Ogromna różnorodność branż poszukuje dziś innowacyjnych sposobów maksymalizacji swoich zysków. Oczekuje się, że te innowacyjne sposoby obniżą koszty produkcji, zmniejszą wagę produktów i obniżą ogólne zużycie energii. W konsekwencji lekki metal, w tym tytan i aluminium, jest coraz częściej uważany za stal. Dlatego, aby uzyskać idealne rozwiązanie materiałowe w świetle tego, ważne jest, aby mieć przebłysk informacji o ich wytrzymałości. Ten artykuł zawiera najważniejsze informacje, porównując każdy metal przy użyciu różnych cech.
Porównajmy 17 różnic między tytanem a aluminium
W przestrzeni produkcyjnej, gdy myślisz o wymarzonym zespole właściwości materiałów na części, przychodzą na myśl wytrzymałość i lekkość. W gruncie rzeczy w tym przypadku projektantom w naturalny sposób przychodzą na myśl tytan i aluminium. Co ciekawe, zarówno tytan, jak i aluminium wyróżniają inne ważne kwestie, takie jak doskonała tolerancja na ciepło i odporność na korozję. Aby pomóc w uzyskaniu idealnego wyboru dla Twojego projektu, użyjemy różnych właściwości, aby porównać aluminium z tytanem. Zawierają:
Tytan kontra aluminium: skład pierwiastków
W dążeniu do odróżnienia tytanu od aluminium bardzo ważny jest skład pierwiastkowy. Dzieje się tak, ponieważ niektóre składniki mogą nie być wymagane ze względu na ich reaktywność ze środowiskiem lub ze względu na dodatkowe właściwości, które mogą dodać do metalu w całości. Przykłady takich cech mogą obejmować odporność na korozję, wagę i wiele innych. Dla porównania, wiadomo, że tytan zawiera różne pierwiastki, w tym azot, wodór, tlen, węgiel, żelazo i nikiel. Z tytanem jako głównym składem pierwiastkowym, inne składniki mogą różnić się składem od 0.013 do 0.5%.
Z drugiej strony aluminium składa się z różnych składników, w tym aluminium jako głównego składu, krzemu, cynku, magnezu, manganu, miedzi, żelaza, tytanu, chromu, cyrkonu i wielu innych.
Tytan kontra aluminium: odporność na korozję
Odporność na korozję to kolejna właściwość, którą można wykorzystać do porównania tytanu i aluminium. Zarówno tytan, jak i aluminium charakteryzują się doskonałą odpornością na korozję. Jednak jedno jest bardziej odporne niż drugie, w związku z czym jest bardziej korzystne, gdy odporność na korozję jest jednym z głównych aspektów projektu.
Tytan jest obojętny, dzięki czemu jest wysoce odporny na korozję. Ze względu na swoją obojętną naturę tytan jest najbardziej biokompatybilnym metalem o imponującym zastosowaniu w przemyśle medycznym. To zastosowanie można znaleźć w produkcji zastosowań chirurgicznych, podczas gdy stopy Ti 6-4 dobrze trzymają się w słonym środowisku z doskonałym zastosowaniem w przemyśle morskim. Z drugiej strony stopy aluminium tworzą warstwę tlenków, która sprawia, że materiał nie wchodzi w reakcje z pierwiastkami korozyjnymi. Jednak korozja takiego stopu zależy teraz od warunków wodnych/atmosferycznych, takich jak temperatura, substancje chemiczne unoszące się w powietrzu i skład chemiczny.
Tytan kontra aluminium: przewodność elektryczna
Przewodność elektryczna to zdolność materiału do umożliwienia przepływu elektronów z powodu spadku potencjału. Aby określić przewodność elektryczną materiału, jako standard oceny przewodności elektrycznej stosuje się miedź.
Porównując tytan z przewodnością miedzi, wykazywał on około 3.1% przewodności miedzi. W rezultacie wynika, że tytan jest dobrym przewodnikiem elektryczności i nie może być stosowany tam, gdzie dobre przewodnictwo jest czynnikiem podstawowym. Chociaż tytan nie jest dobrym przewodnikiem, może być używany jako dobry rezystor. Z drugiej strony aluminium wykazuje 64% przewodnictwa miedzi. Oznacza to, że w sytuacji, gdy wymagana jest przewodność elektryczna, aluminium jest preferowane nad tytan.
Tytan kontra aluminium: przewodność cieplna
Przewodność cieplna materiału to jego zdolność do przenoszenia lub przewodzenia ciepła. Aby materiał był dobrym radiatorem, musi mieć wysoki współczynnik przewodności, podczas gdy materiał o niskiej przewodności cieplnej jest dobrym izolatorem. Zjawisko to jest określane jako szybkość przenoszenia w czasie przez przewodzenie przez jednostkę grubości, przez jednostkę materiału dla jednostkowego gradientu temperatury.
