Титан и сталь вес
Обновлено: 08.05.2024
Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим восстановлением из четыреххлористого титана металлическим магнием. Полученная при этом титановая губка маркируется по твердости специально выплавленных из нее образцов.
Полученный в результате последовательного дробления губки, прессования, спекания и переплавки брикетов технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей.
Механические свойства титана в большой степени зависят от содержания примесей, особенно Н, О, N и С, образующих с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое содержание кислорода, азота, углерода повышает твердость и прочность, но при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому со-
Отличительными особенностями титана являются высокие механические свойства, небольшая плотность и поэтому высокая удельная прочность при 20—25 °С и криогенных температурах, хорошая коррозионная стойкость.
Держание каждой из этих примесей ограничивается ~0,02—0,06 %. Аналогично, но в меньшей степени, на свойства влияют железо и кремний. Особо вредная примесь в титане и однофазных а-сплавах титана - водород. При наличии водорода по границам зерен выделяются тонкие хрупкие пластины гидридной фазы, вызывая значительную хрупкость. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане и однофазных сплавах находится в пределах 0,008— 0,012 %.
Наиболее чистый иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырехиодистого титана или методом зонной плавки.
Модуль упругости титана почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля, что затрудняет изготовление жестких конструкций.
Несмотря на высокую температуру плавления, чистый титан не обладает жаропрочностью. Он склонен к ползучести даже при 20—25 °С. Кислород, азот, а также пластическая деформация повышают сопротивленце ползучести.
Титан обладает высокими прочностью и удельной прочностью в условиях глубокого холода.
Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг. Температура рекристаллизации титана понижается с 600 до 500 °С при увеличении степени предшествующей деформации с 10 до 60 %, после чего не меняется. Наилучшее сочетание механических свойств титан имеет после отжига при 650-750 °С.
При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50-70 °С - водород, свыше 400-500 °С - кислород, с 600-700 °С - азот, окись углерода и углекислый газ. Высокая химическая активность расплавленного титана вызывает необходимость применения при плавке и ду-
говой сварке вакуума или атмосферы инертных газов. Вместе с тем благодаря способности к газопоглощению титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала.
Технический титан хорошо обрабатывается давлением при 20-25 °С и повышенных температурах. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката (листы, трубы, проволоку, поковки и др.). Ковку проводят при температуре 1000-750 °С, горячую прокатку - на 100 °С ниже температуры ковки. Горячей прокаткой получают листы толщиной более 6 мм, листы меньшей толщины изготовляют холодной прокаткой или с нагревом до 650-700 °С. Температура прессования 950-1000 °С. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и всеми видами контактной сварки. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90 % прочности основного металла.
Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, что приводит к его быстрому износу. Для обработки титана требуется инструмент из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. Недостатком титана является также низкая антифрикционность.
Титановые сплавы. Достоинством титановых сплавов по сравнению с титаном являются более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности.
По влиянию на полиморфизм титана все легирующие элементы подразделяются на три группы: а-стабилизаторы, в-стабилизаторы и нейтральные элементы.
а-стабилизаторы (А1, О, N) повышают температуру полиморфного превращения, расширяя область твердых растворов на основе Tia. Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как остальные вызывают снижение пластичности и вязкости титановых сплавов. Алюминий уменьшает плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает прочность, жаропрочность, модуль упругости титановых сплавов.
Р-стабилизаторы снижают температуру полиморфного превращения титана, расширяя область твердых растворов на основе Tig. Они образуют с титаном диаграммы состояния двух типов.
Изоморфные в-стабилизаторы Mo, V, Та, Nb, имеющие, как и Ti, кристаллическую решетку объемно-центрированного куба, неограниченно растворяются в Ti. Сг, Мп, Fe, Ni, W, Си и другие образуют с титаном диаграммы состояния с эвтектоидным распадом. В некоторых сплавах (Ti—Mn, Ti—Cr, Ti—Fe) при охлаждении в условиях, отличающихся от равновесных, эвтектоидного распада не происходит, а превращение идет по штриховой линии.
Большинство B-стабилизаторов, особенно V, Мо, Мп, Сг, повышают прочность при 20—25 °С и отрицательных температурах, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность.
Нейтральные элементы (Sn, Zr, Hf) мало влияют на температуру полиморфного превращения. Наибольшее практическое значение имеют олово и цирконий. Олово упрочняет титановые сплавы без заметного снижения пластичности, повышает жаропрочность; цирконий увеличивает предел ползучести и длительную прочность.
По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые, по механическим свойствам — на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности. По способности упрочняться с помощью термической обработки они делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой; по структуре в отожженном состоянии они классифицируются на а-, псевдо-а, а + р, псевдо-р и р-сплавы.
Сплавы с а-структурой. К этой группе сплавов относят и технический титан. Это сплавы нормальной прочности при 20—25 °С, обладающие высоким сопротивлением разрушению при повышенных (350—500 °С) и криогенных температурах. Сплавы имеют высокую термическую стабильность свойств и обладают отличной свариваемостью. Они свариваются аргонодуговой, всеми видами контактной и электронно-лучевой сварки. При этом прочность сварного шва составляет 90 % прочности основного сплава. Обрабатываемость резанием удовлетворительная.
а-сплавы не упрочняются термической обработкой и применяются в отожженном состоянии. Сплавы с цирконием наиболее технологичны, но это самые дорогие из а-сплавов. В горячем состоянии сплавы куют, прокатывают и штампуют. Из сплава ПТ7М изготовляют горяче- и холоднокатаные трубы. Сплавы поставляют в виде прутков сортового проката, поковок, труб, проволоки. Они предназначены для изготовления деталей, работающих в широком диапазоне температур: от криогенных до 500 °С.
Псевдо-а-сплавы имеют преимущественно а-структуру и, вследствие дополнительного легирования B-стабиливаторами (Мп, V, Nb, Mo),— 1—5 % Р-фазы. Благодаря наличию р-фазы они обладают хорошей технологической пластичностью при сохранении достоинств а-сплавов. Сплавы с низким содержанием алюминия (2—3 %) обрабатываются давлением в холодном состоянии и только при изготовлении деталей сложной формы подогреваются до 500—700 °С (ОТ4, ОТ4-1). Сплавы с большим содержанием алюминия при обработке давлением требуют подогрева до 600—800 °С. На жаропрочность сплавов помимо алюминия благоприятно влияют цирконий и кремний. Цирконий способствует увеличению растворимости p-стабилизаторов в а-фазе и повышает температуру рекристаллизации. Кремний повышает жаропрочность вследствие образования тонкодисперсных силицидов, трудно растворимых в а-фазе. Поэтому псевдо-а-сплавы с повышенным содержанием алюминия (7—8 %), легированные Zr, V, Mo, Nb, Si, используются в изделиях, работающих при наиболее высоких температурах.
Недостатком этих сплавов является склонность к водородной хрупкости. Водород мало растворим в а-фазе и присутствует в структуре в виде гидридной фазы, снижающей пластичность, особенно при медленном нагружении, и вязкость сплавов. Допустимое содержание водорода находится в пределах 0,01 — 0,005 %.
Двухфазные (а + Р)-сплавы. Физические свойства сплавов приведены. Сплавы легированы алюминием и p-стабилизаторами. Алюминий значительно упрочняет а-фазу при 20—25 °С и повышенных температурах, увеличивает термическую стабильность Р-фазы, снижает плотность (а + Р)-сплавов, что позволяет удерживать ее на уровне титана, несмотря на присутствие элементов высокой плотности V, Mo, Сг, Fe, Nb. Наибольшее упрочнение достигается при легировании титана эвтектоидообразующими B-стабилизаторами Fe, Сг, Мn и изоморфными Mo, V, Nb стабилизаторами. Ванадий и ниобий упрочняют сплавы слабее других, но и меньше снижают пластичность. Двухфазные сплавы упрочняются с помощью термической обработки — закалки и старения. В отожженном и закаленном состояниях они имеют хорошую пластичность, а после старения — высокую прочность и жаропрочность. Чем больше B-фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке.
По структуре после закалки двухфазные сплавы подразделяют на два класса: мартенситный и переходный.
Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат сравнительно немного Р-фазы (5—25 %). В результате закалки образуется структура мартенсита а (или а" — в более легированных сплавах). К этому классу относятся высокопрочные сплавы ВТ6, ВТ14, ВТ16 и жаропрочные сплавы ВТ8, ВТ9, ВТЗ-1,
Сплавы переходного класса содержат больше легирующих элементов и соответственно больше B-фазы (25— 50%) в равновесной структуре, чем сплавы мартенситного класса. Структура этих сплавов чувствительна к колебаниям химического состава и режимам термической обработки. Так, после закалки в этих сплавах можно получить однофазную структуру переохлажденной B-фазы или структуру, состоящую из этой фазы и мартенсита а". Наличие большого количества B-фазы обеспечивает сплавам переходного класса самую высокую прочность среди (а + B)-сплавов. Например, сплав ВТ22 (50 % B-фазы) имеет после отжига такое же временное сопротивление, как сплав ВТ6 после закалки и старения.
Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. После сварки требуется отжиг для повышения пластичности сварного шва. Они менее склонны к водородной хрупкости, чем а- и псевдо-а-сплавы, так как водород обладает большей растворимостью в B-фазе. Двухфазные сплавы куются, штампуются и прокапываются легче, чем сплавы с а-структурой. Они поставляются в виде поковок, штамповок, прутков, листов, ленты.
Однофазные B-сплавы не имеют промышленного значения, так как для получения устойчивой B-структуры сплавы должны быть легированы большим количеством изоморфных B-стабилизаторов (V, Mo, Nb, Та) — дорогих, дефицитных и обладающих высокой плотностью.
Псевдо-B-сплавы. Это высоколегированные в основном B-стабилизаторами сплавы. Суммарное количество легирующих элементов в них, как правило, превышает 20 % . Наиболее часто их легируют Mo, V, Сг, реже Fe, Zr, Sn. Алюминий присутствует почти во всех сплавах в небольшом количестве (~ 3%). В равновесном состоянии они имеют в основном p-структуру и небольшое количество а-фазы.
После закалки имеют структуру переохлажденной метастабильной B-фазы, обеспечивающей высокую пластичность сплавам и хорошую обрабатываемость давлением. При старении сплавов временное сопротивление увеличивается приблизительно в 1,5 раза и достигает 1300-1800 МПа. Плотность сплавов находится в интервале 4,9—5,1 т/м 3 , а удельная прочность, самая высокая среди титановых сплавов, превышает 30 км. Сплавы обладают низкой склонностью к водородной хрупкости, но чувствительны к примесям — кислороду и углероду, вызывающим снижение пластичности и вязкости; сварные швы имеют пониженную пластичность; термическая стабильность низкая. Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15 (~3 % А1, ~8% Мо и 11 % Сг). Этот сплав выпускается в виде полос, листов, прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 о С.
Литейные титановые сплавы. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает высокую жидкотекучесть и плотность отливок из титановых сплавов. Они отличаются малой склонностью к образованию горячих трещин; линейная усадка 1 %; объемная усадка 3 %.
Плавку и заливку сплавов на основе титана осуществляют в среде нейтральных газов или в вакууме в связи с их высокой химической активностью при нагреве.
Отливки изготовляют методом фасонного литья в чугунные, стальные и специальные формы. Для получения высококачественных сложных титановых отливок необходим комплексный подход к выбору оптимальных режимов литья как при плавке и заливке металла, так и при формировании отливки в литейной форме.
Литейные сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующие деформируемые. Упрочняющая термическая обработка не применяется, так как резко снижает пластичность сплавов.
Порошковые титановые сплавы. Высокая стоимость изготовления и трудность механической обработки сплавов на основе титана являются серьезным препятствием на пути их широкого применения. Методы порошковой технологии позволяют повысить коэффициент использования металла путем уменьшения отходов при механической обработке и открывают потенциальные возможности получения готовых деталей для конструкций летательных аппаратов и двигателей.
Получение порошков из сплавов на основе титана является сложной проблемой вследствие вредного влияния различных примесей. Высокая химическая активность расплавленного титана исключает применение большинства огнеупоров в качестве материала для тиглей.
Использование современных методов получения легированных порошков дуговой плавкой с вращающимся анодом и неподвижным вольфрамовым катодом, электроплазменной плавкой либо распылением в вакууме и других позволяет исключить загрязнения. Повышение качества полуфабрикатов и готовых деталей сложных форм может быть достигнуто в результате использования новых прогрессивных методов, таких, как горячее компактирование гранул, горячее изостатическое прессование легированных порошков (ГИП) с последующим спеканием в вакуума и др.
Несмотря на определенные сложности и недостатки (пористость, наличие неметаллических включений и примесей), ухудшающих качество изделий из порошковых сплавов на основе титана, преимущество порошковой металлургии, особенно в ее новом варианте, очевидно.
Для изготовления деталей методами порошковой технологии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТЗ-1 и др. Из зарубежных сплавов весьма перспективными являются сплав Ti-6A1-4V и особенно Корона-5, обладающий высокой вязкостью разрушения.
Применение титановых сплавов.
В авиастроении, ракетостроении — каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени и т. д.
В судостроении — обшивка корпусов судов и подводных лодок, сварные трубы, гребные винты, детали насосов и др.
В химической промышленности: реакторы для агрессивных сред, насосы, змеевики, центрифуги и др.
В гальванотехнике: ванны для хромирования, анодные корзины, теплообменники, трубопроводы, подвески и др.
В газовой и нефтяной промышленности: фильтры, седла клапанов, резервуары, отстойники и др.
В криогенной технике: детали холодильников, насосов компрессоров, теплообменники и др.
В пищевой промышленности: сепараторы, холодильники, емкости для продуктов, цистерны и др.
В медицинской промышленности: инструмент, наружные и внутренние протезы, внутрикостные фиксаторы, зажимы и др.
Также статьи по свойствам титана: размерная стабильность титановых сплавов при закалке и охлаждении.
Титан против нержавеющей стали, в чем разница?
Титан и нержавеющая сталь являются традиционными металлами, которые сегодня часто используются в обрабатывающей промышленности. Эти два металла по своей природе изысканны, и оба обладают уникальным набором свойств и прочностью. Следовательно, знание как титана, так и нержавеющей стали может иметь большое значение для достижения вашей цели в вашем проекте. Мы составили это подробное руководство, чтобы помочь вам отличить оба металла.
Давайте сравним 17 различий между титаном и нержавеющей сталью
Титан и нержавеющая сталь обладают превосходными характеристиками, которые отличают их друг от друга. Для простоты понимания мы проведем сравнение между титаном и нержавеющей сталью, используя разные свойства. Эти свойства включают элементный состав, коррозионную стойкость, электропроводность, теплопроводность, температуру плавления, твердость, вес и многое другое.
Титан против нержавеющей стали: состав элементов
Элементный состав — это характеристика, по которой можно отличить титан от нержавеющей стали. Для сравнения, коммерчески чистый титан содержит множество элементов, включая азот, водород, кислород, углерод, железо и никель. Имея титан в качестве основного элемента, состав других элементов варьируется от 0.013 до 0.5 процента.
С другой стороны, нержавеющая сталь состоит из разновидностей элементного состава с 11% хрома, а также других элементов с процентным составом от 0.03% до более 1.00%. Содержание хрома в нержавеющей стали помогает предотвратить ржавчину, а также обеспечивает характеристики термостойкости. Эти элементы включают алюминий, кремний, серу, никель, селен, молибден, азот, титан, медь и ниобий.
Титан против нержавеющей стали: коррозионная стойкость
Когда дело доходит до применений, связанных с коррозией, существует термин, называемый специальными металлами. Эти специальные металлы обладают высокой коррозионной стойкостью. В этом контексте специальные металлы, такие как титан, обеспечивают высокую коррозионную стойкость и механическую стабильность, в то время как другие металлы, такие как нержавеющая сталь и многие другие, являются недостаточными. Материалы из нержавеющей стали обладают превосходными механическими свойствами; однако их коррозионная стойкость ограничена. Это ограничение в основном встречается в концентрированных кислотах при высоких температурах.
Специальные металлы, такие как титан, наиболее привлекательны для использования в чувствительном к коррозии оборудовании в различных отраслях промышленности. В заключение, титан более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь, в широкой области, такой как коррозия от щелочей, кислот, природных вод и промышленных химикатов.
Титан против нержавеющей стали: электропроводность
Электропроводность включает поток электронов через материал из-за падения потенциала. Кроме того, атомная структура такого металла сильно влияет на его электропроводность. По сравнению с использованием меди в качестве стандарта для измерения электропроводности, титан не является хорошим проводником. Он демонстрирует проводимость меди около 3.1%, в то время как нержавеющая сталь имеет проводимость меди 3.5%.
С другой точки зрения, электрическое сопротивление, которое противопоставляет материал потоку электронов. С этой точки зрения титан обладает плохой электропроводностью. В результате титан является хорошим резистором.
Титан против нержавеющей стали: теплопроводность
Теплопроводность — еще одна характеристика, которую можно использовать для сравнения титана и нержавеющей стали. Теплопроводность — это мера, с которой титан и нержавеющая сталь могут использоваться для тепловых применений. В этом процессе измеряется и определяется количество энергии, а также скорость, с которой энергия поглощается и передается. Для сравнения, теплопроводность титана составляет 118 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F.
С другой стороны, теплопроводность нержавеющей стали колеблется от 69.4 до 238 БТЕ-дюйм/час-фут²-°F. Это означает, что нержавеющая сталь обладает более высокой теплопроводностью по сравнению с титаном. В ситуации, когда теплопроводность имеет приоритет над другими характеристиками, то можно рассматривать нержавеющую сталь.
Титан против нержавеющей стали: температура плавления
Температура плавления материала, известная как точка плавления, представляет собой температуру, при которой материал начинает переходить из твердой фазы в жидкую. При этой температуре твердая фаза материала и жидкая фаза такого материала находятся в равновесии. Как только материал достигает этого температурного уровня, его можно легко формовать и использовать для термических применений.
В этом случае титан имеет температуру 1650–1670 °C (3000–3040 °F), а нержавеющая сталь — 1230–1530 °C (2250–2790 °F). Это показывает, что, когда для определения точки плавления требуется металл, титан предпочтительнее нержавеющей стали.
Титан против нержавеющей стали: твердость
Твердость материала — это сравнительная величина, которая помогает описать реакцию такого материала на травление, деформацию, царапание или вмятину вдоль поверхности материала. Эта мера в основном выполняется с использованием инденторных машин, которые существуют в большом количестве в зависимости от прочности материала. Для высокопрочных материалов производители или пользователи используют критерий твердости по Бринеллю.
Хотя твердость нержавеющей стали по Бринеллю сильно зависит от состава сплава и термической обработки, в большинстве случаев она тверже титана. Однако титан легко деформируется при вмятинах или царапинах. Чтобы избежать этого, титан образует оксидный слой, называемый слоем оксида титана, который образует исключительно твердую поверхность, сопротивляющуюся большинству сил проникновения. Титан и нержавеющая сталь являются прочными материалами, которые отлично работают в суровых условиях.
Титан против нержавеющей стали: вес
Одним из важных поразительных различий между титаном и нержавеющей сталью является их плотность. Титан имеет превосходное соотношение прочности к весу, благодаря чему он обеспечивает почти такую же прочность, как нержавеющая сталь, при 40% своего веса. При измерении титан наполовину плотнее стали и значительно легче нержавеющей стали.
В результате титан жизненно важен для проектов, требующих минимального веса при максимальной прочности. Вот почему титан отлично подходит для изготовления деталей самолетов и других приложений, зависящих от веса. С другой стороны, сталь применяется в шасси транспортных средств и во многих других областях, но в большинстве случаев снижение веса часто вызывает озабоченность.
Титан против нержавеющей стали: долговечность
Долговечность материала — это его способность оставаться функциональными без использования чрезмерного ремонта или технического обслуживания всякий раз, когда материал сталкивается с проблемами нормальной эксплуатации в течение своего полураспада. И титан, и нержавеющая сталь долговечны благодаря превосходным свойствам, которые они предлагают. Для сравнения, титан примерно в 3-4 раза прочнее нержавеющей стали. Это делает титан долговечным в течение нескольких поколений. Тем не менее, титан можно легко поцарапать, так как он требует регулярной полировки или рискует повредить его поверхность или потускнеть.
Титан против нержавеющей стали: обрабатываемость
Обрабатываемость — это сравнительная оценка, присваиваемая металлам для определения их реакции на механические нагрузки, включая фрезерование, токарную обработку, штамповку и многое другое. Эта оценка жизненно важна для проведения сравнений, чтобы определить лучший обрабатываемый материал для успеха вашего проекта. Кроме того, показатели обрабатываемости можно использовать для определения типа используемой механической обработки. Модуль упругости титана почему-то низкий, что говорит о том, что титан легко изгибается и деформируется. Это связано с трудностями обработки титана, поскольку он склеивает фрезы и предпочитает возвращаться к своей первоначальной форме.
С другой стороны, нержавеющая сталь имеет гораздо более высокий модуль упругости, что позволяет легко обрабатывать ее. В результате он используется в приложениях, включая кромки ножей, потому что он ломается и не сгибается под нагрузкой.
Титан против нержавеющей стали: формуемость
Когда материал проявляет пластическую деформацию, не повреждаясь при формовании, это называется формуемостью материала. Когда титан сравнивают с нержавеющей сталью, титан и его сплав можно формировать с использованием методов и оборудования, подходящих для нержавеющей стали. Однако титан обладает более низкой пластичностью при растяжении и требует больших радиусов изгиба.
Кроме того, титан имеет большую склонность к истиранию по сравнению с нержавеющей сталью и может быть исправлен с помощью горячей штамповки. Кроме того, может иметь место пружинение, в то время как подавляющее большинство титана изготавливается путем холодной или горячей штамповки с последующей горячей проклейкой для решения этой проблемы.
Титан против нержавеющей стали: свариваемость
Свариваемость, также известная как соединяемость, представляет собой способность материала к сварке. Титан и нержавеющая сталь можно сваривать, но один из двух металлов сваривается легче, чем другой. Свариваемость материала обычно используется для определения процесса сварки и для сравнения качества окончательного сварного шва с качеством другого материала. Для сравнения, нержавеющая сталь легче сваривается по сравнению с титаном. Это связано с тем, что сварка титана — это специальность внутри специальности. Хотя на первый взгляд сварка титана похожа на сварку стали, она требует высокого профессионализма.
Титан против нержавеющей стали: предел текучести
При сравнении предела текучести титана и нержавеющей стали интересно отметить, что нержавеющая сталь намного прочнее титана. Это интересное открытие противоречит распространенному заблуждению о том, что предел текучести титана выше, чем у большинства металлов. В то время как титан только на одном уровне с нержавеющей сталью, он демонстрирует это при половине плотности нержавеющей стали. Вот почему титан считается одним из самых прочных металлов на единицу массы.
С другой стороны, нержавеющая сталь является идеальным материалом, когда проект требует общей прочности. В заключение, когда в проекте требуется только прочность, нержавеющая сталь является идеальным выбором, тогда как титан предпочтительнее, когда требуется прочность на единицу массы.
Титан против нержавеющей стали: прочность на растяжение
Предел прочности материала на растяжение является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении. Предельная прочность на растяжение в большинстве случаев сокращается до «прочности» или «предела прочности».
Когда металл достигает своего предела прочности на растяжение, материал подвергается сужению, при котором площадь поперечного сечения локально уменьшается. При сравнении титан демонстрирует предел прочности при растяжении 230 МПа (31900 фунтов на квадратный дюйм), в то время как нержавеющая сталь имеет предел прочности при растяжении от 34.5 до 3100 МПа (5000–450000 фунтов на квадратный дюйм). Это значение показывает, что нержавеющая сталь имеет более высокий предел прочности при растяжении и поэтому предпочтительнее титана.
Титан против нержавеющей стали: прочность на сдвиг
Прочность материала на сдвиг — это его устойчивость к нагрузке сдвига до того, как компонент разрушится при сдвиге. Действие сдвига обычно происходит в направлении, параллельном направлению силы, действующей на плоскости. Напряжение сдвига титана составляет от 240 до 335 МПа в зависимости от свойств сплава, в то время как напряжение сдвига нержавеющей стали составляет от 74.5 до 597 МПа. Это показывает, что нержавеющая сталь является идеальным выбором в ситуациях, когда требуется высокая устойчивость к сдвигающей нагрузке.
Сравнение титана и стали
Когда мы говорим о прочных металлах, первое, о чем мы обычно думаем, это сталь или титан. Они оба имеют широкий спектр сплавов с различными легирующими элементами и количествами, поэтому сложно определить, с какого типа начать.
Сталь и титан
Сталь является одним из наиболее распространенных сплавов. Обычно это сплав железа с добавлением нескольких процентов углерода для повышения его прочности и сопротивления разрушению. Сталь плотная, твердая, магнитная и ус тойчивая к высоким температурам, большинство сталей подвержены коррозии, но нержавеющая сталь устраняет этот недостаток. Из-за своей низкой стоимости, высокой прочности на растяжение и рабочих характеристик сталь популярна в строительстве, зданиях, инфраструктуре, транспорте, оборудовании, электроприборах и автомобилях. Различное содержание углерода и других легирующих элементов в металле приводит к множеству различных стальных сплавов, таких как сталь 4130 , сталь 4140, сталь A36 и т. д., что улучшает качество, а также придает им уникальные свойства.
Титан — легкий металл блестящего серебристо-серого цвета, низкой плотности и высокой прочности, устойчивый к коррозии в морской воде, царской водке и хлоре. Титан может быть легирован железом, алюминием и многими другими элементами. Благодаря коррозионной стойкости и соотношению прочности к плотности титан и титановый сплав могут широко использоваться в аэрокосмической, морской, промышленной, потребительской, архитектурной и других отраслях, несмотря на то, что это нелегко обрабатывать, обработка титана с ЧПУ по-прежнему является эффективной и быстрой. Turn производственный метод для производства различных прецизионных деталей из титана. Обычными типами титана, с которыми можно работать, являются титан класса 2 и титан класса 5 (Ti-6Al-4V).
Титан против стали - в чем разница между титаном и сталью
По сравнению со сталью титан обладает исключительной прочностью и весом, а также отличной биологической совместимостью, что делает его предпочтительным материалом для хирургических имплантатов. Другими распространенными областями применения титана являются аэрокосмическая и ювелирная промышленность, что также связано с его легкими характеристиками, высокой прочностью и коррозионной стойкостью к широкому спектру кислот, щелочей и химикатов. В автомобильной промышленности сталь составляет сильную конкуренцию титану, сталь предпочтительнее, когда требуется прочность твердого материала, кроме того, поскольку железа намного больше, чем титана, с меньшими затратами на сырье, сталь обычно дешевле титана.
В заключение, вот несколько моментов, описывающих разницу между титаном и сталью.
1. Титан может выдерживать более высокие и более низкие температуры, чем сталь.
2. Титан значительно прочнее наиболее часто используемых марок стали. Но самые прочные из известных легированных сталей в самом сильном отпуске прочнее самых прочных титановых сплавов в самом твердом состоянии.
3. В нелегированном состоянии при той же прочности титан намного легче
4. Титан значительно дороже стали. Несмотря на то, что некоторые марки для очень специфических применений могут продаваться по цене, близкой к цене титана, большинство сталей очень дешевы по сравнению с титаном.
5. Титан менее токсичен, чем сталь, имеет меньшее тепловое расширение, чем сталь, и имеет более высокую температуру плавления.
6. Титан имеет более высокую прочность на растяжение по массе, но не по объему.
7. Сталь тверже титана. Титан деформируется легче, чем сталь.
8. Сталь обычно предпочтительнее для изготовления прочных предметов, так как ее объем более приемлем.
титан против алюминия, какой металл выбрать – сравнение между титаном и алюминием
Легкие, прочные материалы, такие как титан и алюминий, популярны во многих отраслях промышленности, титановые детали идеально подходят для снижения веса и снижения энергопотребления. В этой статье я опишу разницу между алюминиевым и титановым сплавом и их преимуществами.
Что такое алюминиевые сплавы?
Алюминий представляет собой серебристо-белый, мягкий, прочный, немагнитный и пластичный металл с хорошим соотношением веса и прочности, хорошей коррозионной стойкостью и высокой вязкостью разрушения. Алюминий является экономичным вариантом из-за простоты обработки и низкой цены.
Алюминий можно использовать в проводниках из-за его хорошей электропроводности, вы часто можете найти алюминиевые детали в кухонных машинах и посуде из-за его хорошей теплопроводности и нетоксичности. Алюминий не реагирует на кислоты, но легко подвергается коррозии в щелочной среде.
Что такое Титановые сплавы?
Титан представляет собой блестящий переходный металл серебристого цвета, с низкой плотностью, высокой прочностью, хорошей теплопроводностью и хорошей коррозионной стойкостью, но его трудно извлекать и обрабатывать, что делает его более дорогим, чем многие другие металлы. Титан также немагнитен и не токсичен Он плохо проводит электричество. Вместо того, чтобы поглощать тепло, титан любит его отражать, кроме того, он имеет низкое тепловое расширение.
Высокая биосовместимость также является замечательной особенностью титана. Прочность и безопасность делают титан отличным материалом для медицинского оборудования, такого как зубные имплантаты, протезы коленного сустава, кардиостимуляторы и многое другое. Детали из титанового сплава используют в химической и морской промышленности, поскольку титановые сплавы устойчив к коррозии.
Сравнение между титановым сплавом и алюминиевым сплавом
1. Стоимость
Определенно, алюминий является более экономичным металлом, в то время как детали из титана просто служат дольше. Высокая стоимость добычи и изготовления ограничивает некоторые области применения титана.
2. Вес и прочность
Титан тяжелее алюминия, но присущая ему прочность означает, что вам нужно его меньше.
3. Применение
– Титан часто используется в аэрокосмической, авиационно-космической промышленности, компонентах спутников, креплениях и кронштейнах, медицинских приложениях, таких как зубные имплантаты, хирургические инструменты, морской промышленности, включая корпуса бедер, подводные лодки и другие конструкции, подверженные воздействию морской воды, а также в деталях, требующих высокой термостойкости.
– Применение алюминиевых изделий, включая велосипедные рамы, рыболовные катушки, небольшие лодки и рамы транспортных средств, пресс-формы для пластмасс и оснастки, рамы самолетов, электрические проводники, радиаторы и приложения, требующие высокой теплопроводности.
4. Обрабатываемость
Алюминий легко обрабатывается при токарной обработке, фрезеровании, сверлении и т. д., в то время как с титаном очень трудно работать.
5. Плотность
Более высокая плотность титана означает, что отношения прочности к весу для двух металлов одинаковы.
6. Внешний вид
Алюминий имеет серебристо-белый цвет и варьируется от серебристого до тускло-серого в зависимости от шероховатости поверхности, а титан имеет серебристую поверхность.
Удельный вес металла таблица
Удельным весом металлов (УВМ) называется характеристика, которая определяет соотношение веса однородного материала к объему изделия. Данная характеристика учитывается при проектировании металлических конструкций и конструировании деталей, расчетах работы механизмов и нагрузок на опоры. Дело в том, что у деталей и конструкций одинакового размера и формы, но изготовленных из разных сплавов, будет разное ускорение и показатели массы. Абсолютный вес металла без пор и неметаллических включений рассчитывается по формуле Y=P/V, где Y — удельный вес, Р — плотность вещества, V — объем.
Существует три системы расчетов удельного вес металла - УВМ:
● СГС (дин/смЗ). Диной обозначают силу, которая придает ускорение 1см/с2 телу массой 1г. Эту методику разработали в 1832 г, но позже признали сложноприменимой и прекратили ее использование в инженерных расчетах. Сейчас этот метод продолжает использоваться в научных экспериментах.
● СИ (Н/мЗ). Это методика учета основана на обозначении физических характеристик. В формуле используются следующие значения — сила тяжести на 1 мЗ объема.
● МКГСС (кГ/мЗ). Данный метод расчетов не принят госстандартами, но применяется в различных отраслях промышленности из-за приборов, которые функционируют в МКГСС.
Единицы измерения разных систем легко конвертируются: 0,1дин/смЗ=1Н/мЗ=0,1021кГ/мЗ. В металлургической отрасли для удобства расчетов применяются обозначения в смЗ и мЗ. Тип обозначения зависит от ценности материала. УВМ иногда путают с плотностью, так как они вычисляются по похожим формулам. Разница между ними в том, что плотность можно рассчитать для любых физических тел, а удельный вес — только для плотных материалов, которые не имеют в своем составе инородных включений.
Подробнее об удельном весе металлов
Все виды металлов и сплавов, применяемые в различных отраслях промышленности, имеют определенные характеристики, от которых и зависит УВМ. Чтобы понимать, как рассчитывается этот параметр, нужно учитывать характеристики материала. Металлом называется вещество, которое имеет определенный химический состав, обладает определенными показателями прочности, теплоемкости, текучести, линейного расширения, температурой плавления и температурой кипения. Самое большое значение в промышленности имеют черные и цветные металлы — углеродистая, низкоуглеродистая, легированная сталь, чугун, жаропрочные, жаростойкие и кислотостойкие сплавы, титан, медь, алюминий, олово, серебро, вольфрам и сплавы на их основе.
Черные металлы, железо удельный вес
В эту группу входят сплавы на основе железа и углерода, легированные магнием, никелем, кремнием, хромом и другими металлами. Это белый, серый и ковкий чугун, а также сталь конструкционных, инструментальных и нержавеющих марок.
Чугуном называются сплавы железа с углеродом, которого в составе сплава должно быть не менее 2,13%. Эти сплавы отличают хорошие литейные свойства, а также имеют высокие показатели прочности, устойчивости к деформации под действием внешних факторов. Из чугуна отливают детали и элементы конструкций, предназначенных для длительной эксплуатации в условиях значительных нагрузок.
Читайте также: