チタン vs. アルミニウム:あなたのプロジェクトに最適な金属は?

製造プロジェクトがあるときはいつでも、生産に適した材料を選択するのはあなた次第です。アルミニウムとチタンは、さまざまな業界でさまざまな用途に使用できる優れた金属オプションです。プロジェクトでチタンとアルミニウムのどちらを選択するかを決める前に、それらの特性の違いを理解することをお勧めします.

この記事では、チタンとアルミニウムの特性、長所と短所、およびさまざまな用途について説明します。これは、次のプロジェクトについて十分な情報に基づいた決定を下すのに役立ちます。私たちが飛び込む間、注意深くフォローしてください!

チタンとアルミニウム:特性の比較

プロジェクトを処理するときは、強度や軽量などの非の打ちどころのない特性を持つ素材を考慮する必要があります。アルミニウムとチタンは、耐腐食性、耐熱性などの要件を満たすため、思い浮かびます。

その結果、アルミニウムとチタンの違いを分析して、プロジェクトに適した材料を選択するのに役立ちます.

元素組成

一般に、一部のコンポーネントは、その元素組成が原因で特定の用途には理想的ではありません。さらに、他の元素から追加された特性により、一部の金属の機械的特性が向上する場合があります。チタンは、酸素、ニッケル、窒素、鉄、炭素、水素で構成されています。チタンが主な元素組成で、他の成分は 0.013 ～ 0.5% の間で変動します。

対照的に、アルミニウムにはさまざまな成分があり、主要な組成としてアルミニウムが含まれています。その他には、ジルコニウム、亜鉛、クロム、シリコン、マグネシウム、チタン、マンガン、鉄、銅などがあります。

熱伝導率

材料の熱伝導率は、熱を伝導または伝達する能力を決定します。プロジェクトで優れたラジエーターを備えた材料が必要な場合は、伝導率の高い材料を選択する必要がある場合があります。また、熱伝導率の低い素材は優れた断熱材です。

アルミニウムの合金は、17.0 W/m-K のチタンと比較して、210 W/m-K の高い熱伝導率を持っています。その結果、アルミニウムはヒートシンク、熱交換器、調理器具に適しています。

導電率

電気伝導率は、電位の低下により電子の流れが通過できるようにする材料の特性です。銅は、材料の電気伝導率を決定するために使用される標準的な尺度です。

チタンは銅の約 3.1% の電気伝導率を示します。これは、チタンの電気伝導率が最小限であり、良好な伝導率が主な要因である用途には適していないことを証明しています.チタンは適切な導電体ではありませんが、抵抗器を作るのには適しています.

一方、アルミニウムの導電率は銅の 64% であり、チタンよりも優れた選択肢となります。その結果、導電性が不可欠なプロジェクトに適した金属です。

強さ

金属の強度は、回復不可能な変形に対する耐性です。ただし、使用する金属や用途によって強度は異なります。

チタンとアルミニウムの強度の違いのいくつかを以下に示します:

●耐力

金属の降伏強度は、永久に変形し始める最大応力です。市販の純チタンは、低強度から中強度の素材です。その結果、航空機の構造やエンジンには適切な材料ではありません。これは、高純度チタンの降伏強度が 170 MPa から 480 MPa まで変化するためであり、これは重荷重の航空構造物としてはかなり低いものです。

比較すると、純アルミニウムは 7 MPa から 11 MPa の降伏強度を示します。アルミニウム合金の降伏強度は 200 MPa から 600 MPa です。

●引張強度

適度な温度でのチタン合金の引張強度は、最も柔らかい等級の市販の純チタンの 230 Mpa から、高強度合金の 1400 Mpa までさまざまです。さらに、チタンの耐力は、品質と状態に応じて 170 Mpa から 1100 Mpa の範囲です。

対照的に、アルミニウムの合金は、純アルミニウムと比較してより高い強度を示します。純アルミニウムは90MPaの引張強度を示します。ただし、一部の熱処理アルミニウム合金の引張強度を 690 Mpa 以上に高めることができます。

●せん断強度

これは、せん断で破損する前の構造的破損に対する材料の耐性です。せん断強度に関与するせん断破壊は、通常、平面に作用する力の方向と平行に発生します。チタンのせん断応力は、合金の特性に応じて 40 から 45 Mpa まで変化します。

一方、アルミニウムのせん断応力は 85 ～ 435Mpa です。その結果、チタンよりもせん断強度が高くなります。せん断強度が重要な要素である場合は、チタンよりもグレードの高いアルミニウムを検討することをお勧めします.

