1. Ievads
Alumīnijs vs. titāna rangs starp vissvarīgākajiem inženiertehniskajiem metāliem, katrs izcils īpašās lietojumprogrammās.
Alumīnija zemais blīvums un lieliskā vadītspēja padara to visuresošu gaisa kuģu fizelikās, Automobiļu rāmji, un siltummaiņi.
Titāna augstākā izturība, Noguruma pretestība, un bioloģiskā savietojamība to atbilst strūklas dzinēja komponentiem, medicīniskie implanti, un ķīmiskās apstrādes aprīkojums.
Salīdzinot šos metālus starp mehāniskiem, termisks, ķīmisks, ekonomisks, un vides dimensijas, Inženieri var izvēlēties optimālu materiālu prasīgām lietojumprogrammām.
2. Ķīmiskais sastāvs un klasifikācija
- Alumīnijs (Al, Atomu numurs 13): Pieder grupai 13, raksturīga ar uz seju vērsta kubiskā kristāla struktūra.
Tīrs alumīnijs (99.9%+) ir mīksts, Bet leģēšana ar tādiem elementiem kā varš (Cu), magnijs (Mg), vai silīcijs (Un) Atbloķē dažādas mehāniskās īpašības. - Titāns (No, Atomu numurs 22): Grupa 4 Pārejas metāls ar sešstūra cieši iesaiņotu (izšķirt) vai uz ķermeni orientēts kubiskais (bārts) struktūra.
Tīrs titāns (1. - 4. pakāpe) ir kaļams, Kamēr sakausējumi, piemēram, Ti-6al-4v (Pakāpe 5) apvienot alumīniju (Al) un vanādijs (V) Par labāku spēku.
Galvenās sakausējumu ģimenes
Sakausējumu ģimene | Sastāvs | Galvenās īpašības | Bieži sastopamas lietojumprogrammas |
---|---|---|---|
Alumīnija 2xxx (Al-CU) | 3–5 % Cu, 1–1.5 % Mg, ≤1 % Nojaukšanās | UTS 450–550 MPa, Labs noguruma spēks | Aviācijas un kosmosa strukturālā locekļi (piemēram,. 2024-T3 paneļi) |
Alumīnija 6xxx (Al -mg -i) | ~ 1,0 % Mg, ~ 0,6 % Un, Neliels cr, Fe, Nojaukšanās | Uts ~ 310 mPa, Lieliska formabilitāte un metināmība | Automobiļu detaļas, arhitektūras ekstrūzijas (6061-T6) |
Alumīnija 7xxx (AL - Zn - mg) | 5–6 % Zn, 2–3 % Mg, ~ 1,6 % Cu | Uts līdz 570 MPA, Augstas stiprības un svara attiecība | Augstas veiktspējas aviācijas veidgabali (7075-T6) |
Titāna 1. - 4. (Cp ti) | ≥99 % No, mainīgi o (≤0,3 %), Fe (≤0,2 %), N (≤0,015 %) | UTS 240–450 MPa, lieliska izturība pret koroziju | Ķīmiskā apstrāde, jūras aparatūra |
Ti-6al-4v (Pakāpe 5) | 6 % Al, 4 % V, ≤0,2 % Fe, ≤0,08 % Katrs | Uts ~ 900 mPa, 10–15 % pagarināšana, Dzīve ar augstu nogurumu | Aviācijas un kosmosa stiprinājumi, biomedicīnas implanti |
3. Alumīnija vs fizikālās īpašības. Titāns
Īpašums | Alumīnijs (6061-T6) | Titāns (Ti-6al-4v) |
---|---|---|
Blīvums (G/cm³) | 2.70 | 4.51 |
Īpašs spēks (MPA · cm³/g) | 116 | 200 |
Siltumvadītspēja (Ar m/m · k) | 235 | 22 |
Elektriskā vadītspēja (MS/M) | 37.7 | 1.8 |
Kušanas temperatūra (° C) | 660 | 1 668 |
Maksimālā servisa temperatūra (° C) | 150–200 | 400–600 |
Cte (× 10⁻⁶ /° C) | 23.6 | 8.6 |
4. Alumīnija vs mehāniskā veiktspēja. Titāns
Mehāniskā veiktspēja nosaka, kā materiāli reaģē ar slodzi, trieciens, un cikliskais stress.
Šajā sadaļā, Mēs salīdzinām stiepes izturību, stīvums, elastība, cietība, nogurums, un šļūdes pretestība reprezentatīvam alumīnijam pret. titāna sakausējumi.
Stiepes izturība un ražas stiprums
Alumīnija sakausējumi parasti piedāvā mērenu izturību. Piemēram, 6061-T6 sasniedz stiepes izturību (UTS) aptuveni 310 MPA un ražas stiprums (0.2 % kompensēt) no 275 MPA.
Turpretī, Ti-6al-4v (Pakāpe 5) Nodrošina uts tuvu 900 MPA ar ražas stiprumu apkārt 830 MPA.
Pat augstas stiprības alumīnija varianti, piemēram, 7075-T6 (Uts ≈ 570 MPA) nevar saskaņot Titāna maksimālo sniegumu.
Elastības modulis un stīvums
Stīvums, definēts ar elastības moduli (E), regulē novirzi ar slodzi.
Alumīnija modulis (~ 69 GPA) Padara to samērā elastīgu, kas var dot labumu vibrācijas slāpēšanu, bet ierobežo strukturālo stingrību.
Titāns, ar E ≈ 110 GPA, samazina novirzi par aptuveni 60 % zem salīdzināmām kravām, Vieglāku dizainu iespējošana augstas stresa lietojumos.
Elastība un cietība
Alumīnijs izceļas ar elastību-6061-t6 iegarenē 12–17 % Pirms lūzuma-dziļa zīmēšanas un avārijas zonas enerģijas absorbcija automobiļu struktūrās.
Ti-6al-4V atbalsta 10–15 % pagarināšana, panākot Brinela cietību 330 HB salīdzinot ar 95 HB par 6061-t6.
Titāna labās elastības un augstās cietības kombinācija ir tā izmantošana noguruma kritiskos komponentos.
Noguruma spēks
Noguruma dzīve nosaka komponenta izturību cikliskajā slodzē.
6061-T6 alumīnijam ir izturības robeža apkārt 95–105 MPa (R = –1), kamēr Ti-6al-4v sasniedz 400–450 MPa Pulētos paraugos.
Titāna izteikti lielāks noguruma stiprums izskaidro tā izplatību rotējošās mašīnās, gaisa rāmju veidgabali, un biomedicīnas implantus, uz kuriem attiecas miljoniem slodzes ciklu.
Šļūdes pretestība
Šļūdes - progresējoša deformācija pastāvīgā stresā paaugstinātā temperatūrā - begīni alumīnija sakausējumos virs 150 ° C, padarot tos nepiemērotus ilgtermiņa augstas temperatūras pakalpojumam.
Turpretī, Ti-6al-4v iztur uz spriegumu līdz 400–600 ° C ar nenozīmīgu šļūdes tūkstošiem stundu, Padarot to par neaizstājamu strūklas dzinēju komponentiem un siltuma pārejām caurulēm.
Kopsavilkuma tabula
Īpašums | 6061-T6 alumīnijs | 7075-T6 alumīnijs | Ti-6al-4v titāns |
---|---|---|---|
UTS (MPA) | 310 | 570 | 900 |
Peļņas izturība (MPA) | 275 | 505 | 830 |
Elastības modulis (GPA) | 69 | 71 | 110 |
Pagarināšana (%) | 12–17 | 11–13 | 10–15 |
Brinela cietība (HB) | 95 | 150 | 330 |
Noguruma robeža (MPA) | 95–105 | 140–160 | 400–450 |
Rāpot sākuma temp. (° C) | ~ 150 | ~ 120 | >400 |
5. Izturība pret koroziju & Vides stabilitāte
Pasīvi oksīda slāņi: Pirmā aizsardzības līnija
Alumīnijs
Alumīnijs formas a nanomēroga al₂o₃ slānis (2–5 nm biezs) Dažu sekunžu laikā pēc gaisa iedarbības, Skābekļa un mitruma bloķēšana no metāla matricas.
Šī filma ir pašdziedināšana—Skratiņas vai nobrāzumi izraisa tūlītēju reformāciju, padarot alumīniju ļoti izturīgu pret atmosfēras koroziju.
- Mehānisms: Hroms, magnijs, vai silīcijs sakausējumos (Piem., 6061-T6) Uzlabot oksīda saķeri, Bet tīrs alumīnijs (Pakāpe 1100) paļaujas tikai uz Al₂o₃ integritāti.
- Ierobežojumi: Filma ir poraina hlorīda joniem (Cl⁻), noved pie korozija sāļās vidē.
Anodēšana sabiezē slāni līdz 15–25 μm, Sāls smidzināšanas pretestības palielināšana no 500 laiks (kails alumīnijs) līdz 1,000+ laiks (ASTM B117), Lai gan tā joprojām ir neaizsargāta pret plaisu koroziju zem blīves vai stiprinājumiem.
Titāns
Titāns attīstās vēl plānāks, bet blīvāks Tio₂ slānis (1–3 nm), kas ir ķīmiski inerts un mehāniski izturīgs.
Šī filma ir atbildīga par Titāna leģendāro izturību pret ekstrēmo vidi:
- Mehānisms: Tio₂ slānis ir termodinamiski stabils līdz 600° C, ar dielektrisko izturību 30 MV/m,
tālu pārsniedzot al₂o₃ (15 MV/m). Pat izkusušos sāļos, tas uzreiz reformējas pēc zaudējumiem. - Pārākums: Ti-6al-4v caurlaides 5,000+ laiks Sāls smidzināšanas testos - piecus laikus garāk nekā anodētais alumīnijs - bez bedrēšanas vai mēroga veidošanās,
padarot to par vienīgo nepārklātu metālu, kas piemērots ilgstošai jūras ūdens iegremdēšanai.
Jūras un hlorīda vide
Jūras ūdenī, alumīnija sakausējumi (īpaši 5xxx un 6xxx sērijas) Cietu korozija, kad hlorīda koncentrācija pārsniedz dažus simtus ppm, ja vien tie nesaņem anodiskus vai organiskus pārklājumus.
Titāns šeit izceļas: Pakāpe 2 un ti-6al-4v joprojām ir bez pitāžas jūras ūdens ūdens ūdenī, Paldies Tio₂ ievērojamajai stabilitātei.
Šī priekšrocība padara titānu par izvēlēto materiālu atsāļošanas augiem, jūras aparatūra, un zemūdens savienotāji.
Skāba un sārma
Alumīnijs izšķīst stiprās skābēs (ph < 4) un spēcīgas bāzes (ph > 9) ja vien nav īpaši ārstēts.
Piemēram, 6061-T6 iztur vieglu skābu lietus ūdeni, bet ātri noārdās koncentrētos sēriskā vai nātrija hidroksīda šķīdumos.
Tieši pretēji, Titāns stāv abām spēcīgām skābēm (Piem., Hcl, H₂so₄) un sārmainus šķīdumus apkārtējā temperatūrā, ar nosacījumu, ka nav oksidējošu līdzekļu.
Galvaniskās korozijas apsvērumi
Kad alumīnijs saskaras ar cēlāku metālu (piemēram, titāns vai nerūsējošais tērauds) elektrolītā, tas kalpo kā anodiskais partneris un korodē.
Dizaineriem ir jāizolē atšķirīgas metāla locītavas-izmantojot plastmasu, hermētiķi, vai barjeru pārklājumi - lai novērstu ātru galvanisko uzbrukumu alumīnija komponentiem.
