Титан и сталь: полное сравнение

Сталь и титан являются универсальными инженерными материалами. Они обладают уникальными свойствами, делающими их подходящими для различных применений.

Это руководство сравнивает ключевые аспекты титана и стали.

Давайте погрузимся в тему.

Химический состав титана и стали

И сталь, и титан имеют уникальный химический состав. Именно химический состав отвечает за уникальные физические, механические и химические свойства.

Сталь

Сталь является сплавом, состоящим из железа и углерода как основных элементов, что улучшает её исходные свойства. Среди других элементов, которые можно сплавлять со сталью, находятся: молибден, цинк, кремний, хром, марганец, ванадий, алюминий, бор и другие.

В общем, сталь классифицируют на следующие основные категории:

• Углеродистая сталь: Углерод выступает как основной легирующий элемент и классифицируется как низкоуглеродистая, среднеуглеродистая и высокоуглеродистая в зависимости от количество углерода.
• Легированная сталь: Включает стали, легированные другим элементом, кроме углерода, такими как никель, хром, ванадий и молибден.
• Инструментальная сталь: Охватывает стали, легированные элементами для повышения прочности и твердости, такими как кобальт и вольфрам, используемые в изготовлении инструментов.
• Нержавеющая сталь: Использует хром как основной легирующий элемент вместо углерода до 20 % для повышения коррозионной стойкости, в частности.

Титан

Титан – это нет редкий металл, который естественно существует в виде оксида и добывается химическим восстановлением. Однако титан можно также использовать как легирующий элемент из-за его легкости, высокой прочности и коррозионной стойкости.

Свойства: Титан против Стали

Перед выбором титана или стали для какого-либо применения следует учитывать следующие свойства:

Коррозионная стойкость

Титан, подобно алюминию, реагирует с кислородом в атмосфере, образуя оксидный слой, как только он подвергается воздействию. Этот оксидный слой обычно тонкий и непористый, защищает подлежащую металлическую поверхность от химической коррозии слабых кислот и оснований.

Некоторые сплавы стали, такие как нержавеющая, демонстрируют коррозионную стойкость за счет использования элементов, таких как хром и никель. Однако, поскольку эти сплавы стали ферритные, требуется дополнительная обработка, такая как поверхностная обработка, для предотвращения тенденций к коррозии в будущем.

Упругость

Упругость материала описывает его способность выдерживать приложение напряжений и деформации до начала изменения формы. Учитывая различные сплавы стали, можно найти значения упругости до 200 ГПа, в то время как у титана они составляют около 115 ГПа.

Различие между сталью и титаном с точки зрения упругости показывает, что первое более легко обрабатывается во время металлообработки. Более того, сложность в работе с титаном делает его производство дороже, и его использование в конечном итоге обходится дорого.

Твердость

Твердость материала отражает устойчивость его поверхности к повреждениям от царапин, травления или ударов. Тест по шкале Бринелля является индикатором твердости, при котором сталь предлагает гораздо лучший показатель в 120, чем титана 70.

Следовательно, титан в чистом виде легко показывает деформацию от царапин или травления. Однако он реагирует с кислородом в атмосфере при воздействии, образуя тонкий оксидный слой, который предоставляет защиту поверхности.

Прочность

Мера способности материала сохранять свою первоначальную форму в течение времени без значительного износа описывает его прочность. Некоторые из аспектов, влияющих на прочность материала, являются его коррозионная стойкость, качество прочности и термическая стойкость.

Различные виды стали проявляют качество прочности, некоторые из них, такие как нержавеющая сталь, имеют невероятную стойкость к коррозии. В этом отношении сталь можно считать долговечной. Однако содержание железа в конечном итоге делает её подверженной коррозии из-за ржавчины, требуя с течением времени такого обслуживания, как покрытие.

Титан обладает огромной прочностью по отношению к весу, отличной тепловой стойкостью и высокой коррозионной устойчивостью. Следовательно, ожидайте, что титан предложит вам большой срок службы даже в условиях, когда он подвергается воздействию элементов.

Тепловые характеристики

Температура плавления титана выше и составляет 1660^oC, в сравнении со сталью при 1450 ^oC. Кроме того, теплопроводность титана ниже – 6.720 Вт/(м·К), по сравнению со сталью – 20 Вт/(м·К).

Эти свойства делают сталь подверженной изменениям температуры и нежелательной в условиях крайних температур. Взамен, титан может выдерживать экстремальные температуры благодаря своей низкой теплопроводности и высокой температуре плавления.

Прочность при растяжении

Когда материал подвергают растягивающим силам, максимальная сила, которую он может выдержать до пластической деформации, описывает его прочность при растяжении. У некоторых сплавов стали прочность при растяжении может быть достигнута в диапазоне 1100 МПа, у титана – 1170 МПа.

Хотя сталь кажется предлагающая лучшую прочность, она значительно плотнее и тяжелее, чем титан. Следовательно, там, где важен вес, титан является способным заменить сталь.

Вес

Титан имеет высокое соотношение прочности к весу. Поэтому он является важным материалом для большинства применений, где требуется высокая прочность.

Сравнительно говоря, титан будет демонстрировать схожие характеристики прочности, как и сталь, весит всего две трети от её веса.

Особое применение этого свойства – в производстве компонентов самолётов, где важен вес. Однако в приложениях, не чувствительных к весу, предпочтение отдаётся стали из-за достигаемых уровней прочности.

Стоимость титана по сравнению со сталью

Несмотря на значительные запасы титана, его процесс извлечения сложен, что делает его трудным в работе и, следовательно, дорогим. Стоимость производства в конечном счёте является одной из основных причин ограниченного использования титана.

В сравнении с этим, производство стали не сложное, и процессы легирования довольно прямолинейны, что позволяет широкомасштабное использование и, таким образом, доступность. Однако, специализированные сплавы стали, применяющие уникальные элементы, значительно дороже.

Применение титана и стали

Сталь

Благодаря высокой прочности и универсальности сталь и её сплавы находят применение в различных областях ежедневного использования, как следует:

• Сплавы стали используются в строительстве для создания балок и строительных ферм.
• Детали и составные части машин, такие как подшипники, оси, шестерни и валы сделаны из таких разновидностей стали, как углеродистая сталь.
• Производители автомобилей используют стальные детали и компоненты для создания каркасов, двигателей и панелей.
• Инструментальные стали используются для изготовления машинных инструментов, таких как молотки, сверла, токарные станки и пилы.
• Тяжелая промышленность, такая как химическая переработка и нефтепереработка, активно использует сталь.
• Сталь находит применение в пищевой промышленности и упаковке.

Титан

• Применение титана обусловлено его впечатляющей устойчивостью к коррозии, соотношением прочности к весу и термическими свойствами. Распространенные примеры использования включают:
• Медицинская индустрия использует титан в хирургическом инструментарии, имплантатах и протезах благодаря его биосовместимости.
• Высокая прочность и низкий вес позволяют использовать его при изготовлении компонентов для авиации.
• Прочность и вес свойства используются в спортивном оборудовании, таком как ракетки, а также в автомобилях и велосипедах высоких характеристик.
• Титан применяют в изготовлении украшений на заказ, обычно в качестве покрытия.
• Подводные части судов, такие как корпус и винты, изготавливают из титана.

Заключение

Обладая информацией из этого руководства, вы, несомненно, сможете выбрать подходящий марки титана или стали для своих нужд.

Для любых вопросов или запросов о титане против стали свяжитесь с нами сейчас.