staal

staal is ijzer-koolstoflegeringen die merkbare concentraties van andere legeringselementen kunnen bevatten. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid niet-metalen koolstof aan ijzer verhandelt zijn grote rekbaarheid voor de grotere rekbaarheid. Wegens zijn zeer sterke, maar nog aanzienlijke taaiheid, en zijn capaciteit om sterk door thermische behandeling worden veranderd, is staal één van de nuttigste en gemeenschappelijkste ferrolegering in modern gebruik., Er zijn duizenden legeringen die verschillende samenstellingen en/of warmtebehandelingen hebben. De mechanische eigenschappen zijn gevoelig voor het koolstofgehalte, dat normaal minder dan 1,0 wt%is. Volgens ot AISI-classificatie wordt koolstofstaal onderverdeeld in vier klassen op basis van koolstofgehalte.,

staalsoorten – indeling op basis van samenstelling

• 

  staal. Staalsoorten zijn ijzer-koolstoflegeringen die aanzienlijke concentraties van andere legeringselementen kunnen bevatten., Het toevoegen van een kleine hoeveelheid niet-metalen koolstof aan ijzer ruilt zijn grote rekbaarheid voor de grotere sterkte. Wegens zijn zeer sterke, maar nog aanzienlijke taaiheid, en zijn capaciteit om sterk door thermische behandeling worden veranderd, is staal één van de nuttigste en gemeenschappelijkste ferrolegering in modern gebruik. Er zijn duizenden legeringen die verschillende samenstellingen en/of warmtebehandelingen hebben. De mechanische eigenschappen zijn gevoelig voor het koolstofgehalte, dat normaal minder dan 1,0 wt%is., Volgens de AISI-classificatie wordt koolstofstaal onderverdeeld in vier klassen op basis van het koolstofgehalte:

  • koolstofarme staalsoorten. Koolstofarm staal, ook bekend als zacht staal is nu de meest voorkomende vorm van staal omdat de prijs relatief laag is, terwijl het materiaaleigenschappen biedt die aanvaardbaar zijn voor vele toepassingen. Low-carbon staal bevat ongeveer 0,05-0,25% koolstof waardoor het kneedbaar en nodulair. Zacht staal heeft een relatief lage treksterkte, maar het is goedkoop en gemakkelijk te vormen; oppervlaktehardheid kan worden verhoogd door carbureren.
  • Medium-Koolstofstaal., Medium-Koolstofstaal heeft ongeveer 0,3-0,6% koolstofgehalte. Balanceert rekbaarheid en sterkte en heeft een goede slijtvastheid. Deze staalsoort wordt meestal gebruikt bij de productie van machinecomponenten, assen, assen, tandwielen, krukassen, koppeling en smeedstukken en kan ook worden gebruikt in rails en spoorwielen.
  • koolstofstaal. Hoog-koolstofstaal heeft ongeveer 0,60 tot 1,00% koolstofgehalte. De hardheid is hoger dan de andere kwaliteiten, maar de rekbaarheid neemt af. Hoge koolstofstaal kan worden gebruikt voor veren, touw draden, hamers, schroevendraaiers en moersleutels.,
  • Ultra-koolstofstaal. Ultra-High-carbon staal heeft ongeveer 1,25-2,0% koolstofgehalte. Staalsoorten die tot grote hardheid kunnen worden getemperd. Deze staalsoort kan worden gebruikt voor harde staalproducten, zoals vrachtwagenveren, metalen snijgereedschappen en andere speciale doeleinden zoals (niet-industriële) messen, assen of stoten. De meeste staalsoorten met meer dan 2,5% koolstofgehalte worden gemaakt met behulp van poedermetallurgie.
• gelegeerd staal., Staal is een legering van ijzer en koolstof, maar de term gelegeerd staal verwijst meestal alleen naar staal dat andere elementen bevatten— zoals vanadium, molybdeen of kobalt—in hoeveelheden die voldoende zijn om de eigenschappen van het basisstaal te veranderen. Over het algemeen is gelegeerd staal staal dat is gelegeerd met een verscheidenheid aan elementen in totale hoeveelheden tussen 1,0% en 50% gewicht om de mechanische eigenschappen te verbeteren. Gelegeerd staal wordt in twee groepen onderverdeeld:
  • laaggelegeerd staal.
  • hooggelegeerd staal.
• roestvrij staal., Roestvast staal wordt gedefinieerd als koolstofarme staalsoorten met ten minste 10% chroom met of zonder andere legeringselementen. Sterkte en corrosieweerstand maken het vaak het materiaal van keuze in transport-en verwerkingsapparatuur, motoronderdelen en vuurwapens. Chromium verhoogt hardheid, sterkte, en corrosieweerstand. Nikkel geeft vergelijkbare voordelen, maar voegt hardheid toe zonder in te boeten taaiheid en taaiheid. Het vermindert ook de thermische uitzetting voor een betere dimensionale stabiliteit.,

