Titânio versus alumínio:qual metal é melhor para o seu projeto?

Sempre que você tem um projeto de fabricação, a escolha do material adequado para sua produção fica por sua conta. Alumínio e titânio são excelentes opções de metais com diversas aplicações em diferentes indústrias. Antes de escolher entre titânio e alumínio para o seu projeto, é melhor entender as diferenças em suas propriedades.

Este artigo discutirá as propriedades do titânio e do alumínio, seus prós e contras e suas diferentes aplicações. Isso ajudará você a tomar decisões informadas para o seu próximo projeto. Acompanhe de perto enquanto mergulhamos!

Titânio versus alumínio:comparando suas propriedades

Ao lidar com um projeto, você deve considerar materiais com propriedades impecáveis, como resistência e leveza. O alumínio e o titânio vêm à mente porque atendem a requisitos como resistência à corrosão, tolerância ao calor e muito mais.

Como resultado, seria útil analisar as diferenças entre alumínio e titânio para escolher um material adequado para o seu projeto.

Composição elementar

Geralmente, alguns componentes não são ideais para determinadas aplicações devido à sua composição elementar. Além disso, características adicionadas de outros elementos podem melhorar as propriedades mecânicas de alguns metais. O titânio consiste em oxigênio, níquel, nitrogênio, ferro, carbono e hidrogênio. O titânio é a principal composição elementar, com outros constituintes variando entre 0,013 e 0,5%.

Em contraste, o alumínio possui diferentes constituintes, incluindo o alumínio como sua composição primária. Outros incluem zircônio, zinco, cromo, silício, magnésio, titânio, manganês, ferro, cobre e muitos mais.

Condutividade térmica

A condutividade térmica de um material determina sua capacidade de conduzir ou transferir calor. Se o seu projeto precisa de material com um bom radiador, talvez seja necessário escolher um com alta taxa de condutividade. Além disso, materiais com baixa condutividade térmica são bons isolantes.

As ligas de alumínio possuem alta condutividade térmica de 210 W/m-K em comparação ao titânio com 17,0 W/m-K. Como resultado, o alumínio é adequado para dissipadores de calor, trocadores de calor e utensílios de cozinha.

Condutividade elétrica

A condutividade elétrica é a propriedade de um material que permite que o fluxo de elétrons viaje através dele devido a uma queda no potencial. O cobre é uma medida padrão usada para determinar a condutividade elétrica de um material.

O titânio mostra cerca de 3,1% da condutividade elétrica do cobre em comparação. Isso prova que o titânio tem condutividade elétrica mínima e não é adequado para aplicações onde a boa condutividade é um fator primário. Embora o titânio não seja um condutor elétrico adequado, é bom para fazer resistores.

Por outro lado, o alumínio possui 64% da condutividade do cobre, tornando-o uma opção melhor que o titânio. Como resultado, é um metal mais adequado para projetos onde a condutividade elétrica é essencial.

Força

A força de um metal é sua resistência à deformação irrecuperável. No entanto, a resistência varia dependendo do metal usado ou da aplicação envolvida.

Aqui estão algumas das diferentes formas de resistência de titânio versus alumínio:

● Força de rendimento

A resistência ao escoamento de um metal é sua tensão máxima na qual ele começa a se deformar permanentemente. O titânio comercialmente puro é um material com resistência baixa a moderada. Como resultado, não é o material apropriado para estruturas ou motores de aeronaves. Isso ocorre porque ele tem um limite de elasticidade de titânio de alta pureza variando de 170 MPa a 480 MPa, o que é consideravelmente baixo para aeroestruturas muito carregadas.

Em comparação, o alumínio puro apresenta resistência ao escoamento variando de 7 MPa a 11 MPa. As ligas de alumínio têm limite de escoamento entre 200 MPa e 600 MPa.

● Resistência à tração

A resistência à tração das ligas de titânio a uma temperatura moderada varia de 230 Mpa para o titânio comercialmente puro de grau mais macio a 1400 Mpa para ligas de alta resistência. Além disso, a resistência à prova do titânio varia de 170 Mpa a 1100 Mpa, dependendo da qualidade e condição.

Em contraste, as ligas de alumínio apresentam maior resistência em relação ao alumínio puro. O alumínio puro apresenta uma resistência à tração de 90 Mpa. No entanto, você pode aumentar a resistência à tração de algumas ligas de alumínio tratadas termicamente para mais de 690 Mpa.

