Her hafta, mühendisin titanyumu "en iyi malzeme" olduğu için belirttiği ve ardından teklif fiyatı üzerinden beyazlatıldığı teklif talepleri alıyoruz. Bu durumların çoğunda alüminyum da aynı işi görürdü; %40-60 daha düşük maliyetle ve 3-4 kat daha yüksek işleme hızıyla. Bu makale size bir malzemenin evrensel olarak diğerinden daha iyi olduğunu söylemeyecektir. Size her birinin nerede kazandığını, kaybettiğini ve kararın gerçekten önemli olduğu gri bölgeleri söyleyecektir.

Ne zaman alüminyumu seçin: Güç-ağırlık oranına, iyi işlenebilirliğe, korozyon direncine, termal iletkenliğe ihtiyacınız var ve bütçeniz gerçek. Bu, CNC işleme uygulamalarının yaklaşık %70'ini kapsar.

Ne zaman titanyum seçin: Yüksek sıcaklıklarda yüksek dayanıma, agresif ortamlarda mükemmel korozyon direncine, biyouyumluluğa veya ferromanyetik olmayan özelliklere ihtiyacınız vardır. Bu, kalan %30'u kapsıyor - ancak kesinlikle taviz veremeyeceğiniz %30'dur.

Parayla başlayalım çünkü titanyum-alüminyum tartışmalarının çoğunu sona erdiren şey budur.

Alüminyum 6061 çubuk stoğu 3-5$/kg hammadde tutar. Ti-6Al-4V çubuk stoğu 30-50$/kg hammadde tutar. Bu, daha işlemeye başlamadan önce 10 kat malzeme maliyeti farkıdır.

Ancak gerçek maliyet çarpanı işlemededir. Alüminyum dakikada 300-500 feet yüzey hızında keser. Titanyum 30-60 SFM'de kesilir. Bu bir yazım hatası değil; titanyumu 1/10 oranında hızda işliyorsunuz. İş miliniz aynı RPM'de dönüyor ancak ilerleme hızı çok daha düşük ve takım ömrünüz kesme kenarı başına %60-80 oranında düşüyor.

Pratik sonuç: Alüminyumda 50 dolar olan bir parçanın titanyumda maliyeti 150-250 dolardır. Parçanız titanyumun belirli özelliklerine ihtiyaç duymuyorsa, bu, sahip olmadığınız bir sorunu çözmek için harcadığınız paradır.

Bu tablo belirli bir hikaye anlatıyor:

Titanyum her sıcaklıkta alüminyumdan daha güçlü ve daha serttir.Uygulamanız yüksek sıcaklıktaki yapısal yükleri içeriyorsa (jet motoru bileşenleri, yarış fren kaliperleri, yüksek performanslı motor gövdeleri) titanyumun avantajı gerçek ve ölçülebilirdir.

Alüminyum, titanyumun 25 katı termal iletkenliğe sahiptir.Parçanızın ısıyı dağıtması gerekiyorsa (ısı emiciler, LED muhafazaları, pil soğutma plakaları, elektronik muhafazalar) alüminyum tek rasyonel seçimdir. Titanyum aslında bir ısı yalıtkanıdır.

Titanyum alüminyumdan 1,6 kat daha ağırdır.Ancak ağırlık bazında bakıldığında yaklaşık 1,9 kat daha güçlüdür. Dolayısıyla titanyum parçalar, teorik olarak aynı yapısal yük için alüminyum parçalardan daha ince ve daha hafif olabilir. Uygulamada, işleme için minimum duvar kalınlığı genellikle malzemenin mukavemet/ağırlık oranını değil, ağırlığı belirler.

