Blog Ko Buijs - De verschillen van fysische waarden van metalen
De fysische eigenschappen van verschillende metalen zijn in onderstaande tabel op een rijtje gezet. Het gaat om de metalen titaan (Ti), aluminium (Al), koper (Cu), ijzer (Fe) en het roestvast staal type AISI316. In de eerste rij is te zien dat titaan van alle genoemde metalen het hoogste smeltpunt heeft. Dit is zelfs ruim duizend graden hoger dan dat van aluminium. In de tweede rij is het soortelijk gewicht vermeld wat eigenlijk de soortelijke massa moet worden genoemd
Door Ko Buijs - Innomet Consultancy
Een kubus van 1x1x1 decimeter heeft een volume van een liter. Een liter titaan weegt dan 4,51 kilogram, terwijl 1 liter koper 8,94 kilogram weegt, ofwel haast twee keer zoveel. In de praktijk hoort men nog wel eens dat titaan zo licht is en daarom haast niets zou wegen, maar dat is zeer betrekkelijk vooral als dit vergeleken wordt met het soortelijk gewicht van aluminium dat iets meer dan de helft is van die van titaan. Daarom zal aluminium niet gauw verdwijnen als constructiemateriaal voor de civiele luchtvaart.
Fysische waarden van verschillende metalen.
In de derde rij is de uitzettingscoëfficiënt te zien, waar duidelijk titaan de eerste plaats inneemt. Aluminium zet circa drie keer zoveel uit dan titaan, zodra de temperatuur gaat toenemen. De thermische uitzetting van glas komt behoorlijk overeen met die van titaan en dat is een groot voordeel wanneer titaan als gevelmateriaal wordt gebruikt in allerlei gebouwen. Daardoor worden lekkages voorkomen bij raam- en deurkozijnen. In de vierde rij maken we kennis met de elektrische weerstand die van titaan nu eenmaal hoog is, maar niet zo hoog als die van austenitisch roestvast staal. Duidelijk zijn hier koper en aluminium verreweg favoriet en ook ijzer komt er niet slecht vanaf. Dat is de reden dat titaan niet wordt gebruikt voor draden die elektriciteit moeten geleiden. In de vijfde rij worden de verschillen in de elasticiteitsmodulus getoond. De elasticiteitsmodulus is een maat voor de elasticiteit van een materiaal. Bovendien kan gesteld worden dat deze waarde ook het nodige zegt over de stijfheid en starheid van een bepaald materiaal. Feitelijk is de elasticiteitsmodulus de mechanische spanning die nodig is om een teststaaf in lengte te laten verdubbelen. In de praktijk is dat voor de allermeeste metalen niet mogelijk, omdat ze voor die verdubbeling inmiddels al stuk getrokken zijn. Daarom wordt deze waarde uiteindelijk door extrapolatie bepaald. De waarde van de elasticiteitsmodulus is alleen relevant als de wet van Hooke geldig is. Dat is het evenredigheidsgebied waarbij het materiaal niet blijvend vervormd raakt door het mechanisch te belasten. Dat betekent dat de mechanische spanning niet de rekgrens mag passeren. Titaan heeft verhoudingsgewijs een lage elasticiteitsmodules; dat betekent dat buizen van dit metaal in bijvoorbeeld warmtewisselaars, de neiging hebben om te gaan vibreren. Dat ongewenste effect kan verlaagd worden door de afstanden van de tussenschotten ten opzichte van elkaar te laten variëren. Overigens is de elasticiteitsmodulus van aluminium nog lager. De zesde rij geeft de normaalpotentiaal aan en hier blijkt duidelijk dat titaan er niet best vanaf komt. Want hier ziet men dat titaan zonder oxidehuid bijzonder onedel is. Feitelijk is titaan zelfs vier keer zo onedel als ijzer. Maar al deze nadelen worden opgeheven dankzij de edele oxidehuid die zich in de allermeeste gevallen zeer inert opstelt. De normaalpotentiaal van titaan is nagenoeg dezelfde als die van aluminium. Aluminium dankt zijn corrosiebestendigheid ook aan een dichte oxidehuid, maar die mag niet te zwaar corrosief belast worden want dan bezwijkt deze in zeer korte tijd. Dat roestvast staal een positieve potentiaal heeft, is te danken aan de gesloten chroomoxidehuid. Feitelijk slaat hier de positieve potentiaal van roestvast staal ook alleen op deze oxidehuid. De zevende rij geeft de waarden weer van het vermogen om warmte te geleiden. Ook hier zijn de overtuigende kampioenen aluminium en koper. Titaan komt er behoorlijk slecht vanaf maar dankzij het feit dat er geen corrosietoeslag nodig is, kan er dunwandig geconstrueerd worden waardoor dit nadeel gedeeltelijk gecompenseerd wordt.
Alle gevels van het Guggenheim museum in Bilbao zijn gemaakt van titaan.
Meer weten over Titaan? Lees ons digitale handboek Titaan.
