En el mercado altamente competitivo actual, todas las industrias buscan formas innovadoras de llevar productos al mercado en un corto período de tiempo. Como resultado, un diseñador o maquinista puede optar por mecanizar metal de manera rentable y maximizar las ganancias. Sobre la base de considerar el cumplimiento de los requisitos de diseño, es particularmente importante reducir el costo total al máximo. Cuando los diseñadores planean utilizar metales livianos para la creación de prototipos o piezas personalizadas, les vienen a la mente dos materiales metálicos populares: titanio y aluminio. El titanio y el aluminio tienen una relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y otras propiedades excelentes similares y se utilizan ampliamente en diversos campos. Quizás tengas preguntas sobre esto: “¿Es el titanio más ligero que el aluminio?” o "¿Es el titanio mejor que el aluminio en todas las propiedades?" “Titanio o aluminio, qué material es más adecuado para mi proyecto CNC”, etc. Para ayudarle a responder estas preguntas, AN-Prototipo proporciona una descripción completa de las ventajas y desventajas de ambos materiales basada en años de Mecanizado CNC Digital
El titanio tiene aproximadamente la misma densidad que el aluminio, es más fuerte que el aluminio y tiene una excelente resistencia a la corrosión en diversos entornos, incluido el agua de mar y las soluciones ácidas. Debido a su excelente relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión, el titanio se usa ampliamente en industrias como la aeroespacial, automotriz, naval y de equipos médicos y deportivos. El titanio es un material ideal para fabricar componentes de aviones, piezas de naves espaciales, componentes de motores y equipos deportivos de alto rendimiento. Al mismo tiempo, el titanio tiene una excelente biocompatibilidad, no es tóxico y es hipoalergénico, lo que lo hace adecuado para la fabricación de implantes médicos, prótesis, reemplazos de rodilla, marcapasos, placas craneales e incluso dispositivos radiculares para implantes dentales. Por tanto, para aplicaciones médicas, el titanio es más resistente que el aluminio.
- Punto de fusión – 1668 C
- Punto de ebullición – 3287 C
- Densidad – 4.506 g·cm-3
- Conductividad térmica – 21.9 W m-1 K-1
- 45% más ligero que el acero y 60% más pesado que el aluminio
- Resistencia a la tracción: de 3,000 psi a 200,000 XNUMX psi dependiendo de la aleación
- Coeficiente de expansión térmica lineal: 8.6 x 10-6 K-1 (la mitad que el aluminio)
Ventajas del titanio
- Excelente durabilidad
- Mayor relación resistencia-densidad
- Alternativa de acero más preferida
- Óxido y resistente a la corrosión
- Adecuado para muchos productos
- Alta resistencia a condiciones estresantes.
Desventajas del titanio
- Bajo módulo elástico
- Mayor costo que el aluminio.
- Se requieren altas fuerzas de corte debido a su alta resistencia.
Descripción general del aluminio
El aluminio es una opción económica, un metal liviano y dúctil que ofrece una buena relación peso-resistencia a un precio relativamente bajo. Tiene baja densidad, pesa sólo un tercio del acero y tiene buena resistencia a la corrosión y alta tenacidad a la fractura. Su aspecto plateado oscuro se debe a la formación de una fina capa de óxido de aluminio cuando el aluminio se expone al aire. Ésta es la razón de su resistencia a la corrosión. Es importante destacar que el aluminio es más abundante que el titanio, pero lo que realmente hace bajar el precio es la facilidad para fabricar aluminio. Además, el aluminio es mejor conductor del calor y la electricidad que el titanio. Para aplicaciones eléctricas, el aluminio es más resistente que el titanio.
- Punto de fusión – 660.4 C
- Punto de ebullición – 2467 C
- Conductividad térmica – 235 W m-1 K-1
- Densidad: 2.7 g.cm -3 (aproximadamente 1/3 de acero o cobre, por lo que es más liviano)
- Coeficiente de expansión térmica lineal – 23.1 x 10-6 K-1
- Resistencia a la tracción: el aluminio puro no tiene una alta resistencia a la tracción, por lo que a menudo se alea con otros metales.
