какой металл легче алюминий или титан
Как отличить титан от нержавеющей стали и алюминия
Отличить титан от нержавеющей стали аустенитного класса или алюминия довольно сложно. Особенно если у вас имеется один образец и сравнивать не с чем. Все три металла являются парамагнетиками и не реагируют на магнит, имеют серебристый цвет и похожий удельный вес. Но есть несколько простых и проверенных способов отличить титан от легированной стали и алюминия в домашних условиях без специального оборудования.
Доступный и простой способ — поцарапать металлом стекло
Если коротко
Пояснение, детали
Метод основан на способности титана оставлять характерные темные следы на поверхности стекла и кафельной плитки. При этом металл не царапает стекло, а именно рисует на его поверхности. Смыть такой след можно только раствором плавиковой кислоты (HF). А нержавеющая сталь может поцарапать стекло, но темного следа не оставит. Алюминий вообще не способен нанести никаких повреждений.
Отличить титан по искре
Если коротко
Пояснение, детали
Во время обработки титана на точильном станке или при резком продольном трении по абразивной поверхности точильного камня контакт металла сопровождается россыпью искр ярко-белого цвета. При отсутствии абразива можно использовать мелкий напильник или даже простой бетон, хотя эффект будет меньшим.
Искры от нержавеющей стали имеют желтый и красный оттенок. Их вылетает намного меньше, а на бетоне и напильнике не будет совсем. Некоторые сорта нержавеющих сталей были разработаны, как пожаробезопасные. Искрообразование во время обработки таких металлов невозможно технологически. При трении алюминия по образивной поверхности искры не выделяются, но могут оставаться характерные серебристые следы на поверхности.
Такой тест на возможность образования искр наиболее популярный и простой, поскольку цвет действительно отличается очень сильно, а их полное отсутствие сразу говорит о том, что этот металл не титан.
После того, как вы определите какой именно металл перед вами вы можете сдать его по выгодной цене:
Проверка на гальваническую реакцию
Для проведения этого теста потребуется источник постоянного тока с напряжением около 12 В. Это может быть автомобильный аккумулятор или преобразующий трансформатор. Соедините через провод плюс батареи с исследуемым образцом, а минус с металлическим стержнем, на конце которого намотана вата, марля или кусок хлопчатобумажной ткани. Намочите вату слабым раствором соляной кислоты или обычной кока-колой.
Если это титан, то при прикосновении к металлу его поверхность будет окрашиваться в результате образования оксидной пленки. Цветовой оттенок зависит от величины напряжения, концентрации кислоты в растворе и времени воздействия. Нержавеющие сплавы и алюминий данной реакции не подвержены.
Сравнение удельного веса — способ, требующий точных измерений
Всем известно, что алюминий это самый легкий из этих трех металлов, а сталь самая тяжелая. Но как определить, если у вас один образец и сравнивать не с чем? Это можно сделать путем измерений и вычисления плотности или удельного веса материала, который примерно составляет:
Этот способ определения требует наличия точных весов и емкости для погружения образца в воду.
После взвешивания металла необходимо определить его объем. Проще всего воспользоваться для этого, известным со школы законом Архимеда, погрузив образец в жидкость. Изменение уровня воды покажет искомую величину.
Это более сложный и длительный вариант определения и поэтому используют его очень редко. Но он тоже дает результаты и должен рассматриваться.
Специфические способы определить титан
В отдельных случаях определение металла можно произвести простыми и весьма оригинальными способами:
Насколько надежны эти методы?
Приведенные методы достаточно надежные и часто используюстся специалистами по приему металлолома. Однако стоит учитывать, что точное определение химического состава сплава, особенно при наличии примесей, может быть выполнена только с использованием специального оборудования.
Он вдвое легче, но и вдвое прочнее железа, в 6 раз прочнее алюминия
В земной коре его много -0,63%.
Ему нипочем океанские глубины, межпланетный вакуум, сверхнизкие температуры космического пространства, жар аэродинамического нагрева.
Титан можно обрабатывать давлением и резанием, сваривать в среде аргона. изготавливать детали литьем, обработка резанием его затруднена.
Титан имеет очень высокую удельную прочность.
* 
Широкое применение титана сдерживается его высокой стоимостью, которая обусловлена сложностью извлечения его из руд.
Поставляется титан в виде листов, труб, прутков, поковок, штамповок.
