ไทเทเนียม VS อลูมิเนียม สำหรับโครงการเครื่องจักรกลซีเอ็นซี

ไทเทเนียม VS อลูมิเนียม สำหรับโครงการเครื่องจักรกลซีเอ็นซี

เมื่อเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแรงสูงสำหรับคุณ เครื่องจักรซีเอ็นซี โครงการ ไทเทเนียมและอลูมิเนียมควรเป็นสิ่งแรกที่นึกถึง เช่นเดียวกัน ทั้งไททาเนียมและอะลูมิเนียมมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีเยี่ยม ทนทานต่อการกัดกร่อนและความร้อน และได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์หลากหลายอย่างน่าประทับใจสำหรับชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษหรือต้นแบบในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อช่วยคุณในการตัดสินใจเลือก เราจะทำการเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างไททาเนียมและอะลูมิเนียมอย่างครอบคลุม

ไททาเนียมคืออะไร?

ไทเทเนียม เป็นวัสดุโลหะที่แข็งแรง น้ำหนักเบา มีเงาสีเงิน มีความแข็งแรงสูง นำความร้อนได้ดี และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี น่าเสียดายที่ไททาเนียมนั้นยากต่อการทำให้บริสุทธิ์ และการกัด CNC การกลึง CNC ทำให้มีราคาแพงกว่าโลหะอื่นๆ ไททาเนียมแข็งแกร่งกว่าเหล็กเหนียวธรรมดาและแข็งแรงกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียมอ่อนถึงสองเท่า แต่มีน้ำหนักน้อยกว่าเหล็กเหนียว 45% และหนักกว่าอะลูมิเนียม 60% เนื่องจากไททาเนียมแข็งแกร่งกว่า จึงต้องการไททาเนียมน้อยกว่าต่อหน่วยความแข็งแรง จุดหลอมเหลวของไทเทเนียมคือ 1668°C และรัศมีอะตอมคือ 147 ไมครอน มีความสามารถในการผสมที่แข็งแกร่งกับเหล็ก วาเนเดียม โมลิบดีนัม และโลหะอื่นๆ ไทเทเนียมยังไม่เป็นแม่เหล็กและไม่เป็นพิษ เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี และมีอัตราการขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูงยังเป็นคุณสมบัติเด่นของไทเทเนียม ซึ่งหมายความว่าเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น อุปกรณ์เปลี่ยนข้อเข่า เครื่องกระตุ้นหัวใจ แผ่นกะโหลก รากฟันเทียม และอื่นๆ นอกจากนี้ ไททาเนียมยังมีความทนทานต่อการกัดกร่อนในระดับสูง ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานด้านเคมีและการเดินเรือ

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 - Ti-6Al-4V.

ในกรณีส่วนใหญ่ ไททาเนียมจะถูกใช้ในด้านต่างๆ ในรูปของโลหะผสมไททาเนียม โลหะผสมไททาเนียมเป็นโลหะที่มีส่วนผสมของไททาเนียมและองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ โลหะผสมไททาเนียมนี้มีความต้านทานแรงดึงสูงมาก มีความเหนียว น้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และทนต่ออุณหภูมิที่รุนแรงได้

โลหะผสมไททาเนียมเกรด 2

โลหะผสมไททาเนียมเกรด 2 โลหะผสมไททาเนียมเกรด 2 มีความสามารถในการขึ้นรูปเย็น เชื่อมได้ดี และต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โลหะผสมไททาเนียมเกรด 2 เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานหลายประเภท รวมถึงการบินและอวกาศ ยานยนต์ การแปรรูปทางเคมีและการผลิตคลอเรต การกลั่นน้ำทะเล และอื่นๆ

เกรด 5 (Ti-6Al-4V)

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 - Ti-6Al-4V.

