Se sagsmaterialer forklaret: Titanium

Velkommen Hr. İlker Özcan, der vil samarbejde med aBlogtoRead.com om et par artikler om diskussioner om materialer og processer, der er brugt i ur-sager og andre komponenter. Ozcan er en professionel materialetekniker og ejer et lille FoU-firma (www.ndsgn.com) - og han elsker mekaniske ure og elsker de eksotiske materialer, der bruges i disse ure. Formålet med denne artikelserie er at oplyse urelskere om mange aspekter af urmaterialer, så alle kan tage mere uddannede beslutninger om de ure, de køber. Nu videre til Mr. Ozcan:

I denne første artikel har jeg valgt at starte med Titanium. Titanium er for nylig blevet meget populært i avancerede ure, og det er ikke uden grund. For mig er titanium det bedste generelle ingeniørmetal nogensinde! Er det dog det bedste materiale til en ur sag? Lad os se…

Vi ingeniører måler mange egenskaber til at evaluere materialer. Sandsynligvis flere typer egenskaber, end du har hørt om, hvis du ikke er materialingeniør. De mest kendte af disse egenskaber er: styrke, hårdhed, sejhed, lethed og holdbarhed.

Der er mange legeringer af titan - ligesom alle ingeniørmetaller. Den mest kendte er Ti-6Al-4V også kendt som klasse 5. Det er den legering, som vi for det meste vil betegne, når vi siger titan i denne artikel. Det bruges i meget krævende applikationer såsom flykomponenter, missiler osv. Titanium klasse 2 for eksempel betragtes som kommerciel renhed og har underordnede egenskaber, dog stadig et meget godt materiale.

Titanium har eksisteret i de sidste to århundreder, mest i laboratorier. I det forrige århundrede blev der udviklet metoder til at udvinde titan i industrielle mængder. Indtil for nylig er det udelukkende blevet brugt som et rumfartsmateriale, og det trænger langsomt ind i mange markeder, inklusive urindustrien. Det er uoverkommeligt dyrt for mange anvendelser med en pris omkring 50 gange almindeligt kulstofstål. Stadig er prisen meget lavere end ædle metaller.

Reklame

Nu er styrke og sejhed, hvor Titanium udmærker sig. Holdbarhed er ikke et videnskabeligt udtryk, vi kan tænke på det som et materiales levetid under cykliske belastninger, som en drejeaksel, dvs. træthedsliv. Titanium er også fantastisk i dette aspekt, men det er ganske irrelevant i en ur sag, da et tilfælde aldrig svigter under træthed. Det kan dog være vigtigt, hvis det bruges inden i bevægelsen eller til en krone eller pushere. Styrke angiver, hvor meget belastning et materiale kan bære, før det mislykkes. Titanium har en meget høj styrke omkring 1000 MPa i lønklasse 5. Fem gange større end almindeligt stål. Selv rent titan er ret stærkt, idet klasse 2 er omkring 350 MPa. Der er imidlertid legeringer af stål, der har endnu mere styrke end titan, såsom det værktøjskvalitetsstål, som vi nævnte ovenfor, eller nogle specielle Aerospace-stål (f.eks. 300M) har omkring 2000 MPa styrke. Hårdhed betegner hvor stor påvirkning et materiale kan absorbere, før det går i stykker. Titanium er virkelig fantastisk her, absorberer masser af energi omkring 20 joule ved slagprøve. Men endnu en gang er der stållegeringer, der er bedre op til 150-200J for austenitisk rustfrit stål (der er også stål med meget dårlig sejhed, såsom Martensitic stål). Hårdhed ud over et punkt er dog ikke vigtig for urrelaterede applikationer. Det er ikke sandsynligt, at du vil smadre din ur i en sådan grad, at sagen vil gå i stykker. Længe inden det ville ske, ville den delikate bevægelse mislykkes.

Som du kan se er stål meget godt, men hvor titan faktisk trækker sig frem, er hvad angår lethed (vægt). Det er omkring halvdelen af ​​vægten af ​​stål for det samme volumen med en massefylde på 4, 5 g / cc mod 7, 8 for stål. Så for en sag, der har samme styrke, ville titanium-kassen være halvdelen af ​​vægten af ​​en højstyrkestålkasse. Og faktisk bruges stål med meget høj styrke næsten aldrig i ure (de bruges til flykomponenter og værktøjer til industrien). Rustfrit stål er vidt brugt, og det har lavere styrke (medmindre det er smedet, som igen næsten aldrig bruges i urindustrien). Så en titanium sag ville være mindre end halvdelen af ​​vægten for den samme styrke.

Et andet område, hvor titan er fremragende, er korrosionsbestandighed (f.eks. Dens modstand mod rust). Det er så godt, at det næsten er umuligt at ruste titanium. Det er uigennemtrængeligt for alle syrer men salpetersyre. Og salpetersyre er noget, du ikke kommer i nærheden i din daglige liv. Det er korrosionsbestandighed svarer til den for platin, og med hensyn til tekniske metaller kan kun zirkonium slå titanium for korrosionsbestandighed. Denne korrosionsbestandighed er nøglen til titan's hypoallergeniske egenskaber. Det er så inert på grund af oxidlaget, der dannes på dets overflade, at det ikke reagerer med menneskelig krop - og dermed er det valgte materiale til mange medicinske anvendelser.

Der er nogle områder, som titanium bliver slået af stål. For eksempel stivheden, der angiver, hvor meget materialet afbøjer under belastninger. Stål har højere stivhed, meget højere. Men jeg tror, ​​at det i en overvågningssag ikke er en vigtig egenskab. Måske bortset fra dykkerure.

Titaniums hårdhed er lavere end nogle stål, så det ridser lettere end de fleste stål. Titanium er dog meget meget hårdere end guld, platin og aluminium. Overtræk kan også forbedre hårdheden af ​​titan, og der er mange overtræk derude, som vi måske dækker i en anden artikel. Klasse 5-titan har omkring 35 Rockwell C (Rc) -hårdhed. Stål har en række hårdheder fra lave værdier helt op til 55 Rc for hærdet kulstofstål til 65 Rc til værktøjsstål og endnu højere for specialstål, der bruges til knive (f.eks. D-2 værktøjsstål, S30V knivstål). Guld, platin og aluminium er så bløde, at de normalt ikke engang vises i samme hårdhedsskala (der er mange hårdhedsskalaer).

Bearbejdning af titan er vanskelig. Svejsning, smedning, støbning og varmebehandling er hård. Så denne trickiness tilføjer til den høje pris på titan. Mange egenskaber, der gør titanium til et så godt metal, gør det også svært at fremstille. Med visse teknikker, der blev udviklet inden for rumfartsindustrien, kan disse vanskeligheder overvindes. Sådan har vi dejlige titan-sager til overkommelige priser i disse dage. Imidlertid er støbnings- og svejseprocesser stadig meget vanskelige, og det er usandsynligt, at vi ser en støbt titaniumkasse eller svejset en til meget overkommelige priser.

Titanium er et så godt materiale, at brugen stadig øges i jagerfly. F.eks. Bruger F-22 mere titanium end noget vestligt fly nogensinde har gjort. Dens største konkurrent som materiale er Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP), og det vil vi dække i en anden artikel.

Denne artikel er skrevet for generelt at informere folk om titanium som et urmateriale og er åbenbart blevet forenklet. En større diskussion af titanium ville udvide sig til hvert af disse emner og omfatte mange flere. Selvom du som elskere af ur har du forhåbentlig et nyt perspektiv på det populære metal. Afslutningsvis, hvis du køber et titaniumur, især et med en god belægning, vil du være tilfreds med din beslutning.