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チタン VS アルミニウム、CNC 加工プロジェクト用
軽量かつ高強度の素材を選ぶとき CNC加工 プロジェクトでは、チタンとアルミニウムが最初に頭に浮かぶはずです。 同じことが言えます。チタンとアルミニウムの両方が優れた強度対重量比を持ち、腐食や熱に耐性があり、さまざまな業界のカスタム パーツやプロトタイプに非常に用途が広いことが証明されています。 チタンとアルミニウムの違いを総合的に比較します。
チタンとは？
チタン 銀色の光沢、高強度、優れた熱伝導率、優れた耐食性を備えた、強力で軽量な金属材料です。 残念ながら、チタンは精製が難しく、CNC フライス加工、CNC ターン加工が難しいため、他の多くの金属よりも高価です。 チタンは通常の軟鋼よりも強く、弱いアルミニウム合金の 45 倍の強度がありますが、重さは軟鋼より 60% 軽く、アルミニウムよりも 1668% 重くなっています。 チタンは強度が高いため、単位強度あたりのチタンの必要量が少なくなります。 チタンの融点は 147℃、原子半径は XNUMX ミクロンです。 鉄、バナジウム、モリブデンなどの金属との合金化能が強い。 また、チタンは非磁性で非毒性であり、電気の伝導性が低く、熱膨張率が低いです。 高い生体適合性もチタンの際立った特徴であり、膝関節置換術、ペースメーカー、頭蓋骨プレート、歯科インプラントなどの医療機器の優れた材料となります。 さらに、チタンは高度な耐食性を備えているため、化学および船舶用途で広く使用されています。
ほとんどの場合、チタンはチタン合金の形でさまざまな分野で使用されています。 チタン合金は、チタンと他の化学元素の混合物を含む金属です。 このチタン合金は、非常に高い引張強度、靭性、軽量、優れた耐食性、極端な温度に耐える能力を備えています。
グレード 2 チタン合金
グレード 2 チタン合金。 グレード 2 のチタン合金は、優れた冷間成形性、溶接性を備え、酸化および腐食に対する優れた耐性を備えています。 グレード 2 のチタン合金は、航空宇宙、自動車、化学処理、塩素酸塩の製造、淡水化などを含む多くの用途に適しています。
グレード 5 - Ti-6Al-4V。
グレード 5 – Ti-6Al-4V。 グレード 5 は最も一般的に使用されているチタン合金で、世界のチタン消費量の 50% 以上を占めています。 アルミニウム6%、バナジウム4%、鉄0.25%(最大)、酸素0.2%(最大)、チタン約90%の組成からなるα+β合金です。 Ti-6Al-4Vは熱処理が可能なため、強度、耐食性、溶接性、機械加工性が市販の純チタン（グレード1～4）よりも優れており、摂氏400度の環境で適用できます。 Ti-6Al-4V は、航空機タービン、エンジン部品、航空機構造部品、航空宇宙用ファスナー、高性能自動化部品、船舶など、さまざまな分野で広く使用されています。
アルミニウムとは何ですか？
アルミニウムは、信頼性が高く、強く、非磁性で延性のある軽量金属であり、優れた重量対強度比、優れた耐食性、および高い破壊靭性を備えています。 アルミニウムは外部環境にさらされ、表面に酸化アルミニウムの薄い層を形成してさらなる腐食を防ぐため、銀白色の外観をしています。 アルミニウムは安価で CNC 加工が容易な金属材料であり、酸性環境には自然に耐性があり、アルカリ性環境では容易に腐食します。 アルミニウムは地球全体でチタンよりも豊富で、浄化しやすいため、経済的な選択です。
アルミニウムは熱伝導率が非常に高く、ステンレス鋼の 660 倍であり、無毒です。 融点は摂氏9度で、調理器具に最適です。 通常、アルミニウム合金の形でさまざまな分野で広く使用されており、その合金元素は Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn に限定されません。 合金元素の比率に応じて、アルミニウム合金は 1 つのシリーズ (Al9xxx から AlXNUMXxxx) に分類されます。
1xxx: 合金元素なし
2xxx: 銅
3xxx: マンガン
4xxx: シリコン
5xxx: マグネシウム
