Παρακολουθήστε Υλικά Επεξήγηση: Τιτάνιο

Καλωσορίζουμε τον κ. İlker Özcan που θα συνεργαστεί με aBlogtoRead.com σε μερικά άρθρα που θα συζητήσουν τα υλικά και τις διαδικασίες που χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις ρολογιών και άλλα εξαρτήματα. Ο Ozcan είναι επαγγελματίας μηχανικός υλικών και κατέχει μια μικρή εταιρεία R & D (www.ndsgn.com) - και αγαπά τα μηχανικά ρολόγια και αγαπά τα εξωτικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτά τα ρολόγια. Σκοπός αυτής της σειράς άρθρων είναι να διαφωτίσει τους λάτρεις του ρολογιού για πολλές πτυχές του υλικού παρακολούθησης έτσι ώστε ο καθένας να μπορεί να κάνει πιο εκπαιδευμένες αποφάσεις σχετικά με τα ρολόγια που αγοράζουν. Τώρα στον κ. Ozcan:

Σε αυτό το πρώτο άρθρο έχω επιλέξει να ξεκινήσω με το τιτάνιο. Το τιτάνιο έγινε πρόσφατα πολύ δημοφιλές στα ρολόγια υψηλού επιπέδου και δεν είναι χωρίς λόγο. Για μένα, το τιτάνιο είναι το καλύτερο συνολικό μηχανικό μέταλλο ποτέ! Είναι όμως το καλύτερο υλικό για μια περίπτωση ρολογιών; Ας ΡΙΞΟΥΜΕ μια ΜΑΤΙΑ…

Εμείς οι μηχανικοί μετράμε πολλές ιδιότητες για να αξιολογήσουμε τα υλικά. Πιθανώς περισσότεροι τύποι ιδιοτήτων από όσα έχετε ακούσει αν δεν είστε μηχανικός υλικών. Οι πιο γνωστές από αυτές τις ιδιότητες είναι η αντοχή, η σκληρότητα, η σκληρότητα, η ελαφρότητα και η ανθεκτικότητα.

Υπάρχουν πολλά κράματα τιτανίου - όπως όλα τα μηχανικά μέταλλα. Το πιο γνωστό είναι το Ti-6Al-4V επίσης γνωστό ως βαθμός 5. Είναι το κράμα που θα υποδηλώσουμε κυρίως όταν λέμε τιτάνιο σε αυτό το άρθρο. Χρησιμοποιείται σε πολύ απαιτητικές εφαρμογές όπως εξαρτήματα αεροσκαφών, πυραύλους κλπ. Το τιτάνιο βαθμού 2, για παράδειγμα, θεωρείται Εμπορική Καθαρότητα και έχει κατώτερες ιδιότητες, ωστόσο εξακολουθεί να είναι ένα πολύ καλό υλικό.

Το τιτάνιο υπήρξε για τους τελευταίους δύο αιώνες, κυρίως στα εργαστήρια. Τον περασμένο αιώνα αναπτύχθηκαν μέθοδοι για την εξαγωγή τιτανίου σε βιομηχανικές ποσότητες. Μέχρι πρόσφατα χρησιμοποιήθηκε αποκλειστικά ως αεροδιαστημικό υλικό και διεισδύει αργά σε πολλές αγορές, συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανίας ρολογιών. Είναι απαγορευτικά ακριβό για πολλές εφαρμογές, με τιμή περίπου 50 φορές απλό χάλυβα άνθρακα. Ακόμα η τιμή του είναι πολύ χαμηλότερη από τα πολύτιμα μέταλλα.

Διαφήμιση

Τώρα η δύναμη και η ανθεκτικότητα είναι όπου το τιτανίου υπερέχει. Η ανθεκτικότητα δεν είναι ένας επιστημονικός όρος που χρησιμοποιείται, μπορούμε να το σκεφτόμαστε ως τη ζωή ενός υλικού υπό κυκλικά φορτία, όπως ένας άξονας περιστροφής δηλαδή η διάρκεια ζωής της κόπωσης. Το τιτάνιο είναι επίσης μεγάλο σε αυτή την πτυχή, αλλά είναι εντελώς άσχετο σε μια περίπτωση ρολογιών, καθώς μια περίπτωση δεν αποτυγχάνει ποτέ κάτω από την κόπωση. Ωστόσο, μπορεί να είναι σημαντικό αν χρησιμοποιείται μέσα στην κίνηση ή για ένα στέμμα ή ωθητήρες. Η αντοχή υποδεικνύει το φορτίο που μπορεί να φέρει ένα υλικό πριν αποτύχει. Το τιτάνιο έχει πολύ μεγάλη αντοχή γύρω στα 1000 MPa για τον βαθμό 5. Πέντε φορές υψηλότερο από εκείνο των συνηθισμένων χαλύβων. Ακόμη και το καθαρό τιτάνιο είναι αρκετά ισχυρό, καθώς ο βαθμός 2 είναι περίπου 350 MPa. Ωστόσο, υπάρχουν χαλύβδινα κράματα που έχουν ακόμα μεγαλύτερη αντοχή από το τιτάνιο, όπως ο χάλυβας υψηλής ποιότητας που αναφέραμε παραπάνω ή κάποιοι ιδιαίτεροι αεροδιαστημικοί χάλυβες (π.χ. 300Μ) έχουν ισχύ περίπου 2000 MPa. Η ανθεκτικότητα υποδεικνύει πόσο μεγάλη μπορεί να απορροφήσει ένα υλικό πριν σπάσει. Το τιτάνιο είναι πολύ καλό εδώ, απορροφά πολλή ενέργεια γύρω από 20 joules σε δοκιμή κρούσης. Ωστόσο για άλλη μια φορά υπάρχουν κράματα χάλυβα που είναι καλύτερα μέχρι 150-200J για τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες (υπάρχουν επίσης χάλυβες με πολύ κακή αντοχή όπως οι μαρτενσιτικοί χάλυβες). Η ανθεκτικότητα πέρα ​​από ένα σημείο δεν είναι σημαντική για εφαρμογές σχετικές με το ρολόι. Δεν είναι πιθανό να σπάσετε να παρακολουθήσετε σε τέτοιο βαθμό ώστε η περίπτωσή του να σπάσει. Πριν από αυτό θα συνέβαινε το λεπτό κίνημα θα αποτύχει.

Όπως μπορείτε να δείτε χάλυβα είναι πολύ καλή, αλλά όπου τιτάνιο πραγματικά τραβά μπροστά είναι από την άποψη της ελαφρότητας (βάρους). Είναι περίπου το ήμισυ του βάρους του χάλυβα για τον ίδιο όγκο με πυκνότητα 4, 5 g / cc έναντι 7, 8 για τους χάλυβες. Έτσι, για μια περίπτωση που έχει την ίδια ισχύ, η θήκη από τιτάνιο θα ήταν το ήμισυ του βάρους μιας θήκης από χάλυβα υψηλής αντοχής. Και στην πραγματικότητα πολύ χάλυβες υψηλής αντοχής δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ στα ρολόγια (χρησιμοποιούνται για εξαρτήματα αεροσκαφών και εργαλεία για τη βιομηχανία). Ο ανοξείδωτος χάλυβας χρησιμοποιείται ευρέως, και έχει μικρότερη αντοχή (εκτός αν είναι σφυρηλατημένο, το οποίο και πάλι σχεδόν ποτέ δεν χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ρολογιών). Έτσι μια περίπτωση τιτανίου θα ήταν λιγότερο από το ήμισυ του βάρους για την ίδια δύναμη.

Ένας άλλος τομέας όπου το τιτάνιο είναι εξαιρετικό είναι αντοχή στη διάβρωση (π.χ. αντοχή στη σκουριά). Είναι τόσο καλό που είναι σχεδόν αδύνατο να σκουριάσει το τιτάνιο. Είναι αδιαπέραστο σε όλα τα οξέα αλλά στο νιτρικό οξύ. Και το νιτρικό οξύ είναι κάτι που δεν πλησιάζετε στην καθημερινή σας ζωή. Η αντοχή στη διάβρωση είναι παρόμοια με εκείνη της πλατίνας, και από την άποψη των μηχανικών μετάλλων μόνο το ζιρκόνιο μπορεί να νικήσει το τιτάνιο για αντοχή στη διάβρωση. Αυτή η αντοχή στη διάβρωση είναι το κλειδί για τις υποαλλεργικές ιδιότητες του τιτανίου. Είναι τόσο αδρανές λόγω του στρώματος οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια του, ότι δεν αντιδρά με το ανθρώπινο σώμα - έτσι είναι το υλικό επιλογής για πολλές ιατρικές εφαρμογές.

