stål

stål är järn–kollegeringar som kan innehålla märkbara koncentrationer av andra legeringselement. Att lägga till en liten mängd icke-metalliskt kol till järn handlar om sin stora duktilitet för större duktilitet. På grund av sin mycket höga styrka, men fortfarande betydande seghet, och dess förmåga att förändras kraftigt genom värmebehandling, är stål en av de mest användbara och vanliga järnlegeringar i modern användning., Det finns tusentals legeringar som har olika kompositioner och/eller värmebehandlingar. De mekaniska egenskaperna är känsliga för kolhalten, som normalt är mindre än 1,0 wt%. Enligt ot AISI-klassificeringen delas kolstål upp i fyra klasser baserade på kolinnehåll.,

typer av stål – klassificering baserad på sammansättning

• 

  stål. Stål är järn-kollegeringar som kan innehålla märkbara koncentrationer av andra legeringselement., Lägga till en liten mängd icke-metalliskt kol till järn handlar sin stora duktilitet för större styrka. På grund av sin mycket höga styrka, men fortfarande betydande seghet, och dess förmåga att förändras kraftigt genom värmebehandling, är stål en av de mest användbara och vanliga järnlegeringar i modern användning. Det finns tusentals legeringar som har olika kompositioner och/eller värmebehandlingar. De mekaniska egenskaperna är känsliga för kolhalten, som normalt är mindre än 1,0 wt%., Enligt ot AISI-klassificeringen delas kolstål upp i fyra klasser baserade på kolinnehåll:

  • kolstål med låg kolhalt. Kolstål, även känt som mjukt stål är nu den vanligaste formen av stål eftersom priset är relativt lågt medan det ger materialegenskaper som är acceptabla för många applikationer. Kolstål innehåller cirka 0,05-0,25% kol vilket gör det formbart och formbart. Mjukt stål har en relativt låg draghållfasthet, men det är billigt och lätt att bilda; ythårdhet kan ökas genom carburizing.
  • Medelkolstål., Medium-Kolstål har cirka 0,3-0,6% kolhalt. Balanserar duktilitet och styrka och har god slitstyrka. Denna stålkvalitet används främst vid tillverkning av maskinkomponenter, axlar, axlar, kugghjul, vevaxlar, koppling och smide och kan också användas i skenor och järnvägshjul.
  • högkolhaltiga stål. Kolstål med hög kolhalt har ungefär 0,60 till 1,00% kolhalt. Hårdhet är högre än de andra kvaliteter men duktilitet minskar. Hög kolstål kan användas för fjädrar, reptrådar, hammare, skruvmejslar och skiftnycklar.,
  • extremt höga kolstål. Ultrahögt kolstål har ungefär 1.25-2.0% kolhalt. Stål som kan härdas till stor hårdhet. Denna klass av stål kan användas för hårda stålprodukter, såsom lastbil fjädrar, metall skärverktyg och andra speciella ändamål som (icke-industriella ändamål) knivar, axlar eller stansar. De flesta stål med mer än 2,5% kolhalt är gjorda med Pulvermetallurgi.
• legeringsstål., Stål är en legering av järn och kol, men termen legerat stål hänvisar vanligtvis endast till stål som innehåller andra element— som vanadin, molybden eller kobolt—i mängder som är tillräckliga för att ändra egenskaperna hos basstålet. I allmänhet är legerat stål stål som legeras med en mängd olika element i totala mängder mellan 1,0% och 50% i vikt för att förbättra sina mekaniska egenskaper. Legerat stål är uppdelade i två grupper:
  • låglegerat stål.
  • höglegerade stål.
• rostfritt stål., Rostfritt stål definieras som kolstål med minst 10% krom med eller utan andra legeringselement. Styrka och korrosionsbeständighet gör det ofta materialet i valet i transport-och bearbetningsutrustning, motordelar och skjutvapen. Krom ökar hårdhet, styrka och korrosionsbeständighet. Nickel ger liknande fördelar men lägger till hårdhet utan att offra duktilitet och seghet. Det minskar också termisk expansion för bättre dimensionsstabilitet.,

titanlegeringar

rent titan är starkare än vanligt, lågkolstål, men 45% lättare. Den är också dubbelt så stark som svaga aluminiumlegeringar men endast 60% tyngre. De två mest användbara egenskaperna hos metallen är korrosionsbeständighet och hållfasthetsförhållande, det högsta av något metalliskt element. Korrosionsbeständigheten hos titanlegeringar vid normala temperaturer är ovanligt hög. Titanens korrosionsbeständighet är baserad på bildandet av ett stabilt skyddande oxidskikt., Även om” kommersiellt ren ” titan har acceptabla mekaniska egenskaper och har använts för ortopediska och dentala implantat, för de flesta tillämpningar Titan legeras med små mängder aluminium och vanadin, typiskt 6% respektive 4%, i vikt. Denna blandning har en fast löslighet som varierar dramatiskt med temperaturen, så att den kan genomgå nederbörd förstärkning.