● Resistência ao cisalhamento

Esta é a resistência de um material contra a falha estrutural antes de falhar no cisalhamento. A ruptura por cisalhamento envolvida na resistência ao cisalhamento geralmente ocorre paralelamente à direção da força que atua em um plano. A tensão de cisalhamento do titânio varia de 40 a 45 Mpa, dependendo da propriedade da liga.

Enquanto isso, o alumínio tem tensão de cisalhamento que vai de 85 a 435Mpa. Como resultado, tem uma resistência ao cisalhamento melhor do que o titânio. Você pode querer considerar algum grau de alumínio sobre titânio se a resistência ao cisalhamento for um fator significativo.

Densidade e Dureza

Tanto o titânio quanto o alumínio são metais leves para diversas aplicações. O alumínio (2712 kg/m³) tem densidade menor quando comparado ao titânio (4500 kg/m³). Embora o titânio seja dois terços mais pesado que o alumínio, a densidade do alumínio é muito menor.

A dureza do metal é o valor comparativo de um metal em resposta à deformação, arranhões, corrosão ou amassados ​​ao longo de sua superfície. O titânio é geralmente mais duro que o alumínio. Mas algumas ligas de alumínio apresentam maior dureza que o titânio, como a têmpera AA6082 T5 e T6, têmpera AA7075 T7 e T6 e muito mais.

Portanto, o alumínio é sua melhor escolha quando você precisa de um metal leve, enquanto o titânio é sua melhor escolha para dureza.

Ponto de fusão

O ponto de fusão de um metal é a temperatura na qual ele começa a mudar do estado sólido para o líquido. O estado sólido e fluido do metal existe em uma condição equilibrada a essa temperatura. Quando o material atinge essa temperatura, ele se forma facilmente para uso em aplicações térmicas.

O titânio possui um ponto de fusão mais alto de 1650 – 1670 ᵒC. Isso o torna um metal refratário adequado. Por outro lado, o alumínio tem um ponto de fusão mais baixo que o titânio a 660,37 ᵒC. Como resultado, o titânio é o material adequado para uso em casos de aplicação de resistência ao calor.

Resistência à corrosão

Tanto o alumínio quanto o titânio têm excelentes propriedades de resistência à corrosão, mas um é mais resistente que o outro. O titânio é um metal não reativo. Como resultado, possui características de alta resistência à corrosão. É mais adequado para aplicações médicas devido à sua biocompatibilidade.

As ligas de alumínio são inertes a elementos corrosivos devido à sua camada de óxidos. No entanto, a corrosão dessas ligas depende de fatores atmosféricos, como composição química, temperatura e produtos químicos transportados pelo ar.

Usinabilidade e Formabilidade

A pontuação de usinabilidade de um metal determina o processo de usinagem apropriado a ser usado. Ao mesmo tempo, a conformabilidade é a capacidade dos metais de passar pela deformação plástica sem danos. Torneamento e fresamento CNC são processos padrão para a produção de componentes usando titânio e alumínio. Eles fornecem tolerâncias mais apertadas de +/- 0,005.

Geometrias complexas e desperdícios de usinagem influenciam a usinagem do material. Você pode considerar o uso de alumínio barato em vez de usinagem de titânio para evitar o desperdício ao produzir componentes com desenhos geométricos intrincados.

Além disso, o alumínio é mais facilmente formado do que o titânio porque o alumínio é fácil de fabricar usando qualquer método. Você pode cortá-lo de várias maneiras, dependendo da propriedade do material. Portanto, o alumínio é mais adequado quando a formabilidade é uma prioridade.

Tabela de propriedades:diferença entre titânio e alumínio

Propriedade	Titânio	Alumínio
Número atômico	Seu número atômico é 22 ou 22 prótons	Seu número atômico é 13 ou 13 prótons
Resistência à tração final (UTS)	Possui uma resistência à tração de até 1170MPa	Tem uma resistência máxima de 310MPa
Ponto de fusão	Titânio derrete a 1650 – 1670 ᵒC	O alumínio derrete a 582 – 652 ᵒC
Condutividade elétrica	Titânio tem baixa condutividade elétrica	O alumínio apresenta excelente condutividade elétrica
Magneticidade	É paramagnético	Não é magnético
Força	Tem o dobro da resistência do alumínio	Tem uma resistência menor que o titânio
Condutividade térmica	Baixa condutividade térmica	Alta condutividade térmica

Uma visão geral do titânio

O titânio é um metal de transição radiante com cor prateada, alta resistência e baixa densidade. Possui uma propriedade única de resistência à corrosão e excelente condutividade térmica. Além disso, possui grande resistência à corrosão, tornando-o adequado para aplicações marítimas.