Dla porównania, aluminium ma wysoką przewodność cieplną 1460 BTU-in/h-ft²-°F (210 W/mK) w porównaniu z tytanem 118 BTU-in/h-ft²-°Fm (17.0 W/mK). Dlatego jest traktowany preferencyjnie, gdy obejmuje zastosowania, w tym wymienniki ciepła, naczynia kuchenne i radiatory.
Tytan kontra aluminium: temperatura topnienia
Temperatura topnienia metalu, znana jako temperatura topnienia, to temperatura, w której taki metal zaczyna przechodzić z fazy stałej w fazę ciekłą. W tej temperaturze faza stała metalu i faza ciekła takiego metalu istnieją w równowadze. Gdy materiał osiągnie ten poziom temperatury, można go łatwo formować i można go używać do zastosowań termicznych.
Dla porównania, tytan ma wyższą temperaturę topnienia 1650 – 1670 °C (3000 – 3040 °F), dlatego jest używany jako metal ogniotrwały. Z drugiej strony aluminium wykazuje niższą temperaturę topnienia w porównaniu do tytanu 660.37 °C (1220.7 °F). Dlatego w zastosowaniach żaroodpornych tytan ma większe zastosowanie.
Tytan kontra aluminium: twardość
Twardość metalu jest jego wartością porównawczą, która pomaga opisać jego reakcję na wytrawienie, wgniecenie, odkształcenie lub zarysowanie wzdłuż jego powierzchni. Można to zrobić głównie za pomocą narzędzia zwanego wgłębnikiem. W rezultacie maszyna lub narzędzia wgłębnika wydobywają wartość metalu, aby określić wytrzymałość takiego metalu. Podczas gdy twardość Brinella tytanu 70 HB jest większa niż czystego aluminium 15 HB, niektóre stopy aluminium wykazywały wyższą twardość niż tytan. Przykłady obejmują stany AA7075 T7 i T6, stany AA6082 T5 i T6 i inne.
Z drugiej strony tytan łatwo odkształca się podczas zarysowania lub wgniecenia. Można to skorygować, ponieważ tytan tworzy wyjątkowo twardą powierzchnię, tworząc warstwę tlenku, aby utworzyć warstwę tlenku tytanu, która jest odporna na większość sił penetracji. W zastosowaniach, w których twardość jest jednym z głównych wymagań, tytan jest najlepszym wyborem.
Tytan kontra aluminium: gęstość
W pomiarach tytan i aluminium są lekkie, ale z określonych powodów. W ujęciu porównawczym gęstość aluminium (2712 kg/m3) jest mniejsza niż gęstość tytanu (4500 kg/m3). Gęstość aluminium jest znacznie lżejsza, chociaż tytan jest o około dwie trzecie cięższy niż aluminium. Oznacza to, że użytkownicy obu metali będą potrzebować mniej tytanu. Tylko ułamek tytanu jest potrzebny do uzyskania fizycznej wytrzymałości aluminium. Dlatego tytan jest stosowany w samolotowych silnikach odrzutowych i statkach kosmicznych. Wiadomo, że jego lekkość i wytrzymałość obniża koszty paliwa.
Dlatego, w zależności od zastosowania, tytan lub aluminium są idealnym wyborem. Na przykład w sytuacji, gdy stosunek wytrzymałości do masy jest problemem, stosuje się tytan, a gdy potrzebna jest tylko lekkość, stosuje się aluminium.
Tytan kontra aluminium: cena
W celu porównania ceny tytanu i aluminium, podstawowego kawałka ćwierćcalowego naboju, długiego na piechotę, porównuje się razem oba metale. W porównaniu, pręt aluminiowy kosztuje mniej niż pręt tytanowy, co pokazuje, że istnieje różnica kosztów między obydwoma metalami. Oprócz kosztów, więcej od samego początku, tytan jest bardzo trudny w obróbce w porównaniu z aluminium, co w rezultacie powoduje, że proces produkcyjny jest droższy.
Inną rzeczą jest to, że szlifowanie, gięcie i spawanie tytanu jest delikatne, ponieważ wymaga doskonałego profesjonalizmu. Z drugiej strony aluminium jest łatwe w obróbce, dzięki czemu jest tańsze i opłacalne w większości zastosowań.
Tytan kontra aluminium: trwałość
Trwałość materiału pozostaje jego zdolnością do działania bez stosowania nadmiernych napraw lub konserwacji, gdy materiał jest narażony na wyzwania związane z normalnymi operacjami. Bez wątpienia zarówno tytan, jak i aluminium są trwałe i mogą być używane przez dłuższy czas. Tytan jest bardzo sztywny i trwały, a jego ramy mogą służyć przez dziesięciolecia bez żadnych oznak zużycia, jeśli jest odpowiednio pielęgnowane.