6xxx: マグネシウムとシリコン
7xxx: 亜鉛、マグネシウム、銅
8xxx: 他のシリーズでカバーされていないその他の要素
アルミニウム合金は、航空機の胴体、エンジン、自動車のホイール、ラジエーター、シリンダー ブロック、クランクシャフト、その他の部品など、航空宇宙、自動車、建設、食品加工、包装、電気および電子分野で広く使用されています。
チタンとアルミニウムの違い
チタン合金とアルミニウム合金の違いを包括的に比較し、チタンとアルミニウムの違いを見つけてください。CNC 加工プロジェクトに最適な材料をより簡単に選択できます。
元素組成。合金元素の組成は非常に重要であり、耐食性、耐高温性、重量など、チタンまたはアルミニウム合金の特定の特性に影響を与えます。チタン合金の他の元素には、窒素、水素、酸素、炭素、鉄、およびニッケルが含まれます。とりわけ、0.013 ～ 0.5% の量で。 アルミニウム合金の他の元素には、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、マンガン、銅、鉄、チタン、クロム、ジルコニウムなどが含まれる。
耐腐食性。チタンもアルミニウムも耐食性に優れていますが、チタンは不活性であるため、一般的にチタンはアルミニウムよりも耐食性が高いと考えられています。 チタンは生体適合性も高く、医療業界でより多くの用途があります。 また、海水中でのチタンの耐食性は印象的で、海洋産業でも非常に人気があります。 一方、アルミニウム合金の表面には酸化皮膜の層が形成されるため、腐食性物質と化学的に反応することは容易ではありませんが、環境中の化学物質、温度、その他の要因にも依存します。 CNC 機械加工プロジェクトで耐腐食性を第一に考慮する場合、チタンは理想的な選択肢です。
通常、電気を通す基準は銅で、導電率は100％です。 チタンの伝導率は銅の 3.1% であるため、チタンは電気の良導体ではありませんが、抵抗器の製造に使用できます。 アルミニウムの導電率は銅の 64% であるため、アルミニウムは電気の優れた導体です。 アルミニウムは、CNC 加工プロジェクトで導電率が最大の関心事である場合に最適です。
熱伝導率。材料の熱伝導率は、熱を放散する部品やプロトタイプを作成するために非常に重要です。 チタンの熱伝導率は 118 BTU-in/hr-ft²-°Fm (17.0 W/mK) で、アルミニウムの熱伝導率は 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK) の XNUMX 倍です。 . これが、ラジエーター、熱交換器、キッチン家電の製造にアルミニウムがよく使用される理由です。
融点。金属が固体から液体に変化する温度を融点といいます。 融点では、金属は固体と液体の平衡状態に属します。 融点が低い金属は、通常、射出成形または押出し成形が容易です。 チタンの融点は 1650 ～ 1670 °C で、非常に高温です。 一方、アルミニウムの融点は 660.37 °C です。 CNC 機械加工プロジェクトで耐熱性が最大の関心事である場合、チタンは理想的な素材です。
材料の硬さは一般的にブリネル硬さの値で表され、チタンのブリネル硬さは 70 HB、純アルミニウムのブリネル硬さは 15 HB ですが、7075 や 6082 などの一部のアルミニウム合金の硬さはそれよりも高くなります。チタン製。 チタンは表面に非常に硬い酸化チタン層を形成し、硬度が主な要因である CNC 機械加工プロジェクトに最適です。
チタンの密度は 4500 kg/m 3 であるのに対し、アルミニウムの密度は 2712 kg/m 3 であるため、単位体積あたり、チタンはアルミニウムより 60% 重いことになります。 同じ体力の下では、チタンの使用量は少なくなります。 強度と重量の比率が CNC 機械加工プロジェクトの主な考慮事項である場合は、アルミニウムよりもチタンが適しています。 軽量化を第一に考える場合は、アルミニウムが適しています。
チタンとアルミニウムはどちらも非常に耐久性があり、長期間使用できます。 チタン製のメガネフレームなど、チタンは非常に丈夫で、何十年も磨耗することなく使用できます。 チタンとアルミニウムはどちらも、カスタム パーツや耐久性のあるプロトタイプの作成に適しています。 両者を比較すると、チタンの方が耐久性に優れています。