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 – Ti-6Al-4V เกรด 5 เป็นโลหะผสมไททาเนียมที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของการบริโภคไททาเนียมทั่วโลก เป็นโลหะผสม α+β ที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม 6%, วานาเดียม 4%, เหล็ก 0.25% (สูงสุด) ออกซิเจน 0.2% (สูงสุด) องค์ประกอบไทเทเนียมประมาณ 90% เนื่องจาก Ti-6Al-4V สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ ความแข็งแรง ความทนทานต่อการกัดกร่อน ความสามารถในการเชื่อม และความสามารถในการแปรรูปจึงเหนือกว่าไททาเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (เกรด 1-4) และสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส Ti-6Al-4V ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ รวมถึง: กังหันอากาศยาน, ส่วนประกอบเครื่องยนต์, ส่วนประกอบโครงสร้างอากาศยาน, ตัวยึดการบินและอวกาศ, ชิ้นส่วนอัตโนมัติประสิทธิภาพสูง, เรือเดินสมุทร ฯลฯ

โลหะผสมไทเทเนียม

อลูมิเนียมคืออะไร?

อะลูมิเนียมเป็นโลหะน้ำหนักเบาที่มีความเหนียวและเชื่อถือได้ แข็งแกร่ง ไม่เป็นแม่เหล็กและมีอัตราส่วนน้ำหนักต่อความแข็งแรงที่ดี ต้านทานการกัดกร่อนได้ดี และมีความเหนียวแตกหักสูง อลูมิเนียมมีลักษณะเป็นสีขาวเงินเนื่องจากสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกและสร้างชั้นอลูมิเนียมออกไซด์บาง ๆ บนพื้นผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติม อะลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะที่กลึง CNC ได้ง่ายและราคาไม่แพง ซึ่งทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดตามธรรมชาติและสึกกร่อนได้ง่ายในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง อะลูมิเนียมมีอยู่มากมายในโลกมากกว่าไททาเนียมโดยรวม และง่ายต่อการทำให้บริสุทธิ์ ดังนั้นจึงเป็นทางเลือกที่ประหยัด

อะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนที่ดีมากเป็นสามเท่าของเหล็กกล้าไร้สนิม และไม่เป็นพิษ จุดหลอมเหลวอยู่ที่ 660 องศาเซลเซียส ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ทำอาหาร โดยปกติจะใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ในรูปของโลหะผสมอลูมิเนียม และส่วนประกอบของโลหะผสมไม่ได้จำกัดอยู่ที่ Cu, Mn, Si, Mg, Mg+Si, Zn ตามอัตราส่วนขององค์ประกอบการผสม โลหะผสมอลูมิเนียมแบ่งออกเป็น 9 ซีรี่ส์ (Al1xxx ถึง Al9xxx)

อลูมิเนียมกลม 6061 t6
  • 1xxx: ไม่มีโลหะผสม

  • 2xxx.ทองแดง

  • 3xxx: แมงกานีส

  • 4xxx: ซิลิกอน

  • 5xxx: แมกนีเซียม

  • 6xxx: แมกนีเซียมและซิลิกอน

  • 7xxx: สังกะสี แมกนีเซียม และทองแดง

  • 8xxx: องค์ประกอบอื่น ๆ ที่ไม่รวมอยู่ในซีรี่ส์อื่น

อลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอวกาศ ยานยนต์ การก่อสร้าง การแปรรูปอาหาร บรรจุภัณฑ์ ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ลำตัวเครื่องบิน เครื่องยนต์ ล้อรถยนต์ หม้อน้ำ เสื้อสูบ เพลาข้อเหวี่ยง และชิ้นส่วนอื่นๆ

ความแตกต่างระหว่างไทเทเนียมและอลูมิเนียม

เปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างไททาเนียมอัลลอยด์และอลูมิเนียมอัลลอยด์อย่างละเอียด ค้นหาความแตกต่างระหว่างไททาเนียมและอลูมิเนียม เราสามารถเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับโครงการเครื่องจักรกลซีเอ็นซีของคุณได้ง่ายขึ้น

  • องค์ประกอบองค์ประกอบองค์ประกอบของโลหะผสมมีความสำคัญมาก ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติบางอย่างของโลหะผสมไททาเนียมหรืออะลูมิเนียม รวมถึงความทนทานต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูง น้ำหนัก ฯลฯ องค์ประกอบอื่นๆ ของโลหะผสมไททาเนียม ได้แก่ ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน เหล็ก และนิกเกิล อื่น ๆ ในปริมาณระหว่าง 0.013 ถึง 0.5% องค์ประกอบอื่นๆ ของโลหะผสมอะลูมิเนียม ได้แก่ ซิลิกอน สังกะสี แมกนีเซียม แมงกานีส ทองแดง เหล็ก ไททาเนียม โครเมียม เซอร์โคเนียม และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน

  • ความต้านทานการกัดกร่อนทั้งไททาเนียมและอะลูมิเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม แต่โดยทั่วไปแล้วไททาเนียมถือว่ามีความทนทานต่อการกัดกร่อนมากกว่าอะลูมิเนียมเนื่องจากความเฉื่อยของไททาเนียม ไททาเนียมยังเข้ากันได้ทางชีวภาพสูงและมีการใช้งานมากขึ้นในอุตสาหกรรมการแพทย์ นอกจากนี้ ความทนทานต่อการกัดกร่อนของไทเทเนียมในน้ำทะเลก็น่าประทับใจ ทำให้เป็นที่นิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมการเดินเรือเช่นกัน ในทางกลับกัน ชั้นของฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของโลหะผสมอลูมิเนียม ดังนั้นจึงไม่ง่ายที่จะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน แต่ก็ขึ้นอยู่กับสารเคมี อุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมด้วย เมื่อโครงการตัดเฉือน CNC มีความต้านทานการกัดกร่อนเป็นข้อพิจารณาหลัก ไทเทเนียมจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด

  • โดยปกติแล้ว เราใช้ทองแดงเป็นมาตรฐานในการนำไฟฟ้า และมีค่าการนำไฟฟ้า 100% ไททาเนียมมีค่าการนำไฟฟ้า 3.1% ของทองแดง ดังนั้นไททาเนียมจึงไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่สามารถใช้ทำตัวต้านทานได้ อลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้า 64% ของทองแดง ดังนั้นอลูมิเนียมจึงเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี อลูมิเนียมเหมาะอย่างยิ่งหากการนำไฟฟ้าเป็นข้อกังวลสูงสุดสำหรับโครงการการตัดเฉือน CNC ของคุณ

  • การนำความร้อนค่าการนำความร้อนของวัสดุมีความสำคัญมากสำหรับการผลิตชิ้นส่วนหรือต้นแบบที่กระจายความร้อน ไททาเนียมมีค่าการนำความร้อน 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK) ในขณะที่อลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อน 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) สิบเท่า . ด้วยเหตุนี้จึงมักนำอะลูมิเนียมมาใช้ทำหม้อน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องใช้ในครัว

  • จุดหลอมเหลว.อุณหภูมิที่โลหะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวเรียกว่าจุดหลอมเหลว ณ จุดหลอมเหลว โลหะจะอยู่ในสถานะสมดุลของของแข็งและของเหลว โลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำมักจะง่ายต่อการขึ้นรูปสำหรับการฉีดขึ้นรูปหรือการอัดขึ้นรูป ไทเทเนียมมีจุดหลอมเหลวระหว่าง 1650 – 1670 °C ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงมาก ในทางกลับกัน อะลูมิเนียมมีจุดหลอมเหลวที่ 660.37 °C หากการทนความร้อนเป็นปัญหาหลักสำหรับโครงการการตัดเฉือน CNC ของคุณ ไททาเนียมคือวัสดุในอุดมคติ

  • ความแข็งของวัสดุโดยทั่วไปจะอ้างอิงตามค่าความแข็งของ Brinell ความแข็งของ Brinell ของไทเทเนียมคือ 70 HB และความแข็งของ Brinell ของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์คือ 15 HB แต่ความแข็งของโลหะผสมอลูมิเนียมบางชนิด เช่น 7075 และ 6082 จะสูงกว่านั้น ของไทเทเนียม ไททาเนียมก่อตัวเป็นชั้นไททาเนียมออกไซด์ที่แข็งมากบนพื้นผิว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการเครื่องจักรกลซีเอ็นซีที่ความแข็งเป็นปัจจัยหลัก

  • ความหนาแน่นของไทเทเนียมคือ 4500 กก./ม. 3 ในขณะที่ความหนาแน่นของอะลูมิเนียมอยู่ที่ 2712 กก./ม. 3 ดังนั้นต่อหน่วยปริมาตร ไททาเนียมจึงหนักกว่าอะลูมิเนียม 60% ภายใต้ความแข็งแกร่งทางกายภาพเดียวกัน ไททาเนียมจะถูกใช้น้อยลง หากอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเป็นข้อพิจารณาหลักสำหรับโครงการการตัดเฉือน CNC ของคุณ ไททาเนียมจะดีกว่าอะลูมิเนียม อะลูมิเนียมจะเหมาะสมกว่าหากน้ำหนักเบาเป็นปัจจัยหลัก

  • ทั้งไททาเนียมและอะลูมิเนียมมีความทนทานสูงและใช้งานได้นาน ไททาเนียมมีความแข็งแรงมาก เช่น กรอบแว่นตาที่ทำจากไททาเนียม ใช้งานได้นานหลายสิบปีโดยไม่สึกหรอ ทั้งไททาเนียมและอะลูมิเนียมเหมาะสำหรับสร้างชิ้นส่วนหรือต้นแบบเพื่อความทนทาน ถ้าเทียบกัน ไททาเนียมจะทนทานกว่า

  • ความสามารถในการแปรรูป ระดับที่โลหะตอบสนองต่อความเครียดจากการตัดเฉือน รวมถึงการปั๊ม การกลึง CNC การกัด CNC เป็นต้น การตัดเฉือน CNC เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนไทเทเนียมหรืออะลูมิเนียม โดยทั่วไปจะใช้เวลาภายใน 24 ชั่วโมงและภายใน +/- 0.005 นิ้ว (0.13 มม.) แต่การตัดเฉือนชิ้นส่วนไททาเนียม CNC มักมีความท้าทายเนื่องจากการสะสมของเศษไททาเนียมบนเครื่องมือหมุนความเร็วสูง อลูมิเนียมกลึง CNC นั้นง่ายมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมต้นทุนของอลูมิเนียมกลึง CNC มักจะต่ำกว่าไทเทเนียมมาก

  • ราคาของโลหะผสมไททาเนียมจะสูงกว่าของโลหะผสมอลูมิเนียม แน่นอนว่าการตัดเฉือนไทเทเนียมด้วย CNC นั้นยากและมีราคาสูงกว่า และการเจียร การดัด และการเชื่อมไททาเนียมต้องใช้ความรู้ระดับมืออาชีพมากกว่า อลูมิเนียมค่อนข้างประหยัดกว่า

  • ความแข็งแรงของผลผลิต ความแข็งแรงของผลผลิตหมายถึงความเครียดที่วัสดุเปลี่ยนรูปอย่างถาวร ไทเทเนียมมีความแข็งแรงคราก 170 MPa ถึงประมาณ 480 MPa ในขณะที่อลูมิเนียมบริสุทธิ์มีความแข็งแรงคราก 7 MPa ถึงประมาณ 11 MPa ความแข็งแรงครากของโลหะผสมอลูมิเนียมอยู่ระหว่าง 200 MPa ถึง 600 MPa

  • แรงดึง.ความต้านทานแรงดึงที่แข็งแกร่งที่สุดของโลหะผสมไททาเนียมคือประมาณ 1400 MPa ในขณะที่โลหะผสมอลูมิเนียมนั้นสูงกว่า 690 MPa

การประยุกต์ใช้โลหะผสมไททาเนียม

ไททาเนียมอัลลอยด์ถูกนำไปใช้งานหลากหลายประเภท ได้แก่:

  • อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ – ใช้ในการผลิตล้อเครื่องบิน ระบบไฮดรอลิก ส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญอื่นๆ ฯลฯ

  • อุตสาหกรรมการแพทย์ – การผลิตผลิตภัณฑ์ เช่น รากฟันเทียม เปลี่ยนข้อสะโพก เปลี่ยนข้อเข่า เครื่องมือผ่าตัด เป็นต้น

