Na dnešním vysoce konkurenčním trhu hledá každé odvětví inovativní způsoby, jak uvést produkty na trh v krátké době. Výsledkem je, že konstruktér nebo strojník se může rozhodnout obrábět kov nákladově efektivně a maximalizovat zisk. Na základě zvážení splnění konstrukčních požadavků je zvláště důležité co nejvíce snížit celkové náklady. Když návrháři plánují použít lehké kovy pro prototypování nebo zakázkové díly, napadnou dva oblíbené kovové materiály: titan a hliník. Titan a hliník mají podobný poměr pevnosti k hmotnosti, odolnost proti korozi a další vynikající vlastnosti a jsou široce používány v různých oblastech. Možná máte k tomu otázky: „Je titan lehčí než hliník? nebo "Je titan ve všech vlastnostech lepší než hliník?" „Titan nebo hliník, který materiál je pro můj CNC projekt vhodnější“ a tak dále. Abychom vám pomohli odpovědět na tyto otázky, AN-Prototyp poskytuje ucelený přehled výhod a nevýhod obou materiálů na základě let CNC obrábění svojí zkušenosti.
Titan má zhruba stejnou hustotu jako hliník, je pevnější než hliník a má vynikající odolnost vůči korozi v různých prostředích, včetně mořské vody a kyselých roztoků. Díky svému vynikajícímu poměru pevnosti k hmotnosti a odolnosti proti korozi je titan široce používán v průmyslových odvětvích, jako je letecký průmysl, automobily, lodě, lékařské a sportovní vybavení. Titan je ideálním materiálem pro výrobu součástí letadel, dílů kosmických lodí, součástí motorů a vysoce výkonného sportovního vybavení. Titan má zároveň vynikající biokompatibilitu, je netoxický a hypoalergenní, díky čemuž je vhodný pro výrobu lékařských implantátů, protetiky, kolenních náhrad, kardiostimulátorů, lebek a dokonce i kořenových zařízení pro zubní implantáty. Takže pro lékařské aplikace je titan pevnější než hliník.
- Teplota tání – 1668 C
- Bod varu – 3287 C
- Hustota – 4.506 g·cm−3
- Tepelná vodivost – 21.9 W m-1 K-1
- O 45 % lehčí než ocel a o 60 % těžší než hliník
- Pevnost v tahu – od 3,000 200,000 psi do XNUMX XNUMX psi v závislosti na slitině
- Koeficient lineární tepelné roztažnosti – 8.6 x 10-6 K-1 (poloviční oproti hliníku)
Výhody titanu
- Vynikající trvanlivost
- Nejvyšší poměr pevnosti k hustotě
- Nejvýhodnější alternativa oceli
- Odolné vůči korozi a korozi
- Vhodné pro mnoho produktů
- Vysoká odolnost vůči stresovým podmínkám
Nevýhody titanu
- Nízký modul pružnosti
- Vyšší cena než hliník
- Kvůli vysoké pevnosti jsou vyžadovány vysoké řezné síly
Přehled hliníku
Hliník je ekonomická volba, lehký a tažný kov, který nabízí dobrý poměr hmotnosti a pevnosti za relativně nízkou cenu. Má nízkou hustotu, váží pouze jednu třetinu oceli a má dobrou odolnost proti korozi a vysokou lomovou houževnatost. Jeho tmavě stříbrný vzhled je způsoben tvorbou tenké vrstvy oxidu hlinitého, jakmile je hliník vystaven vzduchu. To je důvodem jeho odolnosti proti korozi. Důležité je, že hliník je bohatší než titan, ale to, co skutečně sráží cenu dolů, je snadnost výroby hliníku. Kromě toho je hliník lepším vodičem tepla a elektřiny než titan. Pro elektrické aplikace je hliník pevnější než titan.