titaanlegeringen

Zuiver titaan is sterker dan gewone koolstofarme staalsoorten, maar 45% lichter. Het is ook twee keer zo sterk als zwakke aluminiumlegeringen maar slechts 60% zwaarder. De twee meest nuttige eigenschappen van het metaal zijn corrosieweerstand en sterkte-dichtheidsverhouding, de hoogste van elk metalen element. De corrosieweerstand van titaniumlegeringen bij normale temperaturen is ongewoon hoog. De corrosieweerstand van Titanium is gebaseerd op de vorming van een stabiele, beschermende oxidelaag., Hoewel “commercieel zuiver” titanium aanvaardbare mechanische eigenschappen heeft en is gebruikt voor orthopedische en tandheelkundige implantaten, is titanium voor de meeste toepassingen gelegeerd met kleine hoeveelheden aluminium en vanadium, meestal 6% en 4% respectievelijk, in gewicht. Dit mengsel heeft een vaste oplosbaarheid die dramatisch varieert met de temperatuur, waardoor het precipitatie versterking ondergaan.

titaanlegeringen zijn metalen die een mengsel van titaan en andere chemische elementen bevatten. Dergelijke legeringen hebben een zeer hoge treksterkte en taaiheid (zelfs bij extreme temperaturen)., Ze zijn licht in gewicht, hebben een buitengewone corrosieweerstand en het vermogen om extreme temperaturen te weerstaan.

Grade 2

commercieel zuiver titanium grade 2 is zeer vergelijkbaar met grade 1, maar het heeft een hogere sterkte dan grade 1 en uitstekende koudvormende eigenschappen. Het biedt uitstekende laseigenschappen en heeft uitstekende weerstand tegen oxidatie en corrosie. Deze rang van titanium is de meest voorkomende rang van de commercieel zuivere titaniumindustrie., Het is de voornaamste keuze voor vele toepassingsgebieden:

• ruimtevaart,
• Automobiel,
• chemische verwerking & Chloraatproductie,
• ontzilting
• energieopwekking

Grade 5 – ti-6Al-4V

Grade 5 is de meest gebruikte legering en het is een alpha + beta legering. Rang 5 legering is goed voor 50% van het totale titaniumgebruik over de hele wereld. Het heeft een chemische samenstelling van 6% Aluminium, 4% vanadium, 0,25% (maximaal) ijzer, 0,2% (maximaal) zuurstof en de rest titanium., Over het algemeen wordt Ti-6Al-4V gebruikt in toepassingen tot 400 graden Celsius. Het heeft een dichtheid van ongeveer 4420 kg / m3. Het is aanzienlijk sterker dan commercieel zuiver titanium (rangen 1-4) vanwege de mogelijkheid om warmtebehandeld te worden., Deze rang is een uitstekende combinatie van sterkte, weerstand tegen corrosie, lassen en maakbaarheid is de eerste keuze voor vele toepassingen:

• Vliegtuig turbines
• motoronderdelen
• Vliegtuig structurele componenten
• lucht-en Ruimtevaart bevestigingsmaterialen
• High-performance automatische onderdelen
• scheepvaart

