Попробуем взглянуть на выбор велосипедной рамы немного с другой стороны, нежели цена. То есть, рассмотреть материал для ее изготовления, основываясь на физических и прочностных характеристиках материалов.
Для этого обратимся к некоторым терминам и определениям физики твердого тела, а именно теории упругости.
Правильный выбор материала является сложной задачей, однозначное решение которой позволяет оптимизировать технологию изготовления, повысить долговечность конструкции в целом. Сейчас для производства велосипедных рам класса hi- end используются только три конструкционных материала: алюминий, титан и карбон. Первые два – это металлические сплавы, а последний — композиционный материал на основе углеволокна и эпоксидного связующего.
Основной механической характеристикой конструкционного материала является предел прочности. Это отношение значения растягивающей силы непосредственно перед разрывом к наименьшей площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Для карбона (на основе углеволокна Т700) эта величина порядка 1500 МПа, для титанового сплава (3 Al/2.5 V) порядка 800 МПа, для алюминия (6061) порядка 60 МПа. В скобках приведены марки, наиболее часто используемые в велосипедной индустрии.
Титан — САМЫЙ ПРОЧНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!
Следующая важная характеристика – предел текучести, напряжение при котором начинает возникать пластическая деформация, другими словами, при разгрузке от которого возникает остаточная деформация заданной величины. Для карбона такие данные не приводятся, для титана порядка 300 МПа, для алюминия порядка 20 МПа.
Ну и в завершение насколько слов о плотности. Чем меньше плотность, тем легче материал. Плотность карбона около 2 г/см3, титана 4,5 г/см3, алюминия 2,7 г/см3.
Из вышесказанного следует, что у каждого материала есть свои сильные и слабые стороны. Однако, для велосипедной специфики нельзя выделить какое то одно определяющее свойство материала. Например, при лучших прочностных/весовых характеристиках, карбон очень хрупкий и боится ударов и царапин. Алюминий легкий, но пластичный и с низкими прочностными свойствами. Титан прочный и упругий, но сравнительно тяжелый.
Истинная картина проясняется, если рассмотреть свойства каждого материала в целом. Тогда бесспорным лидером становится титан. Это обьяснимо.
Причиной разрушения велосипедной рамы являются не чрезмерные нагрузки, а накопление в процессе эксплуатации изделия мелких внутренних повреждений (которые принято называть трещинками или дислокациями), спровоцированное периодическим влиянием внешних сил (напряженного состояния). Определяющей характеристикой металла, так или иначе реагировать на напряженное состояние, является пластичность.
Пластичность металла есть функция его состояния, зависящая от внешних и внутренних факторов, которая выражается в способности твердых тел необратимо менять свою форму без разрушения под действием приложенных сил. Другими словами, существует некоторая максимальная величина нагрузки, при достижении которой происходит разрыв межмолекулярных связей кристаллической решетки металла, что ведет к образованию внутренних дефектов структуры, которые не могут исчезнуть, а могут только накапливаться. Анализ показал, что у большинства конструкционных металлов наиболее типичным является разрушение, которое начинает развиваться задолго до достижения такой максимальной нагрузки. Виной тому циклические нагрузки. При этом пластические деформации и разрушение оказываются связанными настолько тесно, что их можно рассматривать как единый процесс с общей энергией активации.
Установлено, что разрушению материала от усталости (при циклических нагрузках) предшествует накопление локальных микросдвигов и, следовательно, появление пластических деформаций, исчерпание которых приводит к местным разрушениям.
Всё это говорит о том, что пластичные металлы более подвержены накоплению неупругих деформаций (усталости) и следовательно ресурс их значительно ниже.
Физической характеристикой пластичности металла является предел текучести (условный предел текучести). Эта величина определяет усилие при котором в материале появляется пластическая деформация. Чем меньше предел текучести, тем пластичнее материал, а следовательно меньше его ресурс. Предел текучести алюминия в 15 раз меньше, чем у титана!
Ещё одной причиной разрушения конструкционных материалов являются внешние дефекты (царапины). Стойкость материала к царапинам определяется твердостью. Твердость титана по Бриннелю составляет 103 ед., а у алюминия 25 ед., то есть у титана она в 4 раза выше!
У титана, согласно этой характеристике, есть ещё одно большое достоинство – он очень долго сохраняет первоначальный внешний вид и легко его восстанавливает (с помощью дополнительной механической обработки).
Суммируя всё сказанное, получается, что применительно к велосипедной раме титан выглядит материалом практически идеальным. Также это можно сказать про сочетание титана и карбона (углепластика). Однако, дорогой читатель, окончательный выбор всё равно остаётся за Вами.
Источник: velohit.ru
что легче титан или алюминий
Ответ от Владимир Орис[гуру]
По удельной прочности титан не имеет соперников среди промышленных металлов. Даже такой металл, как алюминий, уступил ряд позиций титану, который всего в полтора раза тяжелее алюминия, но зато в шесть раз прочнее. И что особенно важно, титан сохраняет свою прочность при высоких температурах (до 500°С, а при добавке легирующих элементов— до 650°С), в то время как прочность большинства алюминиевых сплавов резко падает уже при 300 °С.