Ventajas del aluminio
- Opción más económica
- Inodoro e impermeable
- Reflectividad y flexibilidad
- Resistencia a la corrosión
- Alta maquinabilidad y reciclabilidad
- Alta conductividad térmica y eléctrica.
Desventajas del aluminio
- El proceso de soldadura es difícil.
- Se corroe rápidamente en agua salada o ambientes alcalinos.
Comparación completa de titanio y aluminio.
Comparemos las propiedades del titanio y el aluminio.
1. Titanio y Aluminio: Composición Elemental
El símbolo del titanio en la tabla periódica de elementos es Ti, y su número atómico es 22. El principal elemento de aleación del titanio es el aluminio; También se pueden agregar otros elementos como vanadio, hierro y molibdeno para formar aleaciones de titanio.
El símbolo del aluminio en la tabla periódica de elementos es Al, y el número atómico es 13. El principal elemento de aleación del aluminio es el magnesio, y también se pueden agregar diferentes cantidades de silicio, zinc, manganeso, cobre, hierro, titanio, cromo, circonio y otros elementos.
La composición química de las aleaciones de titanio y aluminio se puede adaptar para optimizar su rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, añadir vanadio al titanio puede mejorar su resistencia y ductilidad; Agregar magnesio puede mejorar la resistencia del aluminio y su resistencia a la corrosión. Por tanto, la composición química juega un papel importante a la hora de determinar las propiedades y la idoneidad de estas aleaciones para diversas tareas.
2. Titanio y aluminio: resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión es la capacidad de un metal para resistir el deterioro mediante reacciones químicas con su entorno. Los principales factores que afectan la resistencia a la corrosión son la composición de la aleación, las condiciones ambientales y el acabado de la superficie.
El titanio es conocido por su excelente resistencia a la corrosión debido a la capa de óxido altamente estable que se forma naturalmente en su superficie. Esta capa de óxido puede resistir diversos ambientes corrosivos como agua de mar, ácidos y álcalis. Una capa de óxido altamente adhesiva en su superficie previene eficazmente un mayor deterioro.
Sin embargo, el aluminio también forma una capa de óxido en su superficie y también presenta una buena resistencia a la corrosión. Desafortunadamente, la capa de óxido de aluminio es mucho más delgada y tiene una adhesión relativamente pobre que la capa de óxido de titanio, lo que la hace más susceptible a daños causados por ambientes corrosivos y expone el metal subyacente a la corrosión.
Las condiciones ambientales también afectan la resistencia a la corrosión de ambos metales. Por ejemplo, el titanio es muy resistente a la corrosión provocada por los cloruros, lo que lo hace ideal para entornos marinos. El aluminio, por otro lado, es menos resistente a la corrosión causada por los cloruros y puede requerir revestimientos o tratamientos protectores adicionales para permanecer protegido.
El acabado superficial es otro factor clave en la resistencia a la corrosión. Las superficies rugosas o dañadas pueden crear grietas y otras suciedades potenciales que generan corrosión. El titanio tiene una excelente resistencia a los daños superficiales y excelentes propiedades de tratamiento de superficies, lo que lo hace menos susceptible a la corrosión que el aluminio.
3. Titanio y Aluminio: Conductividad Eléctrica
La conductividad se refiere a la capacidad de un material para permitir que el potencial eléctrico caiga, permitiendo que los electrones fluyan. En términos generales, para determinar la conductividad eléctrica de un determinado material a nivel internacional, se suele utilizar el cobre como punto de referencia para evaluar la conductividad eléctrica.
Cuando se compararon las conductividades eléctricas del titanio y el cobre, se encontró que el titanio tiene aproximadamente el 3.1% de la conductividad eléctrica del cobre. Por tanto, el titanio es un conductor de electricidad, pero no puede utilizarse en aplicaciones donde se requiere una buena conductividad eléctrica. Aunque el titanio no conduce bien la electricidad, actúa como una buena resistencia. El aluminio, por otro lado, tiene un 64% de conductividad que el cobre. Esto significa que se prefiere el aluminio al titanio en aplicaciones que requieren conductividad eléctrica.