Ilgstoša stabilitāte un virsmas apstrāde
Vairāku gadu darba, Alumīnija oksīda plēve joprojām ir plāna, bet var ciest lokalizētus uzbrukumus; Periodiska atkārtota atkārtošana vai atkārtota anodēšana palīdz saglabāt aizsardzību.
Titāna oksīda slānis paliek stabils uz nenoteiktu laiku, pat zem cikliskās temperatūras līdz 550 ° C, ar minimālu spallācijas risku.
Ekstrēmai videi, piemēram, atkritumu sadedzināšanas iekārta vai agresīvi ķīmiskie reaktori,
Inženieri bieži uzklāj papildu slāņus (Piem., polimēru krāsas uz alumīnija, keramikas termo aerosoli uz titāna) Lai nodrošinātu papildu barjeru pret eroziju un ķīmisko iedarbību.
6. Izgatavošana un apstrādājamība: Kontrastējoša sarežģītība un pieejamība
Alumīnija vs izgatavošana un apstrāde. titāns ievērojami atšķiras, viņu fizikālo īpašību un sakausējumu ķīmijas.
Alumīnija zemā kušanas temperatūra un kaļamība nodrošina rentablu, liela apjoma ražošana,
Kamēr Titāna augstās temperatūras noturība un reaktivitāte prasa specializētas metodes, Ietekme gan ražošanas sarežģītībai, gan galapatēriņa dzīvotspējai.
Liešana un kalšana: Mērogojamība pret. Specializācija
Alumīnijs: Masu ražošanas čempions
- Liešanas dominance: Ar kausēšanas punktu 660° C- zemākais starp parastajiem inženiertehniskajiem metāliem - alumīnijs izceļas smilšu liešana, mirkšana, un investīciju liešana.
Mirkšana, jo īpaši, sasniedz sarežģītas ģeometrijas (sienas biezums tik plāni kā 0.8 mm) ar ātrumu līdz 100 cikli/stunda, Ideāli piemērots automobiļu motoru blokiem (Piem., A356 alumīnijs, maksāt: $2–5/kg). - Kalšanas efektivitāte: Karsta kalšana plkst 400–500 ° C ražo augstas stiprības komponentus, piemēram, gaisa kuģa spārnu ribas (7075-T6), ar mirstību pārsniedzot 10,000 cikli Zema instrumentu nodiluma dēļ.
Aukstā kalšana vēl vairāk uzlabo virsmas apdari (Ra ≤0,8 μm) Patēriņa precēm, piemēram, viedtālruņu rāmjiem.
Titāns: Specializēts augstas tīrības gadījumā, Augstas stresa daļas
- Atlases izaicinājumi: Titāna 1,668° C kausēšanas punkts prasa vakuuma liešana Lai novērstu skābekļa/slāpekļa piesārņojumu, kas izvilktu metālu.
Tas palielina aprīkojuma izmaksas 300% salīdzinot ar alumīniju, ar pelējuma dzīvi ierobežotu līdz 1,000–5 000 ciklu (Piem., Ti-6al-4v turbīnu apvalki, maksāt: $30–100/kg). - Kalšana Prasības: Karsta kalšana plkst 900–1 000 ° C Kontrolētā atmosfērā, veido augstas stiprības komponentus, piemēram, gaisa kuģu nosēšanās rīkus,
Bet instrumentu izmaksas ir 10X augstāks nekā alumīnijs, un materiāla raža samazinās līdz 60–70% Augstas deformācijas pretestības dēļ.
Metināšana un apstrāde: Paņēmieni un kompromisi
Metināšana: Precizitāte vs. Aizsardzība
- Alumīnija metināšana:
-
- Metodes: Es (Ieeja) un tigs (Gtaw) ir standarta, Izmantojot pildvielu metālus, piemēram, 4043 (Al-Si) vai 5356 (Al-MG).
Metināšanas ātrums sasniedz 1–2 m/es, Bet porainība riskē (no izšķīdināta ūdeņraža) Nepieciešamas tīras virsmas un uzsildīšana (100–150 ° C biezām sekcijām). - Maksāt: $50–100 stundā, ar termisko apstrādi pēc metes (par 7075-t6) papildinājums 15–20% uz apstrādes laiku.
- Metodes: Es (Ieeja) un tigs (Gtaw) ir standarta, Izmantojot pildvielu metālus, piemēram, 4043 (Al-Si) vai 5356 (Al-MG).
- Titāna metināšana:
-
- Metodes: TIG metināšana ar tīru argonu vai elektronu staru metināšanu vakuumā, lai novērstu β-fāzes stabilizācija no skābekļa (kas samazina elastību).
Metināšanas ātrumi ir 30% lēnāk nekā alumīnijs, un pildvielu metāli (Piem., Ti-6al-4v vads, $50/kg) ir 5x dārgāki. - Maksāt: $200–300 stundā, ar stingru kvalitātes kontroli (Piem., Rentgena pārbaude 100% no kosmiskās aviācijas metināšanas).
- Metodes: TIG metināšana ar tīru argonu vai elektronu staru metināšanu vakuumā, lai novērstu β-fāzes stabilizācija no skābekļa (kas samazina elastību).
Apstrāde: Ātrums pret. Siltuma vadība
- Alumīnija apstrādājamība:
-
- Priekšrocības: Augsta siltuma vadītspēja (205 Ar m/m · k) efektīvi izkliedē siltumu, ļaujot ātrgaitas apstrādei ar HSS rīki pie 200–300 m/i (griešanas ātrums).
Virsmas raupjums tik zems kā Ra 0.4 μm ir sasniedzams ar karbīda gala dzirnavām, Ideāli piemērots precīzām detaļām, piemēram, siltuma izlietnēm. - Instrumentu dzīve: Minimāls darba izturības līdzeklis ir instrumentu nomaiņa katrā 5–8 stundas Nepārtrauktā darbībā, ievērojami zemāks nekā Titāna 1–2 stundas.
- Priekšrocības: Augsta siltuma vadītspēja (205 Ar m/m · k) efektīvi izkliedē siltumu, ļaujot ātrgaitas apstrādei ar HSS rīki pie 200–300 m/i (griešanas ātrums).
- Titāna mašīnīgums:
-
- Izaicinājumi: Zema siltumvadītspēja (16 Ar m/m · k) slazdi siltums instrumenta darba interfeisā, Palielinot instrumentu nodilumu 50%.
Apstrādes ātrums ir ierobežots ar 50–80 m/es, un tikai karbīds vai keramikas instrumenti (maksāt: $100+/ievietot) var izturēt augstos griešanas spēkus (20% augstāks par alumīniju). - Dzesēšanas šķidruma vajadzības: Augsta spiediena dzesēšanas šķidrums (80–100 bārs) ir obligāts, lai novērstu iebūvētās malas, Palielināts apstrādes laiks pēc 30% un šķidruma patēriņš pēc 40%.
- Izaicinājumi: Zema siltumvadītspēja (16 Ar m/m · k) slazdi siltums instrumenta darba interfeisā, Palielinot instrumentu nodilumu 50%.
Virsmas apstrāde: Uzlabošanas funkcija un forma
Alumīnija virsmas apstrāde
- Anodēšana: Rentabls process ($10–20/m²) Tas izaudzē porainu al₂o₃ slāni (5–25 μm), Korozijas pretestības uzlabošana (Sāls smidzināšanas pretestība: 1,000+ laiks) un dodot dinamiskas krāsas.
Arhitektūras profili (6063-T6) Parasti lietojiet sērskābi anodēšanu izturībai un estētiskai pievilcībai. - Pulvera pārklājums: Uzklāts ar 180–200 ° C, Tas nodrošina pret UV izturīgu apdari (5–10 gadu garantija) āra komponentiem, piemēram, alumīnija žogiem, ar saķeres izturību 5 N/mm.
Titāna virsmas apstrāde
- Plazmas nitring: Uzlabo virsmas cietību līdz 1,000–1 500 HV (vs. 350 HV par AS-6AL-4V), Kritiska nodiluma izturīgām detaļām, piemēram, pārnesumu vārpstām jūras lietojumos.
Maksāt: $50–100/m², Bet dzīves ilgums palielinās līdz 2netraucēts Abrazīvā vidē. - Fiziskā tvaika nogulsnēšanās (PVD): Noguldījumi DLC (Dimantam līdzīgs ogleklis) vai skārda pārklājumi (5–10 μm) Lai samazinātu berzi (koeficients ≤0,2),
Izmanto titāna medicīniskos implantos, lai uzlabotu bioloģisko savietojamību un nodiluma izturību.
7. Svara un izturības attiecība un strukturālā pielietošana
Kosmiskā dominance
- Alumīnijs: Kontrolē 70–80% no gaisa korpusa svara (Piem., Boeing 737), ar 2024-T3, ko izmanto fizelāžas ādas izmaksu un formablitātes dēļ.
Ierobežojumi: Mīkstina virs 150 ° C, Nepieciešams titāns motora detaļām (Piem., Ti-6al-4v Airbus A350 turbīnās, darbojas 500 ° C temperatūrā). - Titāns: Sastāda 15–20% no mūsdienu reaktīvā svara (Boeing 787), Ar savu stīvumu un noguruma pretestību ir ideāli piemēroti spārniem un nosēšanās rīkiem, neskatoties uz 60% Smagāks par alumīniju.
Automobiļu kompromisi
- Alumīnijs: Dominē EV akumulatoru korpusos (Tesla modelis y, 40% Svara taupīšana pret. tērauds) un ķermeņa paneļi (Audi A8, 40% vieglāks par tēraudu), ko vada izmaksas ($20/kg veidotām detaļām).
- Titāns: Nišas lietošana augstas veiktspējas komponentos, piemēram, izplūdes sistēmas (50% vieglāks par nerūsējošo tēraudu, Bet USD 1000+/kg), ierobežots ar izdevumiem, bet novērtēts par izturību pret koroziju luksusa transportlīdzekļos.
8. Izmaksas un ekonomiskie apsvērumi
Izejvielu un apstrādes izmaksas
- Alumīnijs: Primārās izmaksas: $2–3/kg; pārstrādāts: $1–2/kg (bagātīgas boksītu rezerves Austrālijā, Ķīna).
- Titāns: Sūklis titāns: $30–60/kg; sakausēti bāri: $100–200/kg (atkarīgs no retām rutila/ilmenīta rūdām, 90% iegūts no Austrālijas un Dienvidāfrikas).
Dzīves cikla ekonomika
- Uzturēšana: Alumīnijam ir nepieciešams periodisks pārklājums (Piem., anodējot katru 10 gadiem, $50/m²), Kamēr Titāna pasīvā filma samazina uzturēšanu līdz 70% skarbā vidē.
- Pārstrāde: Alumīnija vadi ar 90% pārstrādes ātrums, taupīšana 95% enerģijas vs. primārā produkcija; titāna pārstrāde plkst 50–70%, ierobežo sakausējuma piesārņojums, bet joprojām ietaupīt 85% enerģija.
9. Alumīnija vs pielietojums. Titāns
Aviācija
- Alumīnijs Dominē lielos konstrukcijas komponentos, piemēram, spārnu ādas, fizelāžas paneļi, un grīdas stari.
Tā zemais blīvums un lieliskā formablitāte ļauj ražotājiem radīt gaismu, Komerciālās lidmašīnās izmantotie sarežģītie ekstrūzijas un kniedētie komplekti (Piem., 2024-T3 un 6061-T6 sakausējumi). - Titāns Atrod savu vietu augstas temperatūras un augsta stresa vidē - inženieru ventilatoru asmeņi, kompresoru diski, un izplūdes komponenti.
Ti-6al-4V augstākā noguruma dzīves un korozijas izturība ļauj turbīnu sekcijām izturēt temperatūru līdz 600 ° C, kur alumīnija sakausējumi mīkstinātu.
Automašīna
- Alumīnijs Spēcīgi funkcijas motora blokos, cilindru galvas, riteņi, un mūsdienu automašīnu ķermeņa paneļi, transportlīdzekļa masas samazināšana tikpat daudz kā 100 kg alumīnija ietilpīgos dizainos.
Elektriskajos transportlīdzekļos, tā izmantošana akumulatoru apvalkos un siltummaiņos veicina tieši paplašināto diapazonu. - Titāns, Kamēr dārgāk, Parādās veiktspējas izplūdes sistēmās un vārstu avotos augstas veiktspējas un sacīkšu automašīnām.
Tā izmantošana stieņu un stiprinājumu savienošanā nodrošina izturību un karstuma pretestību bez pārmērīga svara soda.
Medicīniska un biomedicīna
- Alumīnijs veido vieglus rāmjus diagnostikas aprīkojumam un slimnīcu mēbelēm, kur bioloģiski savietojamība nav kritiska.
- Titāns stendi nepārspējami par implantiem - HOP un ceļgala nomaiņu, Zobārstniecības armatūra, un mugurkaula stieņi, jo tā tio₂ plēve novērš ķermeņa un šķiedru koroziju un veicina osseointegrāciju.
Pakāpe 5 Ti-6al-4V implanti parasti pēdējās desmitgadēs in vivo.
Jūras un jūrā
- Alumīnijs sakausējumi (5XXX sērija) Pasniedz virsbūves, ātrgaitas amatniecības korpusi, un jūras antenas mastas.
Viņu mazais svars uzlabo peldspēju un degvielas efektivitāti, Lai gan tiem ir nepieciešami aizsardzības pārklājumi pret sālsūdens bedri. - Titāns izceļas ar jūras ūdens cauruļvadiem, karstuma caurules, un iegremdējamie apvalki, kur hlorīda izraisīta korozija ātri noārdītu alumīniju vai tēraudu.
Tā ilgtermiņa apkalpošana atsāļošanas rūpnīcās un zemūdens akās attaisno prēmijas materiālu izmaksas.
Sports un atpūta
- Alumīnijs paliek izvēlēts materiāls velosipēdu rāmjiem, tenisa raketes, un kempinga rīki-nodrošinot pieejamību ar labvēlīgu spēka un svara attiecību.
- Titāns ir paredzēts augstākās klases aprīkojumam: golfa-Klubas galvas, premium velosipēdu dakšas, un briļļu rāmji.
Šajās lietojumprogrammās, Lietotāji vērtē titāna pavasarīgo noguruma reakciju, korozijas imunitāte, un atšķirīga “izjūta”.
Enerģija un rūpniecība
- Alumīnijs Veic Heat-Exchanger spuras, Transformatora tinumi, un virs galvas pārvades līnijas, Ja tā augstā termiskā un elektriskā vadītspēja izraisa efektivitāti.
- Titāns kalpo ķīmisko vielu apstrādes traukos, dūmgāzu desulfurizācijas vienības, un koncentrēti -holāri uztvērēji, Piesaistot savu izturību pret skābes uzbrukumu un termisko riteņbraukšanu līdz 600 ° C.
10. Priekšrocības un trūkumi kopsavilkums
Alumīnijs
- Priekšrocības: Mazs svars, augsta vadītspēja, rentabls, viegli pārstrādāt, lieliska formablitāte.
- Trūkumi: Ierobežots augstas temperatūras stiprums, Mērena izturība pret koroziju, Galvaniskie jautājumi.
Titāns
- Priekšrocības: Augstas izturības līdz svaram, Izcila izturība pret koroziju, augstas temperatūras veiktspēja, bioloģiskā savietojamība.
- Trūkumi: Augstas izmaksas, grūts izgatavošana, zemāka vadītspēja, sarežģītāka pārstrāde.
11. Kopsavilkuma salīdzināšanas tabula alumīnija vs. Titāns
Īpašums | Alumīnijs (6061-T6) | Titāns (Ti-6al-4v) |
---|---|---|
Blīvums (G/cm³) | 2.70 | 4.51 |
UTS (MPA) | 310 | 900 |
Peļņas izturība (MPA) | 275 | 830 |
Elastības modulis (GPA) | 69 | 110 |
Siltumvadītspēja (Ar m/m · k) | 235 | 22 |
Kušanas temperatūra (° C) | 660 | 1 668 |
Izturība pret koroziju | Labi (nepieciešami pārklājumi) | Lielisks |
Mašīnīgums | Lielisks | Mērena - divkārša |
Maksāt ($/kg) | 2.0–3.0 | 15.0–30.0 |
Pārstrādājamības efektivitāte (%) | > 90 | > 80 |
12. Secinājums
Alumīnijs vs. titāns aizņem papildu lomas inženierzinātnēs: Alumīnijs piedāvā rentablu, viegla veiktspēja liela apjoma lietojumiem, Kamēr titāns nodrošina izcilu izturību un izturību pret koroziju prasīgai videi.
Turpmāk, Alumīnija uzmanība tiks pievērsta zaļākai ražošanai un uzlabotajiem kompozītiem, tā kā titāns pieņems piedevu ražošanu un jaunus β-sakausējumus, lai samazinātu izmaksas.
Galu galā, Izvēlēties starp tiem ir jāsaglabā veiktspējas prasības, budžeta ierobežojumi, un ilgtspējības mērķi.
FAQ
Kas ir vieglāks, alumīnijs vai titāns?
Alumīnijs sver apmēram 2.70 G/cm³, Kamēr titāns ir 4.51 G/cm³. Tādējādi alumīnijs piedāvā ievērojamas svara priekšrocības lietojumos, kur masas samazināšana ir kritiska.
Kurš metāls ir stiprāks?
Tipiskos strukturālos sakausējumos, Ti-6al-4v (Pakāpe 5 titāns) sasniedz galīgās stiepes stiprības tuvumā 900 MPA, tā kā augstas izturības alumīnija sakausējumi, piemēram, 7075-T6 augšpusē apkārt 570 MPA.
Kas ir labāk, alumīnijs vai titāns?
- Alumīnijs Uzvar par mazu svaru, Augsta termiskā/elektriskā vadītspēja, Ārstēšana un metināšana,
un zemas izmaksas-lielam apjomam, mērena temperatūras lietojumprogrammas (piemēram,. autobūves ķermeņi, siltummaiņi). - Titāns izceļas ar augstas izturības, izturīgs pret nogurumu, un korozijai izturīgas lomas, īpaši paaugstinātā temperatūrā (līdz 400–600 ° C),
Padarot to par izvēlēto materiālu aviācijas un kosmosa motora komponentiem, Ķīmiskās apstrādes aprīkojums, un biomedicīnas implanti.
Ir titāns vai alumīnijs dārgāks?
Titāns maksā ievērojami vairāk:
- Izejviela: Alumīnijs maksā apmēram USD 2–3 USD par kg, tā kā titāns pārdod par aptuveni 15–30 USD par kg.
- Apstrāde: Titāna vajadzība pēc vakuuma kausēšanas, specializēta kalšana, un inertā gāzes metināšana vēl vairāk palielina tās kopējās izmaksas-bieži vien 5–10 × salīdzināma alumīnija komponenta.
Vai alumīnija skrāpējums ir vieglāk nekā titāns?
Jā. Titāna sakausējumi (Piem., Ti-6al-4v) parasti reģistrējas apkārt 330 HB Brinela cietības skalā, tā kā parastie alumīnija sakausējumi (6061-T6, 7075-T6) Kritums starp 95–150 HB.
Titāna augstākā cietības un nodiluma izturība vidējais alumīnija virsmas līdzīgos kontakta apstākļos ieskrāpēs vai vieglāk bīstas.