titanlegeringar är metaller som innehåller en blandning av titan och andra kemiska element. Sådana legeringar har mycket hög draghållfasthet och seghet (även vid extrema temperaturer)., De är lätta i vikt, har extraordinär korrosionsbeständighet och förmågan att motstå extrema temperaturer.

Grad 2

kommersiellt ren Titan klass 2 är mycket lik klass 1, men den har högre styrka än Klass 1 och utmärkta kallformande egenskaper. Det ger utmärkta svetsegenskaper och har utmärkt motståndskraft mot oxidation och korrosion. Denna klass av titan är den vanligaste klassen av kommersiellt ren Titan industrin., Det är det främsta valet för många användningsområden:

• Aerospace,
• Automotive,
• kemisk bearbetning & Klorattillverkning,
• avsaltning
• kraftgenerering

Grade 5 – Ti-6Al-4V

Grade 5 är den vanligaste legeringen och det är en alfa + – legering.betalegering. Grade 5 legering står för 50% av den totala titananvändningen världen över. Den har en kemisk sammansättning av 6% aluminium, 4% vanadin, 0,25% (maximalt) järn, 0,2% (maximalt) syre och resten Titan., I allmänhet används Ti-6Al-4V i applikationer upp till 400 grader Celsius. Den har en densitet på ungefär 4420 kg / m3. Det är betydligt starkare än kommersiellt rent titan (betyg 1-4) på grund av dess möjlighet att värmebehandlas., Denna klass är en utmärkt kombination av styrka, korrosionsbeständighet, svets och tillverkbarhet det är det främsta valet för många användningsområden:

• flygplansturbiner
• motorkomponenter
• flygplan konstruktionskomponenter
• flyg-fästelement
• högpresterande automatiska delar
• marina applikationer

tillämpning av titanlegeringar – använder

de två mest användbara egenskaperna hos metallen är korrosionsbeständighet och hållfasthetsförhållande, det högsta av något metalliskt element., Korrosionsbeständigheten hos titanlegeringar vid normala temperaturer är ovanligt hög. Dessa egenskaper bestämmer tillämpningen av titan och dess legeringar. Den tidigaste produktionsapplikationen av titan var 1952, för nacellerna och brandväggarna hos Douglas DC-7-flygplanet. Hög specifik styrka, god utmattningsbeständighet och krypliv och god sprickseghet är egenskaper som gör titan till en föredragen metall för flyg-och rymdapplikationer., Aerospace applikationer, inklusive användning i både strukturella (skrov) komponenter och jetmotorer, fortfarande står för den största andelen av titanlegering användning. På supersoniska flygplanet SR-71 användes titan för 85% av strukturen. På grund av mycket hög inerthet har Titan många biomedicinska applikationer, som bygger på sin inerthet i människokroppen, det vill säga motståndskraft mot korrosion av kroppsvätskor.,

egenskaper hos stål vs Titan

materialegenskaper är intensiva egenskaper, vilket innebär att de är oberoende av mängden massa och kan variera från plats till plats inom systemet när som helst. Grunden för Materialvetenskap innebär att man studerar materialets struktur och relaterar dem till deras egenskaper (mekanisk, elektrisk etc.). När en materialforskare vet om denna struktur-egenskapskorrelation kan de sedan fortsätta att studera materialets relativa prestanda i en given ansökan., De viktigaste bestämningsfaktorerna för ett materials struktur och därmed dess egenskaper är dess beståndsdelar och det sätt på vilket det har bearbetats till sin slutliga form.

densitet av stål vs Titan

densitet av typiskt stål är 8,05 g / cm3.

densitet av typisk titanlegering är 4,43 g / cm3 (Ti-6Al-4V).

densitet definieras som massan per volymenhet., Det är en intensiv egenskap, som matematiskt definieras som massa dividerad med volym:

ρ = m / v

i ord är ämnets densitet (ρ) den totala massan (m) av det ämnet dividerat med den totala volymen (V) som upptas av det ämnet. Standard SI-enheten är kilogram per kubikmeter (kg/m3). Standard engelska enheten är pounds massa per kubikfot (lbm/ft3).,

eftersom ämnets densitet (ρ) är den totala massan (m) av det ämnet dividerat med den totala volymen (V) som upptas av det ämnet är det uppenbart att ämnets densitet starkt beror på dess atommassa och även på atomnummerdensiteten (n; atomer/cm3),

• atomvikt. Atommassan bärs av atomkärnan, som upptar endast ca 10-12 av den totala volymen av atomen eller mindre, men den innehåller all positiv laddning och minst 99,95% av atomens totala massa. Därför bestäms det av massantalet (antal protoner och neutroner).,
• atomnummer densitet. Atomnummerdensiteten (n; atomer / cm3), som är associerad med atomradier, är antalet atomer av en given typ per enhetsvolym (V; cm3) av materialet. Atomnummerdensiteten (N; atomer/cm3) av ett rent material med atomär eller molekylvikt (m; gram/mol) och materialets densitet (gram/cm3) beräknas enkelt från följande ekvation med hjälp av Avogadros nummer (NA = 6,022×1023 atomer eller molekyler per mol):
• kristallstruktur., Densitet av kristallin substans påverkas signifikant av dess kristallstruktur. FCC-strukturen, tillsammans med sin sexkantiga släkting (hcp), har den mest effektiva förpackningsfaktorn (74%). Metaller som innehåller FCC strukturer inkluderar austenit, aluminium, koppar, bly, silver, guld, nickel, platina och torium.

mekaniska egenskaper hos stål vs Titan

material väljs ofta för olika tillämpningar eftersom de har önskvärda kombinationer av mekaniska egenskaper., För strukturella tillämpningar är materialegenskaper avgörande och ingenjörer måste ta hänsyn till dem.

Strength of Steel vs Titanium

i materialets mekanik är styrkan hos ett material dess förmåga att motstå en applicerad belastning utan fel eller plastisk deformation. Styrka av material i grunden anser sambandet mellan de yttre belastningarna appliceras på ett material och den resulterande deformation eller förändring i materialdimensioner. Hållfastheten hos ett material är dess förmåga att motstå denna applicerade belastning utan fel eller plastisk deformation.,

den ultimata draghållfastheten

den ultimata draghållfastheten hos kolstål är mellan 400-550 MPa.

den ultimata draghållfastheten hos ultrahögt kolstål är 1100 MPa.

den ultimata draghållfastheten hos Ti-6Al-4V – Grade 5 titanlegering handlar om 1170 mpa.

den ultimata draghållfastheten är den maximala på den tekniska spänningskurvan. Detta motsvarar den maximala spänningen som kan upprätthållas av en struktur i spänning. Den ultimata draghållfastheten förkortas ofta till ” draghållfasthet ”eller till och med till” den ultimata.,”Om denna stress appliceras och upprätthålls, kommer fraktur att resultera. Ofta är detta värde betydligt mer än avkastningsspänningen (så mycket som 50 till 60 procent mer än avkastningen för vissa typer av metaller). När ett formbart material når sin yttersta styrka, upplever det halsning där tvärsnittsarean minskar lokalt. Spänningskurvan innehåller ingen högre stress än den ultimata styrkan. Även om deformationer kan fortsätta att öka, minskar stressen vanligtvis efter att den ultimata styrkan har uppnåtts., Det är en intensiv egenskap; därför är dess värde inte beroende av testprovets storlek. Det är dock beroende av andra faktorer, såsom preparering av provet, närvaron eller på annat sätt av ytdefekter och temperaturen i testmiljön och materialet. Ultimata draghållfastheter varierar från 50 MPa för en aluminium till så hög som 3000 MPa för mycket höghållfasta stål.

sträckgräns

sträckgräns för kolstål är 250 MPa.

sträckgränsen för ultrahögt kolstål är 800 MPa.,

sträckgränsen för Ti-6Al-4V – Grade 5 titanlegering är ca 1100 mpa.

utbytespunkten är punkten på en spänningskurva som anger gränsen för elastiskt beteende och början plast beteende. Sträckgräns eller sträckgräns är den materialegenskap som definieras som den stress vid vilken ett material börjar deformeras plastiskt medan utbytespunkten är den punkt där olinjär (elastisk + plast) deformation börjar. Före utbytespunkten deformeras materialet elastiskt och återgår till sin ursprungliga form när den applicerade stressen avlägsnas., När utbytespunkten har passerat, kommer en del av deformationen att vara permanent och icke-reversibel. Vissa stål och andra material uppvisar ett beteende som kallas en avkastning punkt fenomen. Avkastningsstyrkorna varierar från 35 MPa för en låghållfast aluminium till större än 1400 MPa för mycket höghållfasta stål.

