Sur le marché hautement concurrentiel d'aujourd'hui, chaque secteur est à la recherche de moyens innovants pour commercialiser ses produits dans un court laps de temps. En conséquence, un concepteur ou un machiniste peut choisir d’usiner le métal de manière rentable et de maximiser ses profits. En tenant compte du respect des exigences de conception, il est particulièrement important de réduire au maximum le coût total. Lorsque les concepteurs envisagent d’utiliser des métaux légers pour le prototypage ou des pièces personnalisées, deux matériaux métalliques populaires viennent à l’esprit : le titane et l’aluminium. Le titane et l'aluminium ont un rapport résistance/poids, une résistance à la corrosion et d'autres excellentes propriétés similaires et sont largement utilisés dans divers domaines. Peut-être avez-vous des questions à ce sujet : « Le titane est-il plus léger que l'aluminium ? ou "Le titane est-il meilleur que l'aluminium dans toutes les propriétés ?" « Titane ou aluminium, quel matériau est le plus adapté à mon projet CNC » et ainsi de suite. Pour vous aider à répondre à ces questions, AN-Prototype fournit un aperçu complet des avantages et des inconvénients des deux matériaux, basé sur des années d'expérience. Usinage CNC expérience.
Le titane a à peu près la même densité que l'aluminium, est plus résistant que l'aluminium et possède une excellente résistance à la corrosion dans divers environnements, notamment l'eau de mer et les solutions acides. En raison de son excellent rapport résistance/poids et de sa résistance à la corrosion, le titane est largement utilisé dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile, les navires, les équipements médicaux et sportifs. Le titane est un matériau idéal pour la fabrication de composants d’avions, de pièces d’engins spatiaux, de composants de moteurs et d’équipements sportifs de haute performance. Dans le même temps, le titane présente une excellente biocompatibilité, est non toxique et hypoallergénique, ce qui le rend adapté à la fabrication d'implants médicaux, de prothèses, d'arthroplasties du genou, de stimulateurs cardiaques, de plaques crâniennes et même de dispositifs radiculaires pour implants dentaires. Ainsi, pour les applications médicales, le titane est plus résistant que l’aluminium.
- Point de fusion – 1668°C
- Point d'ébullition – 3287°C
- Densité – 4.506 g·cm−3
- Conductivité thermique – 21.9 W m-1 K-1
- 45 % plus léger que l'acier et 60 % plus lourd que l'aluminium
- Résistance à la traction – de 3,000 200,000 psi à XNUMX XNUMX psi selon l'alliage
- Coefficient de dilatation thermique linéaire – 8.6 x 10-6 K-1 (la moitié de celui de l'aluminium)
Avantages du titane
- Excellente durabilité
- Rapport résistance/densité le plus élevé
- Alternative en acier préférée
- Rouille et résistant à la corrosion
- Convient à de nombreux produits
- Haute résistance aux conditions stressantes
Inconvénients du titane
- Faible module élastique
- Coût plus élevé que l'aluminium
- Des forces de coupe élevées sont nécessaires en raison de la haute résistance
Aperçu de l'aluminium
L'aluminium est un choix économique, un métal léger et ductile qui offre un bon rapport poids/résistance à un prix relativement bas. Il a une faible densité, ne pèse qu'un tiers de l'acier et présente une bonne résistance à la corrosion et une ténacité élevée. Son aspect argenté foncé est dû à la formation d’une fine couche d’oxyde d’aluminium dès que l’aluminium est exposé à l’air. C'est la raison de sa résistance à la corrosion. Il est important de noter que l’aluminium est plus abondant que le titane, mais ce qui fait réellement baisser le prix, c’est la facilité de fabrication de l’aluminium. De plus, l’aluminium est un meilleur conducteur de chaleur et d’électricité que le titane. Pour les applications électriques, l’aluminium est plus résistant que le titane.