- Teplota tání – 660.4 C
- Bod varu – 2467 C
- Tepelná vodivost – 235 W m-1 K-1
- Hustota – 2.7 g.cm -3 (asi 1/3 oceli nebo mědi, takže lehčí)
- Součinitel lineární tepelné roztažnosti – 23.1 x 10-6 K-1
- Pevnost v tahu – Čistý hliník nemá vysokou pevnost v tahu, proto je často legován jinými kovy
Výhody hliníku
- Ekonomičtější varianta
- Bez zápachu a nepropustné
- Odrazivost a flexibilita
- odolnost proti korozi
- Vysoká obrobitelnost a recyklovatelnost
- Vysoká tepelná a elektrická vodivost
Nevýhody hliníku
- Proces svařování je obtížný
- Rychle koroduje ve slané vodě nebo alkalickém prostředí
Komplexní srovnání titanu a hliníku
Porovnejme vlastnosti titanu a hliníku.
1. Titan a hliník: Elementární složení
Symbol pro titan v periodické tabulce prvků je Tia jeho atomové číslo je 22. Hlavním legujícím prvkem titanu je hliník; další prvky, jako je vanad, železo a molybden, mohou být také přidány k vytvoření slitin titanu.
Symbol hliníku v periodické tabulce prvků je Ala atomové číslo je 13. Hlavním legujícím prvkem hliníku je hořčík a lze také přidat různá množství křemíku, zinku, manganu, mědi, železa, titanu, chrómu, zirkonu a dalších prvků.
Chemické složení titanu a slitin hliníku může být přizpůsobeno tak, aby optimalizovalo jejich výkon pro konkrétní aplikace. Například přidání vanadu k titanu může zlepšit jeho pevnost a tažnost; přidání hořčíku může zlepšit pevnost hliníku a jeho odolnost proti korozi. Proto chemické složení hraje důležitou roli při určování vlastností a vhodnosti těchto slitin pro různé úkoly.
2. Titan a hliník: odolnost proti korozi
Odolnost proti korozi je schopnost kovu odolávat poškození chemickými reakcemi s okolním prostředím. Hlavními faktory ovlivňujícími odolnost proti korozi jsou složení slitiny, podmínky prostředí a povrchová úprava.
Titan je známý svou vynikající odolností proti korozi díky vysoce stabilní vrstvě oxidu, která se přirozeně tvoří na jeho povrchu. Tato oxidová vrstva může odolat různým korozivním prostředím, jako je mořská voda, kyseliny a zásady. Vysoce přilnavý oxidový povlak na jeho povrchu účinně zabraňuje dalšímu znehodnocování.
Hliník však také vytváří na svém povrchu oxidovou vrstvu a také vykazuje dobrou odolnost proti korozi. Bohužel vrstva oxidu hliníku je mnohem tenčí a má relativně špatnou přilnavost než vrstva oxidu titanu, takže je náchylnější k poškození korozívním prostředím a vystavuje podkladový kov korozi.
Na korozní odolnost obou kovů mají vliv i okolní podmínky. Například titan je vysoce odolný vůči korozi způsobené chloridy, takže je ideální pro mořské prostředí. Hliník je na druhé straně méně odolný vůči korozi způsobené chloridy a může vyžadovat dodatečné ochranné povlaky nebo úpravy, aby zůstal chráněn.
Povrchová úprava je dalším klíčovým faktorem odolnosti proti korozi. Drsné nebo poškozené povrchy mohou vytvářet trhliny a další potenciální nečistoty, které způsobují korozi. Titan má vynikající odolnost proti poškození povrchu a vynikající vlastnosti pro povrchovou úpravu, díky čemuž je méně náchylný ke korozi než hliník.
3. Titan a hliník: Elektrická vodivost
Vodivost se týká schopnosti materiálu umožnit pokles elektrického potenciálu, což umožňuje proudění elektronů. Obecně řečeno, za účelem stanovení elektrické vodivosti určitého materiálu v mezinárodním měřítku se jako měřítko pro hodnocení elektrické vodivosti obvykle používá měď.
Když byly porovnány elektrické vodivosti titanu a mědi, bylo zjištěno, že titan má asi 3.1 % elektrické vodivosti mědi. Proto je titan vodičem elektřiny, ale nelze jej použít v aplikacích, kde je vyžadována dobrá elektrická vodivost. Přestože titan nevede dobře elektřinu, funguje jako dobrý odpor. Hliník má na druhé straně 64% vodivost než měď. To znamená, že hliník je preferován před titanem v aplikacích, které vyžadují elektrickou vodivost.
4. Titan a hliník: Tepelná vodivost
Tepelná vodivost materiálu je jeho schopnost přenášet nebo vést teplo. Tepelnou vodivost lze také chápat jako časovou rychlost vedení jednotkovou tloušťkou a jednotkovým materiálem pod jednotkovým teplotním gradientem. Aby materiály byly dobré pro tepelné aplikace, musí mít vysokou tepelnou vodivost a materiály s nízkou tepelnou vodivostí jsou dobrými izolanty.
Titan má tepelnou vodivost 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK), zatímco hliník má tepelnou vodivost až 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) . Pokud jde o tepelnou vodivost, hliník je více než desetkrát vyšší než titan. Proto je hliník pevnější než titan v aplikacích, které vyžadují odvod tepla.
5. Titan a hliník: bod tání
Bod tání kovu označuje teplotu, při které se kov začíná měnit z pevného na kapalný. Při bodu tání existují pevná a kapalná fáze kovu v rovnováze. Po dosažení této teplotní úrovně lze kov snadno tvarovat.
Titan má bod tání 1650 – 1670 °C (3000 – 3040 °F), proto se používá jako žáruvzdorný kov. Hliník má na druhé straně nižší bod tání 660.37 °C (1220.7 °F) ve srovnání s titanem. Proto je titan vhodnější v žáruvzdorných aplikacích.
6. Titan a hliník: tvrdost
Tvrdost kovu se týká jeho odezvy na leptání, promáčknutí, deformaci nebo poškrábání podél jeho povrchu. Titan má tvrdost podle Brinella 70 HB, což je mnohem více než u čistého hliníku 15 HB, ale některé druhy hliníkových slitin jsou tvrdší než titan. Příklady zahrnují Aluminium 7075 T7 a T6 tempery, Aluminium 6082 T5 a T6 tempery atd.
Titan se naproti tomu snadno deformuje při poškrábání nebo promáčknutí. Titan však vytváří výjimečně tvrdý povrch vytvořením vrstvy oxidu, která odolává většině deformací. V aplikacích, kde je tvrdost jedním z hlavních požadavků, je výběr založen na konkrétních požadavcích projektu s přihlédnutím k nákladům.
7. Titan a hliník: Hustota
Titan a hliník jsou lehké kovy. Hustota hliníku (2712 kg/m 3) je nižší než hustota titanu (4500 kg/m 3). Hliník váží na jednotku objemu mnohem méně než titan. K dosažení fyzické pevnosti srovnatelné s hliníkem je však zapotřebí méně titanu. To je důvod, proč se titan používá v leteckých proudových motorech a kosmických lodích. Titan je známý tím, že snižuje náklady na palivo díky své lehkosti a pevnosti.
Pro některé aplikace je nejlepší volbou buď titan nebo hliník. Například titan se používá tam, kde jde o poměr pevnosti k hmotnosti, zatímco hliník se používá tam, kde je vyžadována pouze lehkost.
8. Titan a hliník: Cena
Při porovnání tyčí stejného objemu jsou náklady na hliníkové tyče nižší než na tyče titanové. Je to proto, že výroba titanu vyžaduje větší obtížnost a odbornost, zatímco výroba hliníku je snazší. Z hlediska nákladů je hliník ekonomičtější než titan.
9. Titan a hliník: Trvanlivost
Trvanlivost materiálu se týká jeho schopnosti zachovat si funkčnost, když je napadán, aniž by vyžadoval nadměrné opravy nebo údržbu. O titanu i hliníku je známo, že jsou odolné a vydrží déle. Titan je extrémně pevný a odolný, a pokud je o něj správně pečováno, jeho rám vydrží desítky let bez známek opotřebení.
Na druhé straně hliník také prokázal svou odolnost v extrémních prostředích, zejména tam, kde jsou rozhodující pevnost, bezpečnost a odolnost.