Toepassing van Titanium Legeringen – Toepassingen

De twee meest nuttige eigenschappen van de metalen zijn weerstand tegen corrosie en kracht-aan-density ratio, de hoogste van alle metalen element., De corrosieweerstand van titaniumlegeringen bij normale temperaturen is ongewoon hoog. Deze eigenschappen bepalen de toepassing van titanium en zijn legeringen. De eerste productie toepassing van titanium was in 1952, voor de gondels en firewalls van de Douglas DC-7 lijnvliegtuig. Hoge specifieke sterkte, goede vermoeiingsweerstand en kruipleven en goede breukvastheid zijn kenmerken die titanium een voorkeursmetaal maken voor lucht-en ruimtevaarttoepassingen., Ruimtevaarttoepassingen, waaronder gebruik in zowel structurele (casco) componenten als straalmotoren, zijn nog steeds verantwoordelijk voor het grootste deel van het gebruik van titaniumlegeringen. Op het supersonische vliegtuig SR-71, werd titanium gebruikt voor 85% van de structuur. Wegens zeer hoge inertheid heeft titanium vele biomedische toepassingen, die op zijn inertheid in het menselijk lichaam is gebaseerd, dat wil zeggen, weerstand tegen corrosie door lichaamsvloeistoffen.,

eigenschappen van staal Versus Titaan

materiaaleigenschappen zijn intensieve eigenschappen, dat wil zeggen dat ze onafhankelijk zijn van de hoeveelheid massa en op elk moment van plaats tot plaats binnen het systeem kunnen variëren. De basis van de materiaalwetenschap bestaat uit het bestuderen van de structuur van materialen, en ze te relateren aan hun eigenschappen (Mechanische, Elektrische enz.). Zodra een materiaalwetenschapper op de hoogte is van deze structuur-eigenschap correlatie, kan hij de relatieve prestaties van een materiaal in een bepaalde toepassing bestuderen., De belangrijkste determinanten van de structuur van een materiaal en dus van zijn eigenschappen zijn de samenstellende chemische elementen en de manier waarop het tot zijn uiteindelijke vorm is verwerkt.

dichtheid van staal Versus Titaan

dichtheid van typisch staal is 8,05 g / cm3.

dichtheid van typische titaanlegering is 4,43 g / cm3 (Ti-6Al-4V).

dichtheid wordt gedefinieerd als de massa per volume-eenheid., Het is een intensieve eigenschap, die wiskundig wordt gedefinieerd als massa gedeeld door volume:

ρ = m / V

In woorden is de dichtheid (ρ) van een stof de totale massa (m) van die stof gedeeld door het totale volume (V) dat door die stof wordt ingenomen. De standaard SI-eenheid is kilogram per kubieke meter (kg / m3). De standaard Engelse eenheid is Pond massa per kubieke voet (lbm / ft3).,

aangezien de dichtheid (ρ) van een stof de totale massa (m) van die stof gedeeld door het totale volume (V) dat door die stof wordt ingenomen, is het duidelijk dat de dichtheid van een stof sterk afhangt van haar atoommassa en ook van de dichtheid van het atoomnummer (n; atomen/cm3),

• atoomgewicht. De atoommassa wordt gedragen door de atoomkern, die slechts ongeveer 10-12 van het totale volume van het atoom of minder bezet, maar het bevat alle positieve lading en ten minste 99,95% van de totale massa van het atoom. Daarom wordt het bepaald door het massagetal (aantal protonen en neutronen).,
• dichtheid van het atoomnummer. De dichtheid van het atoomnummer (n; atomen / cm3), die geassocieerd is met atoomstralen, is het aantal atomen van een bepaald type per volume-eenheid (V; cm3) van het materiaal. De dichtheid van het atoomnummer (n; atomen/cm3) van een zuiver materiaal met een atoomgewicht of molecuulgewicht (m; gram/mol) en de dichtheid van het materiaal (⍴; gram/cm3) kunnen gemakkelijk worden berekend met behulp van het getal van Avogadro (NA = 6.022×1023 atomen of moleculen per mol):
• kristalstructuur., De dichtheid van de kristallijne stof wordt aanzienlijk beïnvloed door de kristalstructuur. FCC structuur, samen met zijn zeshoekige relatieve (hcp), heeft de meest efficiënte verpakkingsfactor (74%). Metalen die FCC-structuren bevatten, zijn austeniet, aluminium, koper, lood, zilver, goud, nikkel, platina en thorium.

mechanische eigenschappen van staal Versus Titaan

materialen worden vaak voor verschillende toepassingen gekozen omdat zij wenselijke combinaties van mechanische eigenschappen hebben., Voor structurele toepassingen zijn materiaaleigenschappen cruciaal en ingenieurs moeten hiermee rekening houden.

sterkte van staal Versus Titaan

in materiaalmechanica is de sterkte van een materiaal het vermogen om een uitgeoefende belasting te weerstaan zonder storing of plastische vervorming. Sterkte van materialen houdt in principe rekening met de relatie tussen de externe belastingen toegepast op een materiaal en de resulterende vervorming of verandering in de afmetingen van het materiaal. Sterkte van een materiaal is het vermogen om deze toegepaste belasting te weerstaan zonder storing of plastische vervorming.,

Eindtreksterkte

Eindtreksterkte van koolstofarm staal ligt tussen 400-550 MPa.

De uiteindelijke treksterkte van ultra-koolstofstaal is 1100 MPa.

uiteindelijke treksterkte van Ti-6Al – 4V-Grade 5 titaniumlegering is ongeveer 1170 MPa.

de uiteindelijke treksterkte is het maximum op de engineering stress-strain curve. Dit komt overeen met de maximale spanning die kan worden gehandhaafd door een structuur in spanning. De uiteindelijke treksterkte wordt vaak verkort tot “treksterkte” of zelfs tot “de ultieme.,”Als deze stress wordt toegepast en gehandhaafd, breuk zal resulteren. Vaak is deze waarde aanzienlijk meer dan de opbrengstspanning (zo veel als 50 tot 60 procent meer dan de opbrengst voor sommige soorten metalen). Wanneer een nodulair materiaal zijn ultieme kracht bereikt, ervaart het necking waar de dwarsdoorsnede lokaal afneemt. De stress-strain curve bevat geen hogere stress dan de uiteindelijke sterkte. Hoewel de vervormingen kunnen blijven toenemen, neemt de stress meestal af nadat de uiteindelijke sterkte is bereikt., Het is een intensieve eigenschap; daarom is de waarde ervan niet afhankelijk van de grootte van het proefstuk. Het is echter afhankelijk van andere factoren, zoals de bereiding van het monster, de aanwezigheid of anderszins van oppervlaktefouten en de temperatuur van de testomgeving en het materiaal. De treksterkte varieert van 50 MPa voor aluminium tot 3000 MPa voor staal met een zeer hoge sterkte.

vloeigrens

vloeigrens van koolstofarm staal is 250 MPa.

vloeigrens van ultra-koolstofstaal is 800 MPa.,

opbrengststerkte van Ti-6Al – 4V-Grade 5 titaniumlegering is ongeveer 1100 MPa.

het vloeigrenspunt is het punt op een spannings-rekcurve dat de limiet van elastisch gedrag en het beginnende plastic gedrag aangeeft. Vloeigrens of vloeispanning is de eigenschap van het materiaal gedefinieerd als de spanning waarbij een materiaal plastiek begint te vervormen, terwijl vloeigrens het punt is waar niet-lineaire (elastische + plastic) vervorming begint. Voorafgaand aan het vloei punt zal het materiaal elastisch vervormen en zal terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer de aangebrachte spanning wordt verwijderd., Zodra het opbrengstpunt is gepasseerd, zal een deel van de vervorming permanent en niet-omkeerbaar zijn. Sommige staalsoorten en andere materialen vertonen een gedrag dat een opbrengstpuntfenomeen wordt genoemd. De vloeigrens variëren van 35 MPa voor aluminium met een lage sterkte tot meer dan 1400 MPa voor staal met een zeer hoge sterkte.

Young ’s elasticiteitsmodulus

Young’ s elasticiteitsmodulus van koolstofarm staal is 200 GPa.

Young ‘ s elasticiteitsmodulus van Ti-6Al-4V – Grade 5 titaniumlegering is ongeveer 114 GPa.,de elasticiteitsmodulus van Young is de elasticiteitsmodulus voor trek-en drukspanning in het lineaire elasticiteitsregime van een uniaxiale vervorming en wordt gewoonlijk bepaald door trekproeven. Tot een beperkende stress, zal een lichaam in staat zijn om zijn afmetingen te herstellen bij het verwijderen van de belasting. De toegepaste spanningen zorgen ervoor dat de atomen in een kristal uit hun evenwichtspositie bewegen. Alle atomen worden dezelfde hoeveelheid verplaatst en behouden nog steeds hun relatieve geometrie. Wanneer de spanningen worden verwijderd, keren alle atomen terug naar hun oorspronkelijke posities en treedt er geen permanente vervorming op., Volgens de wet van de Hooke is de stress evenredig met de stam (in het elastische gebied), en de helling is Young ‘ s modulus. Young ‘ s modulus is gelijk aan de longitudinale spanning gedeeld door de stam.

hardheid van staal vs Titaan

Brinell hardheid van koolstofarm staal is ongeveer 120 MPa.

brinellhardheid van koolstofstaal is ongeveer 200 MPa.

Rockwellhardheid van Ti-6Al – 4V-Grade 5 titaniumlegering is ongeveer 41 HRC.,

Rockwell hardheidsmeting is een van de meest voorkomende hardheidsmetingen die ontwikkeld zijn voor hardheidsmetingen. In tegenstelling tot de Brinell-test meet de Rockwell-tester de penetratiediepte van een indruklichaam onder een grote belasting (grote belasting) in vergelijking met de penetratie door een voorspanning (kleine belasting). De geringe belasting bepaalt de nulstand. De hoofdbelasting wordt toegepast en vervolgens verwijderd met behoud van de kleine belasting., Het verschil tussen de penetratiediepte voor en na het aanbrengen van de hoofdbelasting wordt gebruikt om het Rockwell-hardheidsgetal te berekenen. Dat wil zeggen, de penetratiediepte en hardheid zijn omgekeerd evenredig. Het belangrijkste voordeel van Rockwell hardheid is de mogelijkheid om hardheid waarden direct weer te geven. Het resultaat is een dimensieloos getal genoteerd als HRA, HRB, HRC, enz., waarbij de laatste letter de respectievelijke Rockwell schaal is.

De Rockwell C-test wordt uitgevoerd met een Brale penetrator (120°diamantkegel) en een grote belasting van 150kg.,

thermische eigenschappen van staal Versus Titaan

thermische eigenschappen van materialen hebben betrekking op de reactie van materialen op veranderingen in hun temperatuur en op de toepassing van warmte. Als een vaste stof energie absorbeert in de vorm van warmte, stijgt de temperatuur en neemt de afmetingen toe. Maar verschillende materialen reageren anders op de toepassing van warmte.

warmtecapaciteit, thermische uitzetting en thermische geleidbaarheid zijn eigenschappen die vaak van cruciaal belang zijn bij het praktische gebruik van vaste stoffen.

smeltpunt van staal Versus Titaan

smeltpunt van koolstofarm staal is ongeveer 1450°C.,

smeltpunt van Ti-6Al – 4V-Grade 5 titaanlegering is ongeveer 1660°C.

in het algemeen is smelten een faseverandering van een stof van de vaste naar de vloeibare fase. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij deze faseverandering plaatsvindt. Het smeltpunt definieert ook een toestand waarin de vaste stof en de vloeistof in evenwicht kunnen bestaan.

thermische geleidbaarheid van staal Versus Titaan

De thermische geleidbaarheid van typisch staal is 20 W/(M.K).

De thermische geleidbaarheid van Ti-6Al – 4V-Grade 5 titaniumlegering is 6,7 W / (M.K).,

De warmteoverdrachtkarakteristieken van een vast materiaal worden gemeten door een eigenschap genaamd de thermische geleidbaarheid, K (of λ), gemeten in W/m.K. het is een maat voor het vermogen van een stof om warmte door een materiaal over te brengen door middel van geleiding. Merk op dat de wet van Fourier van toepassing is op alle materie, ongeacht de toestand ervan (vast, vloeibaar of gas), daarom is het ook gedefinieerd voor vloeistoffen en gassen.

De thermische geleidbaarheid van de meeste vloeistoffen en vaste stoffen varieert met de temperatuur. Voor dampen hangt het ook af van de druk., In het algemeen:

De meeste materialen zijn vrijwel homogeen, daarom kunnen we meestal schrijven k = k (T). Soortgelijke definities worden geassocieerd met thermische geleidbaarheid in de Y-en z-richtingen (ky, kz) , maar voor een isotroop materiaal is de thermische geleidbaarheid onafhankelijk van de richting van overdracht, kx = ky = kz = k.