4. Titanio y Aluminio: Conductividad Térmica
La conductividad térmica de un material es su capacidad para transferir o conducir calor. La conductividad térmica también puede entenderse como la velocidad de conducción en el tiempo a través de una unidad de espesor y una unidad de material bajo un gradiente de temperatura unitaria. Para ser buenos para aplicaciones térmicas, los materiales deben tener una alta conductividad térmica y los materiales con baja conductividad térmica son buenos aislantes.
El titanio tiene una conductividad térmica de 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK), mientras que el aluminio tiene una conductividad térmica de hasta 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) . En términos de conductividad térmica, el aluminio es más de diez veces mayor que el titanio. Por tanto, el aluminio es más resistente que el titanio en aplicaciones que requieren disipación de calor.
5. Titanio y aluminio: punto de fusión
El punto de fusión de un metal se refiere a la temperatura a la que el metal comienza a cambiar de sólido a líquido. En el punto de fusión, las fases sólida y líquida de un metal existen en equilibrio. Una vez que se alcanza este nivel de temperatura, se puede moldear fácilmente el metal.
El titanio tiene un punto de fusión de 1650 – 1670 °C (3000 – 3040 °F), por lo que se utiliza como metal refractario. El aluminio, por otro lado, tiene un punto de fusión más bajo, 660.37 °C (1220.7 °F), en comparación con el titanio. Por tanto, el titanio es más adecuado en aplicaciones resistentes al calor.
6. Titanio y aluminio: dureza
La dureza de un metal se refiere a su respuesta al grabado, abolladuras, deformaciones o rayones a lo largo de su superficie. El titanio tiene una dureza Brinell de 70 HB, que es mucho mayor que la de 15 HB del aluminio puro, pero algunos grados de aleaciones de aluminio son más duros que el titanio. Los ejemplos incluyen el temple de Aluminio 7075 T7 y T6, el temple de Aluminio 6082 T5 y T6, etc.
El titanio, por otro lado, se deforma fácilmente cuando se raya o se mella. Sin embargo, el titanio crea una superficie excepcionalmente dura al formar una capa de óxido que resiste la mayoría de las deformaciones. En aplicaciones donde la dureza es uno de los principales requisitos, la selección se basa en los requisitos específicos del proyecto, teniendo en cuenta el coste.
7. Titanio y Aluminio: Densidad
El titanio y el aluminio son metales ligeros. La densidad del aluminio (2712 kg/m 3) es menor que la del titanio (4500 kg/m 3). El aluminio pesa mucho menos por unidad de volumen que el titanio. Sin embargo, se requiere menos titanio para lograr una resistencia física comparable a la del aluminio. Esta es la razón por la que el titanio se utiliza en motores a reacción de aviones y naves espaciales. Se sabe que el titanio reduce los costos de combustible debido a su ligereza y resistencia.
Para algunas aplicaciones, la mejor opción es el titanio o el aluminio. Por ejemplo, el titanio se utiliza cuando la relación resistencia-peso es una preocupación, mientras que el aluminio se utiliza cuando sólo se requiere peso ligero.
8. Titanio y Aluminio: Precio
Comparando varillas del mismo volumen, el coste de las varillas de aluminio es menor que el de las varillas de titanio. Esto se debe a que fabricar titanio requiere más dificultad y experiencia, mientras que el aluminio es más fácil de fabricar. En términos de costo, el aluminio es más económico que el titanio.
9. Titanio y Aluminio: Durabilidad
La durabilidad de un material se refiere a su capacidad para mantener su funcionalidad cuando se le cuestiona sin requerir reparaciones o mantenimiento excesivos. Se sabe que tanto el titanio como el aluminio son duraderos y duran más. El titanio es extremadamente resistente y duradero y, si se cuida adecuadamente, su estructura puede durar décadas sin mostrar signos de desgaste.
El aluminio, por otro lado, también ha demostrado su durabilidad en entornos extremos, especialmente donde la resistencia, la seguridad y la durabilidad son fundamentales.
