チタンとステンレス鋼はどちらも、今日の製造業でよく使用される伝統的な金属です。 これらのXNUMXつの金属は本質的に絶妙であり、どちらも独自の特性と強度を備えています。 したがって、チタンとステンレス鋼の両方の知識は、プロジェクトの目標を達成するのに大いに役立ちます。 この包括的なガイドは、両方の金属を区別するのに役立つようにキュレーションされています。
チタンとステンレス鋼の17の違いを比較してみましょう
チタンとステンレス鋼は、両者を区別する優れた特性を示します。 わかりやすくするために、異なる特性を使用してチタンとステンレス鋼を比較します。 これらの特性には、元素組成、耐食性、電気伝導率、熱伝導率、融点、硬度、重量などが含まれます。
チタンvsステンレス鋼:元素組成
元素組成は、チタン鋼とステンレス鋼を区別するために使用できる特性です。 それに比べて、商業的に純粋なチタンには、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ます。 主要な元素組成としてチタンを使用しているため、他の元素の組成は0.013〜0.5パーセントの間で変化します。
一方、ステンレス鋼は、11%のクロムを含むさまざまな元素組成と、0.03%から1.00%を超える範囲のパーセント組成を持つ他の元素で構成されています。 ステンレス鋼のクロム含有量は、錆を防ぐのに役立ち、耐熱性も提供します。 これらの元素には、アルミニウム、シリコン、硫黄、ニッケル、セレン、モリブデン、窒素、チタン、銅、およびニオブが含まれます。
チタンvsステンレス鋼:耐食性
腐食関連の用途に関しては、特殊金属という用語があります。 これらの特殊金属は、耐食性に優れた金属です。 これに関連して、チタンなどの特殊金属は、ステンレス鋼や他の多くの金属では不十分な場合に、高い耐食性と機械的安定性を提供します。 ステンレス鋼材料は優れた機械的特性を提供します。 ただし、耐食性には限界があります。 この制限は、主に高温の濃酸に見られます。
チタンなどの特殊金属は、さまざまな産業の腐食に敏感な機器での使用に最も魅力的です。 結論として、チタンは、アルカリ、酸、天然水、工業用化学薬品に対する腐食などの幅広い分野で、ステンレス鋼よりも耐食性があります。
チタンvsステンレス鋼:電気伝導率
電気伝導率には、電位の低下による材料を通る電子の流れが含まれます。 また、そのような金属の原子構造は、その電気伝導率に大きく貢献しています。 電気伝導率を測定するための標準として銅を使用する場合と比較して、チタンは優れた導体ではありません。 ステンレス鋼が銅の3.1%の導電率であるのに対し、それは銅の約3.5%の導電率を示します。
材料が電子の流れに対抗する電気抵抗の別の見方から。 この観点から、チタンは導電性が低い。 結果として、チタンは公正な抵抗器です。
チタンvsステンレス鋼:熱伝導率
熱伝導率は、チタンとステンレス鋼を比較するために使用できるもう118つの特性です。 熱伝導率は、チタンとステンレス鋼を熱用途に使用できる尺度です。 このプロセスでは、エネルギーの量と、エネルギーが吸収および伝達される速度が測定および決定されます。 比較すると、チタンの熱伝導率はXNUMXBTU-in/hr-ft²-°Fです。
一方、ステンレス鋼の熱伝導率は69.4〜238BTU-in/hr-ft²-°Fの範囲です。 これは、ステンレス鋼がチタンと比較してより高い熱伝導率を示すことを意味します。 熱伝導率が他の特性よりも優先される状況では、ステンレス鋼を検討することができます。
チタンvsステンレス鋼:融点
融点として知られている材料の融解温度は、そのような材料が固相から液相に移行し始める温度です。 この温度では、材料の固相とそのような材料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。
この場合、チタンは1650 – 1670°C(3000 – 3040°F)を示し、ステンレス鋼は1230 – 1530°C(2250 – 2790°F)を示します。 これは、融点の適用に金属が必要な場合、ステンレス鋼よりもチタンが好ましいことを示しています。
チタンvsステンレス鋼:硬度
材料の硬度は、材料の表面に沿ったエッチング、変形、引っかき傷、またはへこみに対するそのような材料の応答を説明するのに役立つ比較値です。 この対策は主に、材料の強度に応じて多種多様に存在する圧子機械を使用して行われます。 高強度材料の場合、メーカーまたはユーザーはブリネル硬さ試験を利用します。
ステンレス鋼のブリネル硬さは、合金の組成や熱処理によって大きく異なりますが、ほとんどの場合、チタンよりも硬くなります。 ただし、チタンはへこんだり引っかいたりすると簡単に変形します。 これを回避するために、チタンは酸化チタン層と呼ばれる酸化物層を形成します。これは、ほとんどの貫通力に抵抗する非常に硬い表面を形成します。 チタンとステンレス鋼はどちらも耐性のある材料であり、むき出しや荒れた環境にさらされたときに優れた働きをします。
チタンvsステンレス鋼:重量
チタンとステンレス鋼の重要な顕著な違いの40つは、それらの密度です。 チタンは強度と重量の比率が優れているため、重量のXNUMX%でステンレス鋼とほぼ同じ強度が得られます。 測定すると、チタンは鋼の半分の密度であり、ステンレス鋼よりもかなり軽いです。
その結果、チタンは、最大の強度で最小の重量を必要とするプロジェクトに不可欠です。 これが、チタンが航空機部品やその他の重量に依存する用途で優れた用途を持っている理由です。 一方、スチールは車両のシャーシに適用可能であり、多くの場合、軽量化が懸念されます。
チタンvsステンレス鋼:耐久性
材料の耐久性とは、材料が半減期にわたって通常の操作上の課題に直面した場合に、過度の修理やメンテナンスを使用せずに機能を維持できることです。 チタンとステンレス鋼はどちらも耐久性があり、優れた特性を備えています。 それに比べて、チタンはステンレス鋼の約3〜4倍の強度があります。 これにより、チタンは何世代にもわたって長寿命になります。 ただし、チタンは研磨ルーチンが必要であるか、表面が傷ついたりくすんだりする危険性があるため、簡単に傷がつく可能性があります。
チタンvsステンレス鋼:被削性
被削性は、フライス盤、旋削、スタンピングなどの機械加工応力に対する金属の反応を決定するために金属に与えられる比較スコアです。 このスコアは、プロジェクトの成功に最適な機械加工可能な材料を決定するための比較を描く上で非常に重要です。 また、機械加工性スコアを使用して、使用する機械加工のタイプを決定できます。 チタンの弾性率はやや低く、チタンが曲がったり変形したりしやすいことを示しています。 これは、チタンがミルを固め、元の形状に戻すことを好むため、チタンの機械加工が難しいためです。
一方、ステンレス鋼は弾性率がはるかに高いため、容易に機械加工できます。 その結果、応力がかかっても壊れたり曲がったりしないため、ナイフエッジなどの用途で使用されます。
チタンvsステンレス鋼:成形性
材料が成形時に損傷することなく塑性変形を示す場合、それは材料の成形性と呼ばれます。 チタンをステンレス鋼と比較すると、チタンとその合金は、ステンレス鋼に適した技術と装置を使用して形成することができます。 ただし、チタンは伸縮性が低く、曲げ半径を大きくする必要があります。
その上、チタンはステンレス鋼に比べてかじりの傾向が大きく、熱間成形を使用して整流することができます。 また、チタンの大部分が冷間成形または熱間成形とそれに続く熱間サイジングによって製造されている間、スプリングバックが発生する可能性があり、問題を克服します。
チタンvsステンレス鋼:溶接性
溶接性–接合性とも呼ばれ、材料の溶接能力です。 チタンとステンレス鋼は溶接できますが、XNUMXつの金属の一方はもう一方よりも溶接が簡単です。 材料の溶接性は通常、溶接のプロセスを決定し、最終的な溶接の品質を他の材料の品質と比較するために使用されます。 それに比べて、ステンレス鋼はチタンに比べて溶接が容易です。 これは、チタン溶接が専門分野の専門分野であるためです。 一見チタン溶接は鋼溶接に似ていますが、高度な専門性が求められます。
チタンvsステンレス鋼:降伏強さ
チタンとステンレス鋼の降伏強度を比較すると、ステンレス鋼がチタンよりはるかに強いというのは興味深い事実です。 この興味深い発見は、チタンの降伏強度がほとんどの金属よりも強いという一般的な誤解に反しています。 チタンはステンレス鋼と同等ですが、ステンレス鋼の半分の密度でこれを示します。 これが、チタンが単位質量あたりの最強の金属のXNUMXつと見なされている理由です。
一方、プロジェクトが全体的な強度を必要とする場合は常に、ステンレス鋼が頼りになる材料です。 結論として、プロジェクトで強度のみが必要な場合はステンレス鋼が最適ですが、単位質量あたりの強度が必要な場合はチタンが推奨されます。
