Uvod
Kada dizajneri razmatraju čvrstoću i izdržljivost u svojim dizajnima, čelik i titan su često prvi materijali koji im padnu na pamet. Ova dva metala koriste se u brojnim primjenama i dostupna su u širokom rasponu legura. Osim ako se temeljito ne ispitaju njihove kemijske i strukturne karakteristike, razlika između čelika i titana možda neće biti odmah očita.
Što je titan?
Titan je tanki, srebrno-sivi metal koji je lagan, niske gustoće i visoke čvrstoće. Također je otporan na koroziju uzrokovanu slanom vodom, carskom vodom i klorom.
Titanijeva ruda
Aluminij, željezo i brojni drugi elementi mogu se legirati s titanom.
Otpornost na koroziju i omjer čvrstoće i gustoće titana i titanovih legura čine ih prikladnima za upotrebu u raznim industrijama, uključujući zrakoplovnu, pomorsku, industrijsku, potrošačku i arhitektonsku.
Iako je titan teško obrađivati, CNC glodanje je ipak korisna i brza tehnologija tokarenja za proizvodnju raznih precizno obrađenih komponenti od titana. Titan 2. i 5. stupnja su dva uobičajena stupnja s kojima se može raditi (Ti-6Al-4V).
Što je čelik?
Čelik je jedna od najpopularnijih legura; obično je to legura željeza s malom količinom ugljika dodanog radi povećanja čvrstoće i otpornosti na lom. Čelik je tvar koja je debela, tvrda, magnetska i otporna na visoke temperature; ipak, većina čelika sklona je koroziji, što se rješava nehrđajućim čelikom. Čelik se često koristi u građevinarstvu, konstrukcijama, infrastrukturi, prijevozu, opremi, električnim uređajima i vozilima zbog svoje niske cijene, visoke vlačne čvrstoće i radnih svojstava.
Brojne različite čelične legure, kao što su čelik 4130, čelik 4140, čelik A36 itd., nastaju kao rezultat varijabilnog sadržaja ugljika i drugih legirajućih elemenata u metalu, što poboljšava kvalitetu materijala i daje svakoj leguri posebne značajke.
Razlike između titana i čelika.
Primjena određuje treba li se koristiti čelik ili titan. Kako bi se olakšala identifikacija svakog metala, ovaj odjeljak uspoređuje mehaničke i kemijske karakteristike čelika i titana. Međutim, najveća usporedba ovih metala temelji se na različitim vrstama legura, a ne na generičkim informacijama. Slijede ključne razlike između titana i čelika koje treba uzeti u obzir za svaku primjenu.
Sastav elemenata
Prilikom usporedbe titana s čelikom, elementarni sastav je prva značajna razlika. Kao što je prethodno spomenuto, titan je element koji se javlja prirodno i može se naći u čistom i legiranom obliku. Najčešća legura titana koju ćete susresti je Ti 6-4, legura aluminija i vanadija.
Naprotiv, čelik se ne pojavljuje u prirodi. Željezo i ugljik čine njegovu većinu, s različitim omjerima dodatnih elemenata koji se dodaju kako bi se promijenile kvalitete ovisno o namjeni. Stoga se tehničke karakteristike čelika nigdje ne mogu pronaći. Za detaljnije informacije morat ćete spomenuti leguru, kao što je nehrđajući čelik, visokougljični čelik ili specifična legura poput 4130, 4140 ili A36.
Otpornost na koroziju
Čelik je manje otporan na koroziju i hrđu od titana. Međutim, postoji niz varijacija legura čelika i metala koje pokazuju izvanrednu otpornost na hrđu. Čelik ima veću sklonost hrđanju zbog željeza koje sadrži, no postoje mnoge druge legure čelika koje sadrže druge metale koji imaju dobru otpornost na koroziju. Zbog izuzetno visokog sadržaja kroma, nehrđajući čelik je najbolji izbor kada je u pitanju otpornost na hrđu.
S druge strane, čisti titan posjeduje iznimnu otpornost na hrđu i koroziju, posebno od tekućina. To je razlog zašto se metal često koristi u izgradnji brodova jer može izdržati kiseline, kemikalije, pa čak i morsku vodu. Međutim, teško ga je pronaći, a još teže stvoriti čisti titan.
Budući da legure titana sadrže i druge miješane metale, mnoge komponente i predmeti izrađeni od titana zapravo su sastavljeni od legura titana, koje nisu uvijek potpuno otporne na hrđu i koroziju. Međutim, legure titana i dalje nude veću otpornost na hrđu i koroziju od drugih metalnih legura, što ih čini popularnim izborom za predmete koji će se koristiti u vlažnim okruženjima.
Težina
Niska gustoća titana i snažan omjer čvrstoće i težine služe kao njegove prepoznatljive kvalitete. Zbog toga je ovaj metal popularna opcija za CNC obradu i proizvodnju u zrakoplovnom sektoru i drugim područjima gdje je potrebno smanjenje težine bez gubitka čvrstoće. S druge strane, čelične legure često su čvrste i dugotrajne, ali su teže. Idealna su opcija za situacije gdje težina nije glavni faktor pri dizajniranju.
Mehanička svojstva čelika u odnosu na titan
Materijali se obično koriste za razne primjene jer pružaju željene kombinacije mehaničkih svojstava. Inženjeri moraju uzeti u obzir kvalitete materijala jer su one bitne za konstrukcijske primjene. Karakteristike navedene u nastavku koristit će se za usporedbu dviju legura.
- modul elastičnosti
- vlačna granica razvlačenja
- produženje
- Tvrdoća
I. modul elastičnosti
Mjera fleksibilnosti materijala je modul elastičnosti, često poznat kao Youngov modul. On definira koliko se lako materijal može savijati ili deformirati bez plastične deformacije i često je koristan pokazatelj općeg elastičnog odgovora materijala. Budući da titan ima relativno nizak modul elastičnosti, vjerojatno će se brzo savijati i deformirati. Činjenica da titan začepljuje mlinove i voli poprimiti svoj izvorni oblik jedan je od razloga zašto ga je teško proizvesti.
Nasuprot tome, čelik se lako obrađuje i vrlo je prikladan za primjenu poput oštrica noževa jer će se pod napetošću slomiti, a ne saviti. To je zato što čelik ima znatno veći modul elastičnosti od drugih materijala.
II. Vlačna granica razvlačenja
Ispada da je čelik općenito jači od titana kada se uspoređuju granice razvlačenja čelika i titana. To opovrgava rašireno uvjerenje da je titan korisniji od drugih metala i pokazuje superiorniju čvrstoću čelika. Unatoč čvrstoći koja je tek na razini čelika, titan je jedan od najjačih metala po jedinici mase jer je samo upola teži.
Čelik je, s druge strane, materijal izbora kada je ukupna čvrstoća u pitanju, budući da neke njegove legure nadmašuju sve ostale metale u smislu granica razvlačenja. Čelik je najbolja opcija za dizajnere koji su zainteresirani samo za čvrstoću; međutim, titan je najbolja opcija za dizajnere koji su također zainteresirani za čvrstoću po jedinici mase.
III. produženje
U ispitivanju vlačnom čvrstoćom, prekidno istezanje izračunava se dijeljenjem početne duljine ispitivanog uzorka s duljinom neposredno prije loma, a zatim množenjem rezultata sa 100 kako bi se dobio postotak. Veliko prekidno istezanje ukazuje na to da se materijal više "rasteže" ili je vjerojatnije da će pokazati veće duktilno ponašanje prije loma.
Jedna takva tvar koja se proteže gotovo do polovice svoje duljine prije pucanja je titan. Činjenica da se titan vuče i deformira umjesto da se ljušti, još je jedan faktor koji doprinosi njegovoj teškoći obrade. Postoje mnoge različite vrste čelika, ali sve one obično imaju nisko istezanje pri lomu, što ih čini žilavijima i sklonijima krhkom lomu kada su pod naprezanjem.
IV. Tvrdoća
Tvrdoća se smatra relativnom kvalitetom koja opisuje kako materijal reagira na udarce poput grebanja, udubljenja i nagrizanja koji se primjenjuju na njegovu površinu.
Uređaj za utiskivanje koristi se za određivanje tvrdoće metala. Iako je titan žilav, nije toliko žilav kao čelik. To ne znači da se titan lako deformira.
S druge strane, titan stvara snažan oksidni premaz koji štiti metal od udubljenja. Čelik je žilav i ne zarezuje se lako. Zbog toga se može koristiti za primjene koje zahtijevaju izloženost zahtjevnim uvjetima.
Uobičajene primjene titana
Titan ima nekoliko primjena, od svakodnevne robe do vojnih plovila.
Zbog izvrsne otpornosti metala na koroziju, posebno je popularan za predmete koji će se koristiti u jako korozivnim uvjetima. Koristi se u pomorskoj, naftnoj i plinskoj industriji, kao i u sportu.
U trkaćim automobilima, titan se često koristi kao zaštita kokpita zbog svoje izdržljivosti i čvrstoće. Pokazao se vrlo uspješnim u stvaranju halo struktura koje odbijaju krhotine i štite vozača u slučaju nesreće. Titan je najbolji metal koji možete odabrati ako vam je potrebno nešto nevjerojatno izdržljivo i pouzdano jer je tijekom godina spasio mnoge živote. Još jedan faktor koji titan čini tako popularnim izborom za trkaća vozila je činjenica da je vrlo lagan s obzirom na svoju čvrstoću. Ovi automobili moraju biti što lakši, a jedini metal koji može pružiti i iznimnu čvrstoću i minimalnu težinu u isto vrijeme je titan.
Nadalje, titan se često koristi u protezama. Razni kirurški postupci mogu koristiti metal jer se dobro prianja uz kost, posebno kod zamjene zglobova. Zbog snažne biokompatibilnosti metala, koristi se i u implantatima za nožne prste, očne implantate i zubne implantate.
zubni implantati
Uobičajene primjene čelika
Čelik je jedan od najčešće korištenih građevinskih materijala na svijetu i ima mnogo primjena u inženjerstvu, građevinarstvu, automobilskoj industriji i poljoprivredi. Čelične legure jednostavne su za obradu i mogu se poboljšati drugim metalima kako bi se postigle određene kvalitete koje ih čine korisnima za širok raspon primjena. Navodno se čelik koristi u proizvodnji više od polovice sve robe, što bi vam trebalo dati dobar pokazatelj koliko se često ova metalna legura koristi.
Nehrđajući čelik, legura čelika napravljena od željeza, kroma i drugih elemenata, jedna je od vrsta čelika koju većina ljudi redovito koristi. Boce, tave, lonci i ostala kuhinjska oprema često se izrađuju od te vrste čelika jer je najotpornija na hrđu.
Kuhinjsko posuđe
Osim toga, okviri bicikala mogu biti izrađeni od čelika ili titana. Čelik je obično bolji izbor za okvire bicikala jer je pristupačniji, jači i udobniji za vožnju. Iako su često lakši od čeličnih, okviri od titana nisu toliko izdržljivi.
Čelik ima visoku vlačnu čvrstoću usporedivu s titanom, ali je energetski učinkovitiji i stoga pristupačniji za proizvodnju.
Čelik je metalna legura koja prožima svaki aspekt ljudskog života, uključujući hladnjak u kojem čuvate hranu i građevinu u kojoj boravite.
Zaključak
Odluka o odabiru titana ili čelika nije tako jednostavna kao što se na prvi pogled čini. Jedno ili drugo je poželjnije ovisno o specifičnim zahtjevima dizajna. Preporučljivo je biti svjestan ključnih karakteristika oba materijala prije donošenja konačne odluke.
