Najlepsza odpowiedź
Tytan jest mocniejszy niż kompozyt polimerowy z włókna węglowego. Istnieje wiele odmian włókna węglowego. Niektóre są sztywne, niektóre mocne, inne bardzo dobrze przewodzą ciepło. Niektóre nazwy to T300, IM7, M55J, K13D2U. Używając jednego z najsilniejszych włókien (IM7) w układzie w pełni jednokierunkowym, byłbyś w stanie prawie dorównać wytrzymałości tytanu 6AL-4V, która wynosi około 120 000 PSI (120 KSI). Patrzę teraz na arkusz danych IM7 / epoksydu, uzyskany przez googlowanie IM7. Ale w układzie jednokierunkowym wszystkie włókna są zorientowane w tym samym kierunku. To nie jest tkany produkt, do jakiego przywykłeś. W tym przypadku drugi kierunek jest bardzo słaby, więc ostatecznie ten materiał nadal nie jest tak wytrzymały jak Ti. Kompozyty z włókna węglowego są znacznie słabsze podczas ściskania niż rozciągania, więc musisz przyjąć niższą wytrzymałość na ściskanie, co zrobiłem tutaj.
Teraz zdaj sobie sprawę, że kompozyt z włókna węglowego ma prawie 1/3 gęstości Ti więc możesz użyć prawie 3 razy więcej, aby uzyskać część o tej samej masie części. Tak naprawdę zależy Ci na stosunku siły do wagi. W przeciwnym razie oczywistym wyborem jest stal. Tytan ma legendarny stosunek wytrzymałości do wagi, aw bardziej tradycyjnym układzie włókien IM7 może się równać, ale nie przewyższać tego.
To, w czym wyróżniają się kompozyty z włókna węglowego, to nie wytrzymałość, ale sztywność względem wagi. Co ciekawe, aluminium, tytan i stal mają mniej więcej ten sam stosunek sztywności do wagi, ale kompozyt z włókna węglowego może znacznie je przewyższać w zależności od zastosowanego włókna i ułożenia. Nawet przy niezorientowanym lay-upie można uzyskać 2–3 razy większą sztywność względem wagi Ti. Zorganizuj układ, a możesz to jeszcze raz podwoić lub nawet więcej.
Metody produkcji również są bardzo różne, więc mogą one dyktować najlepszy produkt używany w danej sytuacji. Kompozyty są drapowane jak tkanina i gotowane. Świetnie nadają się do cienkich i zakrzywionych powierzchni. Nie sądzę, aby ktokolwiek próbował zrobić z nich śrubę, ponieważ do tego nadają się metale.
Porównując produkty, najlepiej porównać specyfikacje zamiast materiałów. Nie możesz znać wszystkich decyzji inżynieryjnych, które wpłynęły na produkt, ale możesz znać wagę i czy mają reputację niezawodności, czy nie.
Edytuj, aby dodać: W przypadku konstrukcji kompozytowych często słaby punkt to nie jest wcale włókno, ale połączenia, które są zwykle spajane za pomocą żywicy epoksydowej.
Odpowiedź
Pracowałem tylko trochę z kompozytami, ale powiem ci o tym wiedzieć. Najbardziej użyteczną, ale i najtrudniejszą rzeczą w używaniu włókna węglowego jest to, że jest anizotropowe, co oznacza, że jego wytrzymałość zależy od orientacji włókien. Włókno węglowe jest silniejsze niż tytan na wagę, ale tylko wtedy, gdy komponent jest dobrze zaprojektowany cel, do którego jest przeznaczony. Włókna muszą być odpowiednio zorientowane zgodnie z tym, co chcesz, aby część robiła. Daje to dużą kontrolę nad tym, jak dużą elastyczność i wytrzymałość będzie miała w określonych obszarach, ale jest to zdecydowanie bardziej skomplikowane. Z drugiej strony metale są izotropowe, co oznacza, że ich właściwości nie zależą od orientacji Oznacza to, że łatwiej jest przewidzieć, jak tytan zareaguje na naprężenia niż kompozyty. Oznacza to, że jeśli projektujesz te rzeczy, o ile wiesz, jak mocny musi być tytan, byłoby o wiele prostsze. Inną rzeczą, którą tytan ma na włóknie węglowym, jest to, że włókno węglowe nie jest zbyt dobre pod względem obciążenia udarowego, co oznacza, że jest bardziej prawdopodobne, że pęknie, jeśli zamierzasz doświadczyć jakichkolwiek wstrząsów. Powiedziałbym, że ogólnie dobrze zaprojektowana część węglowa jest mocniejsza (na wagę), ale pod wieloma względami to, co próbujesz osiągnąć, musi być specjalnie porównane, aby dokonać tego wyboru.