チタンvsステンレス鋼:引張強さ
材料の極限引張強さは、工学的応力-ひずみ曲線で最大になります。 これは、張力がかかっている材料が耐えることができる最大応力です。 ほとんどの場合、極限引張強さは引張「強さ」または「極限」に短縮されます。
金属がその極限引張強さに達すると、材料はネッキングを受け、断面積が局所的に減少します。 比較すると、チタンは230 MPa(31900 psi)の引張強度を示し、ステンレス鋼は34.5〜3100 MPa(5000〜450000 psi)の引張強度を示します。 この値は、ステンレス鋼の極限引張強さが高いことを示しており、チタンよりもステンレス鋼の方が好ましい。
チタンvsステンレス鋼:せん断強度
材料のせん断強度は、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耐性です。 せん断作用は通常、平面に作用する力の方向と平行な方向に発生します。 チタンのせん断応力は、合金の特性に応じて240〜335 MPaの定格であり、ステンレス鋼の応力は74.5〜597MPaの定格です。 これは、せん断荷重に対する高い抵抗が必要な状況では、ステンレス鋼が最適な選択であることを示しています。
チタンvsステンレス鋼:色
色に関しては、チタンとステンレス鋼は似ているように見えるかもしれません。 自然状態のチタンとステンレス鋼は銀色の金属です。 違いは、チタンがやや暗いことです。 別の次元では、チタンとステンレス鋼の両方が灰色に見える場合がありますが、チタンはステンレス鋼よりも暗くなります。
チタンvsステンレス鋼:価格
コストの面では、チタンはステンレス鋼よりも比較的高価です。 その結果、チタンは、大量に必要とされる建設業を含む特定の産業にとって、よりコストが高くなります。 お金が部分的に重要な要素である状況では、両方が適切であると考えられる場合、チタンよりもステンレス鋼を選択することができます。
チタンvsステンレス鋼:用途
チタンアプリケーション
チタンは、結晶粒径を小さくするための鋼の合金元素や脱酸剤など、さまざまな用途に使用されています。 また、炭素含有量を減らすためのステンレス鋼への応用もあります。 産業分野では、チタンは主に次の産業で使用されています。
航空宇宙
チタンは、航空機、海軍艦艇、ミサイル、甲冑師のメッキ、宇宙船などでの使用を含め、航空宇宙および海洋での使用に非常に適しています。 これは、その耐疲労性、高い耐亀裂性、高い引張強度対密度比、クリープすることなく適度な高温に耐える能力、および高い耐食性に起因するものです。
産業
チタンは、熱交換器、バルブ、化学および石油化学産業のプロセス容器など、さまざまな産業用途に適用できます。 その使用法は、その高い耐食性によるものです。 チタンのいくつかの特定の合金は、それらの耐食性と高強度のために、石油およびガスニッケル湿式製錬およびダウンホール用途で使用されます。
建築および消費者
チタン金属は、自動車産業を含む多種多様な消費者向けアプリケーションに適用できます。 特に、高強度、剛性、軽量性が求められる自動車や二輪車のレース。 チタンは、テニスラケット、ラクロススティックシャフト、クリケット、ホッケー、 ゴルフクラブ, フットボールヘルメットグリル、自転車のフレーム、およびコンポーネント。 それらはまた、非常に高価であるが耐久性があり、軽量で、皮膚アレルギーのない長持ちする眼鏡フレームにも使用されています。
ジュエリー
チタンは、特にチタンリングでの耐久性の結果として、ジュエリー業界で使用される人気のある製品です。 化学的には、チタンは不活性であるため、アレルギーのある人やプールなどの特定の環境で宝石を身に着けている人に適しています。 この業界では、チタンを金と合金化して、24カラットの金として販売されているものを製造しています。 時計業界でも、軽量、耐久性、耐食性、耐へこみ性などの優れた特性から、最近ではチタンが使用されています。
医療産業
チタンは無毒であり、医療分野で多くの用途があります。 それらは、歯科インプラント、ヒップボール、およびソケットを含む外科用器具およびインプラントの製造に使用されます。
その他の用途には、電子機器で使用されるナノ粒子の製造、化粧品や医薬品の配送などがあります。 また、松葉杖、車椅子、および軽量で高強度を必要とするその他の器具を含む、画像誘導手術で使用される手術器具の製造にも適用できます。
核廃棄物の保管
チタンは耐食性に優れているため、放射性廃棄物の長期保管用容器の製造に使用されています。 チタンに関するいくつかの研究により、チタンは100,000万年以上続く容器の製造に使用できることが確認されています。 その結果、チタンは他の容器の上に取り付けられ、それらを長持ちさせます。
ステンレス鋼の用途
アーキテクチャ
ステンレス鋼は、その耐久性と美観のために建物に使用されています。 ステンレス鋼は、リーン二相鋼などの高強度ステンレス鋼グレードの開発のおかげで、現代の建物の建設に使用されています。 ステンレス鋼は反射率が低いため、パイロットの眩惑を防ぐために空港の屋根材として使用されています。
また、屋根の表面を周囲温度に近づけるのに役立ちます。 また、チューブ、プレート、または鉄筋の形で道路橋や歩道橋にも使用されます。
紙、パルプ、バイオマスの変換
ステンレス鋼は、製品の鉄汚染を回避するために、紙パルプ産業で優れた用途があります。 これは、製紙の過程で使用されるさまざまな化学物質に対する耐食性のためです。 例は、木材チップを木材パルプに変換するための蒸解缶での二相ステンレス鋼の使用に見られます。
化学製品および石油化学製品の処理
化学製品および石油化学製品の処理では、ステンレス鋼がさまざまな用途で広く使用されています。 ステンレス鋼は、ガス状、水性、および高温環境に対する耐食性のために使用されます。
飲食料品
ステンレス鋼は、食品および飲料業界、特にオーステナイト系(300シリーズ:タイプ304および316)に最適な材料です。 それらは食品の味に影響を与えず、食品の細菌の侵入を防ぐために容易に滅菌および洗浄されるため、広く使用されています。 また、調理器具、業務用厨房、醸造ビール、食肉加工などの製造にも広く使用されています。
エネルギー
ステンレス鋼は、ソラから原子力に至るまで、あらゆる形態の発電所で一般的に使用されています。 それらは、液体または気体の浸透が必要な状況での発電ユニットの機械的サポートとして理想的に使用されます。 たとえば、冷却器具のフィルター、電解質発電の構造的サポート、または高温ガスのクリーンアップなどがあります。
火器
ブルードまたはパケット化された鋼の代替として一部の銃器で使用されるステンレス鋼ae。 たとえば、コルトを含むいくつかの拳銃モデル M1911ピストル スミスアンドウェッソンモデル60は完全にステンレス鋼で作られています。 ステンレス鋼を使用することで、ニッケルメッキに似た光沢のある仕上がりになります。 ニッケルメッキとは異なり、仕上げは剥がれ、擦れによる摩耗、または引っかき傷による錆びに対して脆弱ではありません。
自動車
ステンレス鋼は、自動車、バス、トラックなどの自動車の製造に使用されています。 それらは、チューブ、触媒コンバーター、テールパイプ、コレクター、マフラーなどに使用されます。 ステンレス鋼は、シートベルト操作装置用のボール、スプリング、フロントガラスのワイパーブレード、ファスナーなど、さまざまな用途に使用されています。 ステンレス鋼はまた、燃料タンクなどの航空機や宇宙船にも幅広い用途があります。 これは、その熱安定性のために可能です。
医療産業
ほとんどの場合、医療用および外科用ツールは、オートクレーブでの滅菌能力と耐久性のためにステンレス鋼から製造されています。 その上、ステンレス鋼は骨の補強および取り替えを含む外科用インプラントに使用されます。 また、歯科などのさまざまなアプリケーションで使用されます。
3D印刷
3Dプリントではステンレス鋼が広く使用されています。 最も一般的な3D印刷サービスプロバイダーは、プロトタイピングで使用するためのデバイス独自のステンレス鋼焼結ブレンドを持っています。 3D印刷で使用されるステンレス鋼の最も使用されているグレードには、316Lステンレス鋼が含まれます。 ステンレス鋼は、高温勾配と凝固速度が速く、機械的特性が優れているために使用されます。
要約比較表
上記のセクションでの比較に基づいて、調査結果を要約するのに役立つ要約表を提示します。 以下は要約表です。
チタンvsステンレス鋼:FAQ
まとめ
プロジェクトに丈夫な素材が必要なときにデザイナーの頭に浮かぶのは、ステンレス鋼とチタンです。 これらのXNUMXつの金属は、多種多様な印象的な特性を提供する幅広い種類の合金で提供されます。 XNUMXつの金属を理解し、プロジェクトを成功させるために、ステンレス鋼の特性、強度、および用途に関する完全なガイドを提示しました。