Titanyum ve alüminyum, ağırlık azaltmak için seçilen hafif metallerdir; bu nedenle aynı havacılık, denizcilik ve yüksek performans uygulamalarında birbiriyle rekabet eder. Yan yana karşılaştırıldıklarında tercih dengesi açıktır: alüminyum daha hafif ve çok daha ucuzdur; titanyum çok daha dayanıklıdır, ısıya ve korozyona direnç gösterir ve yorulmaya dayanır. Bu sayfa ikisini ağırlık, dayanım, sıcaklık, korozyon, yorulma, maliyet ve imalat açısından karşılaştırır ve hangisinin ne zaman doğru seçim olduğunu gösterir.
Ağırlık ve yoğunluk
Salt ağırlık açısından alüminyum üstündür. Yoğunluğu yaklaşık 2,7 g/cm3 iken titanyumunki yaklaşık 4,5 g/cm3'tür; dolayısıyla alüminyum bir parça, aynı parçanın titanyum olanından yaklaşık yüzde 40 daha hafiftir. Tek hedef düşük yük ve düşük sıcaklıkta mümkün olan en hafif parçaysa alüminyumu geçmek zordur. Titanyumun yine de alüminyuma tercih edilmesinin nedeni, yoğunluğun tek başına konunun yalnızca yarısı olmasıdır; kalanını dayanım ve parçanın dayanması gereken koşullar belirler.
| Özellik | Titanyum | Alüminyum |
|---|---|---|
| Yoğunluk | Yaklaşık 4,5 g/cm3 | Yaklaşık 2,7 g/cm3; dolayısıyla alüminyum bir parça yaklaşık yüzde 40 daha hafiftir |
| Çekme dayanımı | Grade 5 (Ti-6Al-4V) yaklaşık 895 MPa değerine ulaşır | 6061-T6 için yaklaşık 310 MPa ve 7075-T6 için yaklaşık 572 MPa |
| Sıcaklık | Grade 5, alüminyumun aralığının çok üzerinde yapısal kullanım için uygun kalır | Yaklaşık 150 °C üzerinde hızla dayanım kaybeder ve bunun çok üzerinde yapısal metal olarak kullanılmaz |
| Korozyon | Açık farkla daha iyi performans gösterir; oksit filmi kaplama olmadan deniz suyuna, klorürlere ve çoğu kimyasala dayanır | Bu ortamlarda genellikle kaplama veya eloksal ile korunur |
Dayanım ve dayanım/ağırlık oranı
Titanyum çok daha dayanıklıdır. Grade 5 titanyum (Ti-6Al-4V) yaklaşık 895 MPa çekme dayanımına ulaşırken 6061-T6 alüminyum yaklaşık 310 MPa ve yüksek dayanımlı 7075-T6 yaklaşık 572 MPa değerine ulaşır. Dayanım/ağırlık oranında 7075 alüminyum ve Grade 5 titanyum birbirine yakındır; ancak belirli bir kesit için titanyum çok daha fazla mutlak yük taşır, böylece parçanın daha ince olup daha fazla kuvvete dayanmasını sağlar. Yükün yüksek olduğu veya kesitin küçük kalması gerektiği yerlerde titanyum, alüminyumun yapamadığını yapar.
Sıcaklık
Isı, aralarındaki farkı ortaya koyar. Alüminyum yaklaşık 150 °C üzerinde hızla dayanım kaybeder ve bunun çok üzerinde yapısal metal olarak kullanılmaz. Grade 5 titanyum, yaklaşık 400 °C ve üzerinde kullanılabilir dayanımını korur; bu nedenle titanyum, motor ve uçak gövdesinin sıcak çalışan bölgelerinde yer alırken alüminyum daha serin yapıda kalır. Sürekli ısıya maruz kalan her parça için dayanan metal titanyumdur.
Korozyon direnci
Titanyum, korozyon başarımı bakımından geniş bir farkla daha güçlü olandır. Oksit filmi, kaplama olmadan deniz suyuna, klorürlere ve çoğu kimyasala direnir. Alüminyum kendi oksidini oluşturur ve ılımlı koşullarda iyi sonuç verir; ancak deniz suyunda çukurcuk korozyonuna uğrar, alkali ve tuzlu ortamlarda korozyona uğrar ve açık hava ile deniz hizmeti için genellikle eloksal veya boya gerektirir. Korozif veya deniz ortamında titanyum, çıplak alüminyumun dayanamadığı yerde dayanır. Aynı korozyon durumu paslanmaz çelik için de geçerlidir, bkz. titanyum ve paslanmaz çelik karşılaştırması.
Yorulma ve rijitlik
Titanyum, çevrimsel yüklere daha iyi dayanır. Neredeyse süresiz çalışabileceği gerilme düzeyinin altında bir yorulma dayanım sınırı vardır; alüminyumun ise gerçek bir yorulma sınırı yoktur ve tekrarlanan yükleme altında çatlayana kadar hasar biriktirmeye devam eder. Titanyum ayrıca daha rijittir; elastisite modülü alüminyum için yaklaşık 69 GPa iken titanyum için 105 GPa civarındadır, dolayısıyla yük altında daha az sehim yapar. Yaylar, dönen parçalar, bağlantı elemanları ve milyonlarca kez esneyen her şey için titanyum, yorulma açısından daha güvenli seçimdir.
| Nokta | Kılavuzun belirttiği durum |
|---|---|
| Yorulma ve rijitlik | Titanyum çevrimsel yüklere daha iyi dayanır. Altında neredeyse süresiz çalışabileceği bir gerilme olan yorulma dayanım sınırına sahiptir; alüminyumun ise gerçek bir dayanım sınırı yoktur |
| Talaşlı imalat, şekillendirme ve maliyet | Alüminyumun satın alma maliyeti daha düşüktür ve talaşlı imalatı, ekstrüzyonu ve şekillendirilmesi çok daha ucuzdur; hızlı kesilir ve kolay şekillenir, bu da maliyet avantajının gerçek bir parçasıdır |
| Galvanik eşleşme | Titanyum ve alüminyum ıslak, iletken bir ortamda birleştirildiğinde titanyum daha soy metaldir ve korozyona uğrayan taraf alüminyum olur |
Talaşlı imalat, şekillendirme ve maliyet
Alüminyumun satın alınması daha ucuzdur; talaşlı imalatı, ekstrüzyonu ve şekillendirilmesi ise çok daha ucuzdur. Hızlı kesilir ve kolay şekillenir; bu, maliyet avantajının gerçek bir parçasıdır. Titanyum kilogram başına daha pahalıdır, tezgâhta daha yavaş işlenir, keskin takımlar ve iyi soğutma sıvısı gerektirir ve kaynak sırasında inert gaz korumasına ihtiyaç duyar. Ilımlı koşullarda maliyetin belirleyici olduğu bir parça için alüminyum ekonomik çözümdür. Titanyumun ek maliyeti ancak dayanım, ısı veya korozyon alüminyumu seçenek dışı bıraktığında karşılığını verir.
| Nokta | Kılavuzun belirttiği durum |
|---|---|
| Maliyeti belirleyen etken | Titanyumun kilogram başına maliyeti daha yüksektir, tezgahta daha yavaş işlenir, keskin takımlar ve iyi bir soğutma sıvısı gerektirir ve kaynak sırasında inert gaz koruması ister |
| Ek maliyetin karşılığını verdiği durumlar | Yalnızca dayanım, ısı veya korozyonun alüminyumu devre dışı bırakacağı durumlarda |
Titanyum ve alüminyumu birlikte kullanma: galvanik notlar
Titanyum ve alüminyum ıslak, iletken bir ortamda birleştirildiğinde titanyum daha soy metaldir ve alüminyum daha hızlı korozyona uğrayan parça olur. Titanyumun kendisi etkilenmez. Titanyumu alüminyuma cıvatalayan havacılık montajlarında, alüminyumun bu galvanik çiftte kendini tüketmemesi için sızdırmazlık malzemeleri, kaplamalar ve yalıtım kullanılır. İkisi aynı ıslak birleşimde tasarlandığında bu ayrıntıya dikkat etmek gerekir.
Hangisi seçilmeli
Parça maliyete duyarlıysa, serin çalışıyorsa, ılımlı koşullara maruz kalıyorsa ve amaç düşük yükte mümkün olan en hafif ağırlıksa alüminyumu seçiniz. Yük yüksekse, çalışma sıcaksa, ortam korozif veya denizel ise ya da yorulma parça için kritikse titanyumu seçiniz; bu durumlarda titanyum, dayanıklılığı ve ağırlığına göre daha fazla yük taşımasıyla yüksek fiyatının karşılığını verir. Birçok tasarım her ikisini de kullanır; alüminyumu serin, düşük yüklü yapıya, titanyumu ise ısı, yük, korozyon veya yorulmanın alüminyumu yetersiz bırakacağı yerlere yerleştirir.
| Seçiniz | Kılavuzun belirttiği durum |
|---|---|
| Alüminyum | Parça maliyete duyarlı olduğunda, düşük sıcaklıkta çalıştığında, hafif koşullara maruz kaldığında ve düşük yük altında mümkün olan en düşük ağırlık hedeflendiğinde |
Kaliteler yan yana
| Özellik | Ti Grade 2 (R50400) | Ti Grade 5 (R56400) | 6061-T6 alüminyum | 7075-T6 alüminyum |
|---|---|---|---|---|
| Çekme dayanımı (min/tipik) | 345 MPa | 895 MPa | ~310 MPa | ~572 MPa |
| Yoğunluk | 4,51 g/cm3 | 4,43 g/cm3 | 2,70 g/cm3 | 2,81 g/cm3 |
| Kullanılabilir sıcaklık | ~400 C değerine kadar | ~400 C+ değerine kadar | ~150 C üzerinde azalır | ~150 C üzerinde azalır |
| Deniz suyu korozyonu | direnç gösterir | direnç gösterir | çukurcuk korozyonuna uğrar, kaplama gerekir | çukurcuk korozyonuna uğrar, kaplama gerekir |
| kg başına göreli maliyet | daha yüksek | en yüksek | en düşük | düşük |
Sık sorulan sorular
Titanyum alüminyumdan daha dayanıklı mıdır? Evet, açık farkla. Grade 5 titanyumun çekme dayanımı, 6061-T6 alüminyumun yaklaşık üç katıdır ve 7075-T6'nın oldukça üzerindedir; ancak alüminyum parça başına daha hafiftir.
Titanyum alüminyumdan daha hafif midir? Hayır. Alüminyum, yoğunluk bakımından yaklaşık yüzde 40 daha hafiftir. Titanyum, salt ağırlıkta değil, yüksek yüklerde dayanım/ağırlık oranında üstündür.
Yüksek sıcaklık için hangisi daha iyidir? Titanyum. Alüminyum yaklaşık 150 °C üzerinde dayanım kaybederken Grade 5 titanyum yaklaşık 400 °C ve üzerinde kullanılabilirliğini korur.
Hangisi korozyona daha iyi direnç gösterir? Açıkça titanyum. Kaplamasız olarak deniz suyuna ve klorürlere dayanır; alüminyum ise genellikle anodizasyon veya boya gerektirir ve yine de deniz uygulamalarında çukurcuk korozyonuna uğrar.
Titanyum neden alüminyumdan daha pahalıdır? Titanyumun elde edilmesi, ergitilmesi, talaşlı imalatı ve kaynaklanması daha zordur. Maliyet; dayanım, ısı direnci, korozyon ömrü ve yorulma performansıyla karşılığını verir.
Titanyum alüminyuma cıvatalanabilir mi? Evet, ancak ıslak çalışma koşullarında alüminyum daha az soy metal olarak korozyona uğrar; bu nedenle birleşimde yalıtım, sızdırmazlık malzemesi veya kaplama gerekir.
Beiyu Titanium, Shaanxi eyaletinin Baoji kentinde üretim desteğine sahip Jiaxing Beiyu New Materials Technology Co., Ltd. şirketinin uluslararası titanyum ihracat markasıdır. Titanyum mühendislik açısından daha iyi bir seçenek olduğunda, yalnızca alaşım adıyla değil, gerekli ürün formuyla başlayınız. Beiyu ürünlerini inceleyiniz titanyum malzeme yelpazesi, ardından kaliteyi, geçerli ASTM veya AMS standardını, boyutları, miktarı, durumu, uygulamayı ve gerekli muayene belgesi kapsamını [email protected] adresine gönderiniz. Kalite seçimi için kullanınız titanyum kaliteleri karşılaştırma rehberi, Grade 5 sayfası ve Grade 2 sayfası. EN 10204 3.1 belgelendirmesi veya döküm numarası ile izlenebilirlik gerekiyorsa, sipariş onayından önce sağlanabilecek kapsamın teyit edilebilmesi için istenen sonuçları ve izlenebilirlik alanlarını belirtiniz.
İki malzemenin kâğıt üzerinde karşılaştırılabilir olmaktan çıktığı nokta
Ağırlık ve dayanım karşılaştırmasını yayımlamak kolay, buna dayanarak sipariş vermek zordur. Bir alüminyum parça titanyum olarak yeniden çizildiği anda kabul esası değişir ve çubuğun teslim edildiği hâliyle işlenip işlenemeyeceğini belirleyen alanlar, karşılaştırmada ele alınan alanlar değildir.
| Malzeme seçiminin belirledikleri | Hâlâ siparişin belirledikleri |
|---|---|
| Yoğunluk, rijitlik ve korozyon davranışı | Sınıf veya değer olarak çap toleransı |
| Hangi kalitenin kullanım koşullarına uygun olduğu | Geçerli olduğu ölçüm uzunluğuyla birlikte doğrusallık |
| Geçerli ürün standardı | Teslim durumundan ayrı olarak belirtilen yüzey durumu |
| Asgari mekanik özellikler | Muayene kapsamı ve kabul sınıfı |
Beiyu tarafından hassas taşlanmış çubuk üretim yolu hakkında yayımlananlar
Alüminyumdan dönüştürülen parçalarda girdi genellikle küçük çaplı çubuktur; bu nedenle o rotada yayımlanan değerler, bir talaşlı imalat teklifinin dayandığı değerlerdir. Bu değerler, belgelenmiş puntasız taşlama rotasını 3,175 mm ila 25,4 mm çap aralığında kapsar ve bir stok beyanı değil, siparişin karşısında değerlendirildiği bir üretim kabiliyetidir.
| Alan | Yayımlanmış değer |
|---|---|
| Çap toleransı | ±0,0127 mm (±0,0005 in), talep üzerine ±0,0076 mm değerine daraltılır |
| Doğrusallık | Metre başına 0,5 mm ve 25 mm değerine kadar olan çaplarda metre başına 0,3 mm |
| Muayene | Ultrasonik, girdap akımı, optik yüzey, lazer çap ve doğrusallık kontrolleri, her biri partinin yüzde 100 kısmına uygulanır |
| Sertifika | Döküm numarası ile izlenebilirlik sağlayan EN 10204 3.1 muayene sertifikası |
Bu kontroller teklif edilen hassas üretim programına aittir ve 1 mm ile 500 mm arasındaki tüm yuvarlak çubuk aralığına uygulanmaz.
Bu karşılaştırmanın arkasındaki mutlak değerler, titanyum kalitesine göre yoğunluk ve boyuta göre metre başına ağırlık için bakınız titanyum ağır mı.
Kaynaklarıyla şartname ayrıntıları
Titanyum seçenekleri, alüminyumla karşılaştırmalı olarak genellikle teklif edilen iki kaliteden daha geniştir. ASTM B265 hidrolik borularda kullanılan, soğuk şekillendirilebilir ara alaşım olan tavlanmış Grade 9, Ti-3Al-2.5V için minimum 620 MPa çekme dayanımı ve minimum 483 MPa akma dayanımı listeler; bu alaşım dayanım bakımından ticari saf metal ile Ti-6Al-4V arasında yer alırken ikincisinden daha kolay şekillenir. Aynı standart, Grade 2 için yüzde 20 ve Grade 5 için yüzde 10 minimum kopma uzaması belirler; sünek bir alüminyum temperinden dönüştürülen bir tasarımda bu değerleri kontrol etmek yararlıdır.
| Kalite | Rehberin ASTM B265 standardından aktardığı minimum değerler |
|---|---|
| Grade 9, Ti-3Al-2.5V, tavlanmış | 620 MPa çekme ve 483 MPa akma dayanımı; hidrolik borularda kullanılan, soğuk şekillendirilebilir ara alaşım |
| Grade 2 | Minimum yüzde 20 kopma uzaması |
| Grade 5 | Minimum yüzde 10 kopma uzaması |
Ergime davranışı, sıcaklık karşılaştırmasını el kitabı değerlerine dayandırır. ASM Handbook Volume 2, saf alüminyumun ergime noktası için 660 C ve 6061 için yaklaşık 582 ila 652 C ergime aralığı verirken alaşımsız titanyum için yaklaşık 1668 C verir; dolayısıyla ortak bir çalışma sıcaklığında titanyum, ergime noktasından çok daha uzakta çalışır. Şartname tarafında, havacılık Ti-6Al-4V sacı tavlanmış durumda SAE AMS 4911 standardına göre sipariş edilirken yapısal alüminyumun sipariş standardı ASTM B209 sac ve plaka için ve ASTM B221 ekstrüzyon ürünleri için, her birinde tempere özgü özellik tablolarıyla.