Alüminyumun korozyon direnci oksit tabakasından gelir. Normal atmosferik maruziyette alüminyum 6061, ana metali koruyan, kendi kendini onaran bir oksit tabakası oluşturur. Aşağıdaki durumlarda iyi performans gösterir:

• Kapalı ortamlar (genel endüstriyel)

• Deniz atmosferleri (uygun işlemle)

• Tatlı su ve hafif kimyasallara maruz kalma

Şu durumlarda başarısız olur:

• Yüksek alkali ortamlar (pH > 9)

• Bakır veya karbon çeliğiyle galvanik temas (izolasyon olmadan)

• Eloksalsız, klorür açısından zengin ortamlar (çukurlaşma korozyonu)

Titanyumun korozyon direnci daha kararlı, daha dayanıklı bir oksit tabakasından gelir. Hemen hemen her aşındırıcı ortamda iyi performans gösterir:

• Deniz suyu (çukurlaşma yok, çatlak korozyonu yok)

• Yüksek sıcaklıkta klorür çözeltileri

• Güçlü asitler (seyreltik HCl, H2SO4, HNO3)

• İnsan vücudu sıvıları (biyouyumluluk)

Pratik paket servisi: Parçanız deniz suyuna, kimyasal işleme tesisine veya insan vücudunun içine giriyorsa, titanyum maliyetine değer. Bir fabrika zemininde, bir dış yapıda veya bir tüketici ürününde kullanılacaksa, eloksallı veya toz boyalı alüminyum yeterlidir.

Alüminyumun avantajının neredeyse adaletsiz hale geldiği yer burasıdır.

Alüminyum 6061: Güzelce keser. Talaşlar temiz bir şekilde kırılır. Takım ömrü dakikalarla değil saatlerle ölçülür. Agresif ilerlemelerle yüksek iş mili hızlarını çalıştırabilirsiniz. Ra 0,8-1,6 yüzey bitirme işlemleri standart takımlarla rutindir. Ra 0,4'e özel bir çaba gerektirmeden ulaşılabilir. Soğutma sıvısı faydalıdır ancak hafif kesimlerde her zaman gerekli değildir.

Titanyum Ti-6Al-4V: Titanyumun işlenmesi kontrollü bir savaştır. Malzemenin ısı iletkenliği düşüktür, bu da ısının kesme bölgesinde kalması anlamına gelir. İşlenerek sertleşme eğilimi, keskin aletlere ihtiyaç duyduğunuz anlamına gelir; kör bir kesici uç, bir sonraki kesici kenarı daha hızlı öldüren sertleştirilmiş bir yüzey katmanı oluşturur. Talaş oluşumu liflidir; talaşlar kolayca kırılmaz, bu da takımın etrafına sarılarak yeniden kesme oluşturmaları anlamına gelir. Takım ömrü, bitirme geçişlerinde kenar başına dakika cinsinden ölçülür.

Projeniz için pratik çıkarımlar:

• Alüminyum prototip: 1-3 gün teslim süresi, basit programlama

• Titanyum prototipi: 5-10 gün teslim süresi, dikkatli takım seçimi ve parametre optimizasyonu

• Alüminyum üretimi (100 adet): öngörülebilir, minimum işleme maliyeti

• Titanyum üretimi (100 adet): daha yüksek takım maliyeti, daha sıkı proses kontrolü, daha fazla denetim

Her iki malzeme de yüzey işleme seçenekleri sunar ancak farklı amaçlara hizmet ederler:

Alüminyum:

• Tip II eloksal: dekoratif, orta düzeyde aşınma direnci, geniş renk seçenekleri

• Tip III sert eloksal: HV 500'e kadar aşınma direnci, kayan yüzeyler için mükemmel

• Toz boya: korozyona karşı koruma ve estetik, geniş renk yelpazesi

• Kromat dönüşümü: elektrik iletkenliğini korurken korozyona karşı koruma

Titanyum:

• Elektropolisaj: tıbbi ve kozmetik uygulamalar için ayna kaplama, Ra 0,1'e ulaşılabilir

• Pasivasyon (ASTM F86): Tıbbi implantlar için doğal oksit katmanını güçlendirir

• Eloksal: dekoratif renk seçenekleri (alüminyumla karşılaştırıldığında sınırlı palet)

• PVD kaplama: yüksek aşınma uygulamaları için aşınmaya dayanıklı sert kaplamalar (TiN, CrN)