密度と硬度

チタンとアルミニウムはどちらも軽量金属で、いくつかの用途に使用できます。アルミニウム (2712 kg/m³) は、チタン (4500 kg/m³) に比べて密度が低くなります。チタンはアルミニウムの 3 分の 2 の重さですが、アルミニウムの密度ははるかに低くなっています。

金属の硬度は、表面に沿った変形、引っかき傷、エッチング、またはへこみに対する金属の比較値です。チタンは一般的にアルミよりも硬いです。ただし、AA6082 テンパー T5 &T6、AA7075 テンパー T7 &T6 など、一部のアルミニウム合金はチタンよりも高い硬度を示します。

したがって、軽量の金属が必要な場合はアルミニウムが最適ですが、硬度が高い場合はチタンが最適です。

融点

金属の融点は、固体から液体の状態に変化し始める温度です。この温度では、金属の固体と流体の状態がバランスの取れた状態で存在します。材料がこの温度に達すると、熱用途で使用するために容易に形成されます。

チタンは 1650 ～ 1670 ᵒC の高い融点を持っています。それはそれを適切な高融点金属にします。一方、アルミニウムの融点はチタンよりも低く、660.37℃です。その結果、チタンは耐熱用途の場合に使用するのに適した材料です。

耐食性

アルミニウムとチタンはどちらも優れた耐食性を備えていますが、一方が他方よりも耐性があります。チタンは非反応性金属です。そのため、耐食性に優れています。生体適合性があるため、医療用途により適しています。

アルミニウム合金は、酸化物層により腐食性元素に対して不活性です。ただし、これらの合金の腐食は、化学組成、温度、空気中の化学物質などの大気要因に依存しています。

機械加工性と成形性

金属の機械加工性スコアによって、使用する適切な機械加工プロセスが決まります。同時に、成形性は、金属が損傷することなく塑性変形を通過する能力です。 CNC 旋削とフライス加工は、チタンとアルミニウムを使用してコンポーネントを製造するための標準的なプロセスです。 +/- 0.005 というより厳しい公差を提供します。

複雑な形状と加工の無駄は、材料の加工に影響を与えます。複雑な幾何学的デザインのコンポーネントを製造する際の無駄を避けるために、チタン加工の代わりに安価なアルミニウムを使用することを検討してください。

また、アルミニウムはどの方法でも製造しやすいため、チタンよりも成形が容易です。素材の特性に応じて、いくつかの方法でカットできます。したがって、成形性を優先する場合はアルミニウムが適しています。

特性表:チタンとアルミニウムの違い

プロパティ	チタン	アルミニウム
原子番号	その原子番号は 22 または 22 陽子です	その原子番号は 13 または 13 個の陽子です
極限引張強度 (UTS)	最大 1170MPa の引張強度	極限強度310MPa
融点	チタンは 1650 ～ 1670 ᵒC で溶けます	アルミニウムは 582 ～ 652 ᵒC で溶けます
導電率	チタンは電気伝導率が低い	アルミニウムは優れた導電性を示します
磁力	常磁性です	磁気ではありません
強さ	アルミニウムの 2 倍の強度	チタンより強度が低い
熱伝導率	低熱伝導率	高い熱伝導率

チタンの概要

チタンは、銀色、高強度、低密度の放射遷移金属です。独特の耐食性と優れた熱伝導性を持っています。また、耐食性に優れているため、海洋用途に適しています。

チタンは熱を吸収しないため、熱膨張は比較的低くなります。代わりに、それを反映します。その強度と安全性により、人工膝関節置換術、歯科インプラント、ペースメーカー、その他多くの医療機器の優れた材料となっています。

チタンの長所と短所

長所

• 最高の強度対密度比
• 鋼鉄の最も好ましい代替品
• さびや腐食に強い
• ストレス条件に対する高い耐性
• 優れた耐久性
• 非常に多くの製品に適しています

短所

• 強度が高いため、高い切削力が必要です
• 低弾性係数
• アルミニウムよりもコストがかかる

チタンの用途

チタンは、いくつかの業界で多くの用途があり、広く使用されている金属です。チタンには欠点がありますが、多くの業界では、これらの問題よりもチタンの利点を選択しています。これらは Titanium のアプリケーションの一部です:

消費者および建築物 – 眼鏡フレーム、ノートパソコンの部品、自転車の部品などに使用

航空宇宙産業 – 油圧システム、防火壁、航空宇宙ファスナー、着陸装置、その他の重要な構造部品などの部品の製造に使用されます。

産業用途 –バルブ、スパッタリング ターゲット、プロセス容器、熱交換器、およびその他の部品に使用されます。

ヘルスケア部門 – 手術器具、手術器具、歯科インプラントなどの製造用。

アルミニウムの概要

アルミニウムは柔軟で、通常は柔らかく、銀白色で、金属加工用の非磁性材料です。加工しやすく経済的です。破壊靭性が高く、耐食性に優れています。アルミニウムには多くの重要な機械的特性があり、多くの用途に適しています。

たとえば、アルミニウムは電気伝導性に優れているため、導体として使用できます。ただし、酸にはほとんど反応しませんが、アルカリ性環境ではすぐに腐食します。

アルミニウムの長所と短所

長所

• 安価なオプションです
• 無臭で不浸透性
• 反射性と柔軟性
• 高い機械加工性とリサイクル性
• 耐食性
• 高い熱伝導率と電気伝導率

短所

• 難しい溶接プロセス
• 塩水ですぐに腐食
• 包装された食品の味に影響を与える可能性があります

アルミニウムの用途

アルミニウムは、優れた防錆性と電気伝導性で有名です。これらの特性により、さまざまな業界でさまざまな部品を製造するための価値があり、適切な材料になります。その主な用途は

機械設備 – パイプ、ツール、およびいくつかの処理材料。

電気 – 関連アプリケーション – モーター変圧器、発電機、導体合金など。

家庭用品 – 調理器具、エアコン、冷蔵庫、その他いくつか。

運輸業 – 航空機、宇宙船、船舶、列車など。

チタン対。アルミニウム:どの金属を選ぶべきですか?

