Lavorazione CNC è il processo di fabbricazione più comune nell'industria manifatturiera ed è altamente compatibile con una varietà di materiali metallici. Tra i materiali metallici, l'acciaio inossidabile e il titanio sono i due materiali più comunemente utilizzati durante la lavorazione CNC di parti personalizzate o prototipi. Questi due materiali metallici dall'aspetto simile sono molto versatili. Intorno a noi troviamo parti CNC in acciaio inossidabile e titanio in molte applicazioni diverse.
Ed è frequente la sovrapposizione applicativa tra i due: in campo medico, ad esempio, l’acciaio inossidabile ha sempre dominato. Fu solo negli anni ’1980 che il titanio iniziò a sostituire gradualmente l’acciaio inossidabile grazie alla sua maggiore biocompatibilità e al rapporto resistenza/peso più elevato. Acciaio inossidabile CNC e le parti in titanio sono ampiamente utilizzate nell'industria aerospaziale, dai motori a reazione alle cabine di pilotaggio fino al carrello di atterraggio. Sia l'acciaio inossidabile che il titanio sono resistenti agli urti, durevoli e altamente resistenti alla corrosione. In questo articolo forniremo un'analisi approfondita delle differenze tra acciaio inossidabile e titanio nel processo di lavorazione CNC da diverse prospettive per guidare la selezione del materiale migliore per il tuo prossimo progetto CNC.
L'acciaio inossidabile è una lega di acciaio e carbonio contenente almeno il 10.5% di cromo in massa e un massimo di 1.2% di carbonio in massa. La resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile possono essere ulteriormente migliorate aggiungendo altri elementi come nichel, molibdeno, titanio, niobio e manganese. L'acciaio inossidabile è acciaio mescolato con uno o più elementi per modificarne le proprietà. Quando l'acciaio inossidabile entra in contatto con l'aria, l'umidità o l'acqua, sulla sua superficie si forma una sottile pellicola di ossido impermeabile. Questo strato di ossido passivato ne protegge la superficie e ha capacità di autoriparazione uniche.
5 tipi di acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile può essere suddiviso in cinque diversi tipi. Questi includono:
- Acciaio inossidabile ferritico
- Acciaio inossidabile austenitico
- Acciaio inossidabile martensitico
- Duplex in acciaio inox
- PH acciaio inossidabile
Acciaio inossidabile ferritico
Gli acciai inossidabili ferritici contengono circa dal 10.5% al 30% di cromo, hanno meno carbonio (C<0.08%) e non contengono nichel. Gli acciai inossidabili ferritici hanno una microstruttura prevalentemente ferritica a tutte le temperature e non possono essere induriti mediante trattamento termico e tempra. Sebbene alcuni gradi ferritici contengano fino al 4.00% di molibdeno, il cromo è il componente principale della lega metallica. Inoltre, hanno una resistenza relativamente bassa alle alte temperature. Il più grande vantaggio dell’acciaio ferritico è la sua capacità di resistere alla tensocorrosione. Questa capacità li rende un'alternativa interessante agli acciai inossidabili austenitici nelle applicazioni in cui si verifica SCC in ambienti contenenti cloruri. Alcuni gradi di acciaio inossidabile ferritico, come l'acciaio inossidabile 430, hanno una forte resistenza alla corrosione e un'elevata resistenza al calore.
Acciaio inossidabile 430
L'acciaio inossidabile 430 ha un'eccellente resistenza alla corrosione, una maggiore conduttività termica, un coefficiente di dilatazione termica inferiore e una migliore resistenza alla fatica termica rispetto all'acciaio inossidabile austenitico. Contiene l'elemento stabilizzante titanio, quindi la saldatura ha forti proprietà meccaniche. L'acciaio inossidabile 430 è spesso utilizzato nella decorazione architettonica, nei componenti di bruciatori di carburante, negli elettrodomestici e nei componenti di elettrodomestici.
430F è una versione migliorata dell'acciaio inossidabile 430, che ne migliora le prestazioni di taglio. Viene utilizzato principalmente nella produzione di torni automatizzati, bulloni e dadi. 430LX è una lega che aggiunge Ti o Nb all'acciaio 430 per ridurre il contenuto di carbonio e migliorare le proprietà di lavorazione e saldatura. Viene utilizzato principalmente per la produzione di serbatoi di acqua calda, sistemi di fornitura di acqua calda, articoli sanitari, elettrodomestici, elettrodomestici durevoli, volani di biciclette, ecc.
Acciaio inossidabile austenitico
Gli acciai inossidabili austenitici hanno un contenuto di Cr compreso tra il 16% e il 25% e possono contenere anche azoto, entrambi i quali contribuiscono a migliorare la loro resistenza alla corrosione. Gli acciai inossidabili austenitici hanno la maggiore resistenza alla corrosione di tutti gli acciai inossidabili, oltre a eccellenti proprietà a bassa temperatura e resistenza alle alte temperature. Acciaio inossidabile austeniticoGli elementi nichel, manganese e azoto determinano la microstruttura cubica a facce centrate (fcc) non magnetica dell'acciaio inossidabile austenitico e la sua facilità di saldatura.
L'acciaio inossidabile austenitico non può essere indurito mediante trattamento termico, ma può essere indurito fino a livelli di resistenza elevati con altri mezzi mantenendo una buona duttilità e tenacità. I gradi di acciaio inossidabile austenitico più conosciuti sono l'acciaio inossidabile 304 e l'acciaio inossidabile 316. Hanno un'eccellente resistenza a varie condizioni ambientali e ad un'ampia gamma di mezzi corrosivi.
Acciaio inossidabile 304
Tra gli acciai inossidabili austenitici è ampiamente utilizzato l’acciaio inossidabile 304. Il suo elemento chimico principale è il ferro, ma ha un alto contenuto di nichel (dall'8% al 10.5% in peso) e un alto contenuto di cromo (dal 18% al 20% in peso), e contiene anche altri componenti di lega come manganese, silicio e carbonio. Grazie al suo elevato contenuto di cromo e nichel, l'acciaio inossidabile 304 ha una buona resistenza alla corrosione. Gli usi comuni dell'acciaio inossidabile 304 includono frigoriferi e lavastoviglie, apparecchiature commerciali per la lavorazione degli alimenti, elementi di fissaggio, tubi, scambiatori di calore e altro ancora.
Acciaio inossidabile 316
L'acciaio inossidabile 316 è simile al 304. Contiene principalmente ferro e alte concentrazioni di cromo e nichel. Contiene anche silicio, manganese e carbonio. La composizione chimica dell'acciaio inossidabile 304 e 316 è diversa, con il 316 contenente dal 2 al 3% di molibdeno (in peso), mentre il contenuto di molibdeno nel 304 è trascurabile. Il grado 316 ha una maggiore resistenza alla corrosione grazie alla sua maggiore percentuale di molibdeno. Quando si parla di acciai inossidabili austenitici per applicazioni marine, l’acciaio inossidabile 316 è spesso considerato una delle scelte migliori. L'acciaio inossidabile 316 è comunemente utilizzato anche nelle apparecchiature per la lavorazione e lo stoccaggio di prodotti chimici, nelle raffinerie, nelle apparecchiature mediche e negli ambienti marini, in particolare quelli contenenti cloruri.
Acciaio inossidabile martensitico
L'acciaio inossidabile martensitico è simile all'acciaio ferritico in quanto contiene dal 12% al 14% di cromo e dallo 0.2% all'1% di molibdeno, ma il suo contenuto di carbonio arriva fino all'1% e solitamente non contiene nichel. Poiché l'acciaio inossidabile martensitico contiene più carbonio, come gli acciai al carbonio e bassolegati, può essere raffreddato e rinvenuto per aumentarne la durezza. L'acciaio inossidabile martensitico ha una moderata resistenza alla corrosione ed è forte e leggermente fragile. A differenza dell'acciaio inossidabile austenitico, l'acciaio inossidabile martensitico è magnetico e può essere testato in modo non distruttivo utilizzando metodi di prova con particelle magnetiche. I prodotti tipici dell'acciaio inossidabile martensitico includono stoviglie e strumenti medico-chirurgici.
Duplex in acciaio inossidabile
Come suggerisce il nome, l’acciaio inossidabile duplex è una miscela dei due tipi di acciaio inossidabile più comuni. Hanno una microstruttura mista di austenite e ferrite, risultando in una miscela 50/50, mentre il rapporto nelle leghe commerciali di acciaio inossidabile duplex può essere 40/60. La resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili duplex è grosso modo equivalente a quella degli acciai inossidabili austenitici. Tuttavia, la loro resistenza alla tensocorrosione (in particolare alla tensocorrosione da cloruro), alla trazione e allo snervamento (circa il doppio di quello degli acciai inossidabili austenitici) sono generalmente più elevati. Il contenuto di carbonio nell'acciaio inossidabile duplex è solitamente inferiore allo 0.03%. Il loro contenuto di cromo varia dal 21.00% al 26.00% e il loro contenuto di nichel varia dal 3.50 all'8.00%. Gli acciai inossidabili duplex possono contenere molibdeno (fino al 4.50%). Gli acciai inossidabili duplex hanno generalmente tenacità e duttilità tra quelle degli acciai austenitici e ferritici.
In base alla loro resistenza alla corrosione, gli acciai duplex si dividono in: acciai duplex standard, acciai super duplex e acciai duplex semplificati. Gli acciai super duplex offrono maggiore robustezza e resistenza a tutti i tipi di corrosione rispetto agli acciai austenitici convenzionali. Gli acciai super duplex sono spesso utilizzati negli impianti marini, petrolchimici, di gas naturale, negli impianti di desalinizzazione, negli scambiatori di calore e nella produzione della carta.
Acciaio inossidabile PH
L'acciaio inossidabile PH (acciaio inossidabile indurito per precipitazione) contiene circa il 17% di cromo e il 4% di nichel, che rappresenta una combinazione ottimale di proprietà martensitiche e austenitiche. Gli acciai inossidabili PH sono noti per la loro capacità di essere trattati termicamente per sviluppare un'elevata resistenza (simile agli acciai inossidabili martensitici) e hanno anche la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili austenitici. Queste leghe mantengono la loro robustezza e resistenza alla corrosione anche ad alte temperature, rendendole ideali per l'utilizzo nel settore aerospaziale.
Gli acciai inossidabili induriti per precipitazione hanno resistenze a trazione più elevate a causa dell'indurimento per precipitazione di una matrice martensite o austenite causato dalle tecniche di trattamento termico. L'acciaio inossidabile indurente per precipitazione viene indurito mediante l'aggiunta di uno o più elementi: rame, alluminio, titanio, niobio e molibdeno. L'acciaio inossidabile PH è generalmente la scelta migliore per elevata robustezza, tenacità e resistenza alla corrosione di tutti i gradi di acciaio inossidabile disponibili.
Cos'è il titanio?
Il titanio è un metallo argentato e lucente con una densità di 4.506 g/cm3 e un punto di fusione di 1,668°C. Le due proprietà più eccezionali del titanio sono la resistenza alla corrosione e il suo più alto rapporto resistenza/peso. Il titanio è il 30% più resistente dell'acciaio ma quasi il 43% più leggero e il 60% più pesante dell'alluminio ma due volte più resistente. Il titanio ha un basso coefficiente di dilatazione termica e un'elevata durezza. Sebbene il titanio non sia duro come alcuni acciai trattati termicamente, non è magnetico, non presenta una transizione da duttile a fragile, ha una buona biocompatibilità ed è un cattivo conduttore di calore ed elettricità. Tuttavia, il titanio assorbe rapidamente ossigeno e azoto a temperature superiori a 500°C, causando potenziali problemi di infragilimento. Il titanio è importante in diverse applicazioni ad alte prestazioni, tra cui aerospaziale, automobilistico, medico, robotica, attrezzature marine di lusso e macchinari industriali.
Gradi tipici di titanio
N. 1 Grado 1
Il titanio di grado 1 è il primo di quattro gradi di titanio commercialmente puro. È il grado più flessibile e duttile del titanio puro. Il titanio di grado 1 offre la massima formabilità, la migliore resistenza alla corrosione e la massima tenacità agli urti. Grazie a queste eccellenti proprietà, le lastre e i tubi in titanio di grado 1 sono il materiale preferito per qualsiasi applicazione che richieda facilità di formatura. Ecco alcuni esempi:
- Trattamento chimico
- Desalinizzazione
- Architettura
- industria medica
- Industria marittima
- Ricambi auto
- Struttura dell'aeromobile
N. 2 Grado 2
Il titanio di grado 2 è noto come il “cavallo di battaglia” del titanio commercialmente puro e ha molte proprietà simili al titanio di grado 1 ma è significativamente più resistente. Entrambi hanno la stessa resistenza alla corrosione. Il titanio di grado 2 offre eccellente saldabilità, resistenza, duttilità e formabilità. Pertanto, le barre e le piastre in titanio di grado 2 rappresentano la prima scelta per una varietà di applicazioni:
- Architettura
- industria medica
- Industria marittima
- Protezione tubo di scarico
- Pelle di aereo
- Trattamento chimico
- Linea di produzione del clorato
N. 3 Grado 3
Il titanio di grado 3 è il titanio meno comunemente utilizzato tra i gradi di titanio commercialmente puro, ma ciò non lo rende meno prezioso. Il grado 3 è più resistente dei gradi 1 e 2, ha una duttilità simile, ma una formabilità leggermente inferiore, ma ha proprietà meccaniche più elevate. Il livello 3 viene utilizzato per applicazioni che richiedono resistenza moderata e significativa resistenza alla corrosione. Ecco alcuni esempi:
- Strutture aerospaziali
- Lavorazione chimica
- industria medica
- Industria marittima
N. 4 Grado 4
Il titanio di grado 4 è il più resistente dei quattro gradi di titanio commercialmente puro ed è noto per la sua elevata resistenza alla corrosione, formabilità e saldabilità. Sebbene il titanio di grado 4 sia stato tradizionalmente utilizzato nelle seguenti applicazioni industriali, più recentemente viene spesso utilizzato nei dispositivi medici. È necessario in applicazioni che richiedono elevata resistenza:
- Parti della cellula
- Contenitore criogenico
- Scambiatore di calore
- Dispositivo CPI
- Tubi del condensatore
- Attrezzatura chirurgica
Lega di titanio
Le leghe di titanio hanno eccellenti proprietà meccaniche e proprietà di lavorazione CNC, come elevato rapporto resistenza-densità, elevata resistenza alla corrosione, elevata resistenza alle crepe da fatica, resistenza a temperature moderate elevate senza scorrimento, ecc., e sono ampiamente utilizzate come materiali strutturali nell'industria industria aerospaziale. Aerei supersonici e veicoli spaziali, nonché segmenti non aerospaziali come quelli militari, automobilistici e sportivi. Poiché le leghe di titanio sono biocompatibili, non tossiche e non vengono rigettate dal corpo, sono popolari anche nelle applicazioni mediche, inclusi strumenti chirurgici e impianti come le protesi articolari, che possono durare fino a 20 anni.
Tipica lega di titanio
N. 1 Grado 7
Il titanio di grado 7 è meccanicamente e fisicamente identico al grado 2 e contiene l'elemento interstiziale palladio. La lega di titanio di grado 7 è la più resistente alla corrosione di tutte le leghe di titanio e ha una buona saldabilità, lavorabilità e resistenza alla corrosione. Il livello 7 viene spesso utilizzato per produrre parti per linee di produzione chimica.
N. 2 Grado 11
Il titanio di grado 11 è simile al grado 1 con tracce di palladio aggiunte per migliorare la resistenza alla corrosione. Questa resistenza alla corrosione è importante per prevenire l'erosione interstiziale e ridurre i livelli di acido negli ambienti contenenti cloruro. Le proprietà del titanio di grado 11 includono anche elevata duttilità, formabilità a freddo, resistenza affidabile, resistenza agli urti e saldabilità. Questa lega è adatta per le stesse applicazioni del titanio del Grado 1, soprattutto dove la corrosione è un problema, come:
- Produzione chimica
- Produzione di clorato
- Desalinizzazione
- Applicazioni nell'oceano
N. 3 Grado 12
L'eccellente saldabilità del titanio di grado 12 lo rende un'eccellente lega di titanio. È una lega di lunga durata con elevata resistenza alle alte temperature. Il titanio grado 12 ha le stesse proprietà dell'acciaio inossidabile serie 300. Questa lega può essere prodotta a caldo o a freddo utilizzando presse piegatrici, presse idrauliche, metodi di trafilatura o di caduta del peso. Poiché può essere modellato in una varietà di forme, ha valore in un'ampia gamma di applicazioni. La resistenza alla corrosione del titanio di grado 12 è importante per i produttori di apparecchiature in cui la corrosione interstiziale è un problema. Il grado 12 è adatto per i seguenti settori e applicazioni:
- Scambiatore di calore e alloggiamento
- Applicazioni idrometallurgiche
- Produzione chimica ad alta temperatura
- Componenti navali e aeronautici
Acciaio inossidabile e titanio: qual è la differenza?
Il titanio e l'acciaio inossidabile sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni di consumo e industriali. Qual è la differenza tra acciaio inossidabile e titanio? Il titanio e l'acciaio inossidabile hanno proprietà uniche che li rendono diversi l'uno dall'altro. Confronteremo il titanio e l'acciaio inossidabile utilizzando proprietà diverse per una più facile comprensione.
# 1 Composizione elementare
Il titanio e l'acciaio inossidabile hanno composizioni elementari diverse. In generale, il titanio puro commerciale utilizza il titanio come elemento principale e contiene anche azoto, idrogeno, ossigeno, carbonio, ferro, nichel e altri elementi con un contenuto compreso tra lo 0.013% e lo 0.5%. Il titanio può essere combinato con altri metalli per formare leghe di titanio più forti, altamente resistenti alla corrosione ma leggere. L'acciaio inossidabile, invece, è composto da una varietà di elementi, e l'acciaio è resistente alla corrosione solo quando il contenuto di Cr raggiunge un certo valore, quindi contiene almeno il 10.5% di cromo ed elementi aggiuntivi, con altri componenti di lega che vanno da dallo 0.03% a oltre l’1.00%. Il contenuto di cromo nell'acciaio inossidabile aiuta a prevenire la corrosione e fornisce resistenza al calore. Altri elementi sono alluminio, silicio, zolfo, nichel, selenio, molibdeno, azoto, titanio, rame e niobio.
N. 2 Densità
La densità del metallo titanio è 4.51 g/cm3 e la densità dell'acciaio inossidabile è 7.70-7.90 g/cm3. Il titanio è molto più leggero dell'acciaio inossidabile, il che lo rende ideale per applicazioni in cui il peso è una considerazione primaria. Inoltre, il titanio ha un rapporto resistenza/peso più elevato rispetto all’acciaio inossidabile, il che significa che può supportare un peso maggiore pur essendo leggero.
# 3 Punto di fusione
Il punto di fusione del titanio è 3,027°C. Il punto di fusione dell'acciaio inossidabile è 1,416-1,537°C. Il titanio ha un punto di fusione molto più elevato rispetto all'acciaio inossidabile, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono temperature estreme. Inoltre, poiché le leghe di titanio possono resistere alle alte temperature meglio dell’acciaio inossidabile, sono adatte per applicazioni aerospaziali e automobilistiche.
# 4 Durezza
La durezza di un materiale si riferisce alla sua risposta all'incisione, alla deformazione, ai graffi o alle ammaccature sulla sua superficie. Il test di durezza Brinell viene utilizzato dai produttori e dai consumatori di materiali ad alta resistenza.
Sebbene la durezza Brinell dell'acciaio inossidabile vari notevolmente a seconda della composizione della lega e del trattamento termico, è generalmente più tenace del titanio. Il titanio, d'altra parte, può deformarsi rapidamente se viene intaccato o graffiato. Per evitare ciò, il titanio sviluppa uno strato di ossido chiamato strato di ossido di titanio, che crea una superficie estremamente dura in grado di resistere alla massima pressione di penetrazione. L'acciaio inossidabile ha tipicamente una durezza Brinell compresa tra 180 e 400, mentre il titanio ha una durezza Brinell compresa tra 100 e 200.
#5 Resistenza alla corrosione
La resistenza alla corrosione della lega di titanio è molto migliore di quella dell'acciaio inossidabile ed è ampiamente utilizzata in atmosfere umide e mezzi con acqua di mare; ha una forte resistenza alla corrosione per vaiolatura, alla corrosione acida e alla tensocorrosione; ha un'eccellente resistenza agli alcali, al cloruro, al cloro, all'acido nitrico, all'acido solforico, ecc. Resistenza alla corrosione. Tuttavia, il titanio ha una scarsa resistenza alla corrosione nei confronti dell'ossigeno riducente e dei sali di cromo.
Tuttavia, l’acciaio inossidabile può ancora diventare altamente resistente alla corrosione a causa della presenza di cromo. Questa lega non solo migliora la resistenza alla corrosione del metallo, ma lo rende anche più durevole.
# 6 Durata
La capacità di un materiale di continuare a funzionare senza indebite riparazioni o manutenzioni durante il suo tempo di dimezzamento è un indicatore della durabilità di un materiale. Sia il titanio che l'acciaio inossidabile sono durevoli grazie alle loro proprietà superiori. Il titanio è circa 3-4 volte più resistente dell'acciaio inossidabile.
# 7 Elasticità
L'elasticità è una misura della flessibilità di un materiale. Ciò significa che valuta la facilità con cui un materiale può piegarsi o deformarsi senza deformarsi. L'elasticità normale dell'acciaio inossidabile è di 200 GPa, mentre l'elasticità normale del titanio è di 115 GPa. Poiché la maggior parte delle leghe sono più elastiche, l’acciaio inossidabile spesso supera il titanio in questo senso. Allo stesso modo, una maggiore flessibilità rende più semplice la fresatura CNC dell’acciaio inossidabile e la fabbricazione di parti diverse. Questo è un indicatore importante perché influisce direttamente sui costi di lavorazione CNC.
# 8 Resistenza alla trazione
La resistenza alla trazione ultima di un materiale è il valore massimo sulla curva sforzo-deformazione ingegneristica. Questa è la sollecitazione massima che un materiale in tensione può sopportare. Nella maggior parte dei casi, la resistenza alla trazione ultima è abbreviata in "resistenza" alla trazione o "massima". L'acciaio inossidabile ha una resistenza alla trazione finale maggiore rispetto al titanio.
La cosa importante da ricordare qui è che mentre l’acciaio inossidabile ha una resistenza complessiva maggiore, il titanio è più forte per unità di massa. Pertanto, se la resistenza complessiva è il fattore principale nella scelta dell’applicazione, l’acciaio inossidabile è spesso la scelta migliore. Se il peso è la cosa più importante, il titanio potrebbe essere una scelta migliore.
#9 Limite di snervamento
Lo sforzo di snervamento o resistenza allo snervamento di un materiale è lo stress al quale si deforma. Il limite di snervamento dell'acciaio inossidabile 304L è di 210 MPa, mentre il limite di snervamento del Ti-6AI-4V (grado di titanio) è di 1100 MPa. Come puoi vedere dalla differenza di elasticità, il titanio è più difficile da produrre ma è più forte per unità di massa. Inoltre, il titanio è biocompatibile, mentre l’acciaio inossidabile non è completamente biocompatibile. Per questo motivo, il titanio è una scelta eccellente per un’ampia gamma di usi medici.
# 10 peso
Una differenza significativa tra il titanio e l'acciaio inossidabile è il loro peso. Il titanio ha un elevato rapporto resistenza/peso, che gli consente di fornire all'incirca gli stessi livelli di resistenza dell'acciaio inossidabile pur pesando solo il 40% in più. Pertanto, il titanio è fondamentale per le applicazioni che richiedono un peso minimo e la massima resistenza. Questo è il motivo per cui il titanio è utile nei componenti degli aerei e in altre applicazioni sensibili al peso. L'acciaio, d'altro canto, viene utilizzato per realizzare telai di automobili e altri oggetti, ma spesso è difficile realizzare oggetti più leggeri.
Prezzo n. 11
In termini di prezzo, il titanio è più costoso dell’acciaio inossidabile. Di conseguenza, diventa più costoso per alcuni settori che richiedono grandi quantità di titanio, come quello aerospaziale. Se il costo è un fattore importante, l’acciaio inossidabile potrebbe essere migliore del titanio se entrambi sono abbastanza buoni.
L'acciaio inossidabile è un'opzione conveniente. Poiché sulla Terra non c’è carenza di ferro o carbonio, è più facile produrlo. Inoltre, l’acciaio inossidabile non presenta complessi requisiti di lavorazione CNC. I prezzi dell’acciaio inossidabile, invece, variano notevolmente a causa dell’ampia varietà di opzioni. Le leghe di carbonio e ferro sono quelle dal costo più basso. Gli acciai inossidabili realizzati con cromo, zinco o titanio saranno più costosi.
# 12 Lavorabilità
Il titanio è più difficile da lavorare con CNC rispetto all'acciaio inossidabile e richiede utensili da taglio e refrigerante specializzati per prevenire l'usura del pezzo in titanio. L'acciaio inossidabile, d'altra parte, è più facile da lavorare con macchine CNC con utensili standard in acciaio ad alta velocità (HSS) o metallo duro. Nel complesso, l’acciaio inossidabile presenta molti vantaggi rispetto al titanio per quanto riguarda la lavorabilità CNC.
# 13 Plasticità
Il titanio è relativamente meno malleabile, mentre l’acciaio inossidabile può essere reso più duttile aggiungendo varie leghe. Pertanto, l’acciaio inossidabile è generalmente più facile da lavorare nella forma desiderata rispetto al titanio.
# 14 Saldatura
Le leghe di titanio possono essere saldate utilizzando la saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) o la saldatura ad arco al plasma (PAW). L'acciaio inossidabile, invece, viene più comunemente unito tramite metodi di saldatura MIG e TIG. Il titanio è difficile da saldare e richiede un saldatore esperto e strumenti speciali, mentre l'acciaio inossidabile è più facile da saldare. Entrambi i metalli richiedono una regolare pulizia e manutenzione post-saldatura per mantenerli in buone condizioni e prevenire la corrosione.
# 15 Conduttività termica
La conduttività termica del titanio è λ=15.24 W/(mK), che è circa 1/4 del nichel, 1/5 del ferro e 1/14 dell'alluminio. La conduttività termica di varie leghe di titanio è inferiore di circa il 50% rispetto a quella del titanio.
La conduttività termica dell'acciaio inossidabile varia da 20 a 60 W/(mK). In generale, l’acciaio inossidabile ha una conduttività termica maggiore rispetto al titanio, rendendolo più adatto per applicazioni che richiedono trasferimento di calore o raffreddamento rapido.
# 16 Conduttività
Il titanio ha una conduttività di 18 MS/m, l'acciaio inossidabile ha un intervallo di conduttività di 10-50 MS/m e il rame ha una conduttività di 100-400 MS/m. Nel complesso, il rame è molto più conduttivo del titanio o dell’acciaio inossidabile, rendendolo più adatto per applicazioni che richiedono un’elevata conduttività. Tuttavia, il titanio è molto più leggero del rame e dell’acciaio inossidabile ed è preferito per alcune applicazioni grazie al suo vantaggio in termini di peso.
#17 Aree di applicazione
Le applicazioni dell'acciaio inossidabile e del titanio variano notevolmente. L'acciaio inossidabile è ideale per l'edilizia, la conversione della carta, della pasta di legno e della biomassa, la lavorazione chimica e petrolchimica, il settore alimentare e delle bevande, l'energia, le armi da fuoco, l'industria automobilistica, medica e la stampa 3D. Il titanio, d'altro canto, è adatto per il settore aerospaziale, le applicazioni di consumo, la gioielleria, l'industria medica e lo stoccaggio dei rifiuti nucleari.
Tabella comparativa delle differenze tra titanio e acciaio inossidabile
Il titanio e l'acciaio inossidabile hanno qualità uniche e notevoli che li differenziano l'uno dall'altro. Per aiutare a chiarire questo confronto, abbiamo tabulato le differenze tra i due come riferimento.
Immobili | Titanio | Acciaio inossidabile | Conclusione |
La durabilità | È un metallo più leggero e più resistente alla corrosione e anche più resistente alle alte temperature e agli shock termici rispetto all'acciaio inossidabile | È più resistente ai graffi e alle ammaccature rispetto al titanio ed è più facile da mantenere grazie alla sua superficie non porosa | Sia il titanio che l'acciaio inossidabile sono metalli altamente durevoli, la scelta tra loro dipende dall'applicazione specifica |
Prezzo di costo | Tende ad essere più costoso dell'acciaio inossidabile a causa dei costi di lavorazione e produzione più elevati | Si tratta generalmente di una soluzione economica ampiamente utilizzata nelle industrie manifatturiere | Il titanio è ideale per applicazioni cruciali come quelle mediche e aerospaziali, l'acciaio inossidabile è preferito quando il prerequisito è il budget |
Durezza | Forma uno strato di ossido duro che resiste alla maggior parte delle forze con un elevato rapporto resistenza/peso | La sua durezza dipende dalla composizione della lega e dal processo di produzione utilizzato | Sia il titanio che l'acciaio inossidabile sono metalli resistenti e durevoli utilizzati per ambienti difficili |
Peso | La sua densità è di circa 4.51 g/cm³ | La sua densità è di circa 7.9 g/cm³ | Il titanio è circa il 40% più leggero dell'acciaio dello stesso volume |
Resistenza alla corrosione | È noto per la sua eccellente resistenza alla corrosione in un'ampia gamma di ambienti naturali e artificiali grazie alla formazione di uno strato di ossido | Ha una moderata resistenza alla corrosione grazie al suo contenuto di cromo che forma una pellicola passiva | L'acciaio inossidabile è più suscettibile alla corrosione rispetto al titanio in determinati ambienti e condizioni |
Conduttività elettrica | La sua conduttività elettrica è di circa 3.1 x 10^6 siemens/metro | Gamma da 1.45 x 10^6 a 2.5 x 10^6 Siemens/metro a seconda del grado specifico di acciaio inossidabile | L’acciaio inossidabile è generalmente un migliore conduttore di elettricità rispetto al titanio |
Conduttività termica | La sua conduttività termica è di circa 22 W/(m*K) | Varia a seconda della sua composizione e può variare da 14.4 W/(m*K) a 72 W/(m*K) per gli acciai inossidabili austenitici | Generalmente l’acciaio inossidabile ha una conduttività termica inferiore rispetto al titanio a causa della sua maggiore resistenza al trasferimento di calore |
punto di fusione | Ha un punto di fusione di 1,668°C (3034°F) | Tipicamente ha un punto di fusione di 1,400-1,500°C (2,552-2,732°F) | Il titanio ha un punto di fusione più elevato rispetto all'acciaio inossidabile |
lavorabilità | È difficile da lavorare poiché il suo modulo elastico è basso, il che indica che si flette e si deforma facilmente | Ha un modulo elastico più elevato e una minore tendenza ad aderire agli utensili da taglio, facilitandone la lavorazione | In generale, l’acciaio inossidabile può essere più facile da lavorare rispetto al titanio a causa della sua minore resistenza e durezza |
Formabilità | Ha una formabilità inferiore rispetto all'acciaio inossidabile a causa della sua minore duttilità e tendenza all'incrudimento | È un metallo duttile e malleabile, quindi può essere facilmente modellato in varie forme senza rompersi o rompersi | Di solito, l’acciaio inossidabile è più facile da lavorare e ha una migliore formabilità rispetto al titanio |
saldabilità | Ha un alto punto di fusione e un'elevata reattività all'ossigeno, che può rendere difficile la saldatura | Ha una reattività inferiore all'ossigeno e la sua saldabilità dipende dalla lega specifica utilizzata | Nel complesso, la saldabilità del titanio è più impegnativa di quella dell’acciaio inossidabile |
carico di snervamento | È considerato uno dei metalli più resistenti per unità di massa, poiché mostra una resistenza simile all'acciaio inossidabile a metà della densità | A seconda degli elementi di lega, il carico di snervamento dell'acciaio inossidabile varia da 25 MPa a 2500 MPa | L'acciaio inossidabile è la scelta migliore per progetti che richiedono resistenza complessiva, mentre il titanio è preferito quando è necessaria resistenza per unità di massa |
Resistenza alla trazione | Il titanio commercialmente puro ha una resistenza alla trazione compresa tra 240 e 410 MPa (megapascal), mentre alcune leghe ad alta resistenza possono avere una resistenza alla trazione fino a 1,400 MPa | La resistenza alla trazione dell'acciaio inossidabile varia generalmente da 515 a 827 MPa a seconda del grado e del tipo di acciaio inossidabile | La resistenza alla trazione dell'acciaio inossidabile è generalmente superiore a quella del titanio |
Resistenza al taglio | La resistenza al taglio del titanio varia da circa 300 a 580 MPa (da 43,500 a 84,000 psi) | La resistenza al taglio tipica dell'acciaio inossidabile varia da 400 a 800 MPa (da 58,000 a 116,000 psi) | L'acciaio inossidabile ha una resistenza superiore al titanio rispetto al carico di taglio |
Aspetto/Colore | Il titanio è un colore grigio-argento nel suo stato naturale | L'acciaio inossidabile ha una tonalità più argentata o bianco-grigiastra | L'acciaio inossidabile avrà ancora una lucentezza simile al metallo dopo essere stato rivestito o rifinito, mentre il colore naturale del titanio sarà sempre visibile |
Applicazioni | Elevato rapporto resistenza-peso | estremamente versatile | Titanio: settore aerospaziale, industriale, architettonico, consumi, gioielleria, industria medica, stoccaggio di scorie nucleari; |
Titanio contro acciaio inossidabile: pro e contro
Sia l'acciaio inossidabile che il titanio hanno proprietà uniche che lo rendono più adatto alle tue esigenze specifiche. Comprendere i pro e i contro di entrambi i metalli ti aiuterà a prendere la tua decisione. Ecco i loro pro e contro.
Pro dell'acciaio inossidabile
- Economico e facilmente disponibile.
- Elevata resistenza e durata.
- Eccellente resistenza alla corrosione.
- Eccellenti proprietà meccaniche.
- Sostenibilità e tutela dell'ambiente.
- Elevata resistenza e durata eccellente.
- L'acciaio inossidabile è riciclabile.
- Facile da personalizzare.
- Le attrezzature in acciaio inossidabile sono facili da pulire.
Contro dell'acciaio inossidabile
- La forza diminuirà alle alte temperature.
- Le attrezzature in acciaio inossidabile sono molto pesanti.
I pro del titanio
- Incredibile resistenza alla corrosione.
- Alto punto di fusione e resistenza alle alte temperature.
- Elevata resistenza e leggerezza.
- Non tossico e ampiamente utilizzato nell'industria medica.
- Buona biocompatibilità.
- Riciclabile.
Contro del titanio
- Costoso.
- Bassa elasticità e facile da deformare.
- Difficoltà di estrazione, fusione e lavorazione.
Come scegliere il materiale giusto per il tuo progetto di lavorazione CNC: acciaio inossidabile o titanio?
Le leghe di titanio e acciaio inossidabile sono ampiamente utilizzate nella lavorazione CNC. Per un'analisi approfondita delle prestazioni di questi due materiali durante la lavorazione, AN-Prototype ha stilato una tabella comparativa tra i due basata su anni di esperienza. Puoi anche visitare le nostre pagine di dettaglio Lavorazione CNC dell'acciaio inossidabile ed Lavorazione CNC del titanio servizi per dettagli più completi.
Titanio | Acciaio inossidabile | |
Leghe | Grado di titanio 1 | 303 in acciaio inox |
Vantaggi | Elevato rapporto resistenza-peso | Buona resistenza al calore |
Svantaggi | Costo alto | Il magnetismo ne limita l'uso |
Le tolleranze | È determinato dall'effetto desiderato e dal titanio utilizzato. È ottenibile una tolleranza di ±0.005”(±0.13 mm). | È determinato dall'effetto desiderato e dall'esatta lega utilizzata. È ottenibile una tolleranza di ±0.005”(±0.13 mm). |
Spessore parete | Uno spessore minimo della parete di ±0.03”(±0.8 mm). | Uno spessore minimo della parete di ±0.03”(±0.8 mm). |
Dimensione parte | Viene deciso principalmente dalla macchina disponibile e dalla geometria del pezzo. | Viene deciso principalmente dalla macchina disponibile e dalla geometria del pezzo. |
Finiture | Come lavorato, cementazione, anodizzazione. | Come lavorato, verniciatura a polvere, sabbiatura. |
Conclusione
Le parti CNC in acciaio inossidabile e titanio sono ampiamente utilizzate in vari settori ed entrambe le leghe offrono una qualità superiore. Una volta utilizzate le attrezzature e i parametri adeguati, queste leghe metalliche possono essere utilizzate per quasi tutte le lavorazioni CNC. L'utilizzo delle giuste leghe di acciaio inossidabile e titanio richiede una conoscenza approfondita delle loro proprietà, dell'ambiente di lavorazione, della funzionalità prevista e di altri fattori importanti.
Noi di AN-Prototype offriamo Servizi di lavorazione CNC a 5 assi per oltre 160 opzioni di materiali, dai metalli alla plastica e altri materiali speciali. Il nostro team di ingegneri qualificati esegue analisi approfondite per garantire che il processo di lavorazione CNC soddisfi requisiti specifici e limiti di tolleranza per creare componenti precisi per una varietà di applicazioni in diversi settori. Disponiamo di un team di esperti altamente qualificati che utilizzano la più recente tecnologia CNC per trasformare i tuoi progetti in realtà con la massima efficienza, accuratezza e precisione.
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