Υπάρχουν ορισμένοι τομείς που τιτάνιο χτυπιούνται από τους χάλυβες. Για παράδειγμα η ακαμψία, η οποία υποδηλώνει πόσο το υλικό εκτρέπεται υπό φορτία. Ο χάλυβας έχει μεγαλύτερη ακαμψία, πολύ υψηλότερη. Αλλά νομίζω ότι σε μια περίπτωση ρολογιών δεν είναι σημαντική ιδιοκτησία. Ίσως, εκτός από τα καταδυτικά ρολόγια.

Η σκληρότητα του τιτανίου είναι χαμηλότερη από ορισμένους χάλυβες, έτσι ώστε να γρατζουνίζει ευκολότερα από τους περισσότερους χάλυβες. Ωστόσο, το τιτάνιο είναι πολύ πιο δύσκολο από τον χρυσό, την πλατίνα και το αλουμίνιο. Οι επίστρωσεις μπορούν να βελτιώσουν τη σκληρότητα του τιτανίου επίσης, και υπάρχουν πολλές επιστρώσεις εκεί έξω που μπορούμε να καλύψουμε σε ένα άλλο άρθρο. Το τιτάνιο βαθμού 5 έχει σκληρότητα περίπου 35 Rockwell C (Rc). Οι χάλυβες έχουν ένα εύρος σκληρότητας από χαμηλές τιμές έως 55 Rc για τους σκληρυμένους χάλυβες έως 65 Rc για τους χάλυβες εργαλείων και ακόμη υψηλότερο για τους ειδικούς χάλυβες που χρησιμοποιούνται για τα μαχαίρια (π.χ. χάλυβας εργαλείων D-2, χάλυβας μαχαίρι S30V). Ο χρυσός, ο λευκόχρυσος και το αλουμίνιο είναι τόσο μαλακοί που συνήθως δεν εμφανίζονται στην ίδια κλίμακα σκληρότητας (υπάρχουν πολλές κλίμακες σκληρότητας).

Η επεξεργασία του τιτανίου είναι δύσκολη. Η συγκόλληση, σφυρηλάτηση, χύτευση και θερμική επεξεργασία είναι δύσκολες. Έτσι, αυτή η λεπτότητα προσθέτει στην υψηλή τιμή του τιτανίου. Πολλές ιδιότητες που κάνουν το τιτάνιο ένα τόσο καλό μέταλλο καθιστούν επίσης δύσκολο να κατασκευαστεί. Με ορισμένες τεχνικές που αναπτύχθηκαν στην αεροναυπηγική βιομηχανία αυτές οι κακουχίες μπορούν να ξεπεραστούν. Αυτό είναι το πώς έχουμε τις ωραίες περιπτώσεις τιτανίου σε προσιτές τιμές αυτές τις μέρες. Ωστόσο, οι διαδικασίες χύτευσης και συγκόλλησης εξακολουθούν να είναι πολύ δύσκολες, και είναι απίθανο να δούμε μια θήκη από τιτάνιο χυτού ή να συγκολληθεί σε πολύ προσιτές τιμές.

Το τιτάνιο είναι ένα τόσο καλό υλικό που η χρήση του εξακολουθεί να αυξάνεται στα μαχητικά αεροσκάφη. Για παράδειγμα, το F-22 χρησιμοποιεί περισσότερο τιτάνιο από οποιοδήποτε δυτικό αεροσκάφος που έκανε ποτέ. Ο μεγαλύτερος ανταγωνιστής του ως υλικό είναι ενισχυμένα με ίνες άνθρακα πολυμερή (CFRP) και θα το καλύψουμε σε ένα άλλο άρθρο.

Αυτό το άρθρο γράφτηκε για να ενημερώσει γενικά τους ανθρώπους σχετικά με το τιτάνιο ως υλικό υπόθεση ρολογιών και έχει προφανώς απλοποιηθεί. Μια ευρύτερη συζήτηση για το τιτάνιο θα επεκταθεί σε κάθε ένα από αυτά τα θέματα και θα περιλαμβάνει πολλά άλλα. Αν και ως λάτρεις ρολογιών ελπίζουμε να έχουμε μια νέα προοπτική στο δημοφιλές μέταλλο. Συμπερασματικά, εάν αγοράσετε ένα τιτάνιο ρολόι, ειδικά ένα με μια καλή επίστρωση, θα είστε ευχαριστημένοι με την απόφασή σας.