- Point de fusion – 660.4°C
- Point d'ébullition – 2467°C
- Conductivité thermique – 235 W m-1 K-1
- Densité – 2.7 g.cm -3 (environ 1/3 d'acier ou de cuivre, donc plus léger)
- Coefficient de dilatation thermique linéaire – 23.1 x 10-6 K-1
- Résistance à la traction – L'aluminium pur n'a pas une résistance à la traction élevée, c'est pourquoi il est souvent allié à d'autres métaux
Avantages de l'aluminium
- Option plus économique
- Inodore et imperméable
- Réflectivité et flexibilité
- Résistance à la corrosion
- Haute usinabilité et recyclabilité
- Haute conductivité thermique et électrique
Inconvénients de l'aluminium
- Le processus de soudage est difficile
- Se corrode rapidement dans l'eau salée ou dans les environnements alcalins
Comparaison complète du titane et de l'aluminium
Comparons les propriétés du titane et de l'aluminium.
1. Titane et aluminium : composition élémentaire
Le symbole du titane dans le tableau périodique des éléments est Ti, et son numéro atomique est 22. Le principal élément d’alliage du titane est l’aluminium ; d'autres éléments tels que le vanadium, le fer et le molybdène peuvent également être ajoutés pour former des alliages de titane.
Le symbole de l'aluminium sur le tableau périodique des éléments est Al, et le numéro atomique est 13. Le principal élément d'alliage de l'aluminium est le magnésium, et différentes quantités de silicium, de zinc, de manganèse, de cuivre, de fer, de titane, de chrome, de zirconium et d'autres éléments peuvent également être ajoutées.
La composition chimique des alliages de titane et d'aluminium peut être adaptée pour optimiser leurs performances pour des applications spécifiques. Par exemple, l’ajout de vanadium au titane peut améliorer sa résistance et sa ductilité ; l'ajout de magnésium peut améliorer la résistance de l'aluminium et sa résistance à la corrosion. Par conséquent, la composition chimique joue un rôle important dans la détermination des propriétés et de l’adéquation de ces alliages à diverses tâches.
2. Titane et aluminium : résistance à la corrosion
La résistance à la corrosion est la capacité d'un métal à résister à la détérioration due à des réactions chimiques avec son environnement. Les principaux facteurs affectant la résistance à la corrosion sont la composition de l’alliage, les conditions environnementales et l’état de surface.
Le titane est connu pour son excellente résistance à la corrosion grâce à la couche d’oxyde très stable qui se forme naturellement à sa surface. Cette couche d'oxyde peut résister à divers environnements corrosifs tels que l'eau de mer, les acides et les alcalis. Un revêtement d'oxyde hautement adhésif sur sa surface empêche efficacement toute détérioration supplémentaire.
Cependant, l’aluminium forme également une couche d’oxyde à sa surface et présente également une bonne résistance à la corrosion. Malheureusement, la couche d'oxyde d'aluminium est beaucoup plus fine et a une adhérence relativement faible que la couche d'oxyde de titane, ce qui la rend plus susceptible aux dommages causés par des environnements corrosifs et expose le métal sous-jacent à la corrosion.
Les conditions environnementales affectent également la résistance à la corrosion des deux métaux. Par exemple, le titane est très résistant à la corrosion provoquée par les chlorures, ce qui le rend idéal pour les environnements marins. L'aluminium, en revanche, est moins résistant à la corrosion causée par les chlorures et peut nécessiter des revêtements ou des traitements de protection supplémentaires pour rester protégé.
La finition de surface est un autre facteur clé de la résistance à la corrosion. Les surfaces rugueuses ou endommagées peuvent créer des fissures et d’autres salissures potentielles propices à la corrosion. Le titane présente une excellente résistance aux dommages de surface et d'excellentes propriétés de traitement de surface, ce qui le rend moins sensible à la corrosion que l'aluminium.
3. Titane et aluminium : conductivité électrique
La conductivité fait référence à la capacité d'un matériau à laisser chuter le potentiel électrique, permettant ainsi aux électrons de circuler. D'une manière générale, afin de déterminer la conductivité électrique d'un certain matériau au niveau international, le cuivre est généralement utilisé comme référence pour évaluer la conductivité électrique.
Lorsque les conductivités électriques du titane et du cuivre ont été comparées, il a été constaté que le titane possède environ 3.1 % de la conductivité électrique du cuivre. Le titane est donc conducteur d’électricité, mais ne peut pas être utilisé dans des applications où une bonne conductivité électrique est requise. Bien que le titane ne conduise pas bien l’électricité, il agit comme une bonne résistance. L’aluminium, quant à lui, a une conductivité 64 % supérieure à celle du cuivre. Cela signifie que l’aluminium est préféré au titane dans les applications nécessitant une conductivité électrique.