Tytan zapewnia również rozsądną elastyczność, która pomaga stłumić wibracje na drodze i może czuć się skrępowana pod wpływem dużego obciążenia, takiego jak sakwy turystyczne. Z drugiej strony aluminium udowadnia również swoją trwałość w ekstremalnych warunkach transportowych, zwłaszcza gdy wytrzymałość, bezpieczeństwo i trwałość mają kluczowe znaczenie.
Tytan kontra aluminium: obrabialność
Obrabialność to wynik porównawczy metalu, który pozwala określić, jak dobrze reagują na naprężenia podczas obróbki, w tym tłoczenie, toczenie, frezowanie i wiele innych. Ocena skrawalności takiego metalu służy do określenia rodzaju stosowanej metody obróbki. Co ciekawe, toczenie i frezowanie CNC to sprawdzone w czasie metody wytwarzania części z tytanu i aluminium. Można je wyprodukować w mniej niż jeden dzień z zachowaniem tolerancji +/- 0.005 cala (0.13 mm). Gdy produkcja części jest wymagana szybko, aluminium jest idealnym wyborem, ponieważ jest opłacalne i wysokiej jakości.
Jednak obróbka może być nieco ograniczona, jeśli chodzi o geometrię, ponieważ niezwykle złożone projekty wymagają innego rozwiązania niezależnie od wybranego materiału. Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiału do obróbki, jest odpad z obróbki. W związku z tym frezowanie nadmiaru materiału jest w porządku w przypadku niedrogiego aluminium, ale nie jest idealne w przypadku kosztownego tytanu. W rezultacie producenci często wolą produkować prototypy z aluminium, a później przestawiać się na tytan do produkcji części.
Tytan kontra aluminium: Formowalność
Pod względem formowalności aluminium jest bardziej formowalne niż tytan. Wszystkie formy aluminium można łatwo przetworzyć na gotowe części przy użyciu różnych metod. Aluminium można ciąć wieloma procesami w zależności od formy i kształtu materiału.
Można go również ciąć różnymi typami pił, podczas gdy laser, plazma lub strumień wody wytwarzają gotowe rozmiary, które mogą mieć skomplikowane kształty i kształty. Chociaż tytan jest podatny na formowanie i nie jest tak formowany jak aluminium, aluminium jest idealnym wyborem, gdy podatność na formowanie ma kluczowe znaczenie dla powodzenia projektu.
Tytan kontra aluminium: spawalność
Jeśli chodzi o spawanie, czyli zdolność materiału do zgrzewania, można spawać obydwa metale, a także spawać lub łączyć ze sobą. Jednak tytan lub aluminium są bardziej spawalne niż inne.
Dla porównania spawanie tytanu wymaga większego profesjonalizmu, ponieważ zawsze jest uważane za specjalność w ramach specjalizacji. Z drugiej strony aluminium jest wysoce spawalne i znajduje szerokie zastosowanie. Tak więc, jeśli spawalność jest jednym z głównych wymagań przy doborze materiału, aluminium będzie idealnym wyborem.
Tytan kontra aluminium: granica plastyczności
Granica plastyczności materiału to maksymalne naprężenie, przy którym materiał zaczyna trwale się odkształcać. Ta właściwość może być wykorzystana do odróżnienia tytanu od aluminium. Porównując, jest oczywiste, że komercyjnie czysty tytan (> 99% Ti) jest metalem o niskiej lub średniej wytrzymałości, który nie jest odpowiedni dla konstrukcji lub silników lotniczych. Wykazuje granicę plastyczności tytanu o wysokiej czystości w zakresie od 170 MPa do około 480 MPa, która jest uważana za niską dla silnie obciążonych konstrukcji lotniczych.
Z drugiej strony, czyste aluminium wykazuje granicę plastyczności w zakresie od 7 MPa do około 11 MPa, podczas gdy stopy aluminium wykazują granicę plastyczności w zakresie od 200 MPa do 600 MPa.
Tytan kontra aluminium: wytrzymałość na rozciąganie
Wytrzymałość metalu na rozciąganie jest najwyższa (ostateczna) na krzywej inżynieryjnego naprężenia-odkształcenia. Nazywa się to największym naprężeniem, jakie może wystąpić, gdy materiał jest poddawany naprężeniom. Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze otoczenia tytanu i jego stopów waha się od 230 MPa dla najdelikatniejszego gatunku komercyjnie czystego tytanu do 1400 MPa dla stopów o wysokiej wytrzymałości.
Ponadto wytrzymałość plastyczna tytanu waha się od około 170 MPa do 1100 MPa w zależności od gatunku i stanu. Z drugiej strony stopy aluminium wykazują znacznie większą wytrzymałość niż czyste aluminium. Czyste aluminium wykazuje wytrzymałość na rozciąganie 90 MPa i może być zwiększone do ponad 690 MPa w przypadku niektórych podatnych na obróbkę cieplną stopów aluminium.
