Ob Titan schwer ist, hängt vollständig davon ab, womit Sie es vergleichen, und die beiden Antworten weisen in entgegengesetzte Richtungen. Gegenüber Stahl lautet die Antwort nein: Titan wiegt etwas mehr als die Hälfte, und das ist in der Regel der Grund, warum es in der Zeichnung steht. Gegenüber Aluminium lautet die Antwort ja: Titan ist etwa zwei Drittel schwerer. Die Frage wird erst sinnvoll, wenn Sie wissen, welchen dieser beiden Vergleiche Sie tatsächlich anstellen, und wenn die Dichte einem Grade statt dem Wort Titan zugeordnet wird.
Es gibt keine einheitliche Dichte für Titan
Kommerziell reines und legiertes Titan wiegen nicht gleich viel, und der Unterschied wird durch die Güte in der Bestellung festgelegt. Dies sind die Werte, nach denen Beiyu Titanium Gewichtsrechner arbeitet.
| Güte | Dichte (g/cm³) | Im Verhältnis zu Grade 2 |
|---|---|---|
| Grade 1, 2, 7 und 12 | 4.51 | Referenz |
| Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) | 4.48 | 0,7 Prozent leichter |
| Grade 5 und Grade 23 (Ti-6Al-4V und ELI) | 4.43 | 1,8 Prozent leichter |
Die Streuung zwischen den Grades ist gering genug, dass sie für sich allein niemals die Wahl eines Grades bestimmt. Sie ist groß genug, um eine Rolle zu spielen, wenn jemand ein berechnetes Gewicht mit einem gelieferten Gewicht abgleicht, was die Situation ist, in der diese Frage in der Praxis üblicherweise aufkommt.
Wie sich das bei einem Bauteil darstellt
Dichte ist eine Abstraktion, bis sie eine Abmessung erhält. Die nachstehende Tabelle zeigt Rundstab, Kilogramm pro Meter, berechnet aus den oben genannten Dichten unter Verwendung der Querschnittsfläche des Stabs. Die Edelstahlspalte verwendet den Wert von etwa 8,0 g/cm³, den unsere Vergleichsseiten für Edelstahl verwenden.
| Durchmesser | Grade 2 bei 4,51 | Grade 5 bei 4,43 | Edelstahl bei etwa 8,0 |
|---|---|---|---|
| 10 mm | 0,35 kg/m | 0,35 kg/m | 0,63 kg/m |
| 16 mm | 0,91 kg/m | 0,89 kg/m | 1,61 kg/m |
| 20 mm | 1,42 kg/m | 1,39 kg/m | 2,51 kg/m |
| 25 mm | 2,21 kg/m | 2,17 kg/m | 3,93 kg/m |
| 32 mm | 3,63 kg/m | 3,56 kg/m | 6,43 kg/m |
| 40 mm | 5,67 kg/m | 5,57 kg/m | 10,05 kg/m |
| 50 mm | 8,86 kg/m | 8,70 kg/m | 15,71 kg/m |
Bei Grade 2 beträgt die Einsparung gegenüber Edelstahl in jeder Zeile etwa 44 Prozent, bei Grade 5 etwa 45, weil es sich um ein Dichteverhältnis handelt und sich die Geometrie herauskürzt. Diese Zahlen sind entscheidend: Ein Teil aus Grade 2 wiegt etwa 44 Prozent weniger als dasselbe Teil aus Edelstahl und etwa 67 Prozent mehr als dasselbe Teil aus Aluminium.
Titan gegenüber den beiden Metallen, die es üblicherweise ersetzt
| Dichte (g/cm³) | Gleiches Teil, relative Masse | Wofür es ausgewählt wird | |
|---|---|---|---|
| Aluminium | etwa 2,7 | Etwa 40 Prozent leichter als Titan | Geringste Masse, sofern Belastung und Umgebung dies zulassen |
| Titan, Grade 2 | 4.51 | Referenz | Korrosionsbeständigkeit bei mittlerer Festigkeit |
| Titan, Grade 5 | 4.43 | 1,8 Prozent leichter als Grade 2 | Lasttragende Teile, bei denen Masse Kosten verursacht |
| Edelstahl | etwa 8,0 | Etwa 77 Prozent schwerer als Titan | Preis und einfache Fertigung |
Bei diesen beiden Prozentsätzen beginnt die Verwirrung bei dieser Frage normalerweise. Bei 4,51 gegenüber 8,0 ist Titan 43,6 Prozent leichter als Edelstahl und Edelstahl 77,4 Prozent schwerer als Titan, auf dieser Seite auf 44 und 77 gerundet. Es ist derselbe Sachverhalt aus entgegengesetzten Blickwinkeln. Beachten Sie, dass die beiden gerundeten Werte nicht die Kehrwerte voneinander sind und daher in einem Satz nicht gegeneinander ausgetauscht werden können.
Warum die Dichte meist die falsche Frage ist
Sehr wenige Teile werden allein nach der Masse ausgewählt. Entscheidend für einen Ersatz ist, wie viel Last das Teil im Verhältnis zu der von ihm hinzugefügten Masse trägt, und nach diesem Maßstab ändert sich die Rangfolge. Grade 5 Titan erreicht etwa 895 MPa Zugfestigkeit gegenüber ungefähr 515 MPa bei geglühtem Edelstahl 316, bei etwas mehr als der halben Dichte. Dieses Verhältnis und nicht die Dichte allein ist das, was ein rotierendes Teil oder eine Baugruppe mit Massenbudget erwirbt.
Gegenüber Aluminium verläuft dieselbe Logik in die entgegengesetzte Richtung zu der, die die reine Dichte nahelegt. Aluminium ist leichter, aber Titan trägt bei gegebenem Querschnitt eine deutlich höhere absolute Last, sodass ein Teil aus Titan dünner sein und dennoch mehr Kraft aufnehmen kann. Die beiden Vergleiche werden auf den Titan-gegen-Edelstahl und Titan-gegen-Aluminium Seiten erläutert.
Berechnetes Gewicht und geliefertes Gewicht sind nicht dieselbe Zahl
Jeder obige Wert ist ein berechnetes Gewicht: Nenndurchmesser, Nenndichte, ideale Geometrie. Ein gelieferter Stab liegt innerhalb der Durchmessertoleranz der Norm, nach der er bestellt wurde, und seine Masse verhält sich quadratisch zum Durchmesser. Daher enthält ein Durchmesser am oberen Toleranzende mehr Metall als der Nennwert, und dieser Überschuss wächst mit dem Quadrat des Durchmessers.
| Wo es kritisch wird | Wie es aussieht | Was dies klärt |
|---|---|---|
| Abgleich einer Lieferung mit einer Berechnung | Eine Lieferung, die mehr wiegt als die Berechnung, erscheint als Fehler, obwohl die Norm dies ausdrücklich zulässt | Vereinbaren Sie vor der Bestellung die Gewichtsbasis, berechnet oder gewogen |
| Massenbudgets in der Konstruktion | Ein berechneter Wert, der als exakt angesehen wird, lässt keine Berücksichtigung der Toleranz zu, nach der das Material geliefert wird | Berücksichtigen Sie das Toleranzband, nicht den Nenndurchmesser |
Beides ist kein Qualitätsproblem, und die Normen sagen dies ausdrücklich. Was überrascht, ist, dass die Zulage nur in eine Richtung gilt: Sie erlaubt, dass das gelieferte Gewicht über der Berechnung liegt, und es gibt keine entsprechende Untertoleranz, da Untergewicht stattdessen durch die Maßtoleranzen geregelt wird.
| Norm und Form | Zulässiges Mehrgewicht gegenüber dem berechneten Wert |
|---|---|
| ASTM B348, Stab und Vorblock | Bis zu 10 Prozent über dem theoretischen Gewicht, jede bestellte Größe, jede Oberfläche |
| ASTM B265, Blech: fünf Bleche oder weniger oder ein Artikel mit einem geschätzten Gewicht von 200 lb (91 kg) oder weniger | Bis zu 10 Prozent über dem geschätzten Gewicht |
| ASTM B265, Blech: mehr als fünf Bleche und geschätztes Gewicht von mehr als 200 lb | Bis zu 7,5 Prozent über dem geschätzten Gewicht |
| ASTM B265, Band | Bis zu 10 Prozent über dem geschätzten Gewicht |
Beachten Sie, dass sich die Formulierung zwischen den beiden Normen verschiebt: B348 misst gegenüber theoretischem Gewicht und B265 gegenüber geschätztem Gewicht. Beachten Sie außerdem, dass B265 für Blech überhaupt keine Untertoleranz beim Gewicht festlegt und dass bei auf Quadratfußbasis bestelltem Blech in fallender Länge oder Walzwerksformat die gelieferte Quadratfußzahl die bestellte Menge um bis zu 5 Prozent überschreiten kann. Dies sind die Klauseln, die vorliegen sollten, wenn ein Liefergewicht angezweifelt wird.
Häufige Anschlussfragen
Ist Titan in der Werkstatt schwer zu handhaben? Im Vergleich zu dem Edelstahl- oder Stahlmaterial, das es gewöhnlich ersetzt, nein, und Verarbeiter bemerken dies sofort bei Handhabung und Aufspannung. Im Vergleich zu Aluminium wirkt es dicht. Der praktische Punkt ist, dass die Frage keine Antwort hat, bis ein Vergleichsmetall damit verbunden wird.
Ist Titan schwerer als Aluminium? Ja, um etwa 67 Prozent, bei 4,51 gegenüber etwa 2,7 g/cm³. Aluminium gewinnt beim Rohgewicht, und Titan gewinnt, sobald das Teil Last tragen oder Korrosion widerstehen muss.
Ist Titan leichter als Stahl? Ja, gegenüber beiden Arten, und die beiden Einsparungen unterscheiden sich ausreichend, um sie getrennt zu betrachten. Gegenüber Edelstahl bei etwa 8,0 g/cm³ ist ein Grade 2 Teil ungefähr 44 Prozent leichter. Gegenüber Kohlenstoffstahl bei etwa 7,85 beträgt die Einsparung etwas mehr als 40 Prozent. Die Angabe für Edelstahl bei einem Ersatz von Kohlenstoffstahl zu zitieren, überhöht die Einsparung.
Warum fühlt sich Titan schwerer an, als Menschen erwarten? Weil der Vergleich, den Menschen in der Hand vornehmen, gewöhnlich mit Aluminium und nicht mit Stahl erfolgt. Ein kalt aufgenommenes Titanteil wirkt neben einem Aluminiumteil gleicher Größe substanziell, und der Ruf der Leichtigkeit stammt stattdessen aus dem Vergleich mit Stahl.
Welche Titangüte ist die leichteste? Von den Grades auf dieser Seite Grade 5 und Grade 23 bei 4,43, aber der Unterschied zu technisch reinem Titan beträgt 1,8 Prozent, und kein Teil sollte auf dieser Grundlage spezifiziert werden. Wählen Sie den Grade nach Festigkeit und Korrosion, und nehmen Sie dann die damit verbundene Dichte.
Gibt das Werkstoffzeugnis die Dichte an? Nein. ASTM B348 verlangt, dass der Bericht bescheinigt, dass das Material gemäß der Spezifikation hergestellt, geprüft, beprobt und getestet wurde, und die Ergebnisse der chemischen Analyse, der Zugversuche und der anderen erforderlichen Prüfungen angibt. Die Größe erscheint als Beschreibung des Artikels, nicht als gemessenes Ergebnis, und die Dichte erscheint nirgends: Sie ist eine Eigenschaft des Grades und nicht der Schmelze. Daher wird ein Gewichtswert aus der veröffentlichten Dichte des Grades berechnet und gegen die Maßtoleranz geprüft, nicht dem Zeugnis entnommen.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Die Dichten von 4,51 g/cm³ für Grade 1, 2, 7 und 12; 4,48 für Grade 9 und 4,43 für Grade 5 und Grade 23 sind die Konstanten, mit denen der Gewichtskalkulator von Beiyu Titanium arbeitet, und dieser Kalkulator ist die auf dieser gesamten Seite verwendete einzige Quelle. Wo ein individuelles Datenblatt zu einem Grade eine Dichte angibt, enthält es dieselbe Angabe: Die Datenblätter für Grade 2 und Grade 7 geben 4,51 an und die Datenblätter für Grade 5 und Grade 23 geben 4,43 an, wobei die beiden Legierungsdatenblätter ergänzen, dass Walzwerksbleche einen Bereich von 4,42 bis 4,47 angeben und das ASM Handbook zitieren. Die Datenblätter für Grade 1, Grade 9 und Grade 12 geben keine Dichte an, daher ist für diese Grades der Kalkulator die einzige Angabe auf der Website. Die Kilogramm-pro-Meter-Angaben sind Berechnungen aus diesen Dichten und der kreisförmigen Querschnittsfläche des angegebenen Durchmessers, keine gesondert veröffentlichten Werte. Der Vergleichswert von etwa 8,0 g/cm³ für Edelstahl und die daraus resultierende Einsparung von ungefähr 44 Prozent sind die Angaben auf unserer Seite zu Titan im Vergleich zu Edelstahl, und der Wert von etwa 2,7 g/cm³ für Aluminium ist der auf der Seite zu Titan im Vergleich zu Aluminium angegebene Wert. Die Zugfestigkeitswerte von etwa 895 MPa für Grade 5 und ungefähr 515 MPa für geglühten 316 Edelstahl stammen ebenfalls von der Vergleichsseite zu Edelstahl. Die Mehrgewichtszuweisungen sind die Gewichtsklauseln der beiden Spezifikationen: ASTM B348 besagt, dass das Versandgewicht eines Artikels in einer bestellten Größe und jeder Oberfläche das theoretische Gewicht um bis zu 10 Prozent überschreiten kann, während ASTM B265 seine Zulassung für Blech auf 10 Prozent über dem geschätzten Gewicht für fünf Bleche oder weniger oder Artikel von 200 lb (91 kg) oder weniger und 7,5 Prozent darüber festlegt, festhält, dass es für Blech keine Untertoleranz beim Gewicht gibt, weil Untergewicht durch die zulässigen Dickenschwankungen geregelt wird, zulässt, dass die Quadratfußzahl bei Blech in fallender Länge oder Walzwerksformat die Bestellung um bis zu 5 Prozent überschreitet, und die Zulassung für Band auf 10 Prozent über dem geschätzten Gewicht festlegt. Der oben beschriebene Zeugnisinhalt ist die Bescheinigungsklausel von ASTM B348.
Das Gewicht bei einer Bestellung richtig angeben
Wenn die Masse Teil der Entscheidung ist, bestimmen die Güte, die Form und die Fertigmaße sie, und die Berechnung folgt daraus. Senden Sie die Güte, die Produktform, die Nennmaße und die Länge oder Menge, und geben Sie an, auf welcher Gewichtsbasis Ihre eigene Angabe berechnet wurde, denn ein berechnetes Gewicht und ein Liefergewicht sind nicht dieselbe Zahl und die obigen Mehrgewichtszulassungen liegen zwischen ihnen. Beiyu Titanium liefert Titan in Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 und 23 als Stab, Platte, Blech, Rohr und Schmiedeteile nach ASTM- und AMS-Spezifikationen mit einem EN 10204 3.1 Abnahmeprüfzeugnis gemäß Bestellumfang.