4. Titane et aluminium : conductivité thermique
La conductivité thermique d'un matériau est sa capacité à transférer ou à conduire la chaleur. La conductivité thermique peut également être comprise comme le taux temporel de conduction à travers l'épaisseur unitaire et le matériau unitaire sous un gradient de température unitaire. Pour être adaptés aux applications thermiques, les matériaux doivent avoir une conductivité thermique élevée et les matériaux à faible conductivité thermique constituent de bons isolants.
Le titane a une conductivité thermique de 118 BTU-in/h-ft²-°Fm (17.0 W/mK), tandis que l'aluminium a une conductivité thermique allant jusqu'à 1460 210 BTU-in/hr-ft²-°F (XNUMX W/mK). . En termes de conductivité thermique, l'aluminium est plus de dix fois supérieur à celui du titane. Par conséquent, l’aluminium est plus résistant que le titane dans les applications nécessitant une dissipation thermique.
5. Titane et aluminium : point de fusion
Le point de fusion d'un métal fait référence à la température à laquelle le métal commence à passer du solide au liquide. Au point de fusion, les phases solide et liquide d'un métal existent en équilibre. Une fois ce niveau de température atteint, le métal peut être facilement façonné.
Le titane a un point de fusion de 1650 1670 à 3000 3040 °C (660.37 1220.7 à XNUMX XNUMX °F), c'est pourquoi il est utilisé comme métal réfractaire. L'aluminium, quant à lui, a un point de fusion inférieur de XNUMX °C (XNUMX XNUMX °F) à celui du titane. Le titane est donc plus adapté aux applications résistantes à la chaleur.
6. Titane et aluminium : dureté
La dureté d'un métal fait référence à sa réponse à la gravure, à l'enfoncement, à la déformation ou aux rayures sur sa surface. Le titane a une dureté Brinell de 70 HB, ce qui est bien supérieur aux 15 HB de l'aluminium pur, mais certaines qualités d'alliages d'aluminium sont plus dures que le titane. Les exemples incluent l'aluminium 7075 trempé T7 et T6, l'aluminium 6082 trempé T5 et T6, etc.
Le titane, en revanche, se déforme facilement lorsqu'il est rayé ou enfoncé. Cependant, le titane crée une surface exceptionnellement dure en formant une couche d’oxyde qui résiste à la plupart des déformations. Dans les applications où la dureté est l'une des principales exigences, la sélection est basée sur les exigences spécifiques du projet, en tenant compte du coût.
7. Titane et aluminium : densité
Le titane et l’aluminium sont tous deux des métaux légers. La densité de l'aluminium (2712 kg/m 3) est inférieure à celle du titane (4500 kg/m 3). L'aluminium pèse beaucoup moins par unité de volume que le titane. Cependant, il faut moins de titane pour obtenir une résistance physique comparable à celle de l’aluminium. C’est pourquoi le titane est utilisé dans les moteurs d’avions et les engins spatiaux. Le titane est connu pour réduire les coûts de carburant grâce à sa légèreté et sa résistance.
Pour certaines applications, le titane ou l'aluminium constituent le meilleur choix. Par exemple, le titane est utilisé lorsque le rapport résistance/poids est un problème, tandis que l'aluminium est utilisé lorsque seul un poids léger est requis.
8. Titane et aluminium : prix
En comparant des tiges de même volume, le coût des tiges en aluminium est inférieur à celui des tiges en titane. En effet, la fabrication du titane nécessite plus de difficulté et d'expertise, tandis que l'aluminium est plus facile à fabriquer. En termes de coût, l'aluminium est plus économique que le titane.
9. Titane et aluminium : Durabilité
La durabilité d’un matériau fait référence à sa capacité à conserver sa fonctionnalité lorsqu’il est mis à l’épreuve sans nécessiter de réparations ou d’entretien excessifs. Le titane et l’aluminium sont connus pour être durables et durer plus longtemps. Le titane est extrêmement solide et durable, et s'il est correctement entretenu, son cadre peut durer des décennies sans montrer aucun signe d'usure.
L'aluminium, quant à lui, a également prouvé sa durabilité dans des environnements extrêmes, en particulier là où la résistance, la sécurité et la durabilité sont essentielles.
10. Titane et aluminium : usinabilité
L'usinabilité fait référence à la façon dont un métal répond aux contraintes de traitement (y compris l'emboutissage, Tournage CNC, fraisage CNC, etc.). L’usinabilité d’un métal est l’un des indicateurs permettant de déterminer quelle méthode d’usinage utiliser. Le tournage CNC et le fraisage CNC sont des méthodes populaires pour créer des pièces en titane et en aluminium. Ils peuvent être fabriqués en moins d'une journée et respectent des tolérances de +/-0.005 pouces (0.13 mm). Lorsque les pièces doivent être fabriquées rapidement, l’aluminium est un choix parfait car il est plus rentable et de haute qualité.
Cependant, lorsqu’il s’agit de géométries, les méthodes d’usinage peuvent être quelque peu restrictives. Quel que soit le matériau choisi, des conceptions extrêmement complexes nécessitent des solutions différentes. Un autre facteur à prendre en compte lors de la sélection des matériaux concerne les déchets post-traitement. Par conséquent, le fraisage de l’excédent de matériau est réalisable avec de l’aluminium bon marché, mais pas idéal avec du titane coûteux. Par conséquent, les fabricants de produits rapides préfèrent souvent utiliser l’aluminium pour leurs prototypes, puis se tournent vers le titane pour les pièces de production.
11. Titane et aluminium : formabilité
Relativement parlant, l’aluminium est plus facile à former que le titane. Toutes les formes d’aluminium peuvent être facilement transformées en pièces finies en utilisant diverses méthodes. Par exemple, différents types de scies peuvent être utilisés pour couper des profilés en aluminium, tandis que les lasers, le plasma ou les jets d'eau peuvent produire des pièces en aluminium aux formes et formes complexes. Bien que le titane soit également formable, il ne l’est pas autant que l’aluminium. Par conséquent, lorsque la formabilité est essentielle à la réussite d’un projet, l’aluminium constitue le choix idéal.
12. Titane et aluminium : soudabilité
Le titane et l'aluminium peuvent être soudés. En comparaison, le soudage du titane nécessite plus d’expertise. L’aluminium, quant à lui, est hautement soudable et a de nombreuses utilisations. Par conséquent, si la soudabilité est l’une des principales exigences lors du choix des matériaux, l’aluminium serait un choix parfait.
13. Titane et aluminium : limite d’élasticité
La limite d'élasticité d'un matériau fait référence à la contrainte maximale à laquelle le matériau commence à se déformer de façon permanente. Le titane commercialement pur (> 99 % Ti) est un métal de résistance faible à moyenne qui ne convient pas bien à la fabrication de structures ou de moteurs d'avion.
L'aluminium pur, en revanche, présente des limites d'élasticité allant de 7 MPa à environ 11 MPa, tandis que les alliages d'aluminium présentent des limites d'élasticité allant de 200 MPa à 600 MPa. Par conséquent, la limite d’élasticité des alliages d’aluminium est supérieure à celle du titane.
14. Titane et aluminium : résistance à la traction
La résistance à la traction d’un métal fait référence à la contrainte la plus élevée qu’un matériau peut supporter lorsqu’il est mis en tension. La résistance à la traction ultime du titane et de ses alliages à température ambiante varie de 230 MPa pour les qualités de titane commercialement pur les plus tendres à 1400 XNUMX MPa pour les alliages à haute résistance.
Les alliages d’aluminium, en revanche, présentent une résistance bien supérieure à celle de l’aluminium pur. L'aluminium pur a une résistance à la traction de 90 MPa, qui peut être augmentée jusqu'à plus de 690 MPa pour certains alliages d'aluminium traitables thermiquement.
15. Titane et aluminium : résistance au cisaillement
La résistance au cisaillement d’un métal fait référence à sa capacité à résister aux charges de cisaillement. Le titane a une résistance au cisaillement comprise entre 40 et 45 MPa, tandis que l'aluminium a une résistance au cisaillement comprise entre 85 et environ 435 MPa. Par conséquent, si la résistance au cisaillement est l’une des principales raisons de choix du matériau, certaines qualités d’aluminium peuvent être préférables au titane.
