鋼

鋼は、他の合金元素のかなりの濃度を含むことができる鉄炭素合金 鉄に少量の非金属炭素を加えることは、より大きな延性のためにその大きな延性を取引する。 その非常に高い強度、しかし依然として実質的な靭性、および熱処理によって大きく変化する能力のために、鋼は現代の使用において最も有用で一般的な鉄合金の一つである。, 異なる組成および/または熱処理を有する数千の合金が存在する。 機械的性質は炭素の含有量に敏感であり、通常は1.0重量％未満である。 Ot AISIの分類によると、炭素鋼は炭素content有量に基づいて四つのクラスに分類されます。,

鋼の種類–組成に基づく分類

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  スチール。 鋼鉄は他の合金になる要素の相当な集中を含むかもしれない鉄カーボン合金です。, 鉄に少量の非金属炭素を加えることは、より大きな強度のためにその大きな延性を取引する。 その非常に高い強度、しかし依然として実質的な靭性、および熱処理によって大きく変化する能力のために、鋼は現代の使用において最も有用で一般的な鉄合金の一つである。 異なる組成および/または熱処理を有する数千の合金が存在する。 機械的性質は炭素の含有量に敏感であり、通常は1.0重量％未満である。, Ot AISI分類によると、炭素鋼は炭素content有量に基づいて四つのクラスに分類されます：

  • 低炭素鋼。 軟鋼としても知られる低炭素鋼は、その価格が比較的低く、多くの用途に許容される材料特性を提供するため、現在では最も一般的な鋼形態である。 低炭素鋼には約0.05-0.25％の炭素が含まれており、可鍛性と延性があります。 穏やかな鋼鉄に比較的低い引張強さがありますが、形作ることは安く、容易です;表面の硬度は浸炭によって高めることができます。
  • 中炭素鋼。, 中炭素鋼は約0.3-0.6％の炭素content有量を有する。 延性および強さのバランスをとり、よい耐久性があります。 鋼鉄のこの等級は機械部品、シャフト、車軸、ギヤ、クランク軸、カップリングおよび鍛造材の生産で大抵使用され、また柵および鉄道の車輪で使用でき
  • 高炭素鋼。 高炭素の鋼鉄におよそ0.60から1.00%の炭素分があります。 硬度は他の等級より高いですが、延性は減ります。 高炭素鋼は、ばね、ロープワイヤー、ハンマー、ドライバー、およびレンチに使用することができます。,
  • 超高炭素鋼。 超高炭素鋼は約1.25-2.0％の炭素content有量を有する。 大きい硬度に和らげることができる鋼鉄。 鋼鉄のこの等級は（非産業目的）ナイフ、車軸または穿孔器のようなトラックのばね、金属の切削工具および他の特別な目的のような堅い鋼材に、使用 炭素content有量が2.5％以上のほとんどの鋼は粉末冶金を使用して作られています。
• 合金鋼。, 鋼は鉄と炭素の合金ですが、合金鋼という用語は、通常、ベース鋼の特性を変えるのに十分な量のバナジウム、モリブデン、またはコバルトのような他の 一般に、合金鋼は、その機械的性質を改善するために1.0％から50％の間の合計量の様々な元素と合金化された鋼である。 合金鋼は、
  • 低合金鋼の二つのグループに分類されます。
  • 高合金鋼。
• ステンレス鋼。, ステンレス鋼は、他の合金元素の有無にかかわらず、少なくとも10％のクロムを有する低炭素鋼として定義される。 強度および耐食性は、輸送および処理装置、エンジン部品、銃器において選択される材料であることがよくあります。 クロムは硬度、強さおよび耐食性を高めます。 ニッケルを同様の特典が付加硬度を犠牲にせずにの延性と強靭. また、熱膨張を低減して寸法安定性を向上させます。,

チタン合金

純チタンは一般的な低炭素鋼よりも強いが、45％軽量である。 それはまた二度弱いアルミ合金強いしかしより重い60%だけです。 金属の二つの最も有用な特性は、耐食性と強度密度比、任意の金属元素の中で最も高いです。 常温でのチタン合金の耐食性は異常に高い。 チタンの耐食性は、安定した保護酸化物層の形成に基づいています。, “商業的に純粋な”チタンは許容可能な機械的性質を有し、整形外科および歯科インプラントに使用されているが、ほとんどの用途では、チタンは少量のアルミニウムおよびバナジウム、典型的にはそれぞれ重量で6％および4％と合金化される。 この混合物に温度と劇的に変わる固体容解性がありま、沈殿物の増強を経るようにそれがする。

チタン合金は、チタンおよび他の化学元素の混合物を含む金属である。 このような合金は、（極端な温度でさえ）非常に高い引張強さおよび靭性を有する。, それらは重量が軽く、異常な耐食性と極端な温度に耐える能力を持っています。

Grade2

商業的に純粋なチタニウムの等級2は等級1に非常に類似していますが、等級1および優秀な冷たい形成特性より高力があります。 それは優秀な溶接の特性を提供し、酸化および腐食への優秀な抵抗があります。 チタニウムのこの等級は商業的に純粋なチタニウム工業の共通の等級です。, それは適用の多くの分野のための主な選択です:

• 大気および宇宙空間、
• 自動車、
• 化学処理&塩素酸塩の製造業、
• 脱塩
• 発電

等級5–チタニウム6Al-4V

等級5は最も一般的な合金であり、それはアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットのアルファベットです+ベータ合金。 等級5の合金は総チタニウムの使用法の50%を世界占めます。 それは6％のアルミニウム、4％のバナジウム、0.25％（最大）鉄、0.2％（最大）酸素、および残りのチタンの化学組成を有する。, 一般に、Ti-6Al-4Vは摂氏400度までの用途に使用されます。 それはおよそ4420kg/m3の密度を有する。 それは扱われる熱である可能性による商業的に純粋なチタニウム（等級1-4）よりかなり強いです。, この等級は強さ、耐食性、溶接およびfabricabilityの優秀な組合せですそれは適用の多くの分野のための主な選択です:

• 航空機のタービン
• エンジン部品
• 航空機構造部品
• 航空機構造部品
• 航空機構造部品
• 航空機構造部品
• 航空機構造部品
• 高性能自動部品
• 海洋の適用

チタニウムの合金の適用-使用

金属の二つの最も有用な特性は耐食性および強さです–に密度の比率、金属要素の最も高いの。, 常温でのチタン合金の耐食性は異常に高い。 これらの特性は、チタンおよびその合金の用途を決定する。 チタンの最も初期の生産用途は、1952年にダグラスDC-7旅客機のナセルとファイアウォール用であった。 高い比強度、良好な耐疲労性およびクリープ寿命、および良好な破壊靭性は、チタンを航空宇宙用途に好ましい金属にする特性である。, 構造（機体）コンポーネントとジェットエンジンの両方での使用を含む航空宇宙用途は、依然としてチタン合金の使用の最大のシェアを占めています。 超音速航空機SR-71では、構造の85％にチタンが使用されました。 非常に高い不活性のために、チタンは、人体におけるその不活性、すなわち体液による腐食に対する耐性に基づく多くの生物医学的用途を有する。,

鋼対チタンの特性

材料特性は集中的な特性であり、それは質量の量に依存せず、いつでもシステム内の場所ごとに異なる可能性があること 材料科学の基礎は、材料の構造を研究し、それらをその特性（機械的、電気的など）に関連付けることを含む。). 材料科学者は、この構造-特性の相関について知っていれば、与えられたアプリケーションにおける材料の相対的な性能を研究することができます。, 材料の構造、したがってその特性の主要な決定要因は、その構成化学元素およびそれが最終的な形態に加工された方法である。

鋼とチタンの密度

典型的な鋼の密度は8.05g/cm3です。

典型的なチタン合金の密度は4.43g/cm3（Ti-6Al-4V）である。

密度は、単位体積当たりの質量として定義される。, これは、数学的に質量を体積で割ったものとして定義される集中的な性質である：

λ=m/V

言い換えれば、物質の密度（λ）は、その物質の総質量（m）をその物質によって占められる総体積（V）で割ったものである。 標準的なSIの単位は立方メートル（kg/m3）ごとのキログラムです。 標準英語の単位は、立方フィートあたりの質量ポンド（lbm/ft3）です。,

物質の密度（λ）はその物質の総質量（m）をその物質が占める総体積（V）で割ったものであるため、物質の密度はその原子質量と原子番号密度（N;原子/cm3）、

• 原子量に強く依存することは明らかである。 原子質量は原子核によって運ばれ、原子の総体積の約10-12以下しか占めないが、すべての正電荷および原子の総質量の少なくとも99.95％を含む。 したがって、それは質量数（陽子と中性子の数）によって決定される。,
• 原子番号の密度。 原子半径に関連付けられている原子番号の密度（N;原子/cm3）は、材料の単位体積あたりの所与のタイプの原子の数である（V;cm3）。 原子または分子量（M;グラム/モル）および材料密度（γ;グラム/cm3）を有する純粋な材料の原子数密度（N;原子/cm3）は、アボガドロ数（NA=6.022×1023原子または分子/モル）を用いて以下の式から容易に計算される：
• 結晶構造。, 結晶性物質の密度は、その結晶構造によって大きく影響される。 FCC構造は、その六方晶相対（hcp）と共に、最も効率的な充填率（74％）を有する。 FCC構造を含む金属には、オーステナイト、アルミニウム、銅、鉛、銀、金、ニッケル、白金、およびトリウムが含まれる。

鋼対チタンの機械的性質

材料は、機械的特性の望ましい組み合わせを有するため、様々な用途に選択されることが多い。, 構造用途では、材料特性が重要であり、エンジニアはそれらを考慮する必要があります。

鋼対チタンの強度

材料の力学では、材料の強度は、破壊または塑性変形なしに加えられた荷重に耐える能力である。 材料の強度は、基本的に、材料に加えられる外部荷重と、その結果として生じる変形または材料寸法の変化との関係を考慮する。 材料の強度は、故障または塑性変形なしにこの加えられた負荷に耐える能力である。,

最終的な引張強さ

低炭素鋼鉄の最終的な引張強さは400-550MPaの間にあります。

超高炭素鋼の最終的な引張強さは1100MPaです。

Ti-6Al-4V等級5のチタニウムの合金の最終的な引張強さは1170MPaについてあります。

最終的な引張強さは工学応力-ひずみ曲線の最大値です。 これは張力の構造によって支えられることができる最高の圧力に対応する。 究極の引張強さは、しばしば”引張強さ”または”究極の引張強さ”に短縮される。,”この応力が加えられ、維持されると、破壊が生じます。 多くの場合、この値は降伏応力よりも有意に大きくなります（一部のタイプの金属の歩留まりよりも50-60パーセントも多くなります）。 延性がある材料が最終的な強さに達するとき、断面積が局部的に減るところでネッキングを経験します。 応力-ひずみ曲線には、終局強度よりも高い応力は含まれません。 変形が増加し続けることができるのに圧力は通常最終的な強さが達成された後減少します。, それは集中的な特性である;従って価値はテスト標本のサイズによって決まらない。 但し、それは標本の準備、表面欠陥の存在または別の方法で、およびテスト環境および材料の温度のような他の要因によって、依存しています。 最終的な引張強さはアルミニウムのための50MPaから非常に高力鋼鉄のための3000MPa高いに変わります。

降伏強度

低炭素鋼の降伏強度は250MPaです。

超高炭素鋼の降伏強度は800MPaです。,

Ti-6Al-4Vグレード5チタン合金の降伏強度は約1100MPaです。降伏点は、弾性挙動の限界および開始塑性挙動を示す応力-ひずみ曲線上の点である。 降伏強度または降伏応力は、材料が塑性変形し始める応力として定義される材料特性であり、降伏点は非線形（弾性+塑性）変形が始まる点である。 降伏点の前に、材料は弾性的に変形し、加えられた圧力が取除かれるとき元の形に戻ります。, 降伏点が通過すると、変形の一部は永久的かつ非可逆的になります。 いくつかの鋼および他の材料は、降伏点現象と呼ばれる挙動を示す。 降伏強さは、低強度アルミニウムの場合は35MPaから、非常に高強度鋼の場合は1400MPaを超えるまで変化します。

ヤング弾性率

低炭素鋼のヤング弾性率は200GPaである。

Ti-6Al-4Vグレード5チタン合金のヤング率は約114GPaです。,

ヤング率弾性率は、一軸変形の線形弾性領域における引張応力および圧縮応力の弾性率であり、通常、引張試験によって評価される。 制限応力まで、身体は負荷を除去する際にその寸法を回復することができる。 加えられた応力により、結晶中の原子は平衡位置から移動します。 すべての原子は同じ量置き換えられ、依然としてそれらの相対幾何学を維持する。 応力が除去されると、すべての原子が元の位置に戻り、永久変形は起こらない。, フックの法則によれば、応力は（弾性領域における）ひずみに比例し、傾きはヤング率である。 ヤング率は、縦応力をひずみで割った値に等しくなります。

鋼対チタンの硬度

低炭素鋼のブリネル硬度は約120MPaです。

高炭素鋼のブリネル硬度は約200MPaです。

Ti-6Al-4Vグレード5チタン合金のロックウェル硬度は約41HRCです。,

ロックウェル硬度テストは硬度のテストのために開発された共通の刻み目の硬度テストの一つです。 Brinellテストと対照をなして、ロックウェルテスターは前荷（マイナーな負荷）によってなされる浸透と比較される大きい負荷（主要な負荷）の下で圧子の浸透の深 マイナーな負荷はゼロ位置を確立する。 主要な負荷はまだマイナーな負荷を維持している間適用され、そして取除かれる。, 主要な負荷の適用の前後の浸透の深さ間の相違がロックウェル硬度の数を計算するのに使用されています。 すなわち、浸透深さおよび硬度は反比例する。 ロックウェル硬度の主な利点は硬度の価値を直接表示する機能です。 結果は、HRA、HRB、HRCなどとして記載された無次元数です。 ここで、最後の文字はそれぞれのロックウェルスケールです。

ロックウェルCテストはBraleの浸透器（120°ダイヤモンドの円錐形）および150kgの主要な負荷と行われます。,

鋼対チタンの熱的性質

材料の熱的性質は、温度の変化および熱の適用に対する材料の応答を指す。 固体が熱の形でエネルギーを吸収すると、その温度が上昇し、その寸法が増加する。 しかし、異なる材料は熱の適用に異なって反応する。

熱容量、熱膨張、および熱伝導率は、固体の実用化においてしばしば重要な特性である。

チタン対鋼の融点

低炭素鋼の融点は約1450℃です。,

Ti-6Al-4Vグレード5チタン合金の融点は約1660℃である

一般に、溶融は、固体から液相への物質の相変化である。 物質の融点は、この相変化が起こる温度である。 融点はまた、固体および液体が平衡状態で存在することができる条件を定義する。

鋼対チタンの熱伝導率

典型的な鋼の熱伝導率は20W/（m.K）である。

Ti-6Al-4Vグレード5チタン合金の熱伝導率は6.7w/（m.K）です。,

固体材料の熱伝達特性は、W/m.Kで測定される熱伝導率k（またはλ）と呼ばれる特性によって測定されます。 フーリエの法則は、その状態（固体、液体、または気体）に関係なく、すべての物質に適用されるため、液体および気体にも定義されることに注意してください。

ほとんどの液体および固体の熱伝導率は温度によって異なります。 蒸気の場合、それはまた圧力に依存する。, 一般に：

ほとんどの材料は非常にほぼ均質であるため、通常はk=k（T）と書くことができます。 同様の定義は、y方向およびz方向（ky、kz）の熱伝導率に関連しているが、等方性材料の場合、熱伝導率は移動方向に依存せず、kx=ky=kz=kである。