Napjaink erős versenypiacán minden iparág innovatív módszereket keres a termékek rövid időn belüli piacra vitelére. Ennek eredményeként a tervező vagy gépész dönthet úgy, hogy költséghatékonyan megmunkálja a fémet, és maximalizálja a profitot. A tervezési követelmények teljesítésének mérlegelése alapján különösen fontos az összköltség minél nagyobb mértékű csökkentése. Amikor a tervezők könnyűfémek használatát tervezik prototípusok készítéséhez vagy egyedi alkatrészekhez, két népszerű fémanyag jut eszébe: a titán és az alumínium. A titánnak és az alumíniumnak hasonló szilárdság-tömeg aránya, korrózióállósága és egyéb kiváló tulajdonságai vannak, és széles körben használják különféle területeken. Talán kérdései vannak ezzel kapcsolatban: „A titán könnyebb, mint az alumínium?” vagy „A titán minden tulajdonságában jobb, mint az alumínium?” „Titán vagy alumínium, melyik anyag alkalmasabb a CNC projektemhez” és így tovább. Hogy segítsen megválaszolni ezeket a kérdéseket, AN-prototípus Évek alapján átfogó áttekintést nyújt mindkét anyag előnyeiről és hátrányairól CNC megmunkálás tapasztalat.
A titán nagyjából ugyanolyan sűrűségű, mint az alumínium, erősebb, mint az alumínium, és kiválóan ellenáll a korróziónak különböző környezetben, beleértve a tengervizet és a savas oldatokat is. Kiváló szilárdság-tömeg arányának és korrózióállóságának köszönhetően a titánt széles körben használják olyan iparágakban, mint a repülőgépgyártás, az autóipar, a hajók, az orvosi és a sportfelszerelések. A titán ideális anyag repülőgép-alkatrészek, űrhajóalkatrészek, motoralkatrészek és nagy teljesítményű sporteszközök gyártásához. Ugyanakkor a titán kiváló biokompatibilitású, nem mérgező és hipoallergén, így alkalmas orvosi implantátumok, protézisek, térdprotézisek, pacemakerek, koponyalemezek, sőt fogászati implantátumok gyökérkészülékeinek gyártására is. Tehát az orvosi alkalmazásokban a titán erősebb, mint az alumínium.
- Olvadáspont - 1668 C
- Forráspont - 3287 C
- Sűrűség – 4.506 g·cm−3
- Hővezető képesség – 21.9 W m-1 K-1
- 45%-kal könnyebb, mint az acél és 60%-kal nehezebb, mint az alumínium
- Szakítószilárdság - 3,000 psi-től 200,000 XNUMX psi-ig az ötvözettől függően
- Lineáris hőtágulási együttható – 8.6 x 10-6 K-1 (az alumíniumé fele)
A titán előnyei
- Kiváló tartósság
- A legnagyobb szilárdság/sűrűség arány
- A legelőnyösebb acél alternatíva
- Rozsda és korrózióálló
- Számos termékhez alkalmas
- Magas ellenállás a stresszes körülményekkel szemben
A titán hátrányai
- Alacsony rugalmassági modulus
- Magasabb költség, mint az alumínium
- A nagy szilárdság miatt nagy forgácsolóerők szükségesek
Az alumínium áttekintése
Az alumínium gazdaságos választás, könnyű és rugalmas fém, amely jó súly-szilárdság arányt kínál viszonylag alacsony áron. Alacsony sűrűségű, az acélnak csak egyharmadát nyomja, jó a korrózióállósága és nagy a törésállósága. Sötétezüst megjelenése annak köszönhető, hogy amint az alumínium levegővel érintkezik, vékony alumínium-oxid réteg képződik. Ez az oka a korrózióállóságának. Fontos, hogy az alumínium nagyobb mennyiségben van jelen, mint a titán, de ami igazán csökkenti az árat, az az alumínium előállításának egyszerűsége. Ezenkívül az alumínium jobb hő- és elektromos vezető, mint a titán. Az elektromos alkalmazásokhoz az alumínium erősebb, mint a titán.