  • อุปโภคบริโภคและการก่อสร้าง – การผลิตเครื่องกีฬา กรอบแว่นตา ชิ้นส่วนจักรยาน (จักรยานเสือภูเขา รถแข่ง ฯลฯ) อาวุธปืน ฯลฯ

  • ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม – การผลิตวาล์ว, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, เป้าหมายสปัตเตอร์, ภาชนะสำหรับกระบวนการ ฯลฯ

  • ทางทะเลและอวกาศ (ล้อลงจอด ไฟร์วอลล์ ส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญ ระบบไฮดรอลิก

  • เครื่องประดับและอุตสาหกรรม (นาฬิกา แหวน สร้อยคอ ฯลฯ)

การประยุกต์ใช้โลหะผสมอลูมิเนียม

  • ระบบไฟฟ้า – โลหะผสมตัวนำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ หม้อแปลง ฯลฯ

  • สินค้าอุปโภค-บริโภค เช่น เครื่องครัวและเฟอร์นิเจอร์

  • เครื่องจักรและอุปกรณ์ – เครื่องมือ ท่อ และวัสดุงานอื่นๆ

  • การขนส่ง (เครื่องบิน รถราง จักรยาน รถยนต์ รถบรรทุก เรือ ยานอวกาศ ฯลฯ)

  • บรรจุภัณฑ์ (กระป๋อง, กรอบ, ฟอยล์)

  • อาคารและการก่อสร้าง (หน้าต่าง ผนัง หลังคา ประตู สายไฟในอาคาร เปลือกหุ้ม ฯลฯ)

คุณควรใช้ไทเทเนียมหรืออลูมิเนียม?

ไททาเนียมและอลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะที่สำคัญสองชนิดสำหรับการผลิตชิ้นส่วนและต้นแบบ CNC แบบกำหนดเอง และคุณสมบัติของพวกมันทำให้เป็นตัวเลือกที่หลากหลายสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ บทความนี้เปรียบเทียบคุณสมบัติต่างๆ ของไททาเนียมและอะลูมิเนียม โปรดพิจารณาปัจจัยต่างๆ ระหว่างการเลือกวัสดุทั้งสอง สำหรับความช่วยเหลือเพิ่มเติม DDPROTOTYPE พร้อมเสมอที่จะให้ข้อมูลที่สร้างสรรค์

แก้ไขความเข้าใจผิดของเรา

ตำนาน: “ไทเทเนียมเบากว่าอลูมิเนียมมาก”

ขออภัย ความคิดเห็นนี้ไม่ถูกต้อง เมื่อเราพิจารณาความหนาแน่นของวัสดุ ความหนาแน่น 4.5 g/cc ของ Titanium นั้นหนักกว่าอลูมิเนียม 50 g/cc ถึง 3.0%

ตำนาน: "ไทเทเนียมแข็งแกร่งกว่าอลูมิเนียม"

ขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะผสม แต่อลูมิเนียม 7075-T6 มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเกือบสองเท่าของไททาเนียมเกรด 2

ตำนาน: “อลูมิเนียมไม่ดีต่อสิ่งแวดล้อม”

ไทเทเนียมปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณที่มากกว่าอะลูมิเนียมถึง 3 เท่าในระหว่างการผลิตวัสดุ การขนส่ง และการก่อสร้าง

ตำนาน: "อลูมิเนียมเป็นอันตรายต่อมนุษย์"

นี่เป็นข้อมูลที่ไม่น่าเชื่อถือที่เผยแพร่ตั้งแต่ปี 60 ในความเป็นจริง 60 เปอร์เซ็นต์ของหม้อและกระทะที่ขายในสหรัฐอเมริกาในแต่ละปีทำจากอะลูมิเนียม และ FDA รายงานว่าปริมาณอะลูมิเนียมที่เข้าสู่อาหารนั้นต่ำกว่าปริมาณที่พบในอาหารตามธรรมชาติอย่างมาก นอกจากนี้ อะลูมิเนียมชุบแข็งยังเพิ่มพื้นผิวที่ทนทานเป็นพิเศษเพื่อให้ดูสวยงามและปลอดภัยยิ่งขึ้น