Introdução
Quando os designers consideram a resistência e a durabilidade em seus projetos, o aço e o titânio são frequentemente os primeiros materiais que vêm à mente. Esses dois metais são utilizados em diversas aplicações e estão disponíveis em uma ampla variedade de ligas. A menos que você examine minuciosamente suas características químicas e estruturais, a distinção entre aço e titânio pode não ser imediatamente aparente.
O que é titânio?
O titânio é um metal fino, cinza prateado, leve, de baixa densidade e de alta resistência. Também é resistente à corrosão causada por água salgada, água régia e cloro.
Minério de titânio
Alumínio, ferro e vários outros elementos podem ser ligados ao titânio.
A resistência à corrosão e a relação resistência-densidade do titânio e das ligas de titânio os tornam adequados para uso em uma variedade de indústrias, incluindo aeroespacial, marítima, industrial, de consumo e arquitetônica.
Embora o titânio seja difícil de usinar, a fabricação por fresamento CNC é, no entanto, uma tecnologia de produção de torneamento útil e rápida para produzir uma variedade de componentes usinados de titânio precisos. Os graus 2 e 5 de titânio são dois tipos comuns que podem ser trabalhados (Ti-6Al-4V).
O que é aço?
O aço é uma das ligas mais populares; normalmente é uma liga de ferro com uma pequena quantidade de carbono adicionada para aumentar sua resistência e resistência à fratura. O aço é uma substância espessa, dura, magnética e resistente a altas temperaturas; no entanto, a maioria dos aços é propensa à corrosão, o que é resolvido pelo aço inoxidável. O aço é frequentemente usado em construção, estruturas, infraestrutura, transporte, equipamentos, eletrodomésticos e veículos devido ao seu custo barato, alta resistência à tração e qualidades de trabalho.
Várias ligas de aço distintas, como aço 4130, aço 4140, aço A36, etc., são criadas como resultado do teor variável de carbono e outros elementos de liga do metal, o que melhora a qualidade do material e fornece a cada liga suas próprias características especiais.
Diferenças entre titânio e aço.
A aplicação determina se deve ser usado aço ou titânio. Para auxiliar na identificação de cada metal, esta seção compara as características mecânicas e químicas do aço e do titânio. A maior comparação entre esses metais, entretanto, é baseada em tipos distintos de ligas, e não em informações genéricas. A seguir estão as principais distinções entre titânio e aço que devem ser levadas em consideração para cada aplicação.
Composição de Elementos
Ao comparar titânio com aço, a composição elementar é a primeira distinção significativa. Como mencionado anteriormente, o titânio é um elemento que ocorre naturalmente e pode ser encontrado em formas puras e em liga. A liga de titânio mais típica que você encontrará é Ti 6-4, uma liga feita de alumínio e vanádio.
Ao contrário, o aço não ocorre na natureza. Ferro e carbono compõem a maior parte dele, com várias proporções de elementos adicionais adicionados para mudar as qualidades de acordo com o uso. As características técnicas do aço, portanto, não podem ser encontradas em lugar nenhum. Para obter informações mais específicas, você precisará mencionar a liga, como aço inoxidável, aço de alto carbono ou uma liga específica como 4130, 4140 ou A36.
Resistência à Corrosão
O aço é menos resistente à corrosão e ferrugem do que o titânio. No entanto, existem várias variações de ligas de aço e metal que apresentam excelente resistência à ferrugem. O aço tem maior tendência à ferrugem devido ao ferro que contém, porém existem muitas outras ligas de aço que contêm outros metais que apresentam boa resistência à corrosão. Devido ao seu teor extremamente alto de cromo, o aço inoxidável é a melhor escolha quando se trata de resistência à ferrugem.
Por outro lado, o titânio puro possui excepcional resistência à ferrugem e corrosão, principalmente de líquidos. É por isso que o metal é frequentemente utilizado na construção de navios, pois pode resistir a ácidos, produtos químicos e até mesmo à água do mar. No entanto, é difícil localizar e muito mais difícil criar titânio puro.
Como as ligas de titânio contêm outros metais mistos, muitos componentes e coisas feitas de titânio são realmente compostos de ligas de titânio, que nem sempre são completamente resistentes à ferrugem e corrosão. No entanto, as ligas de titânio continuam a oferecer maior resistência à ferrugem e corrosão do que outras ligas metálicas, tornando-as uma escolha popular para itens que serão utilizados em ambientes úmidos.
Peso
A baixa densidade do titânio e a forte relação resistência-peso servem como suas qualidades distintivas. Por isso, esse metal é uma opção popular para usinagem CNC e fabricação no setor aeroespacial e outros campos onde a redução de peso sem perda de resistência é necessária. Ligas de aço, por outro lado, são frequentemente fortes e duradouras, mas são mais pesadas. Elas são a opção ideal para situações onde o peso não é uma consideração importante de design.
Propriedades Mecânicas do Aço vs Titânio
Os materiais são normalmente usados para uma variedade de aplicações porque fornecem combinações desejadas de propriedades mecânicas. Os engenheiros devem considerar as qualidades dos materiais, uma vez que são essenciais para aplicações estruturais. As características listadas abaixo serão usadas para comparar as duas ligas.
- módulos de elasticidade
- resistência ao escoamento à tração
- Alongamento
- Dureza:
I. módulos de elasticidade
Uma medida da flexibilidade de um material é o módulo de elasticidade, frequentemente conhecido como módulo de Young. Ele define quão facilmente um material pode ser dobrado ou deformado sem sofrer deformação plástica e é frequentemente um indicador útil da resposta elástica geral de um material. Como o titânio tem um módulo de elasticidade relativamente baixo, é provável que ele dobre e deforme rapidamente. O fato de o titânio obstruir moinhos e gostar de assumir sua forma original é uma das razões pelas quais é desafiador fabricá-lo.
Ao contrário, o aço pode ser facilmente usinado e é adequado para aplicações como gumes de faca, uma vez que se quebra sob tensão em vez de dobrar. Isto ocorre porque o aço tem um módulo de elasticidade significativamente maior do que outros materiais.
II. Força de rendimento à tração
Acontece que o aço é geralmente mais forte que o titânio quando se comparam os limites de escoamento à tração do aço e do titânio. Isto refuta a crença generalizada de que o titânio é mais útil que outros metais e demonstra a resistência superior do aço. Apesar de ter uma resistência comparável à do aço, o titânio é um dos metais mais fortes por unidade de massa, pois tem apenas metade do peso.
O aço, por outro lado, é o material de escolha quando a resistência geral é uma preocupação, uma vez que algumas de suas ligas superam todos os outros metais em termos de resistência ao escoamento. O aço é a melhor opção para projetistas que se preocupam apenas com resistência; entretanto, o titânio é a melhor opção para projetistas que também estão interessados na resistência por unidade de massa.
III. Alongamento
Em um teste de tração, o alongamento na ruptura é calculado dividindo o comprimento inicial do espécime de teste pelo comprimento imediatamente antes da fratura, multiplicando o resultado por 100 para obter uma porcentagem. Um grande alongamento na ruptura indica que o material "estica" mais, ou é mais provável que exiba um comportamento dúctil maior antes da ruptura.
Uma dessas substâncias que se estende por quase metade do seu comprimento antes de quebrar é o titânio. O fato de o titânio puxar e deformar, em vez de lascar, é outro fator que contribui para sua dificuldade de usinagem. Existem muitos tipos diferentes de aço, mas todos eles normalmente têm um baixo alongamento na ruptura, o que os torna mais tenazes e mais propensos a fraturar de maneira frágil quando sob tensão.
IV. Dureza:
A dureza é considerada uma qualidade relativa que descreve como um material reage a impactos como arranhões, amassados e corrosão que são aplicados à sua superfície.
Um dispositivo indentador é usado para determinar a dureza de um metal. Embora o titânio seja resistente, ele não é tão resistente quanto o aço. Isso não implica que o titânio se deforme facilmente.
Por outro lado, o titânio gera um forte revestimento de óxido que protege o metal contra amolgadelas. O aço é resistente e não corta facilmente. Por causa disso, pode ser usado para aplicações que exigem exposição a circunstâncias desafiadoras.
Aplicações comuns de titânio
Existem diversas aplicações para o titânio, desde bens de uso diário até embarcações militares.
Devido à excelente resistência do metal à corrosão, ele é particularmente apreciado para itens que serão utilizados em condições severamente corrosivas. É utilizado nas indústrias marítima, de petróleo e gás, bem como em esportes.
Em automóveis de corrida, o titânio é frequentemente utilizado como protetor de cabine devido à sua durabilidade e resistência. Provou ser altamente bem sucedido na criação de estruturas de halo que desviam detritos e protegem o condutor em caso de acidente. O titânio é o melhor metal para escolher se você precisa de algo incrivelmente durável e confiável, pois salvou muitas vidas ao longo dos anos. Outro fator que torna o titânio uma escolha tão popular para veículos de corrida é o fato de ser muito leve devido à sua resistência. Esses automóveis precisam ser tão leves quanto possível, e o único metal que pode fornecer resistência excepcional e peso mínimo ao mesmo tempo é o titânio.
Além disso, o titânio é comumente utilizado em próteses. Uma variedade de procedimentos cirúrgicos pode usar o metal porque ele adere bem ao osso, particularmente em substituições de articulações. Devido à forte biocompatibilidade do metal, ele também é utilizado em implantes de dedos, implantes oculares e implantes dentários.
implantes dentários
Aplicações comuns de aço
O aço é um dos materiais de construção mais utilizados no mundo e tem muitos usos em engenharia, construção, fabricação de automóveis e agricultura. As ligas de aço são simples de trabalhar e podem ser aprimoradas com outros metais para produzir certas qualidades que as tornam úteis para uma ampla gama de aplicações. O aço é supostamente empregado na produção de mais da metade de todos os produtos, o que deve dar uma boa indicação da frequência com que essa liga metálica é utilizada.
O aço inoxidável, uma liga de aço feita de ferro, cromo e outros elementos, é um dos tipos de aço que a maioria das pessoas usa regularmente. Garrafas, panelas, panelas e outros equipamentos de cozinha são frequentemente feitos desse tipo de aço porque é o mais resistente à ferrugem.
Utensílios de cozinha
Além disso, quadros de bicicleta podem ser feitos de aço ou titânio. O aço é tipicamente uma escolha superior para quadros de bicicleta, pois é mais acessível, mais forte e confortável para pedalar. Embora geralmente sejam mais leves do que os de aço, os quadros de titânio não são tão duráveis.
O aço tem uma alta resistência à tração comparável ao titânio, mas é mais eficiente em termos energéticos e, portanto, mais acessível de produzir.
O aço é uma liga metálica que permeia todos os aspectos da vida das pessoas, incluindo a geladeira onde você guarda seus alimentos e a estrutura em que você reside.
Conclusão
A decisão de escolher titânio ou aço não é tão simples como parece à primeira vista. Um ou outro é preferido dependendo dos requisitos específicos do projeto. É aconselhável estar ciente das principais características de ambos os materiais antes de tomar a decisão final.
