Stål

stål er jern–carbon legeringer, der kan indeholde mærkbare koncentrationer af andre legeringselementer. Tilsætning af en lille mængde ikke-metallisk kulstof til jern handler sin store duktilitet for større duktilitet. På grund af sin meget høje styrke, men stadig betydelig sejhed, og dens evne til at blive stærkt ændret ved varmebehandling, stål er en af de mest nyttige og fælles jernholdige legering i moderne brug., Der er tusindvis af legeringer, der har forskellige sammensætninger og/eller varmebehandlinger. De mekaniske egenskaber er følsomme over for indholdet af kulstof, som normalt er mindre end 1,0 vægt%. I henhold til OT AISI-klassificering opdeles kulstofstål i fire klasser baseret på kulstofindhold.,

Typer af Stål – Klassificering, der er Baseret på Sammensætningen

• 

  Stål. Stål er jern-carbon legeringer, der kan indeholde mærkbare koncentrationer af andre legeringselementer., Tilsætning af en lille mængde ikke-metallisk kulstof til jern handler sin store duktilitet for større styrke. På grund af sin meget høje styrke, men stadig betydelig sejhed, og dens evne til at blive stærkt ændret ved varmebehandling, stål er en af de mest nyttige og fælles jernholdige legering i moderne brug. Der er tusindvis af legeringer, der har forskellige sammensætninger og/eller varmebehandlinger. De mekaniske egenskaber er følsomme over for indholdet af kulstof, som normalt er mindre end 1,0 vægt%., I henhold til OT AISI-klassificering opdeles kulstofstål i fire klasser baseret på kulstofindhold:

  • lavt kulstofstål. Kulstoffattig stål, også kendt som blødt stål, er nu den mest almindelige form for stål, fordi prisen er relativt lav, mens den giver materialeegenskaber, der er acceptable til mange anvendelser. 0,05–0,25% kulstof, hvilket gør det formbart og duktilt. Blødt stål har en relativt lav trækstyrke, men det er billigt og let at danne; overfladehårdhed kan øges gennem karburering.
  • Medium-kulstofstål., Mellem-kulstofstål har cirka 0,3-0,6% kulstofindhold. Balancerer duktilitet og styrke og har god slidstyrke. Denne kvalitet af stål bruges mest til produktion af maskinkomponenter, aksler, aksler, gear, krumtapaksler, kobling og smedegods og kan også bruges i Skinner og jernbanehjul.
  • kulstofstål. Kulstofstål har cirka 0,60 til 1,00% kulstofindhold. Hårdhed er højere end de andre kvaliteter, men duktiliteten falder. Høj kulstofstål kunne bruges til fjedre, reb ledninger, hamre, skruetrækkere og skruenøgler.,
  • ultra-højt kulstofstål. Ultrahøj kulstofstål har cirka 1,25-2,0% kulstofindhold. Stål, der kan tempereres til stor hårdhed. Denne kvalitet af stål kan bruges til hårde stålprodukter, såsom lastbil fjedre, metal skæreværktøjer og andre specielle formål som (ikke-industrielle formål) knive, aksler eller slag. De fleste stål med mere end 2, 5% kulstofindhold fremstilles ved hjælp af pulvermetallurgi.
• legeret stål., Stål er en legering af jern og kulstof, men udtrykket legeret stål, der normalt kun refererer til stål, der indeholder andre elementer— som vanadium, molybdæn, eller kobolt—i mængder, der er tilstrækkelige til at ændre egenskaberne for base stål. Generelt er legeret stål stål, der er legeret med en række elementer i samlede mængder mellem 1,0% og 50 vægt% for at forbedre dets mekaniske egenskaber. Legeret stål er opdelt i to grupper:
  • lavlegeret stål.
  • højlegeret stål.
• rustfrit stål., Rustfrit stål defineres som kulstofstål med mindst 10% krom med eller uden andre legeringselementer. Styrke og korrosionsbestandighed gør det ofte til det valgte materiale inden for transport-og forarbejdningsudstyr, motordele og skydevåben. Chrom øger hårdhed, styrke og korrosionsbestandighed. Nikkel giver lignende fordele, men tilføjer hårdhed uden at ofre duktilitet og sejhed. Det reducerer også termisk ekspansion for bedre dimensionsstabilitet.,

titaniumlegeringer

ren titanium er stærkere end almindelige, kulstofstål, men 45% lettere. Den er også dobbelt så stærk som svage aluminiumlegeringer, men kun 60% tungere. De to mest nyttige egenskaber ved metallet er korrosionsbestandighed og styrke-til-densitet-forhold, det højeste af ethvert metallisk element. Korrosionsbestandigheden af titanlegeringer ved normale temperaturer er usædvanligt høj. Titaniums korrosionsbestandighed er baseret på dannelsen af et stabilt, beskyttende o .idlag., Selvom” kommercielt rent ” Titan har acceptable mekaniske egenskaber og er blevet brugt til ortopædiske og tandimplantater, legeres titan til de fleste anvendelser med små mængder aluminium og vanadium, typisk henholdsvis 6% og 4% efter vægt. Denne blanding har en fast opløselighed, som varierer dramatisk med temperaturen, så den kan undergå nedbørsforstærkning.

titanlegeringer er metaller, der indeholder en blanding af titan og andre kemiske elementer. Sådanne legeringer har meget høj trækstyrke og sejhed (selv ved ekstreme temperaturer)., De er lette i vægt, har ekstraordinær korrosionsbestandighed og evnen til at modstå ekstreme temperaturer.

grad 2

kommercielt rent titanium grad 2 ligner meget Grad 1, men det har højere styrke end grad 1 og fremragende kolddannende egenskaber. Det giver fremragende svejseegenskaber og har fremragende modstandsdygtighed over for O .idation og korrosion. Denne kvalitet af titanium er den mest almindelige kvalitet af kommercielt ren titanium industrien., Det er det primære valg for mange områder af programmer:

• Rumfart,
• Automotive,
• Kemisk Behandling af & Chlorater Fremstilling,
• Farve
• Power generation

Grade 5 – Ti-6Al-4V

Grade 5 er den mest almindeligt anvendte legering, og det er en alfa + beta-legeringer. Grade 5 legering tegner sig for 50% af den samlede titanium brug verden over. Den har en kemisk sammensætning på 6% aluminium, 4% vanadium, 0,25% (maksimum) jern, 0,2% (maksimum) ilt og resten Titan., Generelt anvendes Ti-6Al-4V i applikationer op til 400 grader Celsius. Den har en densitet på omkring 4420 kg / m3. Det er betydeligt stærkere end kommercielt rent Titan (kvaliteter 1-4) på grund af dets mulighed for at blive varmebehandlet., Denne klasse er en fremragende kombination af styrke, korrosionsbestandighed, svejse og fabricability Det er det primære valg for mange områder af programmer:

• Fly vindmøller
• Motor komponenter
• Fly strukturelle komponenter
• Rumfart skruer
• High-performance automatisk dele
• Marine applikationer

Anvendelse af Titanium Legeringer – Bruges

De to mest nyttige egenskaber af metal er korrosionsbestandighed og styrke-at-densitet-forholdet, den højeste af alle metallisk grundstof., Korrosionsbestandigheden af titanlegeringer ved normale temperaturer er usædvanligt høj. Disse egenskaber bestemmer anvendelsen af titanium og dets legeringer. Den tidligste produktion anvendelsen af titanium var i 1952, for naceller og firewalls af Douglas DC-7 passagerfly. Høj specifik styrke, god træthedsmodstand og krybeliv og god brudstyrke er egenskaber, der gør titanium til et foretrukket metal til rumfartsapplikationer., Aerospace applikationer, herunder anvendelse i både strukturelle (flyskrog) komponenter og jetmotorer, stadig tegner sig for den største andel af titanium legering brug. På det supersoniske fly SR-71 blev titanium brugt til 85% af strukturen. På grund af meget høj inertitet har titanium mange biomedicinske anvendelser, som er baseret på dens inertitet i menneskekroppen, det vil sige modstand mod korrosion af kropsvæsker.,

egenskaber af stål vs Titanium

materialeegenskaber er intensive egenskaber, det betyder, at de er uafhængige af mængden af masse og kan variere fra sted til sted i systemet til enhver tid. Grundlaget for materialevidenskab indebærer at studere materialernes struktur og relatere dem til deres egenskaber (mekanisk, elektrisk osv.). Når en materialeforsker kender til denne struktur-egenskabskorrelation, kan de derefter fortsætte med at studere den relative ydelse af et materiale i en given applikation., De vigtigste determinanter for strukturen af et materiale og dermed dets egenskaber er dets bestanddele kemiske elementer og den måde, hvorpå det er blevet forarbejdet til dets endelige form.

Tæthed af Stål vs Titanium

Tæthed af typiske stål er 8.05 g/cm3.

tæthed af typisk titaniumlegering er 4,43 g / cm3 (Ti-6Al-4V).

densitet er defineret som massen pr., Det er en intensiv ejendom, der er matematisk defineret som masse divideret med bind:

ρ = m/V

I ord, massefylden (ρ) af et stof er den samlede masse (m) af det stof, divideret med det samlede volumen (V), der er besat af det pågældende stof. Standard SI-enheden er kilogram pr. kubikmeter (kg/m3). Den standard engelske enhed er pounds masse pr kubikfod (lbm/ft3).,

Da massefylden (ρ) af et stof er den samlede masse (m) af det stof, divideret med det samlede volumen (V), der er besat af det pågældende stof, er det indlysende, tæthed af et stof afhænger i høj grad af dets atomare masse og også på det atomare tæthed (N; atomer/cm3),

• atomvægt. 10-12 af atomets totale volumen eller mindre, men det indeholder al den positive ladning og mindst 99,95% af atomets samlede masse. Derfor bestemmes det af massetallet (antal protoner og neutroner).,
• atomnummer tæthed. Atomnummertætheden (N; atomer/cm3), som er forbundet med atomradier, er antallet af atomer af en given type pr. Den atomare tæthed (N; atomer/cm3) af et rent materiale, der atomare eller molekylære vægt (M g/mol) og materiale densitet (⍴; gram/cm3) er nemt beregnes ud fra følgende ligning ved hjælp af Avogadros tal NA = 6.022×1023 atomer eller molekyler per mol):
• Krystal Struktur., Tætheden af krystallinsk stof påvirkes signifikant af dets krystalstruktur. FCC struktur, sammen med sin sekskantede relativ (hcp), har den mest effektive pakning faktor (74%). Metaller, der indeholder FCC-strukturer, omfatter austenit, aluminium, kobber, bly, sølv, guld, nikkel, platin og thorium.

mekaniske egenskaber af stål vs Titanium

materialer vælges ofte til forskellige anvendelser, fordi de har ønskelige kombinationer af mekaniske egenskaber., Til strukturelle anvendelser er materialeegenskaber afgørende, og ingeniører skal tage dem i betragtning.

Styrke af Stål vs Titanium

I mekanik, materialer, styrken af et materiale er dets evne til at modstå en anvendt belastning uden fejl eller plastisk deformation. Styrken af materialer dybest set mener forholdet mellem de eksterne belastninger påføres et materiale og den resulterende deformation eller ændring i materialedimensioner. Styrken af et materiale er dets evne til at modstå denne påførte belastning uden svigt eller plastisk deformation.,

trækstyrke

trækstyrke af kulstoffattig stål er mellem 400-550 MPa.

ultimativ trækstyrke af ultrahøj kulstofstål er 1100 MPa.

trækstyrke Ti-6Al-4V – Grade 5 titanium legering er omkring 1170 MPa.

Den ultimative trækstyrke er det maksimale på den tekniske stress-strain-kurven. Dette svarer til den maksimale belastning, der kan opretholdes af en struktur i spænding. Ultimativ trækstyrke forkortes ofte til” trækstyrke “eller endda til” den ultimative.,”Hvis denne stress påføres og opretholdes, vil brud resultere. Ofte er denne værdi betydeligt mere end udbyttespændingen (så meget som 50 til 60 procent mere end udbyttet for nogle typer metaller). Når et duktilt materiale når sin ultimative styrke, oplever det necking, hvor tværsnitsarealet reduceres lokalt. Stress-belastningskurven indeholder ikke højere stress end den ultimative styrke. Selvom deformationer kan fortsætte med at stige, falder stresset normalt, efter at den ultimative styrke er opnået., Det er en intensiv egenskab, og derfor afhænger dens værdi ikke af testprøvens størrelse. Det afhænger dog af andre faktorer, såsom præparation af prøven, tilstedeværelse eller på anden måde af overfladedefekter, og testmiljøets og materialets temperatur. Trækstyrker varierer fra 50 MPa for en aluminium til så højt som 3000 MPa for meget høj styrke stål.

flydespænding

flydespænding af kulstofstål er 250 MPa.

flydespænding af ultrahøj kulstofstål er 800 MPa.,

flydespænding af Ti-6Al-4V – Grade 5 titanium legering er omkring 1100 MPa.

flydepunktet er punktet på en stress-belastningskurve, der angiver grænsen for elastisk opførsel og den begyndende plastiske opførsel. Flydespænding eller flydespænding er materialegenskaben defineret som den stress, hvor et materiale begynder at deformere plastisk, mens flydespunktet er det punkt, hvor ikke-lineær (elastisk + plast) deformation begynder. Før udbyttepunktet deformeres materialet elastisk og vender tilbage til sin oprindelige form, når den påførte spænding fjernes., Når udbyttepunktet er passeret, vil en del af deformationen være permanent og ikke-reversibel. Nogle stål og andre materialer udviser en adfærd betegnes et flydespunkt fænomen. Udbyttestyrker varierer fra 35 MPa for et lavstyrkealuminium til mere end 1400 MPa for meget højstyrkestål.

Youngs elasticitetsmodul

Youngs elasticitetsmodul for lavt kulstofstål er 200 GPA.

Youngs elasticitetsmodul af Ti-6Al-4V – Grade 5 titaniumlegering er omkring 114 GPA.,

Youngs elasticitetsmodul er det elastiske modul til træk-og trykspænding i det lineære elasticitetsregime for en Unia .ial deformation og vurderes normalt ved trækprøver. Op til en begrænsende stress vil en krop kunne genvinde sine dimensioner ved fjernelse af belastningen. De anvendte spændinger får atomerne i en krystal til at bevæge sig fra deres ligevægtsposition. Alle atomer forskydes i samme mængde og opretholder stadig deres relative geometri. Når spændingerne fjernes, vender alle atomerne tilbage til deres oprindelige positioner, og der opstår ingen permanent deformation., Ifølge Hooke ‘ s lov er stresset proportional med belastningen (i det elastiske område), og hældningen er Youngs modul. Youngs modul er lig med den langsgående stress divideret med stammen.

Hårdhed af Stål vs Titanium

Brinell hårdhed af low-carbon stål er ca 120 MPa.

Brinell hårdhed af kulstofrigt stål er cirka 200 MPa.

Rockwell hårdhed af Ti-6Al-4V – Grade 5 titanium legering er ca 41 HRC.,

Rockwell hårdhed test er en af de mest almindelige indrykning hårdhed tests, som er blevet udviklet til hårdhed test. I modsætning til Brinell-test måler Rock .ell-testeren dybden af penetration af en indenter under en stor belastning (større belastning) sammenlignet med penetrationen foretaget af en forbelastning (mindre belastning). Den mindre belastning fastlægger nulpositionen. Den store belastning påføres, fjernes derefter, mens den mindre belastning stadig opretholdes., Forskellen mellem dybden af penetration før og efter påføring af den store belastning bruges til at beregne Rock .ell hårdhed nummer. Det vil sige, at penetrationsdybden og hårdheden er omvendt proportional. Den største fordel ved Rock .ell hårdhed er dens evne til at vise hårdhedsværdier direkte. Resultatet er et dimensionsløst tal noteret som HRA, HRB, HRC osv., hvor det sidste bogstav er den respektive Rock .ell skala.Rock .ell C-testen udføres med en Brale penetrator (120 diamond diamantkegle) og en større belastning på 150 kg.,

termiske egenskaber af stål vs Titanium

termiske egenskaber af materialer henviser til materialernes reaktion på ændringer i deres temperatur og på påføring af varme. Som et fast stof absorberer energi i form af varme, stiger temperaturen og dens dimensioner stiger. Men forskellige materialer reagerer forskelligt på anvendelsen af varme.

varmekapacitet, termisk ekspansion og termisk ledningsevne er egenskaber, der ofte er kritiske i den praktiske anvendelse af faste stoffer.

Smeltepunkt af stål vs Titanium

Smeltepunkt af kulstoffattig stål er omkring 1450 C. C.,

Smeltepunkt af Ti-6Al-4V – Grade 5 titaniumlegering er omkring 1660 C. C.

generelt er smeltning en faseændring af et stof fra det faste stof til den flydende fase. Smeltepunktet for et stof er den temperatur, ved hvilken denne faseændring forekommer. Smeltepunktet definerer også en tilstand, hvor det faste og flydende kan eksistere i ligevægt.

termisk ledningsevne af stål vs Titanium

den termiske ledningsevne af typisk stål er 20 W / (m.K).

den termiske ledningsevne af Ti-6Al-4V – Grade 5 titanium legering er 6,7 titanium / (m.K).,

varmeoverførselsegenskaberne for et fast materiale måles ved en egenskab kaldet termisk ledningsevne, k (eller λ), målt i W/m.K. det er et mål for et stofs evne til at overføre varme gennem et materiale ved ledning. Bemærk, at Fouriers lov gælder for alle sager, uanset dens tilstand (fast, flydende eller gas), derfor er den også defineret for væsker og gasser.

den termiske ledningsevne af de fleste væsker og faste stoffer varierer med temperaturen. For dampe afhænger det også af tryk., Generelt:

de Fleste materialer er meget næsten homogene, derfor kan vi normalt skriv k = k (T). Lignende definitioner er forbundet med termisk ledningsevne i y-og z-retningerne (ky, K and), men for et isotropt materiale er termisk ledningsevne uafhængig af overførselsretningen, k = = ky = K and = k.