Youngs elasticitetsmodul

Youngs elasticitetsmodul av kolstål är 200 GPa.

Youngs elasticitetsmodul av Ti-6Al-4V – Grade 5 titanlegering handlar om 114 GPa.,

ungdomens elasticitetsmodul är den elastiska modulen för drag-och tryckspänning i linjär elasticitetsreglering av en enaxiell deformation och bedöms vanligtvis genom dragprov. Upp till en begränsande stress kommer en kropp att kunna återställa sina dimensioner vid borttagning av lasten. De applicerade spänningarna gör att atomerna i en kristall rör sig från sin jämviktsposition. Alla atomer förskjuts samma mängd och behåller fortfarande sin relativa geometri. När stressen avlägsnas återgår alla atomer till sina ursprungliga positioner och ingen permanent deformation uppstår., Enligt Hookes lag är stressen proportionell mot stammen (i den elastiska regionen), och lutningen är ungas modul. Youngs modul är lika med den längsgående stressen dividerad med stammen.

hårdhet av stål vs Titan

Brinell hårdhet av kolstål är ungefär 120 MPa.

Brinell hårdhet av kolstål är cirka 200 MPa.

Rockwell hårdhet av Ti-6Al-4V – Grade 5 titanlegering är ungefär 41 HRC.,

Rockwell hårdhetstest är en av de vanligaste indenteringshårdhetstesterna, som har utvecklats för hårdhetstestning. I motsats till Brinell-testet mäter Rockwell-testaren penetrationsdjupet för en indenter under en stor belastning (större belastning) jämfört med penetrationen som görs av en förspänning (mindre belastning). Den mindre belastningen fastställer nollpositionen. Den stora belastningen appliceras och avlägsnas samtidigt som den mindre belastningen bibehålls., Skillnaden mellan penetrationsdjupet före och efter applicering av den stora belastningen används för att beräkna Rockwell-hårdhetsnumret. Det vill säga penetrationsdjupet och hårdheten är omvänt proportionella. Den främsta fördelen med Rockwell hårdhet är dess förmåga att visa hårdhetsvärden direkt. Resultatet är ett dimensionslöst tal noterat som HRA, HRB, HRC, etc., där sista bokstaven är respektive Rockwell skala.

Rockwell C-testet utförs med en brale penetrator (120°diamantkon) och en stor belastning på 150kg.,

termiska egenskaper hos stål vs Titan

termiska egenskaper hos material hänvisar till materialens svar på förändringar i deras temperatur och applicering av värme. Som en fast absorberar energi i form av värme stiger temperaturen och dess dimensioner ökar. Men olika material reagerar på appliceringen av värme annorlunda.

värmekapacitet, termisk expansion och värmeledningsförmåga är egenskaper som ofta är kritiska vid praktisk användning av fasta ämnen.

smältpunkt av stål vs Titan

smältpunkt av kolstål är cirka 1450 ° C.,

smältpunkten för Ti-6Al – 4V-Grade 5 titanlegering är cirka 1660 ° C.

i allmänhet är smältning en fasförändring av ett ämne från fast till vätskefasen. Smältpunkten för ett ämne är den temperatur vid vilken denna fasförändring sker. Smältpunkten definierar också ett tillstånd där fast och vätska kan existera i jämvikt.

värmeledningsförmåga av stål vs Titan

värmeledningsförmågan hos typiskt stål är 20 W/(M.K).

värmeledningsförmågan hos Ti-6Al-4V – Grade 5 titanlegering är 6,7 W/(M.K).,

värmeöverföringsegenskaperna hos ett fast material mäts med en egenskap som kallas värmeledningsförmågan, k (eller λ), mätt i W/m.K. det är ett mått på ett ämnes förmåga att överföra värme genom ett material genom ledning. Observera att Fouriers lag gäller för all materia, oavsett dess tillstånd (fast, flytande eller gas), därför definieras den också för vätskor och gaser.

värmeledningsförmågan hos de flesta vätskor och fasta ämnen varierar med temperaturen. För ångor beror det också på tryck., I allmänhet:

de flesta material är mycket nästan homogena, därför kan vi vanligtvis skriva k = k (T). Liknande definitioner är förknippade med termiska ledningsförmågor i Y-och z-riktningarna (ky, kz), men för ett isotropiskt material är värmeledningsförmågan oberoende av överföringsriktningen, KX = ky = kz = k.