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Titan ist stärker als Kohlefaser-Polymer-Verbundwerkstoffe. Es gibt viele Arten von Kohlefasern. Einige sind steif, einige sind stark, andere leiten Wärme sehr gut. Einige Namen sind T300, IM7, M55J, K13D2U. Wenn Sie eine der stärksten Fasern (IM7) in einer vollständig unidirektionalen Anordnung verwenden, können Sie die Stärke von Titan 6AL-4V, die etwa 120.000 PSI (120 KSI) beträgt, nahezu erreichen. Ich schaue mir jetzt ein Datenblatt von IM7 / Epoxy an, das durch Googeln von IM7 erhalten wurde. Bei einer unidirektionalen Anordnung sind jedoch alle Fasern in die gleiche Richtung ausgerichtet. Dies ist kein gewebtes Produkt, wie Sie es gewohnt sind zu sehen. In diesem Fall ist die andere Richtung sehr schwach, so dass dieses Material am Ende immer noch nicht so stark ist wie Ti. Kohlefaserverbundwerkstoffe sind in der Kompression viel schwächer als in der Spannung, daher müssen Sie die geringere Druckfestigkeit annehmen, die ich hier gemacht habe.
Stellen Sie nun fest, dass Kohlefaserverbundwerkstoffe fast 1/3 der Dichte von Ti betragen Sie können also fast dreimal so viel davon verwenden, um einen Teil der gleichen Teilemasse zu erhalten. Es ist das Verhältnis von Stärke zu Gewicht, mit dem Sie sich wirklich befassen. Ansonsten ist Stahl die naheliegende Wahl. Titan hat ein legendäres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und in einem traditionelleren Faseraufbau kann IM7 dem entsprechen, es aber nicht übertreffen.
Was Kohlefaserverbundwerkstoffe auszeichnen, ist überhaupt keine Festigkeit, sondern Steifheit gegenüber Gewicht. Interessant ist, dass Aluminium, Titan und Stahl alle ungefähr das gleiche Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht aufweisen, der Kohlefaserverbund jedoch je nach verwendeter Faser und Auflage weit darüber hinausgehen kann. Selbst für ein nicht orientiertes Layup können Sie die Steifigkeit von Ti 2–3x erhalten. Wenn Sie das Layup ausrichten, können Sie es erneut oder mehr verdoppeln.
Die Herstellungsmethoden sind ebenfalls sehr unterschiedlich, sodass das beste Produkt für eine bestimmte Situation bestimmt werden kann. Verbundwerkstoffe werden wie ein Stoff drapiert und gekocht. Sie eignen sich hervorragend für dünne und gekrümmte Oberflächen. Ich glaube nicht, dass irgendjemand versuchen würde, einen Bolzen daraus zu machen, denn dafür sind Metalle perfekt.
Wenn Sie Produkte vergleichen, ist es am besten, Spezifikationen anstelle von Materialien zu vergleichen. Sie können nicht alle technischen Entscheidungen kennen, die in ein Produkt eingeflossen sind, aber Sie können das Gewicht kennen und wissen, ob sie für Zuverlässigkeit bekannt sind oder nicht.
Bearbeiten, um hinzuzufügen: Bei Verbundstrukturen häufig die Schwachstelle ist überhaupt nicht die Faser, sondern die Verbindungen, die normalerweise mit Epoxidharz verbunden sind.
Antwort
Ich habe nur ein wenig mit Verbundwerkstoffen gearbeitet, aber ich werde Sie auf das aufmerksam machen, was ich Das Nützlichste, aber auch Schwierigste an der Verwendung von Kohlenstofffasern ist, dass sie anisotrop sind, was bedeutet, dass ihre Festigkeit von der Ausrichtung der Fasern abhängt. Kohlenstofffasern sind stärker als Titan pro Gewicht, aber nur, wenn das Bauteil gut dafür ausgelegt ist Der Zweck, für den es bestimmt ist. Die Fasern müssen richtig ausgerichtet sein für das, was das Teil tun soll. Dies gibt viel Kontrolle darüber, wie viel Flexibilität und Festigkeit es in bestimmten Bereichen haben wird, aber es ist definitiv komplizierter. Metalle auf der anderen Seite sind isotrop, was bedeutet, dass ihre Eigenschaften nicht von der Orientierung abhängen. T. Auf diese Weise ist es einfacher vorherzusagen, wie Titan unter Stress reagieren wird als Verbundwerkstoffe. Dies bedeutet, dass es viel einfacher wäre, wenn Sie diese Dinge entwerfen, solange Sie wissen, wie stark Titan sein muss. Die andere Sache, die Titan auf Kohlenstofffasern hat, ist, dass Kohlenstofffasern bei der Stoßbelastung nicht sehr gut sind, was bedeutet, dass sie eher brechen, wenn Sie beabsichtigen, dass sie Stöße erfahren. Ich würde sagen, dass ein gut gestalteter Kohlenstoffanteil insgesamt stärker ist (pro Gewicht), aber in vielerlei Hinsicht muss das, was Sie erreichen möchten, speziell verglichen werden, um diese Wahl zu treffen.