สแตนเลสกับไททาเนียม: การเปรียบเทียบที่ครอบคลุม

1.0 ไทเทเนียมคืออะไร?

1.1 ภาพรวม:

แข็งแรง น้ำหนักเบา และทนต่อการกัดกร่อนสูง

ทนทานและเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

1.2 ไททาเนียมบริสุทธิ์:

มีสิ่งเจือปนน้อยที่สุด (น้อยกว่า 0.1%) ทำให้มีความแข็งแรงต่ำแต่มีความยืดหยุ่นสูง

1.3 โลหะผสมไททาเนียม:

สร้างขึ้นโดยการเติมโลหะชนิดอื่นๆ เข้าไป โดยถูกพัฒนาขึ้นเมื่อประมาณ 60-70 ปีที่แล้ว

2.0 สแตนเลสคืออะไร?

2.1 ภาพรวม:

โลหะผสมของเหล็ก โครเมียม และโลหะอื่นๆ

ขึ้นชื่อในเรื่องความแข็งแกร่ง ความทนทาน และความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม

2.2 บทบาทของโครเมียม:

สร้างชั้นป้องกันเพื่อป้องกันสนิม

2.3 เกรดและพันธุ์:

มีให้เลือกหลายเกรดตามโครงสร้าง ได้แก่ ออสเทนนิติก เฟอร์ริติก และมาร์เทนซิติก

3.0 เปรียบเทียบคุณสมบัติระหว่างสแตนเลสและไททาเนียม

4.0 วิธีการใช้สแตนเลสและไททาเนียมในงานกลึง?

เมื่อทำการกลึงสแตนเลสและไททาเนียม จำเป็นต้องพิจารณาถึงคุณสมบัติเฉพาะบางประการของสเตนเลสและไททาเนียม ด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบปัจจัยหลักในการกลึงวัสดุแต่ละชนิด:

ต่อไปนี้เป็นการเปรียบเทียบโดยละเอียดระหว่างแผ่นสแตนเลสและไททาเนียม โดยเน้นประเด็นสำคัญ เช่น องค์ประกอบ คุณสมบัติเชิงกล ต้นทุน และการใช้งาน

5.0 การเปรียบเทียบความแข็งแกร่ง: ไททาเนียมกับสแตนเลส

5.1 ความแข็งแรงแรงดึง

• โลหะผสมไททาเนียม: 345–1380 MPa (50,000–200,000 psi) ขึ้นอยู่กับโลหะผสมและการบำบัด
• สแตนเลสสตีล: แตกต่างกันตามโครงสร้างผลึกและการประมวลผล โดยมีช่วงความแข็งแรงที่กว้าง

5.2 คุณสมบัติของวัสดุ

• โครงสร้างผลึก: ไททาเนียมมีโครงสร้างแบบหกเหลี่ยมปิดแน่น (HCP) ซึ่งจำกัดระนาบการลื่นและเพิ่มความแข็งแรงในขณะที่ลดความเหนียว สแตนเลสมีโครงสร้างที่หลากหลาย (FCC, BCC, BCT) ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงและความยืดหยุ่น
• การควบคุมขนาดเกรน: วัสดุทั้งสองได้รับประโยชน์จากการให้ความร้อนและการทำความเย็นที่ควบคุมเพื่อเพิ่มคุณสมบัติ
• โลหะผสม: ไททาเนียมสามารถใช้ได้ในรูปแบบดั้งเดิมหรือเป็นโลหะผสม ในขณะที่สแตนเลสนั้นมีโลหะผสมตามธรรมชาติ เช่น โครเมียม นิกเกิล และโมลิบดีนัม

5.3 ประสิทธิภาพความร้อน

• ไททาเนียมยังคงความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 550°C) พร้อมด้วยการเสริมความแข็งแกร่งด้วยโลหะผสมอะลูมิเนียม
• สแตนเลสและโลหะผสมไททาเนียมสามารถผ่านการอบด้วยความร้อนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติได้

5.4 ซูเปอร์อัลลอยด์ทนอุณหภูมิสูง

โครงสร้างโมโนคริสตัลลีนในโลหะผสมเฉพาะทางให้ความทนทานต่อความร้อนเป็นพิเศษ จึงมักใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบคุณสมบัติความแข็งแรงของเหล็กและไททาเนียม โดยเน้นที่ลักษณะสำคัญ เช่น ความหนาแน่น ความแข็งแรงในการดึง ความแข็ง ความเครียดในการแตกหัก และความแข็ง

6.0 ธาตุโลหะผสมและอิทธิพลต่อน้ำหนัก

• โลหะผสมไททาเนียมประกอบด้วยสารผสมหลายชนิด:
• อะลูมิเนียมในโลหะผสมไททาเนียมช่วยให้มีน้ำหนักเบาโดยไม่สูญเสียความแข็งแรงมากเกินไป
• วาเนเดียมช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของโลหะผสม
• มักมีการเติมเหล็กลงไปเพื่อให้เชื่อมได้ง่ายขึ้น
• ไททาเนียมเป็นส่วนผสมในโลหะผสมสแตนเลสบางชนิดเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อน

6.1 การนำความร้อนและความต้านทานการกัดกร่อน

ทั้งสเตนเลสและไททาเนียมมีการนำความร้อนต่ำ การนำความร้อนของไททาเนียมจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในขณะที่สเตนเลสมีค่าการนำความร้อนต่ำและเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

6.2 ไททาเนียมเทียบกับสเตนเลส: ชั้นออกไซด์และผลกระทบของมัน 

• ไทเทเนียม:สร้างชั้นไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ที่สามารถรักษาตัวเองได้ ทำให้ทนทานต่อสารเคมีและเข้ากันได้ทางชีวภาพเป็นอย่างดี
• สแตนเลส:พัฒนาฟิล์มโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) ซึ่งให้ความทนทานต่อการกัดกร่อนและคุณสมบัติในการซ่อมแซมตัวเองในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนสูง

6.3 การใช้งานและการประยุกต์ใช้ของไททาเนียม

ไททาเนียมและโลหะผสมในกลุ่มนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่มีมูลค่าสูงและสินค้าอุปโภคบริโภคเฉพาะทางซึ่งต้นทุนมีความสำคัญรองลงมาจากประสิทธิภาพการทำงาน ไททาเนียมมีน้ำหนักเบา ปลอดสารพิษ และเข้ากันได้ทางชีวภาพ จึงทำให้ไททาเนียมมีความอเนกประสงค์ในการใช้งานที่เน้นความทนทานและความน่าเชื่อถือเป็นหลัก

• การบินและอวกาศ: ความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา และทนต่อการกัดกร่อนและอุณหภูมิสูงทำให้ไททาเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องยนต์เจ็ท เครื่องบิน ยานอวกาศ และดาวเทียม
• ทางการแพทย์: ความเข้ากันได้ทางชีวภาพรองรับการใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ (ข้อต่อ ทันตกรรม) อุปกรณ์เทียม และเครื่องมือผ่าตัด ช่วยเพิ่มความทนทานและปลอดภัยต่อการสัมผัสเนื้อเยื่อในระยะยาว
• การแปรรูปทางเคมี: ความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง ทำให้เหมาะสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน วาล์ว และเครื่องปฏิกรณ์
• ทหาร: ความแข็งแกร่ง ความทนทาน และความต้านทานการกัดกร่อนทำให้สามารถใช้ในรถหุ้มเกราะ อุปกรณ์ทางเรือ และเครื่องบินได้
• อุปกรณ์กีฬา: อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงเป็นประโยชน์ต่อจักรยาน ไม้กอล์ฟ และไม้เทนนิส โดยให้ทั้งประสิทธิภาพและความหรูหรา
• ยานยนต์: ส่วนประกอบที่มีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อน เช่น ระบบไอเสียและชิ้นส่วนช่วงล่าง ช่วยเพิ่มสมรรถนะให้กับรถยนต์สมรรถนะสูง
• น้ำมันและก๊าซ: ความยืดหยุ่นในสภาพแวดล้อมทางทะเลและของเหลวที่กัดกร่อนเหมาะสำหรับแพลตฟอร์มและอุปกรณ์นอกชายฝั่ง
• การกำจัดเกลือ: ความต้านทานคลอไรด์ทำให้ไททาเนียมมีความจำเป็นในการจัดการน้ำเกลือ
• การแปรรูปอาหาร: การปลอดสารพิษช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยในอุปกรณ์ที่ไวต่อการปนเปื้อน

อ้างอิง:https://jiga.io/articles/titanium-vs-stainless-steel/