- Olvadáspont - 660.4 C
- Forráspont - 2467 C
- Hővezető képesség – 235 W m-1 K-1
- Sűrűség – 2.7 g.cm -3 (kb 1/3 acél vagy réz, tehát könnyebb)
- Lineáris hőtágulási együttható – 23.1 x 10-6 K-1
- Szakítószilárdság – A tiszta alumíniumnak nincs nagy szakítószilárdsága, ezért gyakran ötvözik más fémekkel
Az alumínium előnyei
- Gazdaságosabb lehetőség
- Szagtalan és át nem eresztő
- Reflexiós képesség és rugalmasság
- Korrozióállóság
- Magas megmunkálhatóság és újrahasznosíthatóság
- Magas hő- és elektromos vezetőképesség
Az alumínium hátrányai
- A hegesztési folyamat nehéz
- Sós vízben vagy lúgos környezetben gyorsan korrodálódik
A titán és az alumínium átfogó összehasonlítása
Hasonlítsuk össze a titán és az alumínium tulajdonságait.
1. Titán és alumínium: elemi összetétel
A titán szimbóluma az elemek periódusos rendszerében Ti, rendszáma pedig 22. A titán fő ötvözőeleme az alumínium; más elemek, például vanádium, vas és molibdén is hozzáadható titánötvözetek kialakításához.
Az alumínium szimbóluma az elemek periódusos rendszerében az Al, a rendszám pedig 13. Az alumínium fő ötvözőeleme a magnézium, és különböző mennyiségű szilícium, cink, mangán, réz, vas, titán, króm, cirkónium és egyéb elemek is adhatók hozzá.
A titán- és alumíniumötvözetek kémiai összetétele testreszabható, hogy optimalizálják a teljesítményüket bizonyos alkalmazásokhoz. Például ha vanádiumot adunk a titánhoz, az javíthatja annak szilárdságát és rugalmasságát; magnézium hozzáadása javíthatja az alumínium szilárdságát és korrózióállóságát. Ezért a kémiai összetétel fontos szerepet játszik ezen ötvözetek tulajdonságainak és különböző feladatokra való alkalmasságának meghatározásában.
2. Titán és alumínium: korrózióállóság
A korrózióállóság a fém azon képessége, hogy ellenálljon a környezetével való kémiai reakciók során bekövetkező károsodásnak. A korrózióállóságot befolyásoló fő tényezők az ötvözet összetétele, a környezeti feltételek és a felületi minőség.
A titán kiváló korrózióállóságáról ismert, a felületén természetesen képződő rendkívül stabil oxidrétegnek köszönhetően. Ez az oxidréteg ellenáll a különböző korrozív környezeteknek, például tengervíznek, savaknak és lúgoknak. A felületén lévő erősen tapadó oxid bevonat hatékonyan akadályozza meg a további károsodást.
Az alumínium azonban oxidréteget is képez a felületén, és jó korrózióállóságot is mutat. Sajnos az alumínium oxidrétege sokkal vékonyabb, és viszonylag gyengébb a tapadása, mint a titán oxidrétege, ami érzékenyebbé teszi a korrozív környezet által okozott károsodásokra, és kitéve az alatta lévő fémet a korróziónak.
A környezeti feltételek mindkét fém korrózióállóságát is befolyásolják. Például a titán rendkívül ellenálló a kloridok okozta korrózióval szemben, így ideális tengeri környezetben. Az alumínium viszont kevésbé ellenálló a kloridok okozta korrózióval szemben, és további védőbevonatokra vagy kezelésekre lehet szükség a védettség megőrzéséhez.
A felületkezelés egy másik kulcsfontosságú tényező a korrózióállóság szempontjából. A durva vagy sérült felületek repedéseket és egyéb lehetséges talajokat képezhetnek, amelyek korróziót okoznak. A titán kiváló felületi sérülésekkel és kiváló felületkezelési tulajdonságokkal rendelkezik, így kevésbé érzékeny a korrózióra, mint az alumínium.
3. Titán és alumínium: elektromos vezetőképesség
A vezetőképesség egy anyag azon képességére utal, hogy lehetővé teszi az elektromos potenciál csökkenését, lehetővé téve az elektronok áramlását. Általánosságban elmondható, hogy egy bizonyos anyag elektromos vezetőképességének nemzetközi meghatározásához általában a rezet használják az elektromos vezetőképesség értékelésének viszonyítási alapjaként.
A titán és a réz elektromos vezetőképességének összehasonlításakor azt találták, hogy a titán a réz elektromos vezetőképességének körülbelül 3.1%-a. Ezért a titán elektromos vezető, de nem használható olyan alkalmazásokban, ahol jó elektromos vezetőképességre van szükség. Bár a titán nem vezeti jól az elektromosságot, jó ellenállásként működik. Az alumíniumnak viszont 64%-a a réz vezetőképessége. Ez azt jelenti, hogy az elektromos vezetőképességet igénylő alkalmazásokban előnyben részesítik az alumíniumot a titánnal szemben.