10. Titanio y Aluminio: maquinabilidad
La maquinabilidad se refiere a qué tan bien responde un metal a las tensiones del procesamiento (incluido el estampado, Torneado CNC, fresado CNC, etc.). La maquinabilidad de un metal es uno de los indicadores utilizados para determinar qué método de mecanizado utilizar. El torneado CNC y el fresado CNC son métodos populares para crear piezas de titanio y aluminio. Se pueden fabricar en menos de un día y cumplen con tolerancias de +/-0.005 pulgadas (0.13 mm). Cuando es necesario fabricar piezas rápidamente, el aluminio es la elección perfecta, ya que es más rentable y de alta calidad.
Sin embargo, cuando se trata de geometrías, los métodos de mecanizado pueden resultar algo restrictivos. Independientemente del material elegido, los diseños extremadamente complejos requieren soluciones diferentes. Otro factor a considerar a la hora de seleccionar materiales son los residuos de posprocesamiento. Por lo tanto, es posible eliminar el exceso de material con aluminio barato, pero no es ideal con titanio caro. Por lo tanto, los fabricantes rápidos suelen preferir utilizar aluminio para los prototipos y luego cambiar al titanio para las piezas de producción.
11. Titanio y Aluminio: Formabilidad
Relativamente hablando, el aluminio es más fácil de formar que el titanio. Todas las formas de aluminio se pueden convertir fácilmente en piezas terminadas utilizando una variedad de métodos. Por ejemplo, se pueden utilizar diferentes tipos de sierras para cortar perfiles de aluminio, mientras que el láser, el plasma o los chorros de agua pueden producir piezas de aluminio con formas y formas complejas. Aunque el titanio también se puede moldear, no es tan moldeable como el aluminio. Por lo tanto, cuando la conformabilidad es fundamental para el éxito de un proyecto, el aluminio es la elección perfecta.
12. Titanio y aluminio: soldabilidad
Se pueden soldar tanto titanio como aluminio. En comparación, la soldadura de titanio requiere más experiencia. El aluminio, por otro lado, es muy soldable y tiene muchos usos. Por tanto, si la soldabilidad es uno de los principales requisitos a la hora de seleccionar el material, el aluminio sería una elección perfecta.
13. Titanio y aluminio: límite elástico
El límite elástico de un material se refiere a la tensión máxima a la que el material comienza a deformarse permanentemente. El titanio comercialmente puro (>99% Ti) es un metal de resistencia baja a media que no es muy adecuado para la fabricación de estructuras o motores de aviones.
El aluminio puro, por otro lado, exhibe límites elásticos que varían desde 7 MPa hasta aproximadamente 11 MPa, mientras que las aleaciones de aluminio exhiben límites elásticos que varían desde 200 MPa hasta 600 MPa. Por lo tanto, el límite elástico de las aleaciones de aluminio es mayor que el del titanio.
14. Titanio y aluminio: resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción de un metal se refiere a la tensión más alta que un material puede soportar cuando se le somete a tensión. La resistencia máxima a la tracción del titanio y sus aleaciones a temperatura ambiente varía desde 230 MPa para los grados más blandos de titanio comercialmente puro hasta 1400 MPa para aleaciones de alta resistencia.
Las aleaciones de aluminio, por otro lado, presentan una resistencia mucho mayor que el aluminio puro. El aluminio puro tiene una resistencia a la tracción de 90 MPa, que puede aumentarse a más de 690 MPa para algunas aleaciones de aluminio tratables térmicamente.
15. Titanio y aluminio: resistencia al corte
La resistencia al corte de un metal se refiere a la capacidad del metal para resistir cargas de corte. El titanio tiene una resistencia al corte de entre 40 y 45 MPa, mientras que el aluminio tiene una resistencia al corte de entre 85 y aproximadamente 435 MPa. Por lo tanto, si la resistencia al corte es una de las razones principales para la selección del material, ciertos grados de aluminio pueden ser preferibles al titanio.