10. Titan a hliník: Obrobitelnost
Obrobitelnost se týká toho, jak dobře kov reaguje na namáhání při zpracování (včetně lisování, CNC soustružení, CNC frézování, atd.). Obrobitelnost kovu je jedním z ukazatelů používaných k určení, jakou metodu obrábění použít. CNC soustružení a CNC frézování jsou oblíbené způsoby vytváření titanových a hliníkových dílů. Mohou být vyrobeny za méně než jeden den a dodržují tolerance +/-0.005 palce (0.13 mm). Když je potřeba rychle vyrobit díly, hliník je perfektní volbou, protože je cenově výhodnější a vysoce kvalitní.
Pokud však jde o geometrie, mohou být metody obrábění poněkud omezující. Bez ohledu na zvolený materiál vyžadují extrémně složité konstrukce různá řešení. Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru materiálů, je odpad po zpracování. Proto je odfrézování přebytečného materiálu možné u levného hliníku, ale není ideální u drahého titanu. Proto rychlí výrobci často upřednostňují použití hliníku pro prototypy a poté přecházejí na titan pro výrobu dílů.
11. Titan a hliník: Tvařitelnost
Relativně řečeno, hliník se formuje snadněji než titan. Všechny formy hliníku lze snadno vyrobit na hotové díly pomocí různých metod. Například různé typy pil lze použít k řezání hliníkových profilů, zatímco lasery, plazma nebo vodní paprsek mohou vyrábět hliníkové díly složitých tvarů a tvarů. Titan je sice také tvarovatelný, ale není tak tvarovatelný jako hliník. Proto, když je pro úspěch projektu rozhodující tvarovatelnost, je hliník perfektní volbou.
12. Titan a hliník: svařitelnost
Svařovat lze jak titan, tak hliník. Naproti tomu svařování titanu vyžaduje více odborných znalostí. Hliník je naproti tomu vysoce svařitelný a má mnoho využití. Pokud je tedy svařitelnost jedním z hlavních požadavků při výběru materiálu, hliník by byl perfektní volbou.
13. Titan a hliník: Mez kluzu
Mez kluzu materiálu označuje maximální napětí, při kterém se materiál začne trvale deformovat. Komerčně čistý titan (>99 % Ti) je kov s nízkou až střední pevností, který není příliš vhodný pro výrobu leteckých konstrukcí nebo motorů.
Čistý hliník na druhé straně vykazuje mez kluzu v rozmezí od 7 MPa do asi 11 MPa, zatímco slitiny hliníku vykazují mez kluzu v rozmezí od 200 MPa do 600 MPa. Proto je mez kluzu slitin hliníku vyšší než mez kluzu titanu.
14. Titan a hliník: pevnost v tahu
Pevnost kovu v tahu se vztahuje k nejvyššímu napětí, kterému může materiál odolat, když je umístěn v tahu. Konečná pevnost v tahu titanu a jeho slitin při okolní teplotě se pohybuje od 230 MPa pro nejměkčí druhy komerčně čistého titanu do 1400 MPa pro slitiny s vysokou pevností.
Slitiny hliníku na druhé straně vykazují mnohem vyšší pevnost než čistý hliník. Čistý hliník má pevnost v tahu 90 MPa, kterou lze u některých tepelně zpracovatelných hliníkových slitin zvýšit na více než 690 MPa.
15. Titan a hliník: pevnost ve smyku
Smyková pevnost kovu se týká schopnosti kovu odolávat smykovým zatížením. Titan má pevnost ve smyku mezi 40 a 45 MPa, zatímco hliník má pevnost ve smyku mezi 85 a přibližně 435 MPa. Pokud je tedy pevnost ve smyku jedním z primárních důvodů pro výběr materiálu, mohou být určité druhy hliníku vhodnější než titan.
16. Titan a hliník: Barva
Při rozlišování nebo rozlišování mezi titanem a hliníkem je identifikace barvy nejekonomičtějším způsobem. To pomůže rychle identifikovat materiály pouhým okem, abyste se vyhnuli použití špatného kovu na vašem projektu. Pro odlišení má hliník stříbřitě bílý vzhled s barvami od stříbrné po tmavě šedou v závislosti na legujících prvcích materiálu. U hladších hliníkových povrchů je vzhled obvykle stříbrný. Titan má na druhé straně stříbřitý vzhled, který pod světlem tmavne.
Souhrnná srovnávací tabulka
Podařilo se nám provést rozumné srovnání mezi titanem a hliníkem pomocí přibližně 16 vlastností, abychom získali profesionální pohled na použití správného materiálu pro váš CNC projekt.
Vlastnictví | Titan | Hliník |
Atomová čísla | atomové číslo je 22 nebo 22 protonů | atomové číslo je 13 nebo 13 protonů |
Maximální pevnost v tahu (UTS) | Má pevnost v tahu až 1170 MPa | Má konečnou pevnost 310 MPa |
Bod tání | Titan taje při 1650 – 1670 ᵒC | Hliník taje při 582 – 652 ᵒC |
Elektrická vodivost | Titan má hliník s nízkou elektrickou vodivostí | m vykazuje vynikající elektrickou vodivost |
Magneticita | Je paramagnetická | t není magnetické |
Pevnost | Má dvojnásobnou pevnost než hliník | t má nižší pevnost než titan |
Tepelná vodivost | Nízká tepelná vodivost vysoká | h tepelná vodivost |
Hliník VS Titan, jaký materiál zvolit?
Pevnost a trvanlivost. Titan je pevnější a odolnější než hliník a má vyšší poměr pevnosti k hmotnosti, což znamená, že odolá silnějším nárazům bez výrazného zvýšení hmotnosti. Díky tomu je titan dobrou volbou pro ozubená kola, která musí být odolná a schopná odolat nárazu a opotřebení a nejdrsnějšímu prostředí.
Odolnost proti korozi. Titan je vysoce odolný vůči korozi, takže je ideální pro venkovní vybavení vystavené vlhkosti, vlhkosti a dalším faktorům prostředí, které mohou způsobit korozi nebo degradaci. Hliník je však také přirozeně odolný vůči korozi. Kromě toho může být hliník eloxován nebo potažen, aby byla zajištěna dodatečná odolnost proti korozi. V tomto ohledu mají oba stejnou odolnost proti korozi, ale titan je nejlepším kovem, když se vezme v úvahu pevnost a integrita.
Hmotnosti. Hliník je mnohem lehčí než titan. Titan je však stále lehký materiál, který nabízí vynikající pevnost a odolnost, aniž by přidával příliš velkou váhu. Zdejší volby vyžadují kompromisy. Pokud se jedná čistě o hmotnost, pak je hliník jasnou volbou, ale pokud berete v úvahu i dlouhou životnost a pevnost/celost, je titan rozumnější volbou.
Životnost produktu. Průměrná životnost hliníkového venkovního vybavení je asi 5-15 let. Titanové převody jsou pevnější, odolnější a déle vydrží. Samozřejmě existují výjimky pro každý materiál, ale obecně lze říci, že titanové převody vydrží desítky let, zatímco hliníkové převody bude třeba vyměňovat častěji.
Náklady. Hliníkové převody jsou vždy levnější. Titan je obtížněji obrobitelný materiál než hliník, a proto je jeho výroba dražší. Hliník je vysoce zpracovatelný a lze jej snadno řezat, tvarovat a tvarovat do složitých tvarů a vzorů. Ve srovnání s tím jsou slitiny titanu obtížnější. To zvyšuje cenu titanu, což je skutečně hlavní faktor, který musí zákazníci zvážit.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Titan a hliník jsou dva důležité kovové materiály při výrobě prototypů. Vlastnosti hliníku a titanu z nich činí všestrannou volbu pro aplikace v mnoha různých průmyslových odvětvích. Tento článek porovnává různé vlastnosti titanu a hliníku. Existují také různé faktory, které musíte zvážit před výběrem těchto kovů. Podívejte se na našeho konečného průvodce CNC obrábění titanu a CNC obrábění hliníku. Pokud potřebujete další pomoc, AN-Prototype je připraven vám pomoci. Kontaktujte nás prosím ihned.