16. Titane et aluminium : couleur
Lors de la distinction ou de la différenciation entre le titane et l’aluminium, l’identification de la couleur est le moyen le plus économique. Cela aidera à identifier rapidement les matériaux à l'œil nu pour éviter d'utiliser le mauvais métal sur votre projet. Pour se différencier, l'aluminium a un aspect blanc argenté, avec des couleurs allant de l'argent au gris foncé selon les éléments d'alliage du matériau. Pour les surfaces en aluminium plus lisses, l’aspect est généralement argenté. Le titane, quant à lui, a un aspect argenté qui devient plus foncé sous la lumière.
Tableau comparatif récapitulatif
Nous avons pu effectuer une comparaison raisonnable entre le titane et l'aluminium en utilisant environ 16 propriétés afin d'acquérir des connaissances professionnelles sur l'utilisation du bon matériau pour votre projet CNC.
Propriété | Titane | Aluminium |
Numéros atomiques | le numéro atomique du s est de 22 ou 22 protons | le numéro atomique du s est de 13 ou 13 protons |
Résistance à la traction ultime (UTS) | Il possède une résistance à la traction allant jusqu'à 1170MPa | Il a une résistance ultime de 310MPa |
Point de fusion | Le titane fond entre 1650 1670 et XNUMX XNUMX ᵒC | L'aluminium fond entre 582 et 652 ᵒC |
Conductivité électrique | Le titane a un aluminium à faible conductivité électrique | m présente une excellente conductivité électrique |
Magnétisation | C'est paramagnétique | il n'est pas magnétique |
Force | Il a deux fois la résistance de l'aluminium | il a une résistance inférieure à celle du titane |
Conductivité thermique | Faible conductivité thermique élevée | h conductivité thermique |
Aluminium VS Titane, quel matériau choisir ?
Résistance et durabilité. Le titane est plus solide et plus durable que l'aluminium et présente un rapport résistance/poids plus élevé, ce qui signifie qu'il peut résister à des impacts plus graves sans ajouter de poids de manière significative. Cela fait du titane un bon choix pour les engrenages qui doivent être durables et capables de résister aux chocs et à l'usure, ainsi qu'aux environnements les plus difficiles.
Résistance à la corrosion. Le titane est très résistant à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les équipements d'extérieur exposés à l'humidité et à d'autres facteurs environnementaux pouvant provoquer de la rouille ou une dégradation. Cependant, l’aluminium est aussi naturellement résistant à la corrosion. De plus, l'aluminium peut être anodisé ou revêtu pour offrir une résistance supplémentaire à la corrosion. Dans ce domaine, les deux ont la même résistance à la corrosion, mais le titane est le métal supérieur lorsque la résistance et l’intégrité sont prises en compte.
Poids. L'aluminium est beaucoup plus léger que le titane. Cependant, le titane reste un matériau léger qui offre une excellente résistance et durabilité sans ajouter trop de poids. Les choix ici nécessitent des compromis. Si le problème est purement de poids, alors l'aluminium est un choix évident, mais si l'on considère également la longévité et la résistance/intégrité, le titane est le choix le plus raisonnable.
Durée de vie du produit. La durée de vie moyenne des équipements d’extérieur en aluminium est d’environ 5 à 15 ans. Les engrenages en titane sont plus solides, plus durables et durent plus longtemps. Bien sûr, il existe des exceptions pour chaque matériau, mais d'une manière générale, les engrenages en titane dureront des décennies, tandis que les engrenages en aluminium devront être remplacés plus fréquemment.
Coût. Les engrenages en aluminium sont toujours moins chers. Le titane est un matériau plus difficile à usiner que l’aluminium et donc plus coûteux à fabriquer. L'aluminium est très malléable et peut être facilement coupé, façonné et transformé en formes et conceptions complexes. En comparaison, les alliages de titane sont plus difficiles à réaliser. Cela fait monter le prix du titane, ce qui constitue en effet un facteur majeur à prendre en compte par les clients.
Pour aller plus loin
Le titane et l'aluminium sont deux matériaux métalliques importants dans le prototypage. Les propriétés de l’aluminium et du titane en font un choix polyvalent pour des applications dans de nombreuses industries différentes. Cet article compare les différentes propriétés du titane et de l'aluminium. Vous devez également prendre en compte divers facteurs avant de choisir ces métaux. Consultez notre guide ultime pour Usinage CNC du titane et le Usinage CNC en aluminium. Si vous avez besoin de plus d'aide, AN-Prototype est prêt à vous aider. Veuillez nous contacter immédiatement.