4. Titán és alumínium: hővezető képesség
Egy anyag hővezető képessége a hőátadó vagy -vezető képessége. A hővezető képesség felfogható úgy is, mint az egységnyi vastagságon és egységnyi anyagon áthaladó vezetés idősebessége egységnyi hőmérsékleti gradiens mellett. A termikus alkalmazásokhoz az anyagoknak nagy hővezető képességgel kell rendelkezniük, és az alacsony hővezetőképességű anyagok jó szigetelők.
A titán hővezető képessége 118 W/mK (17.0 BTU-in/óra láb²-°Fm), míg az alumínium akár 1460 W/mK (210 BTU-in/óra-ft²-°F) hővezető képességgel rendelkezik. . Hővezető képességét tekintve az alumínium több mint tízszerese a titánénak. Ezért az alumínium erősebb, mint a titán olyan alkalmazásokban, amelyek hőelvezetést igényelnek.
5. Titán és alumínium: olvadáspont
A fém olvadáspontja azt a hőmérsékletet jelenti, amelyen a fém szilárdból folyékonyra kezd átalakulni. Az olvadásponton a fém szilárd és folyékony fázisa egyensúlyban van. Ezt a hőmérsékleti szintet elérve a fém könnyen formázható.
A titán olvadáspontja 1650-1670 °C (3000-3040 °F), ezért tűzálló fémként használják. Az alumínium olvadáspontja viszont alacsonyabb, 660.37 °C (1220.7 °F), mint a titáné. Ezért a titán alkalmasabb hőálló alkalmazásokhoz.
6. Titán és alumínium: keménység
A fém keménysége a felülete mentén jelentkező maratásra, horpadásra, deformációra vagy karcolásra adott reakciójára utal. A titán Brinell keménysége 70 HB, ami sokkal nagyobb, mint a tiszta alumínium 15 HB, de egyes alumíniumötvözetek keményebbek, mint a titán. Ilyen például az alumínium 7075 T7 és T6 temper, az alumínium 6082 T5 és T6 temper stb.
A titán viszont könnyen deformálódik, ha karcolódik vagy benyomódik. A titán azonban kivételesen kemény felületet hoz létre azáltal, hogy oxidréteget képez, amely ellenáll a legtöbb deformációnak. Azokban az alkalmazásokban, ahol a keménység az egyik fő követelmény, a kiválasztás a projekt sajátos követelményei alapján történik, figyelembe véve a költségeket.
7. Titán és alumínium: Sűrűség
A titán és az alumínium egyaránt könnyűfém. Az alumínium sűrűsége (2712 kg/m 3) kisebb, mint a titáné (4500 kg/m 3). Az alumínium térfogategységenként sokkal kisebb tömegű, mint a titáné. Azonban kevesebb titánra van szükség az alumíniumhoz hasonló fizikai szilárdság eléréséhez. Ezért használják a titánt repülőgép-sugárhajtóművekben és űrhajókban. A titánról ismert, hogy könnyűsége és szilárdsága miatt csökkenti az üzemanyagköltségeket.
Egyes alkalmazásokhoz a titán vagy az alumínium a legjobb választás. Például a titánt ott használják, ahol a szilárdság/tömeg arány aggodalomra ad okot, míg az alumíniumot ott, ahol csak könnyű súlyra van szükség.
8. Titán és alumínium: Ár
Az azonos térfogatú rudakat összehasonlítva az alumínium rudak ára alacsonyabb, mint a titán rudak. Ennek oka, hogy a titán előállítása több nehézséget és szakértelmet igényel, míg az alumínium előállítása egyszerűbb. A költségek szempontjából az alumínium gazdaságosabb, mint a titán.
9. Titán és alumínium: Tartósság
Az anyag tartóssága arra utal, hogy képes fenntartani funkcionalitását, ha kihívást jelent, anélkül, hogy túlzott javítást vagy karbantartást igényelne. Mind a titán, mind az alumínium strapabíró és hosszabb élettartamú. A titán rendkívül erős és strapabíró, és megfelelő gondozás esetén váza akár évtizedekig is kitart anélkül, hogy a kopás nyomai látszódnának.
Az alumínium viszont extrém körülmények között is bizonyította tartósságát, különösen ott, ahol az erősség, a biztonság és a tartósság kritikus.
10. Titán és alumínium: megmunkálhatóság
A megmunkálhatóság azt jelenti, hogy a fém mennyire jól reagál a feldolgozási igénybevételekre (beleértve a sajtolást, CNC esztergálás, CNC marásstb.). A fém megmunkálhatósága az egyik mutató, amellyel meghatározható, hogy melyik megmunkálási módszert kell alkalmazni. A CNC esztergálás és CNC marás népszerű módszer a titán és alumínium alkatrészek előállítására. Kevesebb, mint egy nap alatt elkészíthetők, és betartják a +/-0.005 hüvelyk (0.13 mm) tűréshatárt. Ha az alkatrészeket gyorsan kell legyártani, az alumínium tökéletes választás, mivel költséghatékonyabb és jó minőségű.
A geometriák tekintetében azonban a megmunkálási módszerek némileg korlátozóak lehetnek. A választott anyagtól függetlenül a rendkívül összetett kialakítások eltérő megoldásokat igényelnek. Egy másik tényező, amelyet figyelembe kell venni az anyagok kiválasztásakor, az utófeldolgozási hulladék. Ezért a felesleges anyag lemarása olcsó alumíniummal kivitelezhető, de nem ideális drága titánnal. Ezért a gyorsgyártók gyakran inkább alumíniumot használnak prototípusokhoz, majd titánra váltanak a gyártási alkatrészekhez.
11. Titán és alumínium: alakíthatóság
Viszonylagosan az alumínium könnyebben alakítható, mint a titán. Az alumínium minden formája könnyen készíthető kész alkatrészekké, különféle módszerekkel. Például különböző típusú fűrészekkel lehet alumínium profilokat vágni, míg lézerrel, plazmával vagy vízsugárral összetett formájú és formájú alumínium alkatrészeket lehet készíteni. Bár a titán is alakítható, nem annyira formálható, mint az alumínium. Ezért amikor az alakíthatóság kritikus fontosságú egy projekt sikeréhez, az alumínium a tökéletes választás.
12. Titán és alumínium: hegeszthetőség
A titán és az alumínium egyaránt hegeszthető. Ehhez képest a titán hegesztése több szakértelmet igényel. Ezzel szemben az alumínium kiválóan hegeszthető, és számos felhasználási területe van. Ezért, ha a hegeszthetőség az egyik fő követelmény az anyagválasztás során, az alumínium tökéletes választás lenne.
13. Titán és alumínium: hozamerősség
Az anyag folyáshatára azt a maximális feszültséget jelenti, amelynél az anyag tartósan deformálódni kezd. A kereskedelmileg tiszta titán (>99% Ti) egy alacsony és közepes szilárdságú fém, amely nem alkalmas repülőgép-szerkezetek vagy hajtóművek gyártására.
Ezzel szemben a tiszta alumínium folyáshatára 7 MPa-tól körülbelül 11 MPa-ig terjed, míg az alumíniumötvözetek 200 MPa és 600 MPa közötti folyáshatárt mutatnak. Ezért az alumíniumötvözetek folyáshatára magasabb, mint a titáné.
14. Titán és alumínium: szakítószilárdság
A fém szakítószilárdsága azt a legnagyobb igénybevételt jelenti, amelyet az anyag feszültség alá helyezve képes ellenállni. A titán és ötvözeteinek végső szakítószilárdsága környezeti hőmérsékleten a 230 MPa-tól a kereskedelmileg tiszta titán legpuhább fajtáinál a 1400 MPa-ig a nagy szilárdságú ötvözetek esetében.
Az alumíniumötvözetek viszont sokkal nagyobb szilárdságot mutatnak, mint a tiszta alumínium. A tiszta alumínium szakítószilárdsága 90 MPa, amely egyes hőkezelhető alumíniumötvözeteknél 690 MPa fölé is növelhető.
15. Titán és alumínium: nyírószilárdság
A fém nyírószilárdsága a fém nyíróterhelésnek ellenálló képességére utal. A titán nyírószilárdsága 40 és 45 MPa között van, míg az alumíniumé 85 és körülbelül 435 MPa közötti. Ezért, ha a nyírószilárdság az anyagválasztás egyik elsődleges oka, bizonyos alumíniumminőségek előnyösebbek lehetnek a titánnál.
16. Titán és alumínium: Szín
A titán és az alumínium megkülönböztetésekor vagy megkülönböztetésekor a szín azonosítása a leggazdaságosabb módszer. Ez segít az anyagok szabad szemmel történő gyors azonosításában, hogy elkerülje a nem megfelelő fém felhasználását a projektben. A megkülönböztetés érdekében az alumínium ezüstös-fehér megjelenésű, az anyag ötvözőelemeitől függően az ezüsttől a sötétszürkéig terjedő színekkel. Simább alumínium felületek esetén a megjelenés általában ezüst. A titán viszont ezüstös megjelenésű, amely fény hatására sötétebbé válik.
Összefoglaló összehasonlító táblázat
Körülbelül 16 tulajdonság felhasználásával ésszerű összehasonlítást tudtunk végezni a titán és az alumínium között, hogy professzionális betekintést nyerhessünk a megfelelő anyag használatába a CNC projekthez.
Ingatlanok | Titán | Alumínium |
Atomi számok | s atomszáma 22 vagy 22 proton | s atomszáma 13 vagy 13 proton |
Végső szakítószilárdság (UTS) | Akár 1170 MPa szakítószilárdsággal rendelkezik | A végső szilárdsága 310 MPa |
Olvadáspont | A titán 1650-1670 °C-on olvad | Az alumínium 582-652 °C-on olvad |
Elektromos vezetőképesség | A titán alacsony elektromos vezetőképességű alumíniummal rendelkezik | m kiváló elektromos vezetőképességet mutat |
Mágnesesség | Ez paramágneses | t nem mágneses |
Erő | Az alumíniumnak kétszerese az erőssége | t kisebb szilárdságú, mint a titáné |
Hővezető | Alacsony hővezető képesség magas | h hővezető képesség |
Alumínium VS Titanium, melyik anyagot válasszam?
Erő és tartósság. A titán erősebb és tartósabb, mint az alumínium, és nagyobb a szilárdság-tömeg aránya, ami azt jelenti, hogy ellenáll a súlyosabb ütéseknek anélkül, hogy jelentős mértékben növelné a súlyt. Ez teszi a titánt jó választássá olyan fogaskerekek számára, amelyeknek tartósnak kell lenniük, és ellenállniuk kell az ütéseknek és a kopásnak, valamint a legzordabb környezetnek is.
Korrozióállóság. A titán rendkívül ellenálló a korrózióval szemben, így ideális kültéri felszerelésekhez, amelyek nedvességnek, páratartalomnak és más környezeti tényezőknek vannak kitéve, amelyek rozsdát vagy leromlást okozhatnak. Az alumínium azonban természetesen ellenáll a korróziónak is. Ezenkívül az alumínium eloxálható vagy bevonható, hogy további korrózióállóságot biztosítson. Ebben a kérdésben mindkettő ugyanolyan korrózióállósággal rendelkezik, de a titán a kiváló fém, ha figyelembe vesszük az erőt és az integritást.
Tömeg. Az alumínium sokkal könnyebb, mint a titán. A titán azonban még mindig könnyű anyag, amely kiváló szilárdságot és tartósságot kínál anélkül, hogy túl sok súlyt adna hozzá. Az itteni választások kompromisszumot igényelnek. Ha a probléma pusztán a súly, akkor az alumínium egyértelmű választás, de ha figyelembe vesszük a hosszú élettartamot és az erőt/integritást is, a titán az ésszerűbb választás.
A termék élettartama. Az alumínium kültéri felszerelések átlagos élettartama körülbelül 5-15 év. A titán fogaskerekek erősebbek, tartósabbak és tovább tartanak. Természetesen minden anyagnál vannak kivételek, de általánosságban elmondható, hogy a titán fogaskerekek évtizedekig kitartanak, míg az alumínium fogaskerekeket gyakrabban kell cserélni.
Költség. Az alumínium fogaskerekek mindig olcsóbbak. A titán nehezebben megmunkálható anyag, mint az alumínium, ezért előállítása is drágább. Az alumínium rendkívül jól megmunkálható, és könnyen vágható, formázható, valamint összetett formákká és mintákká alakítható. Ehhez képest a titánötvözetek nehezebbek. Ez megemeli a titán árát, ami valóban fontos tényező az ügyfelek számára.
Következtetés
A titán és az alumínium két fontos fémanyag a prototípusgyártásban. Az alumínium és a titán tulajdonságai sokoldalú választássá teszik őket számos különböző iparágban. Ez a cikk a titán és az alumínium különböző tulajdonságait hasonlítja össze. Számos tényezőt is figyelembe kell vennie, mielőtt kiválasztja ezeket a fémeket. Tekintse meg végső útmutatónkat CNC megmunkálás titán és a CNC megmunkálású alumínium. Ha további segítségre van szüksége, az AN-Prototype készen áll a segítségére. Kérjük, azonnal lépjen kapcsolatba velünk.