アルミニウムとチタンは幅広い用途に最適ですが、すべてのプロジェクトに適しているわけではありません。独自の用途に金属を選択する前に、次のようないくつかの要因を考慮する必要があります:

アプリケーション

チタンとアルミニウムのそれぞれの特性により、さまざまな用途に最適です。たとえば、チタンは耐熱材料が必要な用途に最適です。これらには、医療用途、衛星コンポーネント、海洋コンポーネント、備品が含まれます。

一方、アルミニウムは、車両や自転車のフレーム、ヒートシンク、導電体、小型ボート、および高い熱伝導率を必要とするその他の用途に適しています。

オプションの機械加工プロセス

プロジェクトに選択した材料によって、最終製品の形状が決まります。また、部品の製造中に材料に使用される加工方法も決定します。アルミニウムは幅広いプロセスに適合します。部品を迅速に作成する必要がある場合に、高品質のコンポーネントを提供します。

また、この材料はチタンよりも扱いやすく、公差要件が厳しい複雑な部品を作成するためのより良いオプションです.

費用

生産コストは、プロジェクトの金属を選択する際に考慮しなければならない基本的な要素の 1 つです。一般に、アルミニウムは、精密機械加工やその他の多くの試作プロセスに使用される費用対効果の高い金属です。多くの場合、コンポーネントの製造は、チタンよりもアルミニウムの方が安価です。

チタンは、アルミニウムに比べて抽出および製造コストが高くなります。価格が高いため、用途が制限されます。ただし、チタンの加工コストが問題にならない場合、チタンは加工目的にとって理想的な材料です。

重量と強度

チタンとアルミニウムの重量と強度は、これらの金属のその他の違いです。アルミニウムの 2712 kg/m3 とは対照的に、チタンの密度は 4500 kg/m3 です。その結果、チタンはアルミニウムに比べて重くなります。これは、製品を軽量化するために機械加工に必要なチタンが少なくて済むことを意味します。

強度に関しては、チタンがより良い選択です。その引張強度は、90 MPa から 690 MPa の余裕があるアルミニウムと比較して、230 MPa から 1400 MPa まで変化します。純チタンは威力が低く、純アルミニウムは弱い。ただし、アルミニウムを他の金属合金と組み合わせて、必要に応じて強度を高めることができます.

発生する廃棄物

複雑な設計ジオメトリ プロジェクトを処理する場合、加工の無駄はもう 1 つの重要な要素です。複雑な設計形状により、選択した材料に関係なく、加工方法が制限される場合があります。その結果、余分な材料を削り取ることが避けられなくなります。場合によっては、ほとんどの生産者が試作品にアルミニウムを使用し、チタンは特別な目的の製品の少量生産に使用されます。ほとんどの場合、全体的なコストの削減に役立つため、チタンよりも安価なアルミニウムを選択することをお勧めします。

美的要件

切削加工された部品の中には、美的な仕上げのために特定の色を適用する必要があるものがあります。チタンは、光の下でより暗く見える銀色の表面の外観を与えます。一方、アルミニウムは銀白色の外観をしています。選択した素材によって、製品の色がシルバーか鈍いグレーかが決まります。ただし、どちらの材料も、ビーズ ブラスト、研磨、クロム メッキなど、他のさまざまな金属表面仕上げ手順を実行できます。

結論

チタンとアルミニウムは、顕著な特性、それぞれの利点、用途を持つ金属です。ほぼ同様の品質を持っていますが、それぞれの用途に適した用途があります。チタンは耐熱用途に理想的ですが、アルミニウムはプロジェクトに必要な最高の熱伝導率を備えています。

実際のアプリケーションでは、達成可能な最高の結果を得るために適切な材料を使用する必要があります。 WayKen では、長年の機械加工経験を持つ機械工が、アルミニウムやチタンを含むさまざまな金属材料の特性に精通しています。プロジェクトに適した金属の選択をご案内します。今すぐ見積もりと DFM フィードバックを入手してください!

よくある質問

チタンとアルミニウムで長持ちする金属は?

どちらの金属も耐久性に優れ、長期間使用できます。それにもかかわらず、チタンは耐久性と剛性の点で最初に来ます。そのコンポーネントは、摩耗や損傷の兆候がなく、何年も持続します。チタンは耐食性に優れ、応力に耐えられるため長持ちします。

チタンとアルミニウムの見分け方

特定の色を使用して、チタンとアルミニウムを区別するのは非常に簡単です。チタンは暗い銀色をしていますが、アルミニウムは通常、いくつかの表面で銀白色からくすんだ灰色まで変化します。さらに、チタンはアルミニウムよりもはるかに硬く感じます。通常、アルミニウムはヤスリがかかると柔らかい素材の塊をこすり落としますが、チタンはそうではありません。