Ocel

Oceli jsou železo–uhlíkové slitiny, které mohou obsahovat značné koncentrace jiných legujících prvků. Přidání malého množství nekovového uhlíku do železa obchoduje s jeho velkou tažností pro větší tažnost. Díky své velmi vysoké pevnosti, ale stále značné houževnatosti a své schopnosti výrazně měnit tepelné zpracování je ocel jednou z nejužitečnějších a nejběžnějších železných slitin v moderním použití., Existují tisíce slitin, které mají různé složení a/nebo tepelné zpracování. Mechanické vlastnosti jsou citlivé na obsah uhlíku, který je obvykle menší než 1,0 wt%. Podle klasifikace ot AISI je uhlíková ocel rozdělena do čtyř tříd na základě obsahu uhlíku.,

Druhy Ocelí – Klasifikace na Základě Složení

• 

  ocel. Oceli jsou slitiny železa a uhlíku, které mohou obsahovat znatelné koncentrace jiných legujících prvků., Přidání malého množství nekovového uhlíku do železa obchoduje s jeho velkou tažností pro větší pevnost. Díky své velmi vysoké pevnosti, ale stále značné houževnatosti a své schopnosti výrazně měnit tepelné zpracování je ocel jednou z nejužitečnějších a nejběžnějších železných slitin v moderním použití. Existují tisíce slitin, které mají různé složení a/nebo tepelné zpracování. Mechanické vlastnosti jsou citlivé na obsah uhlíku, který je obvykle menší než 1,0 wt%., Podle klasifikace ot AISI je uhlíková ocel rozdělena do čtyř tříd na základě obsahu uhlíku:

  • nízkouhlíkové oceli. Nízkouhlíková ocel, známá také jako měkká ocel, je nyní nejběžnější formou oceli, protože její cena je relativně nízká, zatímco poskytuje materiálové vlastnosti, které jsou přijatelné pro mnoho aplikací. Nízkouhlíková ocel obsahuje přibližně 0,05-0,25% uhlíku, takže je tvárná a tvárná. Měkká ocel má relativně nízkou pevnost v tahu, ale je levná a snadno se tvoří; tvrdost povrchu může být zvýšena karburizací.
  • Střední uhlíkové oceli., Středně uhlíková ocel má přibližně 0,3-0,6% obsahu uhlíku. Vyrovnává tažnost a pevnost a má dobrou odolnost proti opotřebení. Tento stupeň oceli se většinou používá při výrobě strojních součástí, hřídelí, náprav, ozubených kol, klikových hřídelí, spojek a výkovků a může být také použit v kolejnicích a železničních kolech.
  • vysoce uhlíkové oceli. Vysoce uhlíková ocel má přibližně 0,60 až 1,00% obsahu uhlíku. Tvrdost je vyšší než ostatní stupně, ale tažnost klesá. Vysoce uhlíkové oceli by mohly být použity pro pružiny, lanové dráty, kladiva, šroubováky a klíče.,
  • Ultra-uhlíkové oceli. Ultra-vysoce uhlíková ocel má přibližně 1,25-2,0% obsahu uhlíku. Oceli, které lze temperovat na velkou tvrdost. Tato třída oceli může být použit pro těžké ocelové výrobky, jako náklaďák, pružiny, kovové řezné nástroje a jiné speciální účely, jako je (non-průmyslové účely) nože, nápravy nebo údery. Většina ocelí s více než 2,5% obsahem uhlíku se vyrábí práškovou metalurgií.
• legované oceli., Ocel je slitina železa a uhlíku, ale termín legovaná ocel se obvykle týká pouze ocelí, které obsahují jiné prvky— jako vanad, molybden nebo kobalt—v množstvích dostatečných ke změně vlastností základní oceli. Obecně platí, že legovaná ocel je ocel, která je legována s různými prvky v celkovém množství mezi 1,0% a 50% hmotnostních, aby se zlepšily její mechanické vlastnosti. Legované oceli jsou rozděleny do dvou skupin:
  • nízkolegované oceli.
  • vysoce legované oceli.
• nerezová ocel., Nerezové oceli jsou definovány jako nízkouhlíkové oceli s nejméně 10% chromem s jinými legujícími prvky nebo bez nich. Pevnost a odolnost proti korozi často z něj činí materiál volby v dopravních a zpracovatelských zařízeních, částech motoru a střelných zbraních. Chrom zvyšuje tvrdost, pevnost a odolnost proti korozi. Nikl poskytuje podobné výhody, ale přidává tvrdost bez obětování tažnosti a houževnatosti. Také snižuje tepelnou roztažnost pro lepší rozměrovou stabilitu.,

slitiny titanu

čistý titan je silnější než běžné nízkouhlíkové oceli, ale o 45% lehčí. Je také dvakrát silnější než slabé hliníkové slitiny, ale pouze o 60% těžší. Dvě nejužitečnější vlastnosti kovu jsou odolnost proti korozi a poměr pevnosti k hustotě, nejvyšší ze všech kovových prvků. Odolnost slitin titanu proti korozi při normálních teplotách je neobvykle vysoká. Odolnost titanu proti korozi je založena na vytvoření stabilní ochranné vrstvy oxidu., I když „komerčně čistého“ titanu má přijatelné mechanické vlastnosti a byl použit pro ortopedické a dentální implantáty, pro většinu aplikací titan je legované s malým množstvím hliníku a vanadu, obvykle 6% a 4% hmotnostní. Tato směs má pevnou rozpustnost, která se dramaticky mění s teplotou, což jí umožňuje podstoupit srážení.

slitiny titanu jsou kovy, které obsahují směs titanu a dalších chemických prvků. Takové slitiny mají velmi vysokou pevnost v tahu a houževnatost (i při extrémních teplotách)., Jsou lehké, mají mimořádnou odolnost proti korozi a schopnost odolávat extrémním teplotám.

Stupeň 2

komerčně čistý titan stupeň 2 je velmi podobný stupni 1, ale má vyšší pevnost než stupeň 1 a vynikající vlastnosti tváření za studena. Poskytuje vynikající svařovací vlastnosti a má vynikající odolnost proti oxidaci a korozi. Tento stupeň titanu je nejběžnějším stupněm komerčně čistého titanového průmyslu., To je nejlepší volbou pro mnoho oblastí aplikace:

• Letecký a kosmický průmysl,
• Automobilový průmysl,
• Chemické Zpracování & Chlorečnanu Výroby,
• Odsolování
• Energie

Grade 5 – Ti-6Al-4V

Stupeň 5 je nejvíce běžně používané slitiny a to je alfa + beta slitiny. Slitina stupně 5 představuje 50% celkového využití Titanu po celém světě. Má chemické složení 6% hliníku, 4% vanadu, 0,25% (maximální) železa, 0,2% (maximální) kyslíku a zbytek titanu., Obecně se Ti-6AL-4V používá v aplikacích do 400 stupňů Celsia. Má hustotu zhruba 4420 kg / m3. Je výrazně silnější než komerčně čistý titan (stupně 1-4) díky své možnosti tepelného zpracování., Tento stupeň je vynikající kombinací pevnosti, odolnosti vůči korozi, svařování a fabricability To je nejlepší volbou pro mnoho oblastí aplikace:

• Letadla turbíny
• komponenty Motoru
• Letadla strukturální komponenty
• Letecký spojovací materiál
• Vysoce výkonné automatické částí
• Námořní aplikace

Použití Slitiny Titanu – Použití

dva nejvíce užitečné vlastnosti kovu jsou odolnost proti korozi a pevnost-k-poměr hustoty, nejvyšší ze všech kovových prvků., Odolnost slitin titanu proti korozi při normálních teplotách je neobvykle vysoká. Tyto vlastnosti určují použití titanu a jeho slitin. Nejstarší výrobní aplikace titanu byla v roce 1952 pro gondoly a firewally letounu Douglas DC-7. Vysoká specifická pevnost, dobrá odolnost proti únavě a životnost tečení a Dobrá odolnost proti zlomeninám jsou vlastnosti, díky nimž je titan preferovaným kovem pro letecké aplikace., Letecké aplikace, včetně použití v konstrukčních (draku) součástech a proudových motorech, stále představují největší podíl použití titanové slitiny. Na nadzvukovém letadle SR-71 byl Titan použit pro 85% konstrukce. Díky velmi vysoké inertnosti má Titan mnoho biomedicínských aplikací, které jsou založeny na jeho inertnosti v lidském těle, tj.,

Vlastnosti Ocel vs Titan

Materiálové vlastnosti jsou intenzivní vlastnosti, to znamená, že jsou nezávislé na množství hmoty a mohou se lišit od místa na místo v rámci systému v každém okamžiku. Základem vědy o materiálech je studium struktury materiálů a jejich vztah k jejich vlastnostem (mechanické, elektrické atd.). Jakmile materiálový vědec ví o této korelaci struktury a majetku, mohou pokračovat ve studiu relativního výkonu materiálu v dané aplikaci., Hlavními determinanty struktury materiálu a tím i jeho vlastností jsou jeho základní chemické prvky a způsob, jakým byl zpracován do své konečné podoby.

hustota oceli vs titanu

hustota typické oceli je 8,05 g / cm3.

hustota typické titanové slitiny je 4,43 g / cm3 (Ti-6AL-4V).

hustota je definována jako hmotnost na jednotku objemu., To je intenzivní majetku, který je matematicky definován jako hmotnost děleno objem:

ρ = m/V

slova, hustota (ρ) látky je celková hmotnost (m), že se látky dělí podle celkového objemu (V) obsazena látky. Standardní jednotka SI je kilogramy na metr krychlový (kg/m3). Standardní anglická jednotka je hmotnost liber na kubickou nohu (lbm/ft3).,

Od té doby, hustota (ρ) látky je celková hmotnost (m), že se látky dělí podle celkového objemu (V) obsazena, že se látky, je zřejmé, že hustota látky silně závisí na jejich atomové hmotnosti a také na atomové číslo hustota (N; atomů/cm3),

• relativní Atomová Hmotnost. Atomová hmotnost je nesena atomovým jádrem, které zabírá pouze asi 10-12 celkového objemu atomu nebo méně, ale obsahuje veškerý kladný náboj a nejméně 99,95% celkové hmotnosti atomu. Proto je určena hmotnostním číslem (počet protonů a neutronů).,
• Atomová hustota čísel. Hustota atomového čísla (n; atomy/cm3), která je spojena s atomovými poloměry, je počet atomů daného typu na jednotku objemu (v; cm3) materiálu. Atomové číslo hustota (N; atomů/cm3) čistého materiálu, který má atomové nebo molekulové hmotnosti (M, g/mol) a hustotu materiálu (⍴; g/cm3) je snadno vypočítat z následující rovnice pomocí avogadrova konstanta (NA = 6.022×1023 atomů nebo molekul na mol):
• krystalová Struktura., Hustota krystalické látky je významně ovlivněna její krystalickou strukturou. FCC struktura, spolu s jeho hexagonální relativní (hcp), má nejúčinnější balicí faktor (74%). Kovy obsahující struktury FCC zahrnují austenit, hliník, měď, olovo, stříbro, zlato, nikl, platinu a thorium.

Mechanické Vlastnosti Ocel vs Titan

Materiály jsou často vybrány pro různé aplikace, protože mají žádoucí kombinací mechanických vlastností., Pro strukturální aplikace jsou klíčové vlastnosti materiálu a inženýři je musí vzít v úvahu.

Síla Ocel vs Titan

V mechanice materiálů, pevnost materiálu je jeho schopnost odolávat aplikované zatížení bez poruchy nebo plastické deformace. Pevnost materiálů v podstatě zvažuje vztah mezi vnějším zatížením aplikovaným na materiál a výslednou deformací nebo změnou rozměrů materiálu. Pevnost materiálu je jeho schopnost odolat tomuto aplikovanému zatížení bez poruchy nebo plastické deformace.,

konečná pevnost v tahu

konečná pevnost v tahu nízkouhlíkové oceli je mezi 400-550 MPa.

maximální pevnost v tahu ultra-vysoce uhlíkové oceli je 1100 MPa.

maximální pevnost v tahu ti-6AL-4V – Grade 5 titanové slitiny je asi 1170 MPa.

maximální pevnost v tahu je maximum na křivce strojního namáhání. To odpovídá maximálnímu napětí, které může být udržováno strukturou v napětí. Konečná pevnost v tahu je často zkrácena na“ pevnost v tahu „nebo dokonce na“ nejvyšší.,“Pokud je tento stres aplikován a udržován, dojde k zlomenině. Často je tato hodnota výrazně vyšší než výnosové napětí (až o 50 až 60 procent více než výnos u některých druhů kovů). Když tažný materiál dosáhne své konečné pevnosti, zažívá krk, kde se plocha průřezu místně snižuje. Křivka napětí a napětí neobsahuje vyšší napětí než konečná síla. I když se deformace mohou i nadále zvyšovat, stres obvykle klesá po dosažení konečné síly., Jedná se o intenzivní vlastnost, proto její hodnota nezávisí na velikosti zkušebního vzorku. Je však závislá na dalších faktorech, jako je příprava vzorku, přítomnost nebo jinak povrchových defektů a teplota zkušebního prostředí a materiálu. Maximální pevnost v tahu se pohybuje od 50 MPa pro hliník až po 3000 MPa pro vysoce pevné oceli.

mez kluzu

mez kluzu nízkouhlíkové oceli je 250 MPa.

mez kluzu ultra-vysoce uhlíkové oceli je 800 MPa.,

mez kluzu ti-6AL-4V – Grade 5 titanové slitiny je asi 1100 MPa.

bod výtěžku je bod na křivce napětí a napětí, který označuje limit elastického chování a počáteční chování plastu. Mez kluzu nebo mez kluzu je vlastnost materiálu definovaná jako napětí, při kterém se materiál začne deformovat plasticky, zatímco mez kluzu je bod, kde začíná nelineární (elastická + plastová) deformace. Před bodem výtěžku se materiál elasticky deformuje a po odstranění aplikovaného napětí se vrátí do původního tvaru., Jakmile je bod výtěžku předán, bude určitý zlomek deformace trvalý a nevratný. Některé oceli a jiné materiály vykazují chování označované jako jev výnosového bodu. Mez kluzu se pohybuje od 35 MPa pro hliník s nízkou pevností až po větší než 1400 MPa pro vysoce pevné oceli.

Youngův modul pružnosti

Youngův modul pružnosti nízkouhlíkové oceli je 200 GPa.

Youngův modul pružnosti titanové slitiny Ti-6AL – 4V-Grade 5 je asi 114 GPa.,

youngův modul pružnosti je modul pružnosti pro tahové a tlakové napětí v lineární pružnosti režim jednoosé deformaci a je obvykle hodnoceny pomocí zkoušky tahem. Až do omezujícího stresu bude tělo schopno obnovit své rozměry při odstraňování zátěže. Aplikovaná napětí způsobují, že se atomy v krystalu pohybují z jejich rovnovážné polohy. Všechny atomy jsou posunuty ve stejném množství a stále si udržují svou relativní geometrii. Když jsou napětí odstraněna, všechny atomy se vrátí do svých původních poloh a nedochází k trvalé deformaci., Podle Hookeho zákona je stres úměrný napětí (v elastické oblasti) a svah je Youngův modul. Youngův modul se rovná podélnému namáhání dělenému kmenem.

tvrdost oceli vs titanu

tvrdost Brinell nízkouhlíkové oceli je přibližně 120 MPa.

tvrdost Brinell z vysoce uhlíkové oceli je přibližně 200 MPa.

Rockwell tvrdost ti-6AL-4V – Grade 5 titanové slitiny je přibližně 41 HRC.,

zkouška tvrdosti Rockwell je jednou z nejčastějších zkoušek tvrdosti odsazení, která byla vyvinuta pro testování tvrdosti. V kontrastu k Brinella zkouška, Rockwell tester měří hloubku průniku z indenter pod velkým load (velké zatížení) ve srovnání se penetrace provádí předpětí (menší zátěž). Menší zatížení vytváří nulovou polohu. Hlavní zatížení je aplikováno a poté odstraněno při zachování menšího zatížení., Rozdíl mezi hloubkou průniku před a po aplikaci hlavního zatížení se používá k výpočtu čísla tvrdosti Rockwell. To znamená, že hloubka průniku a tvrdost jsou nepřímo úměrné. Hlavní výhodou tvrdosti Rockwell je jeho schopnost zobrazovat hodnoty tvrdosti přímo. Výsledkem je bezrozměrné číslo označené jako HRA, HRB, HRC atd., kde poslední písmeno je příslušná Stupnice Rockwell.

test Rockwell C se provádí s penetrátorem Brale (diamantový kužel 120°) a velkým zatížením 150 kg.,

tepelné vlastnosti oceli vs titanu

tepelné vlastnosti materiálů odkazují na odezvu materiálů na změny jejich teploty a na aplikaci tepla. Jako pevná látka absorbuje energii ve formě tepla, její teplota stoupá a její rozměry se zvyšují. Různé materiály však reagují na aplikaci tepla jinak.

tepelná kapacita, tepelná roztažnost a tepelná vodivost jsou vlastnosti, které jsou často kritické při praktickém použití pevných látek.

teplota tání oceli vs Titan

teplota tání nízkouhlíkové oceli je kolem 1450°C.,

teplota tání titanové slitiny ti-6AL – 4V-Grade 5 je kolem 1660°C.

obecně je tavení fázovou změnou látky z pevné látky do kapalné fáze. Bod tání látky je teplota, při které dochází ke změně fáze. Bod tání také definuje stav, ve kterém může pevná látka a kapalina existovat v rovnováze.

tepelná vodivost oceli vs titanu

tepelná vodivost typické oceli je 20 W / (m. k).

tepelná vodivost titanové slitiny Ti-6AL-4V třídy 5 je 6,7 W / (m. k).,

vlastnosti pro přenos tepla z pevného materiálu se měří vlastnost nazývá tepelná vodivost, k (nebo λ), měřeno ve W/m.K. To je měřítkem látky je schopnost přenosu tepla přes materiál podle vodivosti. Všimněte si, že Fourierův zákon platí pro všechny věci, bez ohledu na jejich stav (pevný, kapalný nebo plynový), proto je také definován pro kapaliny a plyny.

tepelná vodivost většiny kapalin a pevných látek se mění s teplotou. U par závisí také na tlaku., Obecně:

většina materiálů je velmi téměř homogenní, proto můžeme obvykle psát k = K (T). Podobné definice jsou spojeny s tepelnou vodivostí v y – a z-směry (kz, kz), ale pro izotropní materiál tepelná vodivost je nezávislá na směru přenosu, kx = ky = kz = k.