Технический титан изготавливается 3-х марок:
* ВТ1-00 ( 99,53% Т )
* ВТ1-0 ( 99,48% Т )
* ВТ1-1 ( 99,44% Т )
Вредными примесями для титана являются : азот, углерод, кислород и водород, они снижают пластичность и свариваемость, повышают твердость, ухудшают сопротивление коррозии.
Технический титан имеет: σ = 300-500 МПА
δ= 20-30%
Чем больше примесей,тем больше прочность и меньше пластичность титана.
Сплавы на основе титана
Для получения сплавов титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, железом, ниобием и др.
Удельная прочность титановых сплавов выше, чем у легированных сталей.
Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуры полиморфного превращения титана.
Все промышленные сплавы титана содержат алюминий.
Титан и его сплавы
В соответствии со структурой различают следующие сплавы титана:
ВТ6( 6% алюминия, 4% ванадия) σв =900-1070Мпа δ =6-9%
σв = 800-900 Мпа δ =6-15%
Термическая обработка титановых сплавов
Титановые сплавы в зависимости от состава и назначения можно подвергать:
* альфа +бетта сплавы титанамогут быть упрочнены закалкой с последующим старением. при быстром охлаждении протекает сдвиговое мартенситное превращение. мартенсит здесь- пересыщенный твердый раствор легирующего элемента в альфа-титане. Температура закалки 750-950 °
Для увеличения износостойкости сплавы титана азотируют.
Применение титановых сплавов
Титановые сплавы как высокопрочные конструкционные материалы широко применяют с следующих областях:
* Криогенной технике
Применяют и биметаллы сталь- титан
Магний и его сплавы
Магний также, как и алюминий и титан относится к материалам с малой плотностью.
* Легкая воспламеняемость магния способствовала тому, что многие считают, что изделия из магния опасны в пожарном отношении. Это не так.
Магний и его сплавы
Литой магний имеет σв =120Мпа δ =5% 30НВ
Деформированный σв = 250 Мпа δ=10% 50НВ
Технический магний выпускается 3-х марок:
* МГ90 ( 99,9% магния)
* МГ95 (99,95 %)
* МГ96 (99,96%)
Магний может быть использован в химической промышленности, в металлургии как раскислитель, легирующий элемент и т.п.
Как конструкционный материал чистый магний не применяется, а для этой цели используются сплавы магния
Сплавы магния
Достоинством магниевых сплавов является их высокая удельная прочность. σв = 250-400 Мпа. По степени прочности на единицу своего веса они превосходят легированные стали и композиции на основе алюминия, уступая в этом лишь титановым сплавам
Поэтому сплавы магния употребляются для изготовления наиболее металлоемких деталей двигателя, корпуса компрессоров, коробок скоростей, корпуса приборов. В самолетах типа Ту154 насчитывается более 2-х тонн деталей из магниевых сплавов.
Магниевые сплавы очень хорошо поглощают вибрацию
Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз выше, чем у лучших алюминиевых сплавов, в 20 раз лучше, чем у алюминиевых сплавов
Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием
Они обладают высокой хладностойкостью. От внезапного похолодания внезапно разрушаются многие конструкции- мосты. магистральные трубопроводы. суда. при морозе сталь делается хрупкой, хладноломкой.
Основным легирующим элементом в магниевых сплавах является алюминий ( до 10%) затем цинк (5-6%), марганец (до 2,5%)
По технологическому признаку сплавы магния можно разделить на 2 группы:
* —деформированные –МД
Сплавы, имеющие гексагональную решетку низкопластичны, поэтому ОМД ведут при повышенных температурах.
Химический состав их близок к литейным.
МА1 имеет σв =210Мпа
Лекция 16
«НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»
Представьте, что из окружающего нас мира исчезли бы пластмассы.
О значении пластмасс в развитии материального производства красноречиво говорит тот факт, что уже в 60-е годы мировой объем производства пластмасс значительно превысил выпуск цветных металлов.
Сейчас пластмассы не просто с успехом заменяют многие металлы, но и сами стали незаменимыми материалами во многих самых различных отраслях техники, пищевой промышленности, строительстве. сельском хозяйстве и т.п.
Есть ли металлы легче алюминия?
Развитие производства полимерных и композиционных материалов отнюдь не отодвигает легкие металлы на второй план. Объем их производства продолжает расти, особенно это относится к алюминию и его сплавам. Но есть и «более другие» легкие металлы и сплавы.
Самые легкие — все щелочные металлы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Но в промышленности из них в качестве легкого материала применяют только литий, да и то в сплавах.
Литий — самый легкий из металлов, он почти вдвое легче воды. Но, к сожалению, в чистом виде применить его в качестве конструкционного материала невозможно — он слишком активен, вступает во взаимодействие и с водой, и с воздухом. А вот в сплавах, например, с алюминием, — пожалуйста.
Современные алюмо-литиевые сплавы по многим параметрам превосходят традиционные сплавы, и в ряде случаев конкурируют с пластмассами, упрочненными волокнами. Необходимую вязкость таких сплавов обеспечивают введением в них легирующих элементов — марганца, циркония и меди, соответствующей технологией изготовления материала, приводящей к образованию мелкозернистой структуры, а также применением термомеханической обработки, влияющей на равномерность выделения дисперсных фаз.
Благодаря этому достигают необходимой комбинации прочности и вязкости, что при малой плотности и высокой жесткости позволяет рассматривать алюмо-литиевые сплавы как наиболее перспективный материал для легких конструкций.
Алюмо-литиевые сплавы интересны для авиакосмической промышленности. Это вызвано тем, что добавка лития одновременно повышает модуль упругости и понижает плотность сплава, тем самым способствуя уменьшению массы конструкций.
Из щелочноземельных металлов в конструкционных материалах используют только магний и бериллий. Кальций и стронций, несмотря на то, что они легче алюминия, практически не используют.
Сплавы магния многочисленны и делятся на две группы: литейные и деформируемые.
Благодаря низкой плотности и высокой удельной прочности их используют в авиакосмической технике в качестве конструкционных материалов. Магний придает им легкость — магниевые сплавы на треть легче алюминия.
Около пятой части выплавляемого магния используют в автомобилестроении.
Магний предпочтителен и при изготовлении композитов с металлической матрицей. Расплавленный алюминий, например, реагирует с армирующими волокнами карбида кремния, образуя карбид алюминия. Магний в отношении этих волокон инертен.
Бериллий одновременно относится и к легким, и к редким металлам, а следовательно, и к дорогим. Но основной недостаток этого металла, препятствующий его применению в технике, — высокая токсичность.
Еще один отрицательный фактор — хрупкость бериллия. Однако плюсов у него значительно больше.
Бериллий — один из наиболее легких металлов. Он в 1,5 раза легче алюминия и в 4 раза легче нержавеющей стали. По модулю упругости он превосходит и сталь, и титан, и алюминий. Важно, что его прочностные свойства не утрачиваются вплоть до температуры 800 градусов.
Несмотря на высокую стоимость и токсичность, бериллий используют там, где он незаменим. Так, в США из него были изготовлены панели серии космических кораблей «Аджена», части антенны на спутнике связи «Тэксэт-1» и отражатель ядерного ракетного двигателя «Нерва-1».
Алюминий находится в третьей группе элементов. Других металлов легче алюминия в этой группе нет. В четвертой группе легче алюминия только кремний. Но значение его столь велико, что он заслуживает отдельной статьи.
Подведем итоги. Металлов легче алюминия много, больше десятка. Но не все из них, увы, могут его заменить или дополнить.
Каждый узел, каждая деталь самолета должны с гарантией выдерживать определенную нагрузку, быть достаточно прочными для этого. Есть поговорка: «Где тонко, там и рвется», то есть, говоря иначе, заданная прочность обеспечивается определенной массой материала. Титан несколько тяжелее алюминия, но он и гораздо прочнее его, и для тех же деталей самолета титана требуется меньше, чем алюминия, стало быть, конструкция становится легче.
Благодаря использованию титана взамен алюминия массу самолета удается уменьшить на 20—25 процентов. А это чрезвычайно важно. Облегчить самолет — значит повысить его скорость, потолок и радиус действия, увеличить маневренность и грузоподъемность. Поэтому авиация заинтересована в использовании титана при изготовлении реактивных двигателей, кожухов камер сгорания, капотов, роторов турбин, деталей планера, колес — везде, где только возможно, вплоть до таких несложных изделий, как гайки и болты.
Подсчитано, что если при утяжелении конструкции масса самолета повышается всего на одну десятую, то чтобы сохранить неизменными все его прежние летные характеристики, необходимо настолько увеличить мощность двигателя, запас горючего, площадь крыла и т.п., что полетная масса самолета возрастает вдвое.
Каждый сэкономленный килограмм массы двигателя позволяет сберечь за счет облегчения фюзеляжа до десяти килограммов в общей массе самолета. Отсюда становится еще более понятным, как много значит каждый дополнительный килограмм массы, на который удается облегчить самолет благодаря применению титановых сплавов. В результате замены стали и алюминия титаном масса самолета снижается на сотни килограммов, а нередко и тонны. Крыло сверхзвукового военного самолета, целиком изготовленное из стали, имеет массу более двух тонн, титановое же крыло — чуть больше 1800 килограммов. В этом случае экономится 200—250 килограммов массы.
В самолетах применяется большое количество болтов, гаек, винтов, заклепок и других крепежных деталей, которые должны быть очень прочными и надежными. Казалось бы, что эти изделия незначительно утяжеляют конструкцию, так как масса каждого из них исчисляется граммами. Но если учесть, что число крепежных деталей в истребителе достигает 20 тысяч, а в транспортном реактивном самолете — почти 50 тысяч, то суммарная их масса составляет солидную цифру — около 100 килограммов в истребителе и 300 килограммов в транспортном самолете. Замена стали титаном уменьшает массу крепежных деталей на одну треть. Чем крупнее самолет, тем ощутимее замена. В гигантском военно-транспортном самолете США ”Локхид С-5А” благодаря использованию титановых заклепок взамен алюминиевых сэкономлено 3,5 тонны массы.
Большая, чем у алюминия, прочность титана позволила уменьшить диаметр заклепок, в результате чего конструкции самолета в состоянии нести более высокие динамические нагрузки, так как усталостная прочность титана выше, чем алюминия или стали.
Титановые сплавы применяют для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов, элементов жесткости, лонжеронов. Замена титаном алюминиевых сплавов несколько снижает жесткость конструкции, так как применяют листы более тонкие, чем прежде. Чтобы сохранить высокую жесткость, используют «сотовые” титановые панели. Благодаря высокой сопротивляемости окислению и достаточной жаропрочности титан используют вместо стали для изготовления противопожарных перегородок.
В последнее время титан успешно применяют в конструкциях вертолетов. Из титановых сплавов изготовляют двери, пол, лопасти несущих винтов. В частности, обшивка титаном лопастей винтов позволяет снизить массу вертолета на 30 килограммов.
Читайте также
Алюминий
Алюминий Большое распространение в домашних слесарных мастерских получил алюминий (удельный вес 2,7 г/см2) и большинство его сплавов. О таких свойствах алюминия, как мягкость, легкость, довольно хорошая устойчивость к коррозии (благодаря тонкой серой защитной пленке,
44. Алюминий; влияние примесей на свойства алюминия; деформируемые и литейные алюминиевые сплавы
44. Алюминий; влияние примесей на свойства алюминия; деформируемые и литейные алюминиевые сплавы Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло– и электропроводность, хорошая коррозийная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной
Мифы о титане
Несколько мифов о титане
Отвечаю на самые распространённные высказывания-заблуждения относительно титата и изделий из него.
1. Титан — самый прочный и твердый материал.
Ничего подобного, самый прочный и твердый материал в мире — алмаз. Из распространенных жёстких материалов — очень твёрд карбид вольфрама и многие вольфрамо-молибдено-содержащие сплавы. Это — холодные и тяжелые материалы, практически не поддаются мехобработке точением и фрезерованием и для них применяются ещё более сложные и современные технологии обработки. Собственно говоря, подавляющее большинство самого крепкого металлорежущего инструмента изготавливается из разновидностей комбинаций вольфрама с другими твёрдыми элементами, в том числе инструмента для обработки титана. Вольфрамосодержащие сплавы относятся к твердосплавным материалам. Для изготовления ювелирки практически не применяются, лишь изредка, т.к. для изготовления сложных изделий из вольфрамосодержащих материалов требуются слишком огромные производственные мощности, оправданные только в машиностроении и металлопроизводстве, где такая ювелирка считается не слишком крутым бонусом к основному виду деятельности. Ниже — схема замера твёрдости интендером твердомера, в различных единицах.
2. Титан не царапается.
Царапается, еще как. Правда, различия в царапучести марок — достаточно выраженные и заметны даже простым глазом. На этот параметр влияет химический состав сплава и тип пост-обработки заготовки. Титаны топовых марок, изделия из которых служат во всей своей красе долго, стоят дорого и достать их чрезвычайно трудно. А дешевые марки лежат в продаже на любом складе металлобазы и стоят копейки, но изделия из них выходят и дешевые, но качеством блистать не будут. Однако, стоит отметить, что драгоценные металлы царапаются сильнее минимум вдвое, чем самая дешманская марка титана. Какой-то тип титанового сплава поцарапать легко, какой-то сложнее, какой-то ещё сложнее. В любом случае те, кто утверждают, что титан не царапается — врут. Однако, для улучшения твёрдости поверхности можно наносить на изделия спецпокрытия, которые значительно повысят износостойкость. Картинка «зацарапанной поверхности» прилагается.
3. Титан абсолютно биосовместим.
Почти правда. Однако, всего лишь почти. Существует несколько био-несовместимых (точнее, аллергенных) марок, содержащие вредные примеси (но эти марки достаточно редки и врядли мастеру попадутся именно они, но чем чёрт не шутит), также подобные примеси, вызывающие аллергию, некрозы или как минимум, неприятные ощущения могут встречаться и в дешевых марках из-за заниженного контроля качества состава на производстве («Зачем ведь, спрашивается, проверять эти образцы на биосовместимость, заморачиваться с идеальной очисткой, когда мы собираемся делать из них корпус для термостата космической станции, который к тому же будет находиться снаружи корабля?»). Поэтому перед изготовлением ювелирки и бижутерии порядочный мастер-ювелир всегда отнесёт образец материала на хим.анализ, и только потом предложит клиенту. Ниже- красивая картинка зубного импланта.
4. Изделия из титана должны стоить дешево, ведь титан — очень дешевый материал.
Самое распространённое заблуждение! Титан по сравннию с драгоценными металлами, конечно, стоит недорого, однако:
а) Есть очень большие проблемы в приобретении хороших марок в небольшом количестве, т.к. такой титан продаётся только большими промышленными партиями, а то и вообще не продаётся — дай-то Бог, чтобы вы смогли купить какой-нибудь обрезок из остатков «с барского стола» космической и военной промышленности, авось и повезёт. Самый дорогой титан в мире стоит около 1500 долларов за килограмм, самый дешёвый — около 1500 рублей за килограмм (по данным на 2019 год)
б) Самую большую часть стоимости изделий составляет именно обработка титана, так как она требует наличия уникального дорогостоящего инструмента и большого количества времени, а время — ресурс невосполняемый. Тем более, чем лучше титан, тем дороже инструмент и больше времени уходит на изготовление при соблюдении технологии изготовления изделий. Чтобы сделать качественно, с соблюдением всех допусков и параметров, технологию нарушать нельзя, иначе — брак и впустую потраченный материал. Ведь можно сделать хорошо, и тогда, изделие никак не будет дешёвым, а можно сделать как попало, без претензий на точность, ну или чтобы только создать иллюзию качества. А закрепка камней в титан — отдельная статья геморроя мастера, как выяснилось, разные марки титана требуют разного подхода к закрепке различных вставок, всё не так просто с ним — капризен, пружинит, и требует не совсем ювелирного (а более крутого) и дорогого инструмента при вставке и закрепке. Ниже — видео захватывающей работы пятикоординатного токарно-фрезерного станка — это одна из топовых технологий обработки металла, в том числе и титана. Использование подобных технологий для изготовления ювелирных изделий ну никак не может стоить дёшево. Смотрите.
Запомните, в производстве есть три волшебных слова, три составляющие, позволяющие комбинировать друг друга в различных позициях, однако всегда, всегда одно из слов будет лишним. Это «быстро», «качественно» и «недорого».
5. Чистый титан лучше всего.
Смотря для каких целей и задач. Относительно чистый титан российского и зарубежного реестра стоит дёшево, однако обладает прочностью и твердостью немногим выше золота и серебра, а низкий уровень этих параметров даст зацарапать идеально выведенную поверхность в течении первого дня эксплуатации. Если уж сильные претензии к чистоте материала и предъявляются, то существуют иодидный и аффинированные титаны, однако вы не обрадуетесь цене на них. Ну, а самый распространённый относительно чистый и «простенький» титан применяется, в основном для удешевления бижутерной продукциии, не претендующей на качество поверхности, при создании очень сложных геометрических форм, или в случае использования его в технологии литья или какой-либо другой, не слишком дорогостоящей технологии обработки.
Касательно преимуществ и уникальности титановых сплавов, то стоит однозначно отметить их стойкость к коррозии (какие-то больше, какие-то меньше, но в бьтовых средах титан, как правило, не корродирует), при их лёгкости, высокой прочности, относительно высокой, а иногда и очень высокой твердости и практически абсолютной биосовместимости (см. выше). Титан не темнеет, не тускнеет со временем, не окисляется в агрессивных моющих химикалиях, а хорошо изготовленные изделия из качественного титана выглядят великолепно, некоторые из них — действительно плохо царапаются и долго служат своим превосходным внешним видом.