Титан—очень твердый металл: он в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза—железа и меди. Чем выше предел текучести металла, тем лучше детали из него сопротивляются эксплуатационным нагрузкам, тем дольше они сохраняют свои формы и размеры. Предел текучести титана в 18 раз выше, чем у алюминия, и в 2,5 раза—чем у железа.
Неудивительно, что когда перед авиаконструкторами встал вопрос, какому металлу доверить преодоление звукового барьера, выбор пал на титан.
Ответ от Говнюкиванович брюзгунов[гуру]
Алюминий имеет существенно меньшую плотность, т.е. «легче». Для получения высочайшей прочности в алюминий добавляют скандий, что приближает его к титану по большинству характеристик, но это уже не «алюминий», а «алюминиевый сплав». Очень прочный и очень легкий металл бериллий мог бы заменить и титан и алюминиевые сплавы во многих случаях, но он действительно дорогой, в отличие от титана (порядка 1000 руб за кг титанового промышленного проката высочайшей марки). Плотность: бериллий — 1.84, алюминий — 2.70, титан — 4.5 (все в граммах на кубик).
Ответ от 22 ответа[гуру]
Привет! Вот подборка тем с похожими вопросами и ответами на Ваш вопрос: что легче: титан или аллюминий?
Источник: 22oa.ru
Сталь и титан
Физические свойства титана делают его предпочтительным материалом, используемым автомобилями, аэрокосмической, ювелирной и многими другими отраслями. Он известен своей высокой прочностью и прочностью, долговечностью и низкой плотностью, а также способностью выдерживать высокие и низкие температуры. Коррозионная стойкость и биологическая совместимость титана — еще два атрибута, которые очень полезны в различных применениях, таких как хирургические имплантаты и т. Д. Это дорого и дорого стоит по сравнению со сталью. Сталь коррозионная, ржавчина, пятна и тяжелее титана. Плотность стали составляет 7,85 г / см3, а титан — 56% по сравнению со сталью.
По сравнению со сталью титан обладает исключительной устойчивостью к широкому спектру кислот, щелочей, природных вод и промышленных химикатов. Титан считается превосходной комбинацией высокопрочных и низких весовых коэффициентов по сравнению со сталью.
Другая причина, которая предпочтительнее в хирургических имплантатах и глубоких трубчатых струнах, заключается в том, что сплавы на основе титана являются легкими и более прочными. Сталь предпочтительнее в промышленности, где прочность важнее массы.
Титан используется для хирургических имплантатов, потому что человеческое тело принимает его, и оно не является ядовитым и биологически инертным. Металлические имплантаты из нержавеющей стали склонны к развитию некоторых серьезных заболеваний и заболеваний. Титан пользуется большим спросом у компьютерных производителей для изготовления компьютерных компонентов.
Еще одно популярное использование титана — для изготовления ювелирных изделий. Титан находится в сильной конкуренции со сталью в автомобильной промышленности. Сталь используется там, где есть потребность в закаленном материале, например осях для автомобилей или грузовиков, тогда как титановые конструкции не гарантируют долговечность и имеют предел усталости.
Определенные претензии со стороны партнеров по маркетингу и компаний уступили место спору о повышении того, что титан сильнее, чем сталь, но, в отличие от претензии, лучшая сталь сильнее, чем титановые сплавы. В нелегированном состоянии титан на 45% легче и прочнее стали. Мы можем предположить, что тот же стержень стали будет на 5% сильнее титана, но титан будет на 40% легче.
Другое отличие заключается в способности титана выдерживать высокую температуру без какого-либо снижения веса. Углеродистая сталь не выдерживает высоких температур. Сталь может иметь около 2700 градусов по Фаренгейту, тогда как титан может выдерживать 3300 градусов по Фаренгейту. Если сравнить тепловую и холодную стабильность титана и стали, титан более термически устойчив, чем сталь; что составляет 800 градусов по Фаренгейту, что делает его отличным выбором для негативного метеорологического материала, потому что он не сломается, тогда как сталь может разрушиться. Еще одно преимущество, заключающееся в том, что титан имеет сталь, состоит в том, что его можно многократно сгибать или наклонять, и он достаточно гибок, чтобы не разрываться, как сталь.
1. Титан — это неизученный и биологически инертный металл.
2. Сталь прочнее, но имеет более усталость, чем титан.
3. Сталь может разрушаться, тогда как титан может выдерживать высокие и низкие температуры.
4. Сталь магнитная и коррозионная по сравнению с титаном, который является немагнитным и антикоррозионным.
5. Сталь предпочтительна, когда требуется прочность в твердом материале, а титан предпочтительнее, когда требуется легкий и прочный материал.
Источник: ru.esdifferent.com