Tytan kontra aluminium: wytrzymałość na ścinanie
Odporność metalu na obciążenie ścinające przed uszkodzeniem elementu podczas ścinania jest określana jako wytrzymałość na ścinanie. Zwykle występuje to zwykle na płaszczyźnie w kierunku równoległym do kierunku działającej siły. Naprężenie ścinające tytanu wynosi od 40 do 45 MPa w zależności od właściwości stopu, podczas gdy wytrzymałość na ścinanie aluminium wynosi od 85 do około 435 MPa. Dlatego też, jeśli wytrzymałość na ścinanie stanowi jeden z głównych powodów wyboru materiału, niektóre gatunki aluminium mogą być lepsze niż tytan.
Tytan kontra aluminium: kolor
W rozróżnianiu lub odróżnianiu tytanu od aluminium ważny jest kolor materiału. Pomoże to rozpoznać materiał i uniknąć użycia niewłaściwego metalu do projektu. Aby odróżnić, aluminium ma srebrzystobiały wygląd, którego kolor zmienia się od srebrnego do matowej szarości w zależności od powierzchni materiału. Ten wygląd jest zwykle zbliżony do srebrnego w przypadku gładkich powierzchni. Z drugiej strony tytan ma srebrzysty wygląd, który jest ciemniejszy, gdy ogląda się go pod światło.
Tytan kontra aluminium: zastosowania
Tytan i aluminium są używane w wielu różnych zastosowaniach. Te stosowane stanowią możliwy sposób na odróżnienie obu metali od siebie. Zastosowanie tytanu i aluminium jest jak podano poniżej:
Tytan
Tytan jest stosowany na różne sposoby, w tym jako pierwiastek stopowy w stali, zmniejszający wielkość ziarna oraz jako odtleniacz i stal nierdzewną w celu zmniejszenia zawartości węgla. Występuje prawie wszędzie w przestrzeni przemysłowej, w tym:
- Pigmenty, powłoki i dodatki (farby, pasta do zębów, papier i plastik)
- Marine & Aerospace (podwozie, zapory, krytyczne części konstrukcyjne, układ hydrauliczny,
- Przemysł (zawory, zbiornik procesowy, wymiennik ciepła, zbiorniki, przemysł celulozowo-papierniczy, spawanie ultradźwiękowe, cele rozpylania i wiele innych.
- Konsumenckie i architektoniczne (artykuły sportowe, oprawki do okularów, rowery, broń palna, łopaty, części do laptopów i wiele innych
- Biżuteria (do przekłuwania ciała, zegarków, pierścionków i wielu innych)
- Medyczne (implanty dentystyczne, narzędzia chirurgiczne, narzędzia chirurgiczne i inne)
Aluminium
Aluminium jest powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na imponującą odporność na korozję, jaką oferuje. Aluminium występuje w odmianach stopów, co znacznie poprawia jego właściwości mechaniczne, zwłaszcza po hartowaniu. Na przykład najpowszechniejszy stop aluminium w postaci folii i puszek do napojów układa się od 92% do około 99% aluminium. Główne zastosowanie aluminium to:
- Transport (samoloty, wagony kolejowe, rowery, samochody, ciężarówki, statki morskie, statki kosmiczne i wiele innych)
- Opakowania (puszki, ramki, folie)
- Budownictwo i budownictwo (okna, siding, pokrycia dachowe, drzwi, drut budowlany, poszycie i wiele innych)
- Zastosowania związane z energią elektryczną (silniki, transformatory, generatory, stopy przewodników, generatory i wiele innych)
- Artykuły gospodarstwa domowego (przybory kuchenne, meble i wiele innych)
- Sprzęt i maszyny (rury, narzędzia, sprzęt do przetwarzania i wiele innych)
Podsumowanie Tabela porównawcza
Byliśmy w stanie dokonać rozsądnych porównań na podstawie około 17 właściwości, aby umożliwić uzyskanie profesjonalnego wglądu w stosowanie odpowiednich materiałów do Twojego projektu. Aby ułatwić dostęp, poniżej znajdują się tabele przedstawiające podsumowanie poprzedniej sekcji.
Tytan kontra aluminium: często zadawane pytania
Podsumowanie
Dokonaliśmy bezpośredniego porównania właściwości elektrycznych, fizycznych, termicznych i wielu innych właściwości tytanu z aluminium. Istnieje jednak wiele różnych elementów, które można wykorzystać do wyboru ostatecznego materiału do zastosowania. W rezultacie byliśmy w stanie rozróżnić przy użyciu około 17 właściwości, które pomogą Ci zrozumieć te dwa metale.