A expansão térmica do titânio é relativamente baixa, pois não absorve calor; em vez disso, ele a reflete. Sua resistência e segurança o tornam um excelente material para equipamentos médicos, como próteses de joelho, implantes dentários, marca-passos e muitos outros.

Prós e contras do titânio

Prós

• Maior relação resistência/densidade
• Uma alternativa preferida ao aço
• Resistente à ferrugem e à corrosão
• Alta resistência a condições de estresse
• Excelente durabilidade
• Adequado para muitos produtos

Contras

• Requer alta força de corte devido à sua alta resistência
• Módulo de elasticidade baixo
• Custo mais do que o alumínio

Aplicações do titânio

O titânio é um metal popularmente utilizado com muitas aplicações em diversas indústrias. Embora o titânio tenha desvantagens, muitas indústrias escolhem seus benefícios em detrimento dessas dificuldades. Estas são algumas das aplicações do Titanium:

Consumidor e Arquitetura – usado para armações de óculos, peças de laptop, peças de bicicletas, etc.

Indústria aeroespacial – usado para fabricar peças como sistemas hidráulicos, firewalls, fixadores aeroespaciais, trem de pouso e outros componentes estruturais essenciais.

Aplicação industrial – usado para válvulas, alvos de pulverização, vasos de processo, trocadores de calor e outras peças.

Setor de saúde – para fazer instrumentos cirúrgicos, implementos cirúrgicos, implantes dentários e muito mais.

Uma visão geral do alumínio

O alumínio é um material flexível, geralmente macio, branco prateado e não magnético para usinagem de metais. É econômico e fácil de usinar. Tem uma alta tenacidade à fratura e boa resistência à corrosão. O alumínio tem muitas propriedades mecânicas vitais, tornando-o adequado para muitas aplicações.

Por exemplo, você pode usar o alumínio como condutor devido à sua excelente condutividade elétrica. No entanto, reage mal aos ácidos, mas corrói rapidamente em um ambiente alcalino.

Prós e contras do alumínio

Prós

• É uma opção mais barata
• Inodoro e impermeável
• Refletividade e flexibilidade
• Alta usinabilidade e reciclabilidade
• Resistência à corrosão
• Alta condutividade térmica e condutividade elétrica

Contras

• Processo de soldagem difícil
• Corroi rapidamente em água salgada
• Pode afetar o sabor dos alimentos embalados

Aplicações do alumínio

O alumínio é famoso por sua excelente resistência à ferrugem e condutividade elétrica. Essas qualidades o tornam um material valioso e adequado para a produção de diferentes peças em diferentes indústrias. Suas principais aplicações incluem

Máquinas e Equipamentos – tubos, ferramentas e diversos materiais de processamento.

Eletricidade – aplicações relacionadas – transformadores de motores, geradores, ligas condutoras e muito mais.

Utensílios domésticos – utensílios de cozinha, condicionadores de ar, geladeiras e vários outros.

Indústrias de transporte – aeronaves, naves espaciais, embarcações marítimas, trens e muito mais.

Titânio vs. Alumínio:qual metal você deve escolher?

Embora o alumínio e o titânio sejam excelentes opções para uma ampla variedade de aplicações, eles não são adequados para todos os projetos. Antes de escolher um metal para suas aplicações exclusivas, você deve considerar vários fatores, incluindo o seguinte:

Aplicativos

As respectivas propriedades do titânio e do alumínio os tornam ideais para várias aplicações. Por exemplo, o titânio é perfeito para aplicações que exigem materiais resistentes ao calor. Estes incluem aplicações médicas, componentes de satélite, componentes marítimos e acessórios.

Enquanto isso, o alumínio é adequado para quadros de veículos e bicicletas, dissipadores de calor, condutores elétricos, pequenos barcos e outras aplicações que necessitam de alta condutividade térmica.