16. Titanio y Aluminio: Color
A la hora de distinguir o diferenciar entre titanio y aluminio, identificar el color es la forma más económica. Esto ayudará a identificar los materiales rápidamente a simple vista para evitar utilizar el metal incorrecto en su proyecto. Para diferenciarlo, el aluminio tiene un aspecto blanco plateado, con colores que van del plateado al gris oscuro según los elementos de aleación del material. Para superficies de aluminio más lisas, la apariencia suele ser plateada. El titanio, por el contrario, tiene un aspecto plateado que se oscurece con la luz.
Tabla comparativa resumida
Hemos podido hacer una comparación razonable entre el titanio y el aluminio utilizando aproximadamente 16 propiedades para obtener información profesional sobre el uso del material adecuado para su proyecto CNC.
Propiedad | Titanio | Aluminio |
Números atómicos | El número atómico es 22 o 22 protones. | El número atómico es 13 o 13 protones. |
Resistencia máxima a la tracción (UTS) | Posee una resistencia a la tracción de hasta 1170MPa. | Tiene una resistencia máxima de 310MPa. |
punto de fusión | El titanio se funde a 1650 – 1670 ᵒC | El aluminio se funde a 582 – 652 ᵒC |
Conductividad eléctrica | El titanio tiene un aluminio de baja conductividad eléctrica. | m presenta una excelente conductividad eléctrica |
Magneticidad | es paramagnético | no es magnético |
Fortaleza | Tiene el doble de resistencia que el aluminio. | Tiene una resistencia menor que el titanio. |
Conductividad Térmica | Baja conductividad térmica alta | conductividad térmica |
Aluminio VS Titanio, ¿qué material elegir?
Fuerza y durabilidad. El titanio es más resistente y duradero que el aluminio y tiene una mayor relación resistencia-peso, lo que significa que puede soportar impactos más severos sin agregar peso significativamente. Esto hace que el titanio sea una buena opción para engranajes que deben ser duraderos y capaces de soportar impactos y desgaste, y los entornos más hostiles.
Resistencia a la corrosión. El titanio es altamente resistente a la corrosión, lo que lo hace ideal para equipos para exteriores expuestos a la humedad y otros factores ambientales que pueden causar oxidación o degradación. Sin embargo, el aluminio también es naturalmente resistente a la corrosión. Además, el aluminio se puede anodizar o recubrir para proporcionar resistencia adicional a la corrosión. En este sentido, ambos tienen la misma resistencia a la corrosión, pero el titanio es el metal superior si se tienen en cuenta la resistencia y la integridad.
De peso. El aluminio es mucho más ligero que el titanio. Sin embargo, el titanio sigue siendo un material liviano que ofrece una excelente resistencia y durabilidad sin agregar demasiado peso. Las opciones aquí requieren concesiones. Si la cuestión es puramente de peso, entonces el aluminio es una opción clara, pero si también se considera la longevidad y la resistencia/integridad, el titanio es la opción más razonable.
Vida del producto. La vida útil promedio de los equipos de exterior de aluminio es de entre 5 y 15 años. Los engranajes de titanio son más fuertes, más duraderos y duran más. Por supuesto, existen excepciones para cada material, pero en términos generales, los engranajes de titanio durarán décadas, mientras que los engranajes de aluminio deberán reemplazarse con más frecuencia.
Costo. Los engranajes de aluminio siempre son más baratos. El titanio es un material más difícil de mecanizar que el aluminio y, por tanto, más caro de fabricar. El aluminio es muy trabajable y se puede cortar, moldear y moldear fácilmente en formas y diseños complejos. En comparación, las aleaciones de titanio son más difíciles. Esto eleva el precio del titanio, que de hecho es un factor importante a considerar por los clientes.
Conclusión
El titanio y el aluminio son dos materiales metálicos importantes en la creación de prototipos. Las propiedades del aluminio y el titanio los convierten en una opción versátil para aplicaciones en muchas industrias diferentes. Este artículo compara las diferentes propiedades del titanio y el aluminio. También hay varios factores que debes considerar antes de elegir estos metales. Consulte nuestra guía definitiva para titanio mecanizado CNC y Aluminio mecanizado CNC. Si necesita más ayuda, AN-Prototype está listo para ayudarlo. Por favor contáctenos inmediatamente.