Titanlegierungen sind Legierungen, die eine Mischung aus Titan und anderen chemischen Elementen enthalten. Solche Legierungen haben eine sehr hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit (auch bei extremen Temperaturen). Sie sind leicht, außerordentlich korrosionsbeständig und können extremen Temperaturen standhalten.
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Vorteile der Titanlegierung
Einer der natürlichen Vorteile von Titan liegt in seiner außergewöhnlichen Festigkeit. Dieses besondere Metall ist für seine außergewöhnliche Festigkeit und Haltbarkeit bekannt, was es in einer Vielzahl von Fertigungskontexten äußerst vorteilhaft macht.
Titan weist von allen im Periodensystem aufgeführten Metallelementen das günstigste Verhältnis von Festigkeit zu Dichte auf, was seine natürlichen Vorteile unterstreicht.
Unlegiertes Titan weist eine mit Stahl vergleichbare Festigkeit auf, besitzt jedoch eine geringere Dichte, was es bei vielen Profis zu einer äußerst beliebten Option macht.
Die hohe Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von Titan ist ein großer Vorteil. Metall erodiert bei Kontakt mit Feuchtigkeit aufgrund einer chemischen Reaktion namens Oxidation. Egal, ob es drinnen oder draußen verwendet wird, es widersteht Rost und Korrosion für lange Zeit.
Titan ist ein vielseitiges Metall, das in allen möglichen Bereichen von Flugzeugen und Autos bis hin zu Booten und Herzschrittmachern verwendet wird.
Titan ist korrosionsbeständig, was bedeutet, dass es den Auswirkungen von Oxidation und Zersetzung unter Umweltbedingungen widerstehen kann.
Titan weist Biokompatibilität auf und eignet sich daher für den Einsatz in medizinischen Implantaten und anderen Geräten, die mit dem menschlichen Körper interagieren.
Titan ist ungiftig und setzt bei Hitze oder Verbrennung keine gefährlichen Stoffe frei.
Titan ist aufgrund seines bemerkenswerten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses ein vielseitiges Metall, das sowohl langlebig als auch körperverträglich ist.
Titanlegierungen werden in drei unterschiedliche Kategorien eingeteilt. Diese werden nach der Phasenzusammensetzung unterschieden.
Unlegierte Güten oder Alpha-Legierungen
Handelsübliches reines oder unlegiertes Titan ist durch einen Titangehalt von über 99 % gekennzeichnet. Hauptlegierungselement ist Sauerstoff, der die Festigkeit bestimmt. Ein höherer Sauerstoffgehalt führt dazu, dass Festigkeit und Härte steigen. Alphalegierungen bestehen meist nur aus -Phase. Durch Verunreinigungen sind jedoch geringe Anteile der -Phase möglich.
Unlegierte Titansorten weisen hervorragende mechanische Eigenschaften auf, wie beispielsweise eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine hohe Duktilität und Formbarkeit.
Allerdings ist die Festigkeit im Vergleich zu anderen Titanlegierungen relativ gering. Darüber hinaus können Alphalegierungen nicht wärmebehandelt werden, um die Festigkeit zu erhöhen.
Beispiele für unlegierte Güten sind die ASTM-Güteklassen 1, 2, 3 und 4.
In der Nähe von Alpha Aloys
Im Gegensatz zu Alpha-Legierungen, die vollständig aus -Phase bestehen, enthalten Near-Alpha-Legierungen einen geringen Anteil duktiler -Phase. Zur Stabilisierung der -Phase werden Legierungen wie Aluminium zugesetzt. Darüber hinaus werden Legierungen wie Molybdän oder Vanadium als -Phasenstabilisatoren eingesetzt. Deren Anteil liegt bei ca. 1-2 %.
Nahe Alphalegierungen weisen gute mechanische Eigenschaften auf, wie hohe Zähigkeit, gute Kriechfestigkeit und Schweißbarkeit. Die mechanische Festigkeit ist jedoch nur mäßig und steigt mit dem Aluminiumgehalt.
Beispiele für nahezu Alphalegierungen sind Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo und Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb.
Al-Pha-Beta-Legierungen
Alpha-Beta-Legierungen bestehen hauptsächlich aus Ti-(4-6)Al, kombiniert mit Gehalten zwischen 4 % und 5 % an -Stabilisatorelementen. Dazu gehören Elemente wie Wolfram, Molybdän, Vanadium und Aluminium. Alpha-Beta-Legierungen bestehen daher aus einer Mischung von und Phasen.
Alpha-Beta-Legierungen können wärmebehandelt werden. Dies führt zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung, insbesondere bei Anwendung einer Ausscheidungshärtung. Die Wärmebehandlung führt jedoch zu einer Abnahme der Duktilität.
Insgesamt weisen Alpha-Beta-Legierungen eine hohe Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit auf. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine gute Warmumformbarkeit und eine akzeptable Kriechfestigkeit aus.
Beispiele für Alpha-Beta-Legierungen sind Ti-6Al-4V (Klasse 5), das die Hälfte der Gesamtproduktion von Titanlegierungen ausmacht.
Beta-Titanium-Legierungen
Beta-Titanlegierungen sind reich an -Phase. Dies wird durch die Zugabe von ausreichend -Phasenstabilisatoren wie Molybdän und Vanadium gewährleistet. Auf diese Weise ist es möglich, die -Phase nach dem Abschrecken beizubehalten.
Wie Alpha-Beta-Legierungen können Beta-Legierungen wärmebehandelt und lösungsbehandelt werden. Daher können sie eine hohe Festigkeit und gute Formbarkeit aufweisen.
Allerdings sind die Dauerfestigkeit und Duktilität gering.
Beispiele für Beta-Titanlegierungen sind Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-13V-11Cr{5}}Al und Ti{{6 }}.
Titanlegierungen mit Eigenschaften und Anwendungen
Titanlegierungen sind in vielen verschiedenen Güteklassen erhältlich, jede mit ihren spezifischen Eigenschaften. Im Folgenden sind einige der gängigsten Güteklassen für Titanlegierungen aufgeführt.
Titanlegierung der Güteklasse 5
- Aufgrund ihrer hohen Festigkeit ist Titan der Güteklasse 5 die am häufigsten verwendete Legierung. Es handelt sich um eine häufig verwendete Schweißlegierung, die in Struktur- und drucktragenden Bauteilen verwendet werden kann. Sie weist sowohl in oxidierenden als auch in reduzierenden Umgebungen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.
- Darüber hinaus wird es auch in der Chemie- und Erdölindustrie sowie bei der Herstellung von Offshore-Bohrplattformen verwendet. Die Legierung wird beim Bau von Wasseraufbereitungsanlagen, Kernreaktoren und anderen kritischen Umgebungen eingesetzt, die ein hochfestes und kostengünstiges Material erfordern.
Titanlegierung der Güteklasse 6
Grade 6 ist eine häufig geschweißte Titanlegierung aus Aluminium und Zinn, die oft für Bauteile verwendet wird, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Neben ihrer hohen Festigkeit weist die Legