6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочнее стали, легче титана

Сталь и титан 2020

Сталь против титана

Физические свойства титана делают его предпочтительным материалом, используемым автомобилями, аэрокосмической, ювелирной и многими другими отраслями. Он известен своей высокой прочностью и прочностью, долговечностью и низкой плотностью, а также способностью выдерживать высокие и низкие температуры. Коррозионная стойкость и биологическая совместимость титана — еще два атрибута, которые очень полезны в различных применениях, таких как хирургические имплантаты и т. Д. Это дорого и дорого стоит по сравнению со сталью. Сталь коррозионная, ржавчина, пятна и тяжелее титана. Плотность стали составляет 7,85 г / см3, а титан — 56% по сравнению со сталью.

По сравнению со сталью титан обладает исключительной устойчивостью к широкому спектру кислот, щелочей, природных вод и промышленных химикатов. Титан считается превосходной комбинацией высокопрочных и низких весовых коэффициентов по сравнению со сталью. Другая причина, которая предпочтительнее в хирургических имплантатах и ​​глубоких трубчатых струнах, заключается в том, что сплавы на основе титана являются легкими и более прочными. Сталь предпочтительнее в промышленности, где прочность важнее массы. Титан используется для хирургических имплантатов, потому что человеческое тело принимает его, и оно не является ядовитым и биологически инертным. Металлические имплантаты из нержавеющей стали склонны к развитию некоторых серьезных заболеваний и заболеваний. Титан пользуется большим спросом у компьютерных производителей для изготовления компьютерных компонентов. Еще одно популярное использование титана — для изготовления ювелирных изделий. Титан находится в сильной конкуренции со сталью в автомобильной промышленности. Сталь используется там, где есть потребность в закаленном материале, например осях для автомобилей или грузовиков, тогда как титановые конструкции не гарантируют долговечность и имеют предел усталости.

Определенные претензии со стороны партнеров по маркетингу и компаний уступили место спору о повышении того, что титан сильнее, чем сталь, но, в отличие от претензии, лучшая сталь сильнее, чем титановые сплавы. В нелегированном состоянии титан на 45% легче и прочнее стали. Мы можем предположить, что тот же стержень стали будет на 5% сильнее титана, но титан будет на 40% легче. Другое отличие заключается в способности титана выдерживать высокую температуру без какого-либо снижения веса. Углеродистая сталь не выдерживает высоких температур. Сталь может иметь около 2700 градусов по Фаренгейту, тогда как титан может выдерживать 3300 градусов по Фаренгейту. Если сравнить тепловую и холодную стабильность титана и стали, титан более термически устойчив, чем сталь; что составляет 800 градусов по Фаренгейту, что делает его отличным выбором для негативного метеорологического материала, потому что он не сломается, тогда как сталь может разрушиться. Еще одно преимущество, заключающееся в том, что титан имеет сталь, состоит в том, что его можно многократно сгибать или наклонять, и он достаточно гибок, чтобы не разрываться, как сталь.

1. Титан — это неизученный и биологически инертный металл.

2. Сталь прочнее, но имеет более усталость, чем титан.

3. Сталь может разрушаться, тогда как титан может выдерживать высокие и низкие температуры.

4. Сталь магнитная и коррозионная по сравнению с титаном, который является немагнитным и антикоррозионным.

5. Сталь предпочтительна, когда требуется прочность в твердом материале, а титан предпочтительнее, когда требуется легкий и прочный материал.

Прочнее стали, легче титана

Титан прочнее стали, хотя имеет почти вдвое меньшую плотность, чем железо. Но как поведёт себя этот металл при обстреле из огнестрельного оружия? Ведущие YouTube-канала Demolition Ranch решили найти ответ на этот вопрос и попытались пробить титановый слиток пулями популярных калибров.

Для тестирования использовали слиток толщиной в 1,5 дюйма (около 4 см). Сначала слиток подвергли обстрелу пулями малого калибра (.22 LR), но они, как и пистолетные пули калибра 9 мм, не оставили на нём заметных следов. Далее обстрел продолжили тяжёлыми пистолетными пулями калибра .44 Magnum и винтовочными пулями, в том числе бронебойными. Максимальные повреждения слитку причинила пуля калибра 7,62 со стальным сердечнком, оставившая на его поверхности углубление диаметром 4 мм. Титан смог выдержать попадание свинцовой пули калибра .50 BMG (12,7×99 мм), а вот бронебойная пуля этого калибра почти пробила слиток, оставив на его противоположной стороне выпуклость с трещинами.

Сегодня бронежилеты с титановыми бронеплитами выпускаются во многих странах мира, но из-за высокой стоимости титана и сложности его обработки пользуются меньшим спросом, чем защита из стальных и металлокерамических плит.

Читать еще:  ДЛЯ ОХОТЫ. Винтовка Barrett Fieldcraft

Титан прочнее стали, хотя имеет почти вдвое меньшую плотность, чем железо. Но как поведёт себя этот металл при обстреле из огнестрельного оружия? Ведущие YouTube-канала Demolition Ranch решили найти ответ на этот вопрос и попытались пробить титановый слиток пулями популярных калибров.

Для тестирования использовали слиток толщиной в 1,5 дюйма (около 4 см). Сначала слиток подвергли обстрелу пулями малого калибра (.22 LR), но они, как и пистолетные пули калибра 9 мм, не оставили на нём заметных следов. Далее обстрел продолжили тяжёлыми пистолетными пулями калибра .44 Magnum и винтовочными пулями, в том числе бронебойными. Максимальные повреждения слитку причинила пуля калибра 7,62 со стальным сердечнком, оставившая на его поверхности углубление диаметром 4 мм. Титан смог выдержать попадание свинцовой пули калибра .50 BMG (12,7×99 мм), а вот бронебойная пуля этого калибра почти пробила слиток, оставив на его противоположной стороне выпуклость с трещинами.

Сегодня бронежилеты с титановыми бронеплитами выпускаются во многих странах мира, но из-за высокой стоимости титана и сложности его обработки пользуются меньшим спросом, чем защита из стальных и металлокерамических плит.

Мифы о титане

Несколько мифов о титане

Отвечаю на самые распространённные высказывания-заблуждения относительно титата и изделий из него.

1. Титан — самый прочный и твердый материал.
Ничего подобного, самый прочный и твердый материал в мире — алмаз. Из распространенных жёстких материалов — очень твёрд карбид вольфрама и многие вольфрамо-молибдено-содержащие сплавы. Это — холодные и тяжелые материалы, практически не поддаются мехобработке точением и фрезерованием и для них применяются ещё более сложные и современные технологии обработки. Собственно говоря, подавляющее большинство самого крепкого металлорежущего инструмента изготавливается из разновидностей комбинаций вольфрама с другими твёрдыми элементами, в том числе инструмента для обработки титана. Вольфрамосодержащие сплавы относятся к твердосплавным материалам. Для изготовления ювелирки практически не применяются, лишь изредка, т.к. для изготовления сложных изделий из вольфрамосодержащих материалов требуются слишком огромные производственные мощности, оправданные только в машиностроении и металлопроизводстве, где такая ювелирка считается не слишком крутым бонусом к основному виду деятельности. Ниже — схема замера твёрдости интендером твердомера, в различных единицах.

2. Титан не царапается.
Царапается, еще как. Правда, различия в царапучести марок — достаточно выраженные и заметны даже простым глазом. На этот параметр влияет химический состав сплава и тип пост-обработки заготовки. Титаны топовых марок, изделия из которых служат во всей своей красе долго, стоят дорого и достать их чрезвычайно трудно. А дешевые марки лежат в продаже на любом складе металлобазы и стоят копейки, но изделия из них выходят и дешевые, но качеством блистать не будут. Однако, стоит отметить, что драгоценные металлы царапаются сильнее минимум вдвое, чем самая дешманская марка титана. Какой-то тип титанового сплава поцарапать легко, какой-то сложнее, какой-то ещё сложнее. В любом случае те, кто утверждают, что титан не царапается — врут. Однако, для улучшения твёрдости поверхности можно наносить на изделия спецпокрытия, которые значительно повысят износостойкость. Картинка «зацарапанной поверхности» прилагается.

3. Титан абсолютно биосовместим.
Почти правда. Однако, всего лишь почти. Существует несколько био-несовместимых (точнее, аллергенных) марок, содержащие вредные примеси (но эти марки достаточно редки и врядли мастеру попадутся именно они, но чем чёрт не шутит), также подобные примеси, вызывающие аллергию, некрозы или как минимум, неприятные ощущения могут встречаться и в дешевых марках из-за заниженного контроля качества состава на производстве («Зачем ведь, спрашивается, проверять эти образцы на биосовместимость, заморачиваться с идеальной очисткой, когда мы собираемся делать из них корпус для термостата космической станции, который к тому же будет находиться снаружи корабля?»). Поэтому перед изготовлением ювелирки и бижутерии порядочный мастер-ювелир всегда отнесёт образец материала на хим.анализ, и только потом предложит клиенту. Ниже- красивая картинка зубного импланта.

4. Изделия из титана должны стоить дешево, ведь титан — очень дешевый материал.
Самое распространённое заблуждение! Титан по сравннию с драгоценными металлами, конечно, стоит недорого, однако:

а) Есть очень большие проблемы в приобретении хороших марок в небольшом количестве, т.к. такой титан продаётся только большими промышленными партиями, а то и вообще не продаётся — дай-то Бог, чтобы вы смогли купить какой-нибудь обрезок из остатков «с барского стола» космической и военной промышленности, авось и повезёт. Самый дорогой титан в мире стоит около 1500 долларов за килограмм, самый дешёвый — около 1500 рублей за килограмм (по данным на 2019 год)

Читать еще:  Министерство обороны рф: история развития и сегодняшние дни

б) Самую большую часть стоимости изделий составляет именно обработка титана, так как она требует наличия уникального дорогостоящего инструмента и большого количества времени, а время — ресурс невосполняемый. Тем более, чем лучше титан, тем дороже инструмент и больше времени уходит на изготовление при соблюдении технологии изготовления изделий. Чтобы сделать качественно, с соблюдением всех допусков и параметров, технологию нарушать нельзя, иначе — брак и впустую потраченный материал. Ведь можно сделать хорошо, и тогда, изделие никак не будет дешёвым, а можно сделать как попало, без претензий на точность, ну или чтобы только создать иллюзию качества. А закрепка камней в титан — отдельная статья геморроя мастера, как выяснилось, разные марки титана требуют разного подхода к закрепке различных вставок, всё не так просто с ним — капризен, пружинит, и требует не совсем ювелирного (а более крутого) и дорогого инструмента при вставке и закрепке. Ниже — видео захватывающей работы пятикоординатного токарно-фрезерного станка — это одна из топовых технологий обработки металла, в том числе и титана. Использование подобных технологий для изготовления ювелирных изделий ну никак не может стоить дёшево. Смотрите.

Запомните, в производстве есть три волшебных слова, три составляющие, позволяющие комбинировать друг друга в различных позициях, однако всегда, всегда одно из слов будет лишним. Это «быстро», «качественно» и «недорого».

5. Чистый титан лучше всего.
Смотря для каких целей и задач. Относительно чистый титан российского и зарубежного реестра стоит дёшево, однако обладает прочностью и твердостью немногим выше золота и серебра, а низкий уровень этих параметров даст зацарапать идеально выведенную поверхность в течении первого дня эксплуатации. Если уж сильные претензии к чистоте материала и предъявляются, то существуют иодидный и аффинированные титаны, однако вы не обрадуетесь цене на них. Ну, а самый распространённый относительно чистый и «простенький» титан применяется, в основном для удешевления бижутерной продукциии, не претендующей на качество поверхности, при создании очень сложных геометрических форм, или в случае использования его в технологии литья или какой-либо другой, не слишком дорогостоящей технологии обработки.

Касательно преимуществ и уникальности титановых сплавов, то стоит однозначно отметить их стойкость к коррозии (какие-то больше, какие-то меньше, но в бьтовых средах титан, как правило, не корродирует), при их лёгкости, высокой прочности, относительно высокой, а иногда и очень высокой твердости и практически абсолютной биосовместимости (см. выше). Титан не темнеет, не тускнеет со временем, не окисляется в агрессивных моющих химикалиях, а хорошо изготовленные изделия из качественного титана выглядят великолепно, некоторые из них — действительно плохо царапаются и долго служат своим превосходным внешним видом.

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Глава 4. ЗНАКОМЬТЕСЬ — ТИТАН!

Брусок металла неяркого серебристо-серого цвета. ”Сталь” — привычно мелькает в сознании. Но стоит взять брусок в руку, как на мгновение возникает ощущение нереальности происходящего: металл оказывается удивительно, неправдоподобно легким. Это не сталь, а титан.

Любопытно наблюдать за реакцией людей, плохо знакомых с цветными металлами, когда к ним в руки попадает какой- нибудь предмет из титана. Первоначальное удивление (темный металл, а такой легкий!) сменяется недоумением, а затем убеждением, что их «разыгрывают”, и они пытаются разобраться, где же скрывается подвох: вертят предмет в руках, говорят, что внутри металла имеются пустоты и тому подобное. Но никакого подвоха нет. Титан действительно почти вдвое легче железа и всего лишь в полтора раза тяжелее алюминия. Один кубический сантиметр железа имеет массу 7,8 грамма, алюминия — 2,7, титана — 4,5 грамма. Надо признать все же, что 4,5 грамма в кубическом сантиметре не так уж и мало, особенно если учесть, что в кубическом сантиметре магния содержится 1,7 грамма, а такой металл, как литий, вдвое легче воды.

Поскольку к легким относят металлы, удельная масса которых не превышает 5 граммов на кубический сантиметр, то титан, следовательно, самый тяжелый среди легких металлов. Но и ”самый тяжелый”, он все-таки по праву принадлежит к числу легких металлов.

Однако легкость сама по себе еще ничего не решает. Легок натрий, но он плавится уже при температуре около 100 °С и как щелочной металл настолько активен, что его нельзя хранить на открытом воздухе. Хранят этот элемент в керосине. Еще легче и активнее металл литий. Он, как и остальные щелочные металлы, так непрочен, что легко режется обыкновенным ножом.

Мы привыкли к тому, что всякий конструкционный материал имеет свои достоинства и недостатки. Если алюминий,

Читать еще:  Накачаем? Обзор ручных насосов для PCP пневматики

например, почти в три раза легче стали, то он и в несколько раз менее прочен и плавится уже при 660 градусах, тогда как точка плавления стали находится выше 1500 °С. Примерно то же самое можно сказать и о магнии.

Интересно, а насколько титан уступает стали по прочности? Титан не уступает стали: он в полтора раза прочнее! Но, может быть, этот металл плавится при невысоких температурах? Титан плавится только при 1660 °С, то есть при более высокой температуре, чем железо и сталь. Так что не зря титан отливает стальным блеском: этот отлив не обманывает.

Но, кроме хорошей прочности, конструкционный материал обязательно должен иметь и такое важное качество, как пластичность. Пластичность — это способность материала изменять свою форму не разрушаясь, и именно в этой способности титану долго было отказано. Еще в сороковые годы нашего века о титане писали, что он ”хрупок и легко превращается в порошок при дроблении в ступке”. Любопытна и следующая запись: «Попытки вытянуть проволоку из титана безуспешны”.

Меньше всего хотелось бы иронизировать над автором приведенных строк, тем более что он поставил перед собой задачу ”заполнить досадный пробел в литературе, посвященной столь важному и интересному химическому элементу”.

На протяжении полутора столетий подлинных свойств металла не знал никто в мире. Но как только стали получать титан достаточной степени чистоты, сразу выяснилось, что причиной хрупкости металла являются примеси, а чистый титан очень пластичный материал. Его куют, как железо, вытягивают в проволоку, прокатывают в листы, трубы, ленты и даже в фольгу толщиной в сотые доли миллиметра.

Титан — более упругий металл, чем магний и алюминий, но менее упругий, чем сталь. Он гораздо тверже алюминия, магния, меди, железа и почти не уступает особо обработанным легированным сталям. Титан — один из немногих металлов, которые наряду с высокой прочностью и пластичностью обладают хорошей вязкостью, то есть противостоят воздействию ударов. Этот металл характеризуется еще и таким ценным свойством, как отличная выносливость.

Важный показатель любого металла — предел текучести. Чем он выше, тем лучше металл сопротивляется нагрузкам, стремящимся смять его, изменить размеры и форму изготовленной из него детали. У титана предел текучести весьма высок: в два с половиной раза выше, чем у железа, в три с лишним раза выше, чем у меди, и почти в 18 раз превосходит этот же показатель для алюминия.

Итак, титан гораздо прочнее и легче обычной углеродистой стали, получаемой из чугуна. Но в современном машиностроении широко распространены не столько углеродистые, сколько легированные стали, то есть сплавы на основе железа с добавками никеля, хрома, марганца, молибдена, вольфрама, а также других цветных и редких металлов. Легированные стали значительно прочнее углеродистых и в несколько раз прочнее технического титана. Выходит, что титан все-таки уступает стали? Нет не уступает! Титан тоже можно легировать и тогда получают сплавы, прочность которых в два- три раза больше прочности чистого титана.

Титановые сплавы — это, быть может, самые совершенные материалы, которыми располагает современная техника. Они превосходят все другие распространенные металлы по такому важному показателю, как удельная прочность. Что это такое? Не что иное, как прочность, приходящаяся на единицу массы.

Чтобы нагляднее постичь это, представим себе такую картину. На помост выходят тяжелоатлеты. Вряд ли нас удивит то, что грузный человек поднимает большую тяжесть. Ведь так оно и должно быть: те, кто полегче, обладают, как правило, меньшей силой, а от массивного, с мощными бицепсами атлета мы ждем и высокого результата. Не зря же в тяжелоатлетическом спорте введены различные весовые категории. А теперь вообразим, что после этого тяжелоатлета на помост вышел скромный, на первый взгляд ничем не примечательный спортсмен, худощавый, среднего роста и с первой попытки покорил тот же самый вес. Кто же из них сильнее? Конечно же, худощавый!

Такую же аналогию можно провести относительно титановых сплавов и специальных сталей. Титановые сплавы почти вдвое легче, а нагрузки выдерживают почти такие же.

Если бы все достоинства титана заключались только в его легкости и прочности, то и этого было бы уже достаточно для развития титановой промышленности, так как и в этом случае игра стоила свеч и нашлось бы немало отраслей, заинтересованных в таком материале. Но, помимо прочности и легкости, титан отличается еще и замечательной стойкостью против коррозии.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector