Titan je pevnější a odolnější proti korozi. Hliník je lehčí a levnější. Obrábění titanu je obtížnější. Titan má pevnost v tahu až 130 000 psi, zatímco pevnost hliníku v tahu je 30 000 psi. Titan lze obrábět s velmi přísnými tolerancemi, zatímco hliník se obrábí s přísnými tolerancemi obtížněji.

Přečtěte si o vlastnostech obou kovů a jejich strojních technikách, trendech na trhu, aplikacích a rozpočtových aspektech.

Přečtěte si také: Bod tání hliníku

Klíčové materiálové vlastnosti titanu a hliníku

Pokud jde o výběr z hliník a titanový kov, zvažte jejich bezvadné vlastnosti. Jako je např:

• Srovnání hustoty a hmotnosti
• Odolnost a pevnost
• Únava kovu
• Odolnost proti korozi
• Tepelná vodivost

Srovnání hustoty a hmotnosti

Důsledky pro hmotnost

Hustotní vlastnosti titanu jsou relativně vyšší než u hliníkových kovů. Vzhledem k hodnotě 4,5 g/cm³ je tato možnost výhodná pro aplikace s vysokým výkonem.

Na druhou stranu je hliník známý svou nízkou hmotností 2,7 g/cm³. Tato volba kovu je ideální pro aplikace, kde je prioritou úspora hmotnosti.

V čisté formě mají oba kovy slabší pevnost.

Dopad na výkon

Hliník může díky svým lehkým dílům zlepšit palivovou účinnost vozidel. Je také dobrou volbou pro sportovní výrobky, kde překonává problémy s únavou kovu.

Titanový materiál zlepšil pevnost vysoce namáhaných aplikací. Zvyšuje jejich odolnost a životnost.

Zde je srovnávací graf hmotnosti, který ukazuje, jak hustota materiálu ovlivnila výkon.

Odolnost a pevnost

Poměr pevnosti k hmotnosti

Titan má vyšší pevnost v tahu, přibližně 230 MPa až 1400 MPa. Výrobci využívají titanový kov pro aplikace, které vyžadují odolnost a pružnost, aby vydržely vysoký tlak. V souladu s tím je pevnost v tahu hliníkového kovu nízká a pohybuje se od 90 MPa do 690 MPa.

Vhodnost pro vysoce namáhané aplikace

Titan vykazuje vyšší tahové vlastnosti než hliník. Proto se ve vojenském a leteckém průmyslu používá titan, který zajišťuje bezpečnost a pevnost výrobků. Naproti tomu hliník má díky nižšímu poměru pevnosti a hmotnosti výhodu ve sportu a automobilovém průmyslu. Ty se snaží vyrábět požadované aplikace v odlehčené formě, aby se snížila spotřeba paliva.

V tomto grafu je porovnání odolnosti a pevnosti.

Odolnost proti únavě

Únava kovu indikuje zranitelnost poškozeného stavu. Dochází k ní při opakovaném cyklickém zatížení. Tyto faktory v průběhu času snižují pevnost aplikací. Titanové a hliníkové kovy mají odlišné vlastnosti, proto se liší i jejich odolnost proti únavě.

Vliv na dlouhověkost

Titan si dokáže udržet svou únavovou odolnost i při několikanásobném opakování cyklického procesu. Pevnost titanových výrobků má vliv na cyklické zatížení. Zejména u vysokofrekvenčních a vibrujících zařízení letadel a sportu. Tyto výrobky zůstávají odolnější i v náročných podmínkách.

Hliník je méně pevný než titan, a proto má nižší odolnost proti únavě. Při jeho opakovaném cyklickém zatížení ztrácejí hliníkové součásti častěji svou pevnost. To je náchylnější k většímu riziku únavy. Stále je však vnímán jako volba pro lehké aplikace, kde obavy z únavové odolnosti nehrají roli.

Tento lineární graf ukazuje vyšší únavovou odolnost titanu ve srovnání s hliníkem.

Odolnost proti korozi

Nepředvídatelné podmínky prostředí významně ovlivňují vlastnost korozní odolnosti titanu i hliníku.

Dlouhá životnost v náročných podmínkách

Faktory prostředí, jako je slaná voda, vlhkost nebo chemikálie, mohou způsobit rez v aplikacích. Titan překonává hliník a prokazuje vynikající odolnost proti korozi pro námořní aplikace. Například ropné plošiny na moři, odsolovací zařízení a námořní konstrukce.

Naopak hliník má nízkou hmotnost a nižší odolnost proti korozi, ale jeho schopnost lze zvýšit použitím povrchových úprav.

Tepelná vodivost

Hliník má vysokou tepelnou vodivost 205 W/m-K, takže odvádí teplo. Na druhé straně má titan tepelnou vodivost v rozsahu 22 W/m-K), která je výrazně nižší než u kovového hliníku.

Použití v prostředí s vysokými teplotami

Z hliníku se vyrábějí výrobky elektroniky, tepelné výměníky a kryty LED. Tento materiál účinně odolává vysokým teplotám.

Nevýhoda titanu spočívající v nízké vodivosti jej činí méně volitelným pro vysokotlaké díly. Lze jej však použít pro aplikace, které pomalu přenášejí teplo. Například letecké a automobilové díly.

Pokročilé výrobní techniky pro titan a hliník

• Aditivní výroba titanu
• CNC obrábění hliníku

Aplikace 3D tisku

Výroba složitých dílů je dnes díky rozvoji aditivní výroby nebo 3D tisku poměrně jednoduchá. Ty dokáží přidávat do dílů více vrstev zarovnaným způsobem.

Odvětví, která využívají výhod aditivní výroby

Vytváření přesných dílů z titanu není o nic složitější. Technologie 3D tisku je velmi žádanou technikou, která se používá v různých odvětvích leteckého průmyslu a lékařských přístrojů. Tyto výrobní metody umožňují vyrábět díly s vysokou účinností, výkonem a pevností konstrukce.

Součásti motorů a konstrukční držáky v leteckém průmyslu musí být vyrobeny s vysokou pevností. Kromě toho se z titanu vyrábějí implantáty na míru a protetické výrobky přizpůsobené individuálním potřebám pacientů.

CNC obrábění hliníku

Hliník je lehký a cenově výhodný materiál, který lze obrábět pomocí CNC obráběcích procesů. Tento proces zachovává vlastnosti kovu, vyrábí díly a zkracuje dobu výroby. Těžké stroje pro výrobu vyžadují vysokou údržbu, ale CNC obrábění snižuje opotřebení nástrojů. Touto technikou se běžně dosahuje složitých konstrukcí s jemnými tolerancemi.

Aplikace v prototypování a výrobě

Funkce prototypů slouží k vytváření vzorových komponent, opakování návrhů a zkrácení doby cyklu a nákladů. Hliník je cenově dostupnější kov než titan, proto je pro rychlou výrobu prototypů vhodnou volbou. Mezi jeho zvláštní vlastnosti patří výroba elektronických krytů, automobilových dílů a spotřebních předmětů se zvýšenou pevností za rozumnou cenu.

Poměr pevnosti a hmotnosti v konstrukci elektromobilů

Vysoká účinnost a efektivní výkon jsou hlavními faktory, které rostou s elektromobily na trhu. Oba materiály, titan i hliník, jsou ceněny pro svůj poměr pevnosti a hmotnosti, který je stále více vyhledáván pro výrobu konstrukcí elektromobilů. Například odlitky baterií a konstrukční díly potřebují lehký, ale pevný materiál, který dokáže ochránit jejich články. Zejména hliník umožňuje výrobcům navrhovat elektromobily s lehkými díly.

Výhody pro odlehčení

Konstrukce a díly elektromobilů lze vyrábět s nižší hmotností, aniž by hliníkový kov ztratil svou integritu. Tým přesného inženýrství se zaměřuje na snižování hmotnosti vozidel. Lehké prvky zvyšují životnost součástí motoru, baterií a funkcí.

Na druhou stranu jsou vysoce namáhané části elektromobilů vyrobeny z titanu. Tento kov zvyšuje jejich odolnost a životnost. Jedná se například o části zavěšení a spojovací prvky. Titan je sice ve srovnání s hliníkem drahý, ale umožňuje kovodělníkům opravit potřebnou houževnatost.

