今日の多種多様な業界は、利益を最大化するための革新的な方法を探しています。 これらの革新的な方法は、生産コストの削減、製品の重量の削減、および全体的なエネルギー消費の削減で期待されています。 その結果、チタンやアルミニウムを含む軽量金属はますます鋼と見なされています。 したがって、これに照らして完璧な材料の解決策を得るには、それらの強度に関する情報を垣間見ることが重要です。 この記事では、さまざまな特性を使用して各金属を比較することにより、最も重要な情報を提供します。
チタンとアルミニウムの17の違いを比較してみましょう
製造現場では、部品の材料特性の夢のチームを考えると、強度と軽量性が思い浮かびます。 本質的に、この場合、チタンとアルミニウムは当然デザイナーの頭に浮かびます。 興味深いことに、チタンとアルミニウムの両方が、耐熱性や耐食性に優れているなど、他の重要なボックスをチェックしています。 プロジェクトに最適な選択肢を得るのに役立つように、さまざまなプロパティを使用してアルミニウムとチタンを比較します。 それらが含まれます:
チタンvsアルミニウム:元素組成
チタンとアルミニウムを区別するためには、元素組成が非常に重要です。 これは、一部のコンポーネントは、環境との反応性のため、または追加の特性のために、金属全体に追加される可能性があるため、必要とされない場合があるためです。 このような特性の例には、耐食性、重量などがあります。 それに比べて、チタンには窒素、水素、酸素、炭素、鉄、ニッケルなどのさまざまな元素が含まれていることが知られています。 主要な元素組成としてチタンを使用すると、他の成分の組成は0.013〜0.5%の間で変動する可能性があります。
一方、アルミニウムは、アルミニウムを主成分とするアルミニウム、シリコン、亜鉛、マグネシウム、マンガン、銅、鉄、チタン、クロム、ジルコニウムなど、さまざまな成分で構成されています。
チタンvsアルミニウム:耐食性
耐食性は、チタンとアルミニウムを比較するために使用できるもうXNUMXつの特性です。 チタンとアルミニウムはどちらも優れた耐食性を備えています。 ただし、一方は他方よりも耐性が高いため、耐食性がプロジェクトの主要な考慮事項のXNUMXつである場合は、より好ましい結果になります。
チタンは不活性であるため、耐食性に優れています。 その不活性な性質のために、チタンは医療業界で印象的な用途を持つ最も生体適合性のある金属です。 この用途は、外科用途の製造に見られる可能性がありますが、Ti 6-4合金は塩分を含んだ環境で十分に保持され、海洋産業で優れた用途があります。 一方、アルミニウムの合金は酸化物の層を形成し、腐食性元素と材料を非反応性にします。 ただし、このような合金の腐食は、温度、空気中の化学物質、化学組成などの水性/大気条件に依存するようになりました。
チタンvsアルミニウム:電気伝導率
電気伝導率は、電位の低下による電子の流れを可能にする材料の能力です。 材料の電気伝導率を決定するために、電気伝導率を評価するための標準として銅が使用されます。
チタンを銅の導電率と比較すると、銅の導電率の約3.1%を示しました。 その結果、チタンは優れた電気伝導体であり、優れた導電性が主要な要素である場合には使用できません。 チタンは優れた導体ではありませんが、優れた抵抗器として使用できます。 一方、アルミニウムは銅の導電率の64%を示します。 これは、導電性が必要な状況では、チタンよりもアルミニウムが好ましいことを意味します。
チタンvsアルミニウム:熱伝導率
材料の熱伝導率は、熱を伝達または伝導する能力です。 材料が優れたラジエーターであるためには、伝導率が高い必要がありますが、熱伝導率が低い材料は優れた絶縁体です。 この現象は、単位温度勾配に対する材料の単位を横切る、単位の厚さを通る伝導による時間移動率と呼ばれます。
比較すると、アルミニウムは、チタン1460 BTU-in /hr-ft²-°Fm(210 W / mK)と比較して、118 BTU-in /hr-ft²-°F(17.0 W / mK)の高い熱伝導率を持っています。 そのため、熱交換器、調理器具、ヒートシンクなどの用途で優遇されます。
チタンvsアルミニウム:融点
融点として知られている金属の融点は、そのような金属が固相から液相に移行し始める温度です。 この温度では、金属の固相とそのような金属の液相は平衡状態で存在します。 材料がこの温度レベルに達すると、簡単に成形でき、熱用途に使用できます。
それに比べて、チタンは1650 – 1670°C(3000 – 3040°F)という高い融点を持っているため、高融点金属として使用されています。 一方、アルミニウムはチタン660.37°C(1220.7°F)と比較して低い融点を示します。 したがって、耐熱用途ではチタンの方が適しています。
チタンvsアルミニウム:硬度
金属の硬度は、その表面に沿ったエッチング、へこみ、変形、または引っかき傷に対するその応答を説明するのに役立つその比較値です。 これは主に圧子機と呼ばれるツールで行うことができます。 その結果、圧子の機械またはツールは、そのような金属の強度を決定するために金属の価値を引き出します。 チタン70HBのブリネル硬度は純アルミニウム15HBよりも高いですが、アルミニウムの一部の合金はチタンよりも高い硬度を示しました。 例としては、AA7075テンパーT7&T6、AA6082テンパーT5&T6などがあります。
一方、チタンは引っかいたり、へこんだりすると変形しやすくなります。 チタンは酸化物層を形成してほとんどの浸透力に抵抗する酸化チタン層を形成することにより、非常に硬い表面を形成するため、これを修正することができます。 硬度が主要な要件のXNUMXつであるアプリケーションでは、チタンが最良の選択です。
チタンvsアルミニウム:密度
測定では、チタンとアルミニウムはどちらも軽量ですが、特定の理由があります。 比較の観点からアルミニウム密度(2712 kg / m3)チタンの密度(4500kg / m)よりも低い3)。 チタンはアルミニウムよりも約XNUMX分のXNUMX重いですが、アルミニウムの密度はかなり軽いです。 これは、どちらの金属のユーザーも必要なチタンが少なくなることを意味します。 アルミニウムの物理的強度を得るために必要なのはチタンのほんの一部です。 これが、チタンが航空機のジェットエンジンや宇宙船に使用されている理由です。 その軽量性と強度が燃料費を削減することが知られています。
したがって、用途に応じて、チタンまたはアルミニウムのいずれかが最適です。 たとえば、強度と重量の比率が問題となる状況では、チタンが使用され、軽量が必要な場合は、アルミニウムが使用されます。
チタンvsアルミニウム:価格
チタンとアルミニウムの価格を比較するために、両方の金属の徒歩での長さのXNUMX/XNUMXインチのラウンドの基本的な部分が一緒に比較されます。 比較すると、アルミニウム棒はチタン棒よりも安価であるため、これは両方の金属の間にコスト差があることを示しています。 コストに加えて、チタンは最初からアルミニウムに比べて加工が非常に難しく、その結果、製造プロセスがより高価になります。
もう一つのことは、チタンの研削、曲げ、溶接は、優れた専門性を必要とするため、実行するのが難しいということです。 一方、アルミニウムは取り扱いが簡単であるため、ほとんどのアプリケーションで安価で費用効果が高くなります。
チタンvsアルミニウム:耐久性
材料の耐久性は、材料が通常の操作の課題にさらされたときに、過度の修理やメンテナンスを使用せずに機能する能力を維持します。 間違いなく、チタンとアルミニウムはどちらも耐久性があり、長期間使用できます。 チタンは非常に剛性が高く耐久性があり、適切に手入れされていれば、フレームは摩耗の兆候がなくても数十年続く可能性があります。
また、チタンは道路の振動を抑えるのに役立つ適度な屈曲を提供し、ツーリングパニエのような重い負荷にさらされたときにウィッピーを感じることができます。 一方、アルミニウムは、特に強度、安全性、耐久性が重要な場合に、極端な輸送環境でもその耐久性を証明します。
チタンvsアルミニウム:被削性
被削性は、金属の比較スコアであり、スタンピング、旋削、フライス盤などの機械加工応力にどれだけ反応するかを決定します。 このような金属の被削性スコアは、使用する加工方法のタイプを決定するために使用されます。 興味深いことに、CNC旋削とフライス盤は、チタンとアルミニウムの部品を製造するための実績のある方法です。 +/- 0.005インチ(0.13mm)の公差を遵守して、XNUMX日以内に製造できます。 部品の迅速な生産が必要な場合、アルミニウムは費用効果が高く高品質であるため、最適な選択肢です。
ただし、非常に複雑な設計では、選択した材料に関係なく異なるソリューションが必要になるため、幾何学的な場合、機械加工は多少制限される場合があります。 機械加工の材料を選択する際に考慮すべきもうXNUMXつの要素は、機械加工廃棄物です。 したがって、余分な材料を削り取るのは安価なアルミニウムには問題ありませんが、高価なチタンには理想的ではありません。 その結果、製造業者は多くの場合、アルミニウムを使用してプロトタイプを製造し、その後、部品製造のためにチタンに切り替えることを好みます。
チタンvsアルミニウム:成形性
成形性に関しては、アルミニウムはチタンよりも成形性が高いです。 あらゆる形態のアルミニウムは、さまざまな方法を使用して完成部品に容易に製造されます。 アルミニウムは、材料の形状や形状に応じて、さまざまなプロセスを使用して切断できます。
また、さまざまな種類ののこぎりで切断することもできますが、レーザー、プラズマ、またはウォータージェットは、複雑な形状や形状を持つことができる完成したサイズを生成します。 チタンは成形可能であり、アルミニウムほど成形可能ではありませんが、プロジェクトの成功に成形性が重要な場合は、アルミニウムが最適です。
チタンvsアルミニウム:溶接性
材料の溶接能力である溶接に関しては、両方の金属を溶接することができ、それらを溶接または結合することもできます。 ただし、チタンまたはアルミニウムのどちらかが他よりも溶接可能です。
それに比べて、チタン溶接は常に専門分野の専門分野と見なされているため、より専門性が必要です。 一方、アルミニウムは溶接性が高く、幅広い用途に使用されています。 したがって、溶接性が材料選択の主要な要件のXNUMXつである場合は、アルミニウムが最適です。
チタンvsアルミニウム:降伏強度
材料の降伏強度は、材料が恒久的に変形し始める最大応力です。 この特性は、チタンとアルミニウムを区別するために使用できます。 比較すると、商業的に純粋なチタン(> 99%Ti)は低強度から中強度の金属であり、航空機の構造やエンジンにはあまり適していません。 これは、170MPaから約480MPaの範囲の高純度チタンの降伏強度を示します。これは、高負荷の航空構造では低いと見なされています。
一方、純アルミニウムは7MPaから約11MPaの範囲の降伏強度を示し、アルミニウム合金は200MPaから600MPaの範囲の降伏強度を示します。
チタンvsアルミニウム:引張強度
金属の引張強度は、工学的応力-ひずみ曲線で最も高く(最終的に)なります。 これは、材料が張力にさらされたときに持続する可能性のある最大応力と呼ばれます。 チタンとその合金の周囲温度での極限引張強さは、市販の純チタンの最も柔らかいグレードの230MPaから高強度合金の1400MPaの範囲です。
また、チタンの耐力は、グレードや状態によって約170MPaから1100MPaまで変化します。 一方、アルミニウムの合金は、純粋なアルミニウムよりもはるかに高い強度を示します。 純アルミニウムは90MPaの引張強度を示し、一部の熱処理可能なアルミニウム合金では690MPa以上に上げることができます。
チタンvsアルミニウム:せん断強度
コンポーネントがせん断に失敗する前のせん断荷重に対する金属の耐性は、せん断強度と呼ばれます。 これは主に、作用する力の方向と平行な方向の平面で通常発生します。 チタンのせん断応力は合金の特性に応じて40〜45 MPaの定格であり、アルミニウムのせん断強度は85〜約435MPaの定格です。 したがって、せん断強度が材料選択の主な理由のXNUMXつである場合は、チタンよりも一部のグレードのアルミニウムの方が適している場合があります。
チタンvsアルミニウム:色
チタンとアルミニウムを区別したり区別したりする際には、素材の色が重要です。 これは、プロジェクトに間違った金属を使用しないように、材料を認識するのに役立ちます。 区別するために、アルミニウムは銀白色の外観をしており、材料の表面に応じて銀色から鈍い灰色まで色が異なります。 この外観は通常、滑らかな表面のために銀に向かっています。 一方、チタンは銀色の外観をしており、光の下で見ると暗くなります。
チタンvsアルミニウム:アプリケーション
チタンとアルミニウムはどちらも多種多様な用途で使用されています。 これらの適用可能なものは、両方の金属を互いに区別するための可能な方法を構成します。 チタンとアルミニウムの用途は以下のとおりです。
チタン
チタンはさまざまな方法で適用できますが、その中には、鋼の合金元素として粒子サイズを小さくしたり、脱酸剤やステンレス鋼に炭素含有量を減らしたりすることが含まれます。 これは、次のような産業分野のほぼすべての場所で見られます。
- 顔料、コーティング、および添加剤(塗料、歯磨き粉、紙、およびプラスチック)
- マリン&航空宇宙(着陸装置、ファイアウォール、重要な構造部品、油圧システム、
- 産業(バルブ、プロセス容器、熱交換器、タンク、紙パルプ産業、超音波溶接、スパッタリングターゲットなど。
- 消費者および建築(スポーツ用品、眼鏡フレーム、自転車、銃器、シャベル、ラップトップ部品、その他多数)
- ジュエリー(ボディピアス、時計、指輪など)
- 医療(歯科インプラント、手術器具、手術器具など
アルミニウム
アルミニウムは、優れた耐食性を備えているため、さまざまな業界で一般的に使用されています。 アルミニウムはさまざまな合金に存在し、特に焼き戻し時にその機械的特性を著しく改善します。 たとえば、フォイルや飲料缶の形で最も一般的なアルミニウム合金は、92%から約99%のアルミニウムを配置します。 アルミニウムの主な用途は次のとおりです。
- 輸送(航空機、鉄道、自動車、自転車、自動車、トラック、船舶、宇宙船、その他多数)
- 包装(缶、フレーム、ホイル、)
- 建築および建設(窓、羽目板、屋根、ドア、建築用ワイヤー、外装など)
- 電気関連アプリケーション(モーター、変圧器、 発電機、導体合金、発電機、その他多数)
- 家庭用品(調理器具、家具、その他多数)
- 機器および機械(パイプ、ツール、処理機器、その他多数)
要約比較表
約17のプロパティを使用して合理的な比較を行うことができ、プロジェクトに適切な材料を使用するための専門的な洞察を得ることができます。 簡単にアクセスできるように、以下は前のセクションの要約を示す表です。
チタンvsアルミニウム:FAQ
まとめ
チタンとアルミニウムの電気的、物理的、熱的、およびその他の多くの特性を直接比較しました。 ただし、アプリケーションの材料の最終的な選択を選択するために使用できる要素は多種多様です。 その結果、約17の特性を使用して区別し、XNUMXつの金属を理解するのに役立てることができました。