Terast kasutatakse laialdaselt kogu maailmas tänu suurepärasele hinna ja kvaliteedi suhtele, mis annab materjalile tasakaalustatud omadused. Kuid paljude toodete puhul on teras tihedusega 7,8 grammi/kuupsentimeetri kohta juba raske. Sel hetkel peavad disainerid kerge kaalu saavutamiseks otsima alternatiivseid materjale. Kuigi plastid võivad kaalu vähendada, on kergmetallid ainulaadsed oma populaarsuse ja tugevuse poolest.
Kergmetallid ja sulamid, näiteks alumiinium, titaan ja magneesium, asendavad tootekujunduses sageli terast. Nende hindamise hõlbustamiseks me'oleme koostanud lühikese profiili, kus arutame plusse ja miinuseidtüüpiline rakendusiga materjali stsenaariumid. Nende mõistmine võrdluse kaudu aitab tootekujunduse otsuseid langetada.
#1 Titaan – 42% kergem kui teras
Äärmiselt tugeva ja vastupidava sulammaterjalina on titaanil kõigi metallide seas kõrgeim tugevustase, mis annab talle esimese koha. Lisaks suurepärasele tugevusele on titaanil ka suurepärane korrosioonikindlus ja stabiilsus kõrge temperatuuriga keskkondades. Tänu heale bioloogilisele ühilduvusele kasutatakse titaani laialdaselt mitmesugustes meditsiiniseadmetes, mis vajavad pikaajalist implanteerimist inimkehasse. Sellest hoolimata on titaanil ka teatud puudused.
Titaani tihedus on 4,51 grammi kuupsentimeetri kohta, mis on meie tutvustatud kolme kergmetalli hulgas esikohal. Samal ajal on titaani töötlemiskulud ka kolme seas kõrgeimad. Seetõttu kasutatakse titaani sageli rakenduste jaoks, mis nõuavad suuremat tugevust ja kasutusiga.
Titaani levinud kasutusalad on järgmised:
- Näiteks keemiaseadmed, mis vajavad pikaajalist kasutamist, peavad olema suurepärase happe- ja leeliskindlusega.
- Erinevat tüüpi meditsiiniseadmed, mis implanteeritakse inimkehasse ja vajavad pikaajalist kasutamist, näiteks proteesid jne.
- Lennundustööstus vajab kergeid ja tugevaid komponente.
- Laevad ja sõjavarustus vajavad korrosioonikindlaid komponente.
#2 Alumiinium – 65% kergem kui teras
Alumiiniumi tihedus on umbes kolmandik terase tihedusest (2,70 g/cm3) ja see on praegu kõige laialdasemalt kasutatav värviline metall. Alumiiniumil on suurepärane korrosioonikindlus ja mõned alumiiniumisulamid on isegi sama tugevad kui süsinikteras. Kuigi alumiinium on kallim kui teras, on see siiski odavam kui magneesium ja titaan.
Alumiiniumil on suurepärane vormitavus ja töödeldavus ning samuti on selle keevitusomadused suurepärased. Samal ajal on alumiiniumil ka kõrge venivus, soojusjuhtivus ja elektrijuhtivus. Alumiiniumil on aga suhteliselt madal kulumiskindlus ning selle tugevuse ja kaalu suhe pole nii hea kui titaanil. Lisaks ei toimi alumiinium kõrge temperatuuriga keskkonnas nii hästi kui madala temperatuuriga keskkonnas. Alumiiniumi ja magneesiumi sulamistemperatuurid on vastavalt 660 °C ja 650 °C.
Arvestades alumiiniumi laia kasutusala, on selle peamised rakendused järgmised:
- Elektroonikakomponendid ja juhtmed.
- Radiaator tõhusate kütte- ja jahutusvõimalustega.
- Lennuki kered ja paljud muud lennunduskomponendid.
- Vastupidavad ja kulutõhusad tarbekaubad, näiteks mööbel ja köögitarbed.
- Konstruktsioonielementide, näiteks reelingute ja voodrilaudade ehitamine.
- Autotööstuse valatud ja ekstrudeeritud alumiiniumdetailid.
#3 Magneesium – 77% kergem kui teras
Võrreldes alumiiniumiga on magneesium kallim. Kuid võrreldes titaanisulamitega on magneesium palju odavam. Seetõttu kasutatakse magneesiumi laialdaselt erinevates valdkondades, kus on vaja kergeid konstruktsioone. Magneesium ise on vastuvõtlik korrosioonile ja keemilistele mõjudele ning ei ole nii tugev kui teised tavaliselt kasutatavad metallid. Kuid kaasaegne magneesiumisulamite tehnoloogia ja pinnatöötlustehnikad on magneesiumitoodete tugevust ja vastupidavust oluliselt parandanud.
Magneesiummaterjale on lihtne töödelda, kuid tolmuplahvatuste suure ohu tõttu saab neid tavaliselt töödelda ainult töökodades, kus on professionaalsed tolmukindlad seadmed. Erinevalt teistest metallidest on magneesiumil head löögisummutavad omadused, mis võivad vähendada täppisseadmete vibratsiooni. Magneesiumi kasutatakse peamiselt valdkondades, mis nõuavad äärmist kergust või väikest tugevust. Näiteks on selle tihedus vaid 1,74 g/cm3.
Konkreetsed rakendused hõlmavad järgmist:
Igapäevaste vajaduste komponendid, näiteks kohvrid ja redelid; suure jõudlusega spordi- ja meelelahutusvahendid, näiteks jalgrattaraamid; kerged komponendid sõjavarustuses; suure jõudlusega autokomponendid, näiteks auto magneesiumisulamist veljed ja käigukastid. Kerge metallilise materjalina mängib magneesium nendes valdkondades olulist rolli.
See artikkel annab võrdleva arutelu kolme tavaliselt kasutatava kergmetalli - titaani, magneesiumi ja alumiiniumi - kasutamise kohta toote kaalu vähendamisel.
Titaanil on väga hea vastupidavus, kuid see on kallis ja raskesti töödeldav. Magneesium on kerge ja tugevuse ning jõudluse parandamiseks legeeritud teiste elementidega. Alumiinium on kõige kulutõhusam mitteferroossetest metallidest sulam, millel on lai valik rakendusi.
Metalli valik sõltub toote maksumusest, tugevusest ja vastupidavusnõuetest. Kõik kolm metalli sobivad suurepäraselt toote kaalu vähendamiseks, parandades seeläbi toote toimivust ja tunnetust. Artikli lõpus mainitakse, et kui teil on vaja toota kergeid tooteid, võite konsulteerida titaani, alumiiniumisulamite ja muude materjalide töökodade pakutavate professionaalsete töötlemisteenustega.
Postituse aeg: 27. november 2023
