksia käytetään öljyn ja kaasun nikkelihydrometallurgiassa ja porausrei'issä niiden korroosionkestävyyden ja suuren lujuuden vuoksi.
Arkkitehtuuri ja kuluttaja
Titaanimetallit ovat käyttökelpoisia monenlaisissa kuluttajasovelluksissa, mukaan lukien autoteollisuus. Erityisesti auto- ja moottoripyöräkilpailuissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta, jäykkyyttä ja keveyttä. Titaania käytetään myös monissa urheiluvälineissä, kuten tennismailoissa, lacrossemailoissa, kriketissä, jääkiekossa, golfmailat, jalkapallokypärän grillit, polkupyörän rungot ja komponentit. Niitä käytetään myös silmälasien kehyksissä, jotka ovat erittäin kalliita, mutta kestäviä, kevyitä ja pitkäikäisiä ilman ihoallergioita.
Korut
Titaani on suosittu tuote, jota käytetään koruteollisuudessa sen kestävyyden vuoksi, erityisesti titaanisormuksissa. Titaani on kemiallisesti inerttiä, mikä tekee siitä sopivamman allergikoille tai niille, jotka käyttävät koruja tietyissä ympäristöissä, kuten uima-altaissa. Tällä alalla titaania seostetaan kullan kanssa, jotta saadaan 24 karaatin kultaa. Jopa kelloteollisuudessa titaania käytetään nykyään sen vaikuttavien ominaisuuksien, kuten keveyden, kestävyyden, korroosion ja kolhujenkestävyyden, ansiosta.
lääketeollisuus
Titaani on myrkytöntä monissa lääketieteellisissä sovelluksissa. Niitä käytetään kirurgisten välineiden ja implanttien, mukaan lukien hammasimplanttien, lonkkapallojen ja pistorasioiden, tuotannossa.
Muita käyttökohteita ovat elektroniikassa käytettävien nanopartikkelien tuotanto sekä kosmetiikan ja lääkkeiden toimittaminen. Se soveltuu myös kuvaohjatussa kirurgiassa käytettävien kirurgisten instrumenttien valmistukseen, mukaan lukien kainalosauvat, pyörätuolit ja muut instrumentit, jotka vaativat pientä painoa ja suurta lujuutta.
Ydinjätteen varastointi
Titaanin korkean korroosionkestävyyden vuoksi titaania käytetään ydinjätteen pitkäaikaiseen varastointiin tarkoitettujen säiliöiden valmistukseen. Useat titaania koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että titaanista voidaan valmistaa astioita, jotka kestävät yli 100,000 XNUMX vuotta. Tämän seurauksena titaani asennetaan muiden säiliöiden päälle, jotta ne kestävät pitkään.
Ruostumattoman teräksen sovellukset
arkkitehtuuri
Ruostumatonta terästä käytetään rakennuksissa sen kestävyyden ja esteettisyyden vuoksi. Ruostumatonta terästä käytetään nykyaikaisten rakennusten rakentamisessa – kiitos erittäin lujien ruostumattomien teräslaatujen, kuten lean duplex -laatujen, kehityksen. Ruostumattomalla teräksellä on alhainen heijastavuus, minkä vuoksi niitä käytetään lentokenttien kattomateriaalina lentäjien häikäistymisen estämiseksi.
Lisäksi se auttaa pitämään katon pinnan lähellä ympäristön lämpötilaa. Niitä käytetään myös tie- ja jalankulkusilloissa putkien, levyjen tai raudoitustankojen muodossa.
Paperin, sellun ja biomassan muuntaminen
Ruostumattomalla teräksellä on hyvä sovellus massa- ja paperiteollisuudessa tuotteiden rautakontaminaation välttämiseksi. Tämä johtuu sen korroosionkestävyydestä useille paperinvalmistusprosessissa käytetyille kemikaaleille. Esimerkki löytyy ruostumattoman duplex-teräksen käytöstä keittimissä puuhakkeen muuttamiseksi puumassaksi.
Kemikaalien ja petrokemian jalostus
Kemikaalien ja petrokemian teollisuudessa ruostumatonta terästä käytetään laajasti erilaisissa sovelluksissa. Ruostumatonta terästä käytetään, koska se kestää korroosiota kaasumaisissa, vesipitoisissa ja korkeissa lämpötiloissa.
Ruoka ja juoma
Ruostumaton teräs on elintarvike- ja juomateollisuuden suosima materiaali, erityisesti austeniittisena (300-sarja: tyypit 304 ja 316). Niitä käytetään laajalti, koska ne eivät vaikuta elintarvikkeiden makuun ja ovat helposti steriloitavissa ja puhdistettavissa bakteeritartunnan estämiseksi. Niitä käytetään myös laajasti ruoanlaittovälineiden, kaupallisten keittiöiden, oluen valmistukseen, lihanjalostukseen ja moniin muihin.
energia
Ruostumatonta terästä käytetään yleisesti kaikissa voimaloissa sola- ja ydinvoimaloista. Niitä käytetään ihanteellisesti mekaanisena tukena voimantuotantoyksikölle tilanteessa, jossa vaaditaan nesteen tai kaasun läpäisyä. Esimerkiksi suodattimet jäähdytysastioissa tai rakennetuki elektrolyyttisessä sähköntuotannossa tai kuuman kaasun puhdistus ja paljon muuta.
Ampuma
Ruostumatonta terästä käytetään joissakin ampuma-aseissa vaihtoehtona sinistylle tai pakattulle teräkselle. Esimerkiksi jotkin käsiasemallit, mukaan lukien Colt M1911 pistooli ja Smith and Wesson Model 60 on valmistettu kokonaan ruostumattomasta teräksestä. Ruostumattoman teräksen käyttö antaa kiiltävän pinnan, joka muistuttaa nikkelöintiä. Toisin kuin nikkelipinnoite, viimeistely ei ole alttiina hilseilevälle, hankautumiselle tai ruosteelle naarmuuntuessaan.
Autot
Ruostumatonta terästä käytetään autojen, kuten autojen, linja-autojen, kuorma-autojen ja monien muiden valmistuksessa. Niitä käytetään putkissa, katalysaattorissa, pakoputkessa, kerääjässä, äänenvaimentimessa ja monissa muissa. Ruostumattomia teräksiä löytyy erilaisista sovelluksista, mukaan lukien kuulat turvavyön käyttölaitteille, jouset, tuulilasinpyyhkimien sulat, kiinnikkeet ja monet muut. Ruostumattomalla teräksellä on myös laaja sovellus lentokoneissa ja avaruusaluksissa polttoainesäiliöissä ja monissa muissa. Tämä on mahdollista sen lämpöstabiilisuuden vuoksi.
lääketeollisuus
Useimmiten lääketieteelliset ja kirurgiset työkalut valmistetaan ruostumattomasta teräksestä johtuen o sterilointikyvystä autoklaavissa ja kestävyydestä. Lisäksi ruostumatonta terästä käytetään kirurgisissa implanteissa, mukaan lukien luuvahvikkeet ja -korvaukset. Niitä käytetään myös erilaisissa sovelluksissa, kuten hammaslääketieteessä ja muissa.
3D tulostus
Ruostumatonta terästä on käytetty laajasti 3D-tulostuksessa. Useimmiten 3D-tulostuspalveluntarjoajilla on laitteiden omia ruostumattoman teräksen sintraussekoituksia prototyyppien valmistukseen. 3D-tulostuksessa eniten käytetty ruostumaton teräslaji sisältää 316L ruostumattoman teräksen. Ruostumatonta terästä käytetään sen korkean lämpötilagradientin ja nopean jähmettymisnopeuden vuoksi, mikä johtaa parempiin mekaanisiin ominaisuuksiin.
Yhteenveto vertailutaulukko
Yllä olevassa osiossa tekemämme vertailun perusteella esitämme yhteenvetotaulukon, joka auttaa tekemään yhteenvedon havainnoista. Alla on yhteenvetotaulukkomme.
Titaani vs ruostumaton teräs: FAQ
Yhteenveto
Suunnittelijan mieleen tulee ruostumaton teräs ja titaani, kun projektiin tarvitaan kovia materiaaleja. Näitä kahta metallia on laaja valikoima metalliseoksia, jotka tarjoavat laajan valikoiman vaikuttavia ominaisuuksia. Auttaaksemme sinua ymmärtämään näitä kahta metallia ja saavuttamaan onnistuneen projektin, olemme esittäneet täydellisen oppaan ruostumattoman teräksen ominaisuuksista, lujuudesta ja käytöstä.