Įvadas
Kai dizaineriai savo projektuose svarsto tvirtumą ir ilgaamžiškumą, plienas ir titanas dažnai yra pirmosios medžiagos, kurios ateina į galvą. Šie du metalai naudojami įvairiose srityse ir yra įvairių lydinių pavidalu. Jei atidžiai neišnagrinėsite jų cheminių ir struktūrinių savybių, skirtumas tarp plieno ir titano gali būti ne iš karto akivaizdus.
Kas yra titanas?
Titanas yra plonas, sidabriškai pilkas metalas, lengvas, mažo tankio ir didelio stiprumo. Jis taip pat atsparus korozijai, kurią sukelia sūrus vanduo, karališkasis vanduo ir chloras.
Titano rūda
Aliuminis, geležis ir daugelis kitų elementų gali būti legiruoti titanu.
Titano ir titano lydinių atsparumas korozijai ir stiprumo bei tankio santykis leidžia juos naudoti įvairiose pramonės šakose, įskaitant aviacijos ir kosmoso, jūrų, pramonės, vartotojų ir architektūros pramonę.
Nors titaną sunku apdirbti, CNC frezavimas vis dėlto yra naudinga ir greita tekinimo gamybos technologija, leidžianti pagaminti įvairius tiksliai apdirbtus titano komponentus. 2 ir 5 titano rūšys yra dvi dažniausiai apdirbamos rūšys (Ti-6Al-4V).
Kas yra Plienas?
Plienas yra vienas populiariausių lydinių; paprastai tai geležies lydinys, į kurį įdedama šiek tiek anglies, siekiant padidinti jo stiprumą ir atsparumą lūžiams. Plienas yra stora, kieta, magnetinė ir aukštai temperatūrai atspari medžiaga; nepaisant to, dauguma plienų yra linkę į koroziją, kurią išsprendžia nerūdijantis plienas. Plienas dažnai naudojamas statybose, konstrukcijose, infrastruktūroje, transporte, įrangoje, elektros prietaisuose ir transporto priemonėse dėl mažos kainos, didelio tempiamojo stiprumo ir darbinių savybių.
Dėl kintamo metalo anglies ir kitų legiruojančių elementų kiekio, kuris pagerina medžiagos kokybę ir suteikia kiekvienam lydiniui savitų savybių, susidaro daugybė skirtingų plieno lydinių, tokių kaip 4130 plienas, 4140 plienas, A36 plienas ir kt.
Titano ir plieno skirtumai.
Priklausomai nuo taikymo srities, nustatoma, ar reikia naudoti plieną, ar titaną. Siekiant padėti identifikuoti kiekvieną metalą, šiame skyriuje palyginamos plieno ir titano mechaninės ir cheminės savybės. Tačiau geriausias šių metalų palyginimas atliekamas remiantis skirtingais lydinių tipais, o ne bendra informacija. Toliau pateikiami pagrindiniai titano ir plieno skirtumai, į kuriuos reikėtų atsižvelgti kiekvienu atveju.
Elementų sudėtis
Lyginant titaną su plienu, pirmasis reikšmingas skirtumas yra elementų sudėtis. Kaip minėta anksčiau, titanas yra natūraliai susidarantis elementas, galintis būti tiek grynas, tiek legiruotas. Dažniausiai pasitaikantis titano lydinys yra Ti 6-4 – aliuminio ir vanadžio lydinys.
Priešingai, plienas gamtoje neaptinkamas. Didžiąją jo dalį sudaro geležis ir anglis, o priklausomai nuo naudojimo, pridedama įvairių papildomų elementų proporcijų, kad savybės pasikeistų. Todėl plieno techninės charakteristikos niekur nėra žinomos. Norėdami gauti daugiau konkrečios informacijos, turėsite paminėti lydinį, pvz., nerūdijantį plieną, didelio anglies kiekio plieną arba konkretų lydinį, pvz., 4130, 4140 arba A36.
Atsparumas korozijai
Plienas yra mažiau atsparus korozijai ir rūdijimui nei titanas. Tačiau yra nemažai plieno ir metalo lydinių variantų, kurie pasižymi išskirtiniu atsparumu rūdijimui. Plienas yra labiau linkęs rūdyti dėl jame esančios geležies, tačiau yra daug kitų plieno lydinių, kuriuose yra kitų metalų, pasižyminčių geru atsparumu korozijai. Dėl itin didelio chromo kiekio nerūdijantis plienas yra geriausias pasirinkimas, kai kalbama apie atsparumą rūdijimui.
Kita vertus, grynas titanas pasižymi išskirtiniu atsparumu rūdims ir korozijai, ypač skysčiams. Dėl šios priežasties šis metalas dažnai naudojamas laivų statyboje, nes jis gali atlaikyti rūgštis, chemines medžiagas ir net jūros vandenį. Tačiau jį sunku rasti ir dar sunkiau pagaminti gryną titaną.
Kadangi titano lydiniuose yra kitų mišrių metalų, daugelis iš titano pagamintų komponentų ir daiktų iš tikrųjų sudaryti iš titano lydinių, kurie ne visada yra visiškai atsparūs rūdijimui ir korozijai. Tačiau titano lydiniai ir toliau pasižymi didesniu atsparumu rūdijimui ir korozijai nei kiti metalų lydiniai, todėl jie yra populiarus pasirinkimas gaminiams, kurie bus naudojami drėgnoje aplinkoje.
Svoris
Mažas titano tankis ir didelis stiprumo bei svorio santykis yra jo išskirtinės savybės. Dėl šios priežasties šis metalas yra populiarus pasirinkimas CNC apdirbimui ir gamybai aviacijos ir kosmoso sektoriuje bei kitose srityse, kur būtina sumažinti svorį neprarandant stiprumo. Kita vertus, plieno lydiniai dažnai yra tvirti ir ilgaamžiai, tačiau sunkesni. Jie yra idealus pasirinkimas tais atvejais, kai svoris nėra pagrindinis projektavimo kriterijus.
Plieno ir titano mechaninės savybės
Medžiagos paprastai naudojamos įvairiems tikslams, nes jos suteikia norimus mechaninių savybių derinius. Inžinieriai turi atsižvelgti į medžiagų savybes, nes jos yra būtinos konstrukcijoms. Žemiau išvardytos charakteristikos bus naudojamos dviem lydiniams palyginti.
- tamprumo modulis
- tempiamasis takumo stipris
- Pailgėjimas
- Kietumas
I. tamprumo modulis
Medžiagos lankstumo matas yra tamprumo modulis, dažnai vadinamas Youngo moduliu. Jis apibrėžia, kaip lengvai medžiaga gali būti sulenkta arba deformuota be plastinės deformacijos, ir dažnai yra naudingas bendros medžiagos tamprumo reakcijos rodiklis. Kadangi titanas turi santykinai mažą tamprumo modulį, jis greičiausiai greitai sulinks ir deformuosis. Tai, kad titanas užkemša frezavimo stakles ir mėgsta įgauti pradinę formą, yra viena iš priežasčių, kodėl jį sunku gaminti.
Priešingai, plieną galima lengvai apdirbti ir jis puikiai tinka tokioms reikmėms kaip peilių ašmenys, nes jis dūžta įtemptas, o ne lenkiamas. Taip yra todėl, kad plieno tamprumo modulis yra žymiai didesnis nei kitų medžiagų.
II. Tempimo stipris
Pasirodo, lyginant plieno ir titano tempiamąsias ribas, plienas paprastai yra stipresnis už titaną. Tai paneigia plačiai paplitusį įsitikinimą, kad titanas yra naudingesnis už kitus metalus, ir parodo pranašesnį plieno stiprumą. Nepaisant to, kad jo stiprumas prilygsta tik plienui, titanas yra vienas iš tvirčiausių metalų masės vienetui, nes jis yra tik perpus sunkesnis.
Kita vertus, plienas yra tinkamiausia medžiaga, kai svarbus bendras stiprumas, nes kai kurie jo lydiniai pagal takumo ribas lenkia visus kitus metalus. Plienas yra geriausias pasirinkimas projektuotojams, kuriems rūpi tik stiprumas; tačiau titanas yra geriausias pasirinkimas projektuotojams, kuriems svarbus ir stiprumas masės vienetui.
III. Pailgėjimas
Tempimo bandyme pailgėjimas iki lūžio apskaičiuojamas pradinį bandinio ilgį padalijus iš ilgio prieš pat lūžį, o tada rezultatą padauginus iš 100, gaunamas procentas. Didelis pailgėjimas iki lūžio rodo, kad medžiaga labiau „tempėsi“ arba yra labiau linkusi pasižymėti didesniu tąsumu prieš lūždama.
Viena iš tokių medžiagų, kuri prieš lūždama pailgėja beveik perpus. Tai, kad titanas tempiasi ir deformuojasi, o ne lūžta, yra dar vienas veiksnys, lemiantis jo apdirbimo sunkumus. Yra daug skirtingų plieno rūšių, tačiau jos visos paprastai pasižymi mažu pailgėjimu lūžio metu, todėl yra tvirtesnės ir labiau linkusios trapiai lūžti veikiamos įtempio.
IV. Kietumas
Kietumas laikomas santykine savybe, apibūdinančia, kaip medžiaga reaguoja į tokius smūgius kaip įbrėžimai, įlenkimai ir ėsdinimas, kurie veikia jos paviršių.
Įspaudimo įtaisas naudojamas metalo kietumui nustatyti. Nors titanas yra tvirtas, jis nėra toks tvirtas kaip plienas. Tai nereiškia, kad titanas lengvai deformuojasi.
Kita vertus, titanas sukuria stiprią oksido dangą, kuri apsaugo metalą nuo įlenkimų. Plienas yra tvirtas ir lengvai neskilinėja. Dėl šios priežasties jį galima naudoti ten, kur reikia sudėtingų sąlygų.
Dažni titano panaudojimo būdai
Titanas yra naudojamas įvairiems tikslams – nuo kasdienių prekių iki karinių laivų.
Dėl puikaus metalo atsparumo korozijai jis ypač populiarus gaminiams, kurie bus naudojami itin korozinėmis sąlygomis. Jis naudojamas jūrų, naftos ir dujų pramonėje, taip pat sporte.
Lenktyniniuose automobiliuose titanas dažnai naudojamas kaip kabinos apsauga dėl savo patvarumo ir stiprumo. Jis pasirodė esąs labai sėkmingas kuriant aureolines konstrukcijas, kurios nukreipia šiukšles ir apsaugo vairuotoją avarijos atveju. Titanas yra geriausias metalas, kurį verta rinktis, jei ieškote kažko neįtikėtinai patvaraus ir patikimo, nes jis per daugelį metų išgelbėjo daugybę gyvybių. Kitas veiksnys, dėl kurio titanas yra toks populiarus pasirinkimas lenktyniniams automobiliams, yra tai, kad jis yra labai lengvas, atsižvelgiant į jo stiprumą. Šie automobiliai turi būti kuo lengvesni, o vienintelis metalas, kuris gali būti ir išskirtinio tvirtumo, ir minimalaus svorio, yra titanas.
Be to, titanas dažnai naudojamas protezuose. Šis metalas gali būti naudojamas įvairiose chirurginėse procedūrose, nes jis gerai prilimpa prie kaulo, ypač atliekant sąnarių endoprotezus. Dėl didelio metalo biologinio suderinamumo jis taip pat naudojamas kojų pirštų, akių ir dantų implantuose.
dantų implantai
Įprasti plieno panaudojimo būdai
Plienas yra viena iš dažniausiai pasaulyje naudojamų statybinių medžiagų ir turi daug panaudojimo būdų inžinerijoje, statybose, automobilių gamyboje ir žemės ūkyje. Su plieno lydiniais lengva dirbti ir jie gali būti pagerinti kitais metalais, siekiant suteikti tam tikrų savybių, kurios leidžia juos naudoti įvairiose srityse. Pranešama, kad plienas naudojamas daugiau nei pusės visų prekių gamyboje, o tai turėtų suteikti gerą supratimą apie tai, kaip dažnai naudojamas šis metalo lydinys.
Nerūdijantis plienas, geležies, chromo ir kitų elementų lydinys, yra viena iš plieno rūšių, kurią dauguma žmonių naudoja reguliariai. Buteliai, keptuvės, puodai ir kita maisto gaminimo įranga dažnai gaminami iš šio tipo plieno, nes jis yra atspariausias rūdijimui.
Virtuvės
Be to, dviračių rėmai gali būti pagaminti iš plieno arba titano. Plienas paprastai yra geresnis dviračių rėmų pasirinkimas, nes jis yra pigesnis, tvirtesnis ir patogesnis važiuoti. Nors titano rėmai dažnai yra lengvesni nei plieniniai, jie nėra tokie patvarūs.
Plienas pasižymi dideliu tempiamuoju stiprumu, panašiu į titano, tačiau jis yra efektyvesnis energijos vartojimo požiūriu ir todėl pigesnis gaminti.
Plienas yra metalo lydinys, kuris persmelkia visus žmonių gyvenimo aspektus, įskaitant šaldytuvą, kuriame laikote maistą, ir pastatą, kuriame gyvenate.
Išvada
Sprendimas pasirinkti titaną ar plieną nėra toks paprastas, kaip iš pirmo žvilgsnio atrodo. Vienas ar kitas variantas pasirenkamas atsižvelgiant į konkrečius konstrukcijos reikalavimus. Prieš priimant galutinį sprendimą, patartina žinoti pagrindines abiejų medžiagų savybes.