Processos de usinabilidade opcionais

O material que você escolhe para seu projeto determina a geometria de seus produtos finais. Além disso, determina o método de usinagem usado para o material durante a produção de suas peças. O alumínio é mais compatível com uma ampla gama de processos. Fornece componentes de alta qualidade nos casos em que você precisa fazer peças rapidamente.

Além disso, este material é mais fácil de trabalhar do que o titânio e é a melhor opção para fazer peças complexas com requisitos de tolerância apertados.

Custo

O custo de produção é um dos fatores fundamentais que você deve considerar na hora de escolher um metal para o seu projeto. Geralmente, o alumínio é um metal econômico usado para usinagem de precisão e muitos outros processos de prototipagem. A fabricação de componentes geralmente é mais barata com alumínio do que com titânio.

O titânio tem alto custo de extração e fabricação em relação ao alumínio. Seu alto preço limita sua aplicação. No entanto, o titânio é um material ideal para seus propósitos de usinagem se o custo de usinagem do titânio não for um desafio.

Peso e Força

O peso e a resistência do titânio versus o alumínio são outras diferenças entre esses metais. O titânio tem uma densidade de 4500 kg/m3 em contraste com os 2712 kg/m3 do alumínio. Como resultado, o titânio é mais pesado quando comparado ao alumínio. Isso significa que você precisa de menos titânio em sua usinagem para ter um produto leve.

O titânio é a melhor escolha quando se trata de força. Sua resistência à tração varia de 230 MPa a 1400 MPa em relação ao alumínio, que tem uma margem de 90 MPa a 690 MPa. O titânio puro tem baixa potência, enquanto o alumínio puro é mais fraco. No entanto, você pode combinar alumínio com outras ligas metálicas para aumentar sua resistência com base em suas necessidades.

Resíduos Produzidos

O desperdício de usinagem é outro fator crucial ao lidar com projetos geométricos de design complexo. Projetos geométricos complexos podem limitar seu método de usinagem, independentemente do material escolhido. Como resultado, a fresagem do excesso de material torna-se inevitável. Às vezes, a maioria dos produtores utiliza alumínio para prototipagem e titânio é usado para produção de pequenos lotes de produtos para fins especiais. Na maioria dos casos, é aconselhável escolher alumínio barato em vez de titânio, pois ajuda a reduzir o custo geral.

Requisitos estéticos

Algumas peças fresadas geralmente requerem a aplicação de cores específicas para acabamento estético. O titânio dá uma aparência de superfície prateada que parece mais escura quando sob a luz. Enquanto isso, o alumínio tem uma aparência branca prateada. O material que você escolher determinará se o seu produto tem uma cor prateada ou cinza fosca. No entanto, ambos os materiais podem ter vários outros procedimentos de acabamento de superfícies metálicas, como jateamento, polimento, cromagem, etc.

Conclusão

Titânio e alumínio são metais com propriedades notáveis, respectivas vantagens e aplicações. Apesar de possuírem qualidades quase semelhantes, possuem aplicações individuais em que uma é mais indicada que a outra. Enquanto o titânio é ideal para aplicações resistentes ao calor, o alumínio tem a melhor condutividade térmica que seu projeto precisa.

As aplicações do mundo real exigem que você use materiais adequados para obter os melhores resultados possíveis. Na WayKen, com anos de experiência em usinagem, nossos maquinistas estão familiarizados com as características de vários materiais metálicos, incluindo alumínio e titânio. Vamos orientá-lo na seleção de um metal apropriado para o projeto. Faça uma cotação e receba feedback do DFM hoje mesmo!

Perguntas frequentes

Qual ​​metal dura mais entre titânio e alumínio?

Ambos os metais possuem excelentes propriedades de durabilidade e podem ser usados ​​por um período prolongado. No entanto, o titânio vem em primeiro lugar em termos de durabilidade e rigidez. Seus componentes duram anos sem sinais de desgaste. O titânio tem excelente resistência à corrosão e dura mais porque pode suportar o estresse.

Como posso diferenciar entre titânio e alumínio?

É muito fácil diferenciar o titânio do alumínio usando suas cores específicas. O titânio tem uma cor prata escura, enquanto o alumínio geralmente varia de branco prateado a cinza fosco em várias superfícies. Além disso, o titânio é muito mais duro que o alumínio. O alumínio geralmente esfrega um pedaço de material macio quando limado, enquanto o titânio não.