Obróbka CNC jest najpopularniejszym procesem produkcyjnym w przemyśle wytwórczym i jest wysoce kompatybilny z różnorodnymi materiałami metalowymi. Wśród materiałów metalowych stal nierdzewna i tytan to dwa najczęściej stosowane materiały podczas obróbki CNC niestandardowych części lub prototypów. Te dwa materiały metalowe o podobnym wyglądzie są bardzo wszechstronne. Wszędzie wokół nas znajdują się części CNC ze stali nierdzewnej i tytanu do wielu różnych zastosowań.
Często zdarza się, że oba te zastosowania nakładają się na siebie: na przykład w medycynie zawsze dominowała stal nierdzewna. Dopiero w latach 1980. XX wieku tytan zaczął stopniowo zastępować stal nierdzewną ze względu na jej wyższą biokompatybilność i stosunek wytrzymałości do masy. Stal nierdzewna CNC a części tytanowe są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, od silników odrzutowych po kokpity i podwozia. Zarówno stal nierdzewna, jak i tytan są odporne na uderzenia, trwałe i wysoce odporne na korozję. W tym artykule przeprowadzimy dogłębną analizę różnic między stalą nierdzewną a tytanem w procesie obróbki CNC z różnych perspektyw, aby pomóc w wyborze najlepszego materiału do następnego projektu CNC.
Stal nierdzewna to stop stali i węgla zawierający co najmniej 10.5% masowych chromu i maksymalnie 1.2% masowych węgla. Odporność na korozję i właściwości mechaniczne stali nierdzewnej można dodatkowo zwiększyć poprzez dodanie innych pierwiastków, takich jak nikiel, molibden, tytan, niob i mangan. Stal nierdzewna to stal zmieszana z jednym lub większą liczbą pierwiastków w celu zmiany jej właściwości. Kiedy stal nierdzewna wchodzi w kontakt z powietrzem, wilgocią lub wodą, na jej powierzchni tworzy się cienka, nieprzepuszczalna warstwa tlenku. Ta pasywowana warstwa tlenku chroni jej powierzchnię i ma unikalne możliwości samonaprawy.
5 rodzaje stali nierdzewnej
Stal nierdzewną można podzielić na pięć różnych typów. Obejmują one:
- Ferrytyczna stal nierdzewna
- Austenityczna stal nierdzewna
- Stal nierdzewna martenzytyczna
- Dupleksowa stal nierdzewna
- PH ze stali nierdzewnej
Ferrytyczna stal nierdzewna
Ferrytyczne stale nierdzewne zawierają około 10.5% do 30% chromu, mają mniej węgla (C<0.08%) i nie zawierają niklu. Ferrytyczne stale nierdzewne mają w każdej temperaturze przeważnie mikrostrukturę ferrytyczną i nie można ich utwardzać poprzez obróbkę cieplną i hartowanie. Chociaż niektóre gatunki ferrytyczne zawierają do 4.00% molibdenu, chrom jest głównym składnikiem stopu metalu. Dodatkowo mają stosunkowo niską wytrzymałość w wysokich temperaturach. Największą zaletą stali ferrytycznej jest jej odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe. Ta zdolność czyni je atrakcyjną alternatywą dla austenitycznych stali nierdzewnych w zastosowaniach, w których SCC występuje w środowiskach chlorkowych. Niektóre gatunki ferrytycznej stali nierdzewnej, takie jak stal nierdzewna 430, mają dużą odporność na korozję i wysoką odporność na ciepło.
430 stal nierdzewna
Stal nierdzewna 430 ma doskonałą odporność na korozję, wyższą przewodność cieplną, niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej i lepszą odporność na zmęczenie cieplne niż austenityczna stal nierdzewna. Zawiera element stabilizujący tytan, dzięki czemu spoina ma dobre właściwości mechaniczne. Stal nierdzewna 430 jest często stosowana w dekoracji architektonicznej, elementach palników paliwowych, sprzęcie gospodarstwa domowego i elementach sprzętu gospodarstwa domowego.
430F to ulepszona wersja stali nierdzewnej 430, poprawiająca jej wydajność cięcia. Stosowany jest głównie do produkcji tokarek automatycznych, śrub i nakrętek. 430LX to stop, który dodaje Ti lub Nb do stali 430 w celu zmniejszenia zawartości węgla oraz poprawy właściwości przetwórczych i spawalniczych. Stosowany jest głównie do produkcji zbiorników ciepłej wody, systemów zaopatrzenia w ciepłą wodę, wyrobów sanitarnych, sprzętu AGD, urządzeń trwałego użytku, kół zamachowych rowerów itp.
Austenityczna stal nierdzewna
Austenityczne stale nierdzewne mają zawartość Cr od 16% do 25% i mogą również zawierać azot, co pomaga poprawić ich odporność na korozję. Austenityczne stale nierdzewne mają największą odporność na korozję ze wszystkich stali nierdzewnych, a także doskonałe właściwości w niskich temperaturach i wytrzymałość w wysokich temperaturach. Austenityczna stal nierdzewna Pierwiastki niklu, manganu i azotu decydują o niemagnetycznej mikrostrukturze sześciennej (fcc) austenitycznej stali nierdzewnej i jej łatwości spawania.
Austenitycznej stali nierdzewnej nie można utwardzać poprzez obróbkę cieplną, ale można ją hartować do wysokiego poziomu wytrzymałości innymi sposobami, zachowując przy tym dobrą ciągliwość i wytrzymałość. Najbardziej znane gatunki austenitycznej stali nierdzewnej to stal nierdzewna 304 i stal nierdzewna 316. Charakteryzują się doskonałą odpornością na różnorodne warunki środowiskowe oraz szeroką gamę mediów korozyjnych.
304 stal nierdzewna
Wśród austenitycznych stali nierdzewnych szeroko stosowana jest stal nierdzewna 304. Jego głównym pierwiastkiem chemicznym jest żelazo, ale ma wysoką zawartość niklu (od 8% do 10.5% masy) i wysoką zawartość chromu (od 18% do 20% masy), a także zawiera inne składniki stopowe, takie jak mangan, krzem i węgiel. Ze względu na wysoką zawartość chromu i niklu stal nierdzewna 304 ma dobrą odporność na korozję. Typowe zastosowania stali nierdzewnej 304 obejmują lodówki i zmywarki, komercyjny sprzęt do przetwarzania żywności, elementy złączne, rury, wymienniki ciepła i inne.
316 stal nierdzewna
Stal nierdzewna 316 jest podobna do stali 304. Zawiera głównie żelazo i duże stężenia chromu i niklu. Zawiera także krzem, mangan i węgiel. Skład chemiczny stali nierdzewnej 304 i 316 jest inny, przy czym stal 316 zawiera od 2 do 3% molibdenu (wagowo), podczas gdy zawartość molibdenu w stali 304 jest znikoma. Klasa 316 ma wyższą odporność na korozję ze względu na większą zawartość molibdenu. Jeśli chodzi o austenityczną stal nierdzewną do zastosowań morskich, stal nierdzewna 316 jest często uważana za jeden z najlepszych wyborów. Stal nierdzewna 316 jest również powszechnie stosowana w sprzęcie do przetwarzania i przechowywania chemicznego, rafineriach, sprzęcie medycznym i środowiskach morskich, szczególnie tych zawierających chlorki.
Stal nierdzewna martenzytyczna
Martenzytyczna stal nierdzewna jest podobna do stali ferrytycznej pod tym względem, że zawiera od 12% do 14% chromu i od 0.2% do 1% molibdenu, ale zawartość węgla wynosi aż 1% i zwykle nie zawiera niklu. Ponieważ martenzytyczna stal nierdzewna zawiera więcej węgla, podobnie jak stale węglowe i niskostopowe, można ją hartować i odpuszczać w celu zwiększenia jej twardości. Martenzytyczna stal nierdzewna ma umiarkowaną odporność na korozję, jest mocna i lekko krucha. W przeciwieństwie do austenitycznej stali nierdzewnej, martenzytyczna stal nierdzewna jest magnetyczna i można ją badać nieniszcząco za pomocą metod badania cząstek magnetycznych. Typowe produkty ze stali nierdzewnej martenzytycznej obejmują zastawę stołową i medyczne narzędzia chirurgiczne.
Duplex ze stali nierdzewnej
Jak sama nazwa wskazuje, stal nierdzewna duplex jest mieszanką dwóch najpopularniejszych rodzajów stali nierdzewnej. Mają mieszaną mikrostrukturę austenitu i ferrytu, co daje mieszaninę 50/50, podczas gdy w dostępnych na rynku stopach stali nierdzewnej typu duplex może wynosić 40/60. Odporność na korozję stali nierdzewnych duplex jest w przybliżeniu równa odporności austenitycznych stali nierdzewnych. Niemniej jednak ich odporność na korozję naprężeniową (zwłaszcza pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe), wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności (około dwukrotnie większą niż w przypadku austenitycznych stali nierdzewnych) są na ogół wyższe. Zawartość węgla w stali nierdzewnej typu duplex jest zwykle mniejsza niż 0.03%. Zawartość chromu waha się od 21.00% do 26.00%, a zawartość niklu od 3.50 do 8.00%. Stale nierdzewne duplex mogą zawierać molibden (do 4.50%). Stale nierdzewne typu duplex mają na ogół wytrzymałość i plastyczność pomiędzy stalami austenitycznymi i ferrytycznymi.
Ze względu na odporność na korozję stale duplex dzielimy na: standardowe stale duplex, stale superduplex i uproszczone stale duplex. Stale super duplex oferują wyższą wytrzymałość i odporność na wszystkie rodzaje korozji w porównaniu do konwencjonalnych stali austenitycznych. Stale super duplex są często stosowane w zakładach morskich, petrochemicznych, gazownictwie ziemnym, zakładach odsalania, wymiennikach ciepła i papiernictwie.
Stal nierdzewna PH
Stal nierdzewna PH (stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo) zawiera około 17% chromu i 4% niklu, co stanowi optymalne połączenie właściwości martenzytycznych i austenitycznych. Stale nierdzewne PH są znane ze swojej zdolności do obróbki cieplnej w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości (podobnej do martenzytycznych stali nierdzewnych), a także mają odporność na korozję austenitycznych stali nierdzewnych. Stopy te zachowują swoją wytrzymałość i odporność na korozję nawet w wysokich temperaturach, co czyni je idealnymi do stosowania w sektorze lotniczym.
Stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo mają wyższą wytrzymałość na rozciąganie w wyniku utwardzania wydzieleniowego osnowy martenzytycznej lub austenitycznej spowodowanego technikami obróbki cieplnej. Stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo jest utwardzana przez dodatek jednego lub więcej pierwiastków: miedzi, aluminium, tytanu, niobu i molibdenu. Stal nierdzewna PH jest na ogół najlepszym wyborem ze względu na wysoką wytrzymałość, wytrzymałość i odporność na korozję spośród wszystkich dostępnych gatunków stali nierdzewnej.
Co to jest tytan?
Tytan jest srebrzystym, błyszczącym metalem o gęstości 4.506 g/cm3 i temperaturze topnienia 1,668°C. Dwie najbardziej wyjątkowe właściwości tytanu to odporność na korozję i najwyższy stosunek wytrzymałości do masy. Tytan jest o 30% mocniejszy od stali, ale prawie 43% lżejszy i 60% cięższy od aluminium, ale dwukrotnie mocniejszy. Tytan ma niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysoką twardość. Chociaż tytan nie jest tak twardy jak niektóre stale ulepszane cieplnie, jest niemagnetyczny, nie wykazuje przejścia od plastycznego do kruchego, ma dobrą biokompatybilność i jest słabym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Jednakże tytan szybko absorbuje tlen i azot w temperaturach powyżej 500°C, co prowadzi do potencjalnych problemów związanych z kruchością. Tytan jest ważny w kilku wysokowydajnych zastosowaniach, w tym w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, medycznym, robotyce, luksusowym sprzęcie morskim i maszynach przemysłowych.
Typowe gatunki tytanu
#1 Klasa 1
Tytan klasy 1 jest pierwszym z czterech komercyjnie czystych gatunków tytanu. Jest to najbardziej elastyczny i plastyczny gatunek czystego tytanu. Tytan klasy 1 zapewnia maksymalną odkształcalność, najlepszą odporność na korozję i najwyższą udarność. Ze względu na te doskonałe właściwości arkusze i rury tytanowe klasy 1 są materiałem z wyboru do wszelkich zastosowań wymagających łatwości formowania. Oto kilka przykładów:
- Przetwórstwo chemiczne
- Odsolenie
- Architektura
- branży medycznej
- Przemysł morski
- Części samochodowe
- Struktura samolotu
#2 Klasa 2
Tytan klasy 2 jest znany jako „koń pociągowy” czystego tytanu dostępnego w handlu i ma wiele właściwości podobnych do tytanu klasy 1, ale jest znacznie silniejszy. Obydwa mają taką samą odporność na korozję. Tytan klasy 2 zapewnia doskonałą spawalność, wytrzymałość, plastyczność i odkształcalność. Dlatego pręty i płytki tytanowe klasy 2 są pierwszym wyborem do różnych zastosowań:
- Architektura
- branży medycznej
- Przemysł morski
- Osłona rury wydechowej
- Skóra samolotu
- Przetwórstwo chemiczne
- Linia do produkcji chloranów
#3 Klasa 3
Tytan klasy 3 jest najrzadziej używanym gatunkiem tytanu o czystości komercyjnej, ale to nie czyni go mniej wartościowym. Klasa 3 jest mocniejsza niż klasy 1 i 2, ma podobną ciągliwość, ale nieco mniejszą odkształcalność, ale ma wyższe właściwości mechaniczne. Poziom 3 jest używany do zastosowań wymagających umiarkowanej wytrzymałości i znacznej odporności na korozję. Oto kilka przykładów:
- Konstrukcje lotnicze
- Obróbka chemiczna
- branży medycznej
- Przemysł morski
#4 Klasa 4
Tytan klasy 4 jest najmocniejszym z czterech dostępnych na rynku gatunków tytanu i jest znany ze swojej wysokiej odporności na korozję, odkształcalności i spawalności. Chociaż tytan klasy 4 był tradycyjnie używany w następujących zastosowaniach przemysłowych, ostatnio jest często stosowany w urządzeniach medycznych. Jest potrzebny w zastosowaniach wymagających dużej wytrzymałości:
- Części płatowca
- Pojemnik kriogeniczny
- Wymiennik ciepła
- Urządzenie CPI
- Rury skraplacza
- Sprzęt chirurgiczny
Stopu tytanu
Stopy tytanu mają doskonałe właściwości mechaniczne i właściwości obróbki CNC, takie jak wysoki stosunek wytrzymałości do gęstości, wysoka odporność na korozję, wysoka odporność na pękanie zmęczeniowe, odporność na umiarkowanie wysokie temperatury bez pełzania itp., i są szeroko stosowane jako materiały konstrukcyjne w przemyśle przemysł lotniczy. Naddźwiękowe samoloty i statki kosmiczne, a także segmenty inne niż lotnicze, takie jak artykuły wojskowe, motoryzacyjne i sportowe. Ponieważ stopy tytanu są biokompatybilne, nietoksyczne i nie są odrzucane przez organizm, są również popularne w zastosowaniach medycznych, w tym w narzędziach chirurgicznych i implantach, takich jak endoprotezoplastyka stawów, których trwałość sięga nawet 20 lat.
Typowy stop tytanu
#1 Klasa 7
Tytan klasy 7 jest mechanicznie i fizycznie identyczny z tytanem klasy 2 i zawiera pierwiastek śródmiąższowy pallad. Stop tytanu klasy 7 jest najbardziej odporny na korozję ze wszystkich stopów tytanu i ma dobrą spawalność, obrabialność i odporność na korozję. Poziom 7 jest często używany do produkcji części do linii produkcji chemicznej.
#2 Klasa 11
Tytan klasy 11 jest podobny do tytanu klasy 1 ze śladowymi ilościami palladu dodanymi w celu poprawy odporności na korozję. Ta odporność na korozję jest ważna, aby zapobiec erozji szczelinowej i zmniejszyć poziom kwasów w środowiskach chlorkowych. Właściwości tytanu klasy 11 obejmują również wysoką ciągliwość, odkształcalność na zimno, niezawodną wytrzymałość, udarność i spawalność. Stop ten nadaje się do tych samych zastosowań tytanu, co klasa 1, szczególnie tam, gdzie problemem jest korozja, np.:
- Produkcja chemiczna
- Produkcja chloranów
- Odsolenie
- Zastosowania w oceanie
#3 Klasa 12
Doskonała spawalność tytanu klasy 12 sprawia, że jest to doskonały stop tytanu. Jest to trwały stop charakteryzujący się dużą wytrzymałością w wysokich temperaturach. Tytan klasy 12 ma takie same właściwości jak stal nierdzewna serii 300. Stop ten można wytwarzać na gorąco lub na zimno przy użyciu pras krawędziowych, pras hydraulicznych, metod ciągnienia lub ciężaru opadającego. Ponieważ można go formować w różnych formach, ma on wartość w szerokim zakresie zastosowań. Odporność na korozję tytanu klasy 12 jest ważna dla producentów sprzętu, w których problemem jest korozja szczelinowa. Klasa 12 jest odpowiednia dla następujących branż i zastosowań:
- Wymiennik ciepła i obudowa
- Zastosowania hydrometalurgiczne
- Produkcja chemiczna w wysokiej temperaturze
- Komponenty morskie i lotnicze
Stal nierdzewna a tytan: jaka jest różnica?
Tytan i stal nierdzewna są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych. Jaka jest różnica między stalą nierdzewną a tytanem? Tytan i stal nierdzewna mają unikalne właściwości, które odróżniają je od siebie. Dla łatwiejszego zrozumienia porównamy tytan i stal nierdzewną, używając różnych właściwości.
#1 Skład elementarny
Tytan i stal nierdzewna mają inny skład pierwiastkowy. Ogólnie rzecz biorąc, dostępny w handlu czysty tytan wykorzystuje tytan jako główny pierwiastek, a także zawiera azot, wodór, tlen, węgiel, żelazo, nikiel i inne pierwiastki w ilości od 0.013% do 0.5%. Tytan można łączyć z innymi metalami, tworząc mocniejsze stopy tytanu, które są wysoce odporne na korozję, a jednocześnie lekkie. Stal nierdzewna natomiast składa się z różnorodnych pierwiastków, a stal jest odporna na korozję dopiero wtedy, gdy zawartość Cr osiągnie określoną wartość, a więc zawiera co najmniej 10.5% chromu i pierwiastków dodatkowych, a pozostałe składniki stopu wahają się od 0.03% do ponad 1.00%. Zawartość chromu w stali nierdzewnej pomaga zapobiegać korozji i zapewnia odporność na ciepło. Inne pierwiastki to aluminium, krzem, siarka, nikiel, selen, molibden, azot, tytan, miedź i niob.
#2 Gęstość
Gęstość tytanu metalicznego wynosi 4.51 g/cm3, a gęstość stali nierdzewnej 7.70-7.90 g/cm3. Tytan jest znacznie lżejszy niż stal nierdzewna, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań, w których najważniejsza jest waga. Ponadto tytan ma wyższy stosunek wytrzymałości do masy niż stal nierdzewna, co oznacza, że może wytrzymać większy ciężar, a jednocześnie jest lekki.
#3 Temperatura topnienia
Temperatura topnienia tytanu wynosi 3,027°C. Temperatura topnienia stali nierdzewnej wynosi 1,416-1,537°C. Tytan ma znacznie wyższą temperaturę topnienia niż stal nierdzewna, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających ekstremalnych temperatur. Ponadto, ponieważ stopy tytanu lepiej wytrzymują wysokie temperatury niż stal nierdzewna, doskonale nadają się do zastosowań w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym.
#4 Twardość
Twardość materiału odnosi się do jego reakcji na wytrawienie, odkształcenie, zadrapania lub wgniecenia na jego powierzchni. Test twardości Brinella jest stosowany przez producentów i konsumentów materiałów o wysokiej wytrzymałości.
Chociaż twardość stali nierdzewnej w skali Brinella różni się znacznie w zależności od składu stopu i obróbki cieplnej, jest ona generalnie twardsza niż tytan. Z drugiej strony tytan może szybko się odkształcić pod wpływem wgniecenia lub zarysowania. Aby tego uniknąć, tytan tworzy warstwę tlenku zwaną warstwą tlenku tytanu, która tworzy wyjątkowo twardą powierzchnię odporną na maksymalne ciśnienie penetrujące. Stal nierdzewna ma zazwyczaj twardość Brinella w zakresie 180-400, podczas gdy tytan ma twardość Brinella w zakresie 100-200.
#5 Odporność na korozję
Odporność na korozję stopu tytanu jest znacznie lepsza niż stali nierdzewnej i jest szeroko stosowana w wilgotnej atmosferze i wodzie morskiej; ma dużą odporność na korozję wżerową, korozję kwasową i korozję naprężeniową; ma doskonałą odporność na zasady, chlorki, chlor, kwas azotowy, kwas siarkowy itp. Odporność na korozję. Jednakże tytan ma słabą odporność na korozję w środowisku redukującym tlen i sole chromu.
Jednakże stal nierdzewna może nadal stać się wysoce odporna na korozję ze względu na obecność chromu. Stop ten nie tylko poprawia odporność metalu na korozję, ale także zwiększa jego trwałość.
#6 Trwałość
Zdolność materiału do dalszego funkcjonowania bez zbędnych napraw lub konserwacji w okresie półtrwania jest wskaźnikiem trwałości materiału. Zarówno tytan, jak i stal nierdzewna są trwałe ze względu na swoje doskonałe właściwości. Tytan jest około 3 do 4 razy mocniejszy niż stal nierdzewna.
#7 Elastyczność
Elastyczność jest miarą elastyczności materiału. Oznacza to, że ocenia, jak łatwo materiał może się zgiąć lub wypaczyć bez deformacji. Normalna elastyczność stali nierdzewnej wynosi 200 GPa, podczas gdy normalna elastyczność tytanu wynosi 115 GPa. Ponieważ większość stopów jest bardziej elastyczna, stal nierdzewna często przewyższa pod tym względem tytan. Podobnie większa elastyczność ułatwia frezowanie CNC stali nierdzewnej i wytwarzanie różnych części. Jest to ważny wskaźnik, ponieważ bezpośrednio wpływa na koszty obróbki CNC.
#8 Wytrzymałość na rozciąganie
Ostateczna wytrzymałość materiału na rozciąganie to maksymalna wartość na inżynierskiej krzywej naprężenia-odkształcenia. Jest to maksymalne naprężenie, jakie może wytrzymać naprężony materiał. W większości przypadków ostateczną wytrzymałość na rozciąganie określa się w skrócie jako „wytrzymałość” na rozciąganie lub „ostateczna”. Stal nierdzewna ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie niż tytan.
Należy tu pamiętać, że podczas gdy stal nierdzewna ma większą ogólną wytrzymałość, tytan jest mocniejszy na jednostkę masy. Dlatego też, jeśli głównym kryterium wyboru zastosowania jest ogólna wytrzymałość, często najlepszym wyborem jest stal nierdzewna. Jeśli waga jest najważniejsza, tytan może być lepszym wyborem.
# 9 Siła wydajności
Granica plastyczności lub granica plastyczności materiału to naprężenie, przy którym ulega on odkształceniu. Granica plastyczności stali nierdzewnej 304L wynosi 210 MPa, natomiast granica plastyczności stali Ti-6AI-4V (gatunek tytanu) wynosi 1100 MPa. Jak widać z różnicy w elastyczności, tytan jest trudniejszy do wytworzenia, ale jest mocniejszy na jednostkę masy. Ponadto tytan jest biokompatybilny, podczas gdy stal nierdzewna nie jest w pełni biokompatybilna. Z tego powodu tytan jest doskonałym wyborem do szerokiego zakresu zastosowań medycznych.
#10 waga
Istotną różnicą między tytanem a stalą nierdzewną jest ich waga. Tytan ma wysoki stosunek wytrzymałości do masy, dzięki czemu może zapewnić mniej więcej taki sam poziom wytrzymałości jak stal nierdzewna, a waży tylko 40% więcej. Dlatego tytan ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających minimalnej wagi i maksymalnej wytrzymałości. Właśnie dlatego tytan jest przydatny w elementach samolotów i innych zastosowaniach wrażliwych na wagę. Z drugiej strony stal jest używana do produkcji ram samochodowych i innych przedmiotów, ale często trudno jest sprawić, by były lżejsze.
# 11 Cena
Pod względem ceny tytan jest droższy niż stal nierdzewna. W rezultacie staje się droższy dla niektórych branż wymagających dużych ilości tytanu, takich jak przemysł lotniczy. Jeśli koszt jest ważnym czynnikiem, stal nierdzewna może być lepsza niż tytan, jeśli obie są wystarczająco dobre.
Stal nierdzewna to niedroga opcja. Ponieważ na Ziemi nie brakuje żelaza ani węgla, łatwiej jest go wytworzyć. Dodatkowo stal nierdzewna nie ma skomplikowanych wymagań dotyczących obróbki CNC. Z drugiej strony ceny stali nierdzewnej są bardzo zróżnicowane ze względu na szeroką gamę opcji. Najtańsze są stopy węgla i żelaza. Te stale nierdzewne wykonane z chromu, cynku lub tytanu będą droższe.
#12 Przetwarzalność
Tytan jest trudniejszy w obróbce CNC niż stal nierdzewna i wymaga specjalistycznych narzędzi skrawających i chłodziwa, aby zapobiec zużyciu tytanowego przedmiotu obrabianego. Z drugiej strony stal nierdzewną łatwiej jest obrabiać CNC przy użyciu standardowych narzędzi ze stali szybkotnącej (HSS) lub węglików spiekanych. Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewna ma wiele zalet w porównaniu z tytanem, jeśli chodzi o obrabialność CNC.
#13 Plastyczność
Tytan jest stosunkowo mniej plastyczny, podczas gdy stal nierdzewną można zwiększyć plastyczność poprzez dodanie różnych stopów. Dlatego stal nierdzewną jest na ogół łatwiejsza w obróbce do pożądanego kształtu niż tytan.
# 14 Spawanie
Stopy tytanu można spawać za pomocą spawania łukiem wolframowym w gazie (GTAW) lub spawania łukiem plazmowym (PAW). Natomiast stal nierdzewną częściej łączy się metodami spawania MIG i TIG. Tytan jest trudny do spawania i wymaga wykwalifikowanego spawacza i specjalnych narzędzi, podczas gdy stal nierdzewna jest łatwiejsza do spawania. Obydwa metale wymagają regularnego czyszczenia i konserwacji po spawaniu, aby utrzymać je w dobrym stanie i zapobiec korozji.
#15 Przewodność cieplna
Przewodność cieplna tytanu wynosi λ=15.24 W/(mK), co stanowi około 1/4 niklu, 1/5 żelaza i 1/14 aluminium. Przewodność cieplna różnych stopów tytanu jest o około 50% niższa niż tytanu.
Przewodność cieplna stali nierdzewnej waha się w granicach 20-60 W/(mK). Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewna ma wyższą przewodność cieplną niż tytan, dzięki czemu lepiej nadaje się do zastosowań wymagających przenoszenia ciepła lub szybkiego chłodzenia.
#16 Przewodność
Tytan ma przewodność 18 MS/m, stal nierdzewna ma przewodność w zakresie 10-50 MS/m, a miedź ma przewodność 100-400 MS/m. Ogólnie rzecz biorąc, miedź jest znacznie bardziej przewodząca niż tytan czy stal nierdzewna, dzięki czemu lepiej nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej przewodności. Jednakże tytan jest znacznie lżejszy niż miedź i stal nierdzewna i jest preferowany w niektórych zastosowaniach ze względu na przewagę wagową.
#17 Obszary zastosowań
Zastosowania stali nierdzewnej i tytanu są bardzo zróżnicowane. Stal nierdzewna idealnie nadaje się do zastosowań w budownictwie, przetwarzaniu papieru, celulozy i biomasy, przetwórstwie chemicznym i petrochemicznym, żywności i napojów, energetyce, broni palnej, motoryzacji, przemyśle medycznym i druku 3D. Z drugiej strony tytan doskonale nadaje się do zastosowań lotniczych, konsumenckich, jubilerskich, przemysłu medycznego i składowania odpadów nuklearnych.
Tabela porównawcza różnic między tytanem a stalą nierdzewną
Tytan i stal nierdzewna mają unikalne i niezwykłe właściwości, które odróżniają je od siebie. Aby pomóc w wyjaśnieniu tego porównania, zebraliśmy w tabeli różnice między nimi w celach informacyjnych.
Nieruchomość | Tytan | Stal nierdzewna | Wnioski |
Trwałość | Jest to metal lżejszy i bardziej odporny na korozję, a także bardziej odporny na wysokie temperatury i szok termiczny niż stal nierdzewna | Jest bardziej odporny na zarysowania i wgniecenia niż tytan, a dzięki nieporowatej powierzchni jest łatwiejszy w utrzymaniu | Zarówno tytan, jak i stal nierdzewna są metalami o dużej wytrzymałości, wybór między nimi zależy od konkretnego zastosowania |
Cena fabryczna | Jest zwykle droższa niż stal nierdzewna ze względu na wyższe koszty przetwarzania i produkcji | Jest to na ogół rozwiązanie oszczędzające koszty, szeroko stosowane w przemyśle produkcyjnym | Tytan idealnie nadaje się do kluczowych zastosowań, takich jak medycyna i lotnictwo, natomiast stal nierdzewna jest preferowana, gdy warunkiem wstępnym jest budżet |
Twardość | Tworzy twardą warstwę tlenku, która wytrzymuje większość sił przy wysokim stosunku wytrzymałości do masy | Jego twardość zależy od składu stopu i zastosowanego procesu produkcyjnego | Zarówno tytan, jak i stal nierdzewna to mocne i trwałe metale stosowane w trudnych warunkach |
Waga | Jego gęstość wynosi około 4.51 g/cmXNUMX | Jego gęstość wynosi około 7.9 g/cmXNUMX | Tytan jest około 40% lżejszy niż stal o tej samej objętości |
Odporność na korozję | Jest znany ze swojej doskonałej odporności na korozję w szerokim zakresie środowisk naturalnych i sztucznych w wyniku tworzenia się warstwy tlenku | Ma umiarkowaną odporność na korozję ze względu na zawartość chromu, który tworzy pasywną warstwę | Stal nierdzewna jest bardziej podatna na korozję niż tytan w pewnych środowiskach i warunkach |
Przewodnictwo elektryczne | Jego przewodność elektryczna wynosi około 3.1 x 10^6 siemensa/metr | Zakres od 1.45 x 10^6 do 2.5 x 10^6 siemens/metr w zależności od konkretnego gatunku stali nierdzewnej | Stal nierdzewna jest na ogół lepszym przewodnikiem prądu elektrycznego niż tytan |
Przewodność cieplna | Jego przewodność cieplna wynosi około 22 W/(m*K) | Różni się w zależności od składu i może wynosić od 14.4 W/(m*K) do 72 W/(m*K) dla austenitycznych stali nierdzewnych | Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewna ma niższą przewodność cieplną w porównaniu do tytanu ze względu na większą odporność na przenoszenie ciepła |
Temperatura topnienia | Ma temperaturę topnienia 1,668°C (3034°F) | Zwykle ma temperaturę topnienia 1,400–1,500°C (2,552–2,732°F). | Tytan ma wyższą temperaturę topnienia w porównaniu ze stalą nierdzewną |
Skrawalność | Jest trudny w obróbce, ponieważ ma niski moduł sprężystości, co wskazuje, że łatwo się wygina i odkształca | Posiada wyższy moduł sprężystości i mniejszą tendencję do przyklejania się do narzędzi skrawających, dzięki czemu jest łatwiejszy w obróbce | Ogólnie rzecz biorąc, stal nierdzewna może być łatwiejsza w obróbce niż tytan ze względu na jej niższą wytrzymałość i twardość |
Formowalność | Ma mniejszą odkształcalność niż stal nierdzewna ze względu na niższą ciągliwość i tendencję do utwardzania | Jest to metal ciągliwy i kowalny, dzięki czemu można go łatwo formować w różne kształty, nie łamiąc się ani nie pękając | Zwykle stal nierdzewna jest łatwiejsza w obróbce i ma lepszą odkształcalność niż tytan |
Spawalność | Ma wysoką temperaturę topnienia i wysoką reaktywność na tlen, co może utrudniać spawanie | Ma niższą reaktywność na tlen, a jego spawalność zależy od konkretnego użytego stopu | Ogólnie rzecz biorąc, spawalność tytanu jest trudniejsza niż spawalność stali nierdzewnej |
Wydajność wytrzymałości | Jest uważany za jeden z najmocniejszych metali na jednostkę masy, ponieważ wykazuje wytrzymałość podobną do stali nierdzewnej przy połowie gęstości | W zależności od składników stopowych granica plastyczności stali nierdzewnej waha się od 25 MPa do 2500 MPa | Stal nierdzewna jest lepszym wyborem w przypadku projektów wymagających ogólnej wytrzymałości, natomiast tytan jest preferowany, gdy konieczna jest wytrzymałość na jednostkę masy |
Wytrzymałość na rozciąganie | Komercyjnie czysty tytan ma wytrzymałość na rozciąganie w zakresie 240–410 MPa (megapaskali), podczas gdy niektóre stopy o wysokiej wytrzymałości mogą mieć wytrzymałość na rozciąganie do 1,400 MPa | Wytrzymałość na rozciąganie stali nierdzewnej zwykle waha się od 515-827 MPa, w zależności od gatunku i rodzaju stali nierdzewnej | Wytrzymałość na rozciąganie stali nierdzewnej jest na ogół wyższa niż tytanu |
Wytrzymałość na ścinanie | Wytrzymałość tytanu na ścinanie waha się od około 300 do 580 MPa (43,500 84,000 do XNUMX XNUMX psi) | Typowa wytrzymałość na ścinanie stali nierdzewnej waha się od 400 do 800 MPa (58,000 116,000 do XNUMX XNUMX psi) | Stal nierdzewna ma wyższą odporność na obciążenia ścinające niż tytan |
Wygląd/kolor | Tytan w swoim naturalnym stanie ma srebrnoszary kolor | Stal nierdzewna ma bardziej srebrzysty lub szaro-biały odcień | Stal nierdzewna po pokryciu lub wykończeniu będzie nadal miała metaliczny połysk, podczas gdy naturalny kolor tytanu będzie zawsze widoczny |
Zastosowania | Wysoki stosunek wytrzymałości do masy | wszechstronne | Tytan: przemysł lotniczy, przemysłowy, architektoniczny, konsumpcyjny, jubilerski, przemysł medyczny, składowanie odpadów nuklearnych; |
Tytan kontra stal nierdzewna – zalety i wady
Zarówno stal nierdzewna, jak i tytan mają unikalne właściwości, dzięki którym można je lepiej dopasować do konkretnych potrzeb. Zrozumienie zalet i wad obu metali pomoże Ci podjąć decyzję. Oto ich zalety i wady.
Plusy ze stali nierdzewnej
- Tani i łatwo dostępny.
- Wysoka wytrzymałość i trwałość.
- Doskonała odporność na korozję.
- Doskonałe właściwości mechaniczne.
- Zrównoważony rozwój i ochrona środowiska.
- Wysoka wytrzymałość i doskonała trwałość.
- Stal nierdzewna nadaje się do recyklingu.
- Łatwe do dostosowania.
- Sprzęt ze stali nierdzewnej jest łatwy do czyszczenia.
Wady stali nierdzewnej
- Wytrzymałość spadnie w wysokich temperaturach.
- Sprzęt ze stali nierdzewnej jest bardzo ciężki.
Zalety tytanu
- Niesamowita odporność na korozję.
- Wysoka temperatura topnienia i odporność na wysoką temperaturę.
- Wysoka wytrzymałość i lekkość.
- Nietoksyczny i szeroko stosowany w przemyśle medycznym.
- Dobra biokompatybilność.
- Możliwość recyklingu.
Wady tytanu
- Kosztowny.
- Niska elastyczność i łatwość odkształcania.
- Trudności w ekstrakcji, odlewaniu i przetwarzaniu.
Jak wybrać odpowiedni materiał do swojego projektu obróbki CNC: stal nierdzewna czy tytan?
Stopy tytanu i stali nierdzewnej są szeroko stosowane w obróbce CNC. W celu dogłębnej analizy wydajności tych dwóch materiałów podczas przetwarzania, firma AN-Prototype przygotowała tabelę porównawczą między nimi w oparciu o wieloletnie doświadczenie. Możesz także odwiedzić nasze strony ze szczegółami Obróbka CNC stali nierdzewnej i Obróbka CNC tytanu usług w celu uzyskania bardziej szczegółowych informacji.
Tytan | Stal nierdzewna | |
stopy | Tytan klasy 1 | Stal nierdzewna 303 |
Zalety | Wysoki stosunek wytrzymałości do masy | Dobra odporność na ciepło |
Niedogodności | Wysoki koszt | Magnetyzm ogranicza ich użycie |
Tolerancje | Decyduje o tym pożądany efekt i zastosowany tytan. Osiągalna jest tolerancja ±0.005”(±0.13 mm). | Zależy to od pożądanego efektu i dokładnego użytego stopu. Osiągalna jest tolerancja ±0.005”(±0.13 mm). |
Grubość ściany | Minimalna grubość ścianki ±0.03”(±0.8 mm). | Minimalna grubość ścianki ±0.03”(±0.8 mm). |
Rozmiar części | Decyduje o tym głównie dostępna geometria maszyny i części. | Decyduje o tym głównie dostępna geometria maszyny i części. |
Wykończenia | Po obróbce, hartowanie, anodowanie. | Po obróbce, malowanie proszkowe, śrutowanie. |
Wnioski
Części ze stali nierdzewnej i tytanu CNC są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, a oba stopy zapewniają najwyższą jakość. Po zastosowaniu odpowiedniego sprzętu i parametrów te stopy metali można stosować do prawie wszystkich obróbek CNC. Stosowanie właściwej stali nierdzewnej i stopów tytanu wymaga dokładnego zrozumienia ich właściwości, środowiska przetwarzania, zamierzonej funkcjonalności i innych ważnych czynników.
W AN-Prototype oferujemy Usługi obróbki 5-osiowej CNC dla ponad 160 opcji materiałowych, od metali po tworzywa sztuczne i inne materiały specjalne. Nasz zespół wykwalifikowanych inżynierów przeprowadza dogłębną analizę, aby upewnić się, że proces obróbki CNC spełnia określone wymagania i granice tolerancji, aby stworzyć precyzyjne komponenty do różnych zastosowań w różnych gałęziach przemysłu. Posiadamy zespół wysoko wykwalifikowanych ekspertów, którzy wykorzystują najnowszą technologię CNC, aby urzeczywistnić Twoje projekty z maksymalną wydajnością, dokładnością i precyzją.
Otrzymaj natychmiastowy cytat i rozpocznij swój projekt obróbki CNC już dziś!