Poptávka po lehké odolnosti

Titanové a hliníkové kovy představují základní volbu pro splnění požadavků extrémních podmínek pro vesmírné technologie. Snižují hmotnost užitečného zatížení. V porovnání s nimi je hliník levný a vhodný pro aplikace, kde pevnost není tak kritická.

Titan představuje pro výrobky silnou fyziku. Snese vysoké namáhání a kritické situace. Příkladem mohou být palivové nádrže, konstrukční prvky a tlakové nádoby kosmických lodí.

Pokroky ve vývoji slitin

Hliník a titan zjevně vykazují jedinečné vlastnosti. Pracovníci pracují na zvýšení jejich poddajnosti neustálým vývojem. Vznikly titan a hliník jako intermetalické sloučeniny, které umožňují vytvářet díly s nízkou hmotností. Například lopatky turbín a součásti motorů v leteckém i automobilovém průmyslu.

Aplikace ve výrobě a průmyslu

Hliník a titan hrají svou roli v mnoha výrobních odvětvích. Jejich vlastnosti, jako je hmotnost, odolnost proti korozi a pevnost, splňují požadované požadavky.

Rámy jízdních kol a lehké setrvačníky

Údržba a dlouhodobá péče o hliník a titan

Titan a hliník poskytují významné výhody, protože mají řadu tepelných a fyzikálních vlastností. Kvalita a výkonnost aplikací se může časem snížit. Proto pravidelná údržba usnadní prevenci koroze a dlouhou životnost každého dílu.

Doporučení pro péči o hliník a titan

• Běžné kontroly vybavení
• Důkladně zkontrolujte každou součást, abyste omezili opotřebení, praskliny nebo problémy s únavou.
• Zvolte zkušební metody, jako je nedestruktivní testování (NDT), abyste odhalili příčinu poškození a narušení, např. ultrazvukové testování a radiografické testování.
• Nanášejte na díly další ochranné vrstvy, například eloxování.
• K odstranění nečistot a zbytků použijte čisticí prostředky s neutrálním pH.
• Vyhněte se nebezpečným chemickým prostředkům pro čištění.
• Mazivo může upevnit titanové spoje tím, že odstraní zadírání. Tato technika zvyšuje opotřebitelnost hliníku.
• Snažte se udržovat díly v bezpečném teplotním rozmezí.

Úvahy o efektivitě nákladů a rozpočtu

Hliník a titan jsou díky své cenové výhodnosti a rozpočtovému hledisku cestou k uspokojení vašich projektových potřeb. Tyto ukazatele posilují skutečné výrobní náklady vašich požadovaných výrobků.

Srovnání cen a hodnoty materiálu

Zjistěme, jaké jsou jejich dopady a důvody prudkého nárůstu nákladů.

• Analýza nákladů na titan
• Analýza nákladů na hliník

Analýza nákladů na titan

Slitiny titanu jsou drahé kvůli svým příkladným vlastnostem. Ceny tohoto kovu náhodně kolísají. Jejich tržní graf často ukazuje pohyb jejich cen kolem 10 až 15násobku cen hliníku P/KG.

Kromě toho metody výroby, jako jsou složité metody těžby a rafinace, jsou základem pro růst nákladů. Protože tyto výrobní postupy vyžadují velké množství energie a spotřebovávají více času. Cena závisí také na zeměpisné poloze dodavatelského zdroje vzhledem k jejich minimálním zásobám.

Analýza nákladů na hliník

Protože je hliník běžným kovem, lze jej nalézt ve velkém množství téměř v každé zemi. Je to nejsnadněji zpracovatelný kov za přijatelné ceny. Když už mluvíme o jeho nákladech, zvyšuje náklady na výrobu a těžbu kvůli přítomnosti bauxitové rudy. Tento kov je volbou kovu přes prvotřídní vlastnosti materiálu.

Závěr:

Rychlá poptávka po hliníkových a titanových kovech mění prostředí produktivity. Tyto kovy se vyznačují pevností, odolností proti korozi nebo korozi, přiměřenými rychlostmi a vlastnostmi zohledňujícími hmotnost. Technologický pokrok ve výrobě je dnes v lepší pozici, aby zvládl výzvy v oblasti kvality, výkonu, funkcí, množství a přesnosti. Proto se může ukázat, že důkladná znalost vlastností kovů má transformační význam pro výsledky výroby.