機械加工性 プレス加工、CNC 旋盤加工、CNC フライス加工などの機械加工応力に対する金属の反応度。CNC 加工は、チタンまたはアルミニウム部品の製造に理想的で、通常 24 時間以内、+/- 0.005 インチ (0.13 mm) 以内です。 しかし、チタン部品の CNC 加工は、高速で回転する工具にチタンの削りくずが蓄積するため、困難な場合がよくあります。 アルミニウムの CNC 加工は非常に簡単です。そのため、アルミニウムの CNC 加工のコストは通常、チタンのコストよりもはるかに低くなります。
チタン合金の価格は、アルミニウム合金の価格よりも高くなります。 もちろん、チタンをCNC加工することはより困難でコストがかかり、チタンを研削、曲げ、溶接するには、より専門的な知識が必要です。 アルミニウムは比較的費用対効果が高いです。
降伏強さ。 降伏強度とは、材料が永久に変形する応力を指します。 チタンの降伏強度は 170 MPa から約 480 MPa ですが、純アルミニウムの降伏強度は 7 MPa から約 11 MPa です。 アルミニウム合金の降伏強度は 200 MPa から 600 MPa です。
抗張力。チタン合金の最大引張強度は約 1400 MPa ですが、アルミニウム合金の引張強度は 690 MPa を超えています。
チタン合金の応用
チタン合金は、次のような幅広い用途で使用されています。
航空宇宙産業 – 航空機の着陸装置、油圧システム、その他の重要な構造部品などの製造に使用されます。
医療産業 – 歯科インプラント、人工股関節、人工膝関節、手術器具などの製品の製造
消費者と建設 – スポーツ用品、眼鏡フレーム、自転車（マウンテンバイク、レースカーなど）の部品、銃器などの製造
産業用アプリケーション – バルブ、熱交換器、スパッタリングターゲット、プロセス容器などの製造
海洋および航空宇宙 (着陸装置、ファイアウォール、重要な構造部品、油圧システム。
ジュエリー （時計、指輪、ネックレスなど）。
アルミニウム合金の応用
電力システム – 導体合金、発電機、モーター変圧器など
消費財 – 調理器具や家具などの家庭用品。
機械設備 – 工具、パイプ、その他の作業材料。
輸送（飛行機、鉄道車両、自転車、自動車、トラック、船、宇宙船など）
包装（缶、枠、ホイル）
建築および建設（窓、サイディング、屋根、ドア、建物の配線、外装など）
チタンとアルミニウムのどちらを使用する必要がありますか?
チタンとアルミニウムは、CNC カスタム パーツと試作品の製造にとって重要な XNUMX つの金属材料であり、その特性により、さまざまな産業用途で用途の広い選択肢となっています。 この記事では、チタンとアルミニウムの異なる特性を比較します。XNUMX つの材料を選択する際には、さまざまな要因を考慮してください。 さらにヘルプが必要な場合は、DDPROTOTYPE が常に建設的な情報を提供する準備ができています。
誤解を正す
誤解: 「チタンはアルミニウムよりもはるかに軽い」
申し訳ありませんが、この意見は正しくありません。材料の密度を見ると、チタンの 4.5 g/cc の密度は、実際にはアルミニウムの 50 g/cc よりも 3.0% 重いです。
神話: 「チタンはアルミニウムよりも強い」。
合金の種類によって異なりますが、7075-T6 アルミニウムは、グレード 2 チタンのほぼ XNUMX 倍の強度対重量比を備えています。
誤解: 「アルミニウムは環境に悪い」
チタンは、材料の製造、輸送、建設中にアルミニウムの 3 倍以上の二酸化炭素を排出します。
誤解: 「アルミニウムは人体に有害です。」
これは60年代から出回っている、あてにならない情報です。 実際、米国で毎年販売されている鍋やフライパンの 60% はアルミニウムでできており、食品に含まれるアルミニウムの量は、食品に自然に含まれる量よりも大幅に少ないと FDA は報告しています。 さらに、硬質アルマイト処理されたアルミニウムは、外観と安全性を向上させるために、手付かずの仕上げに超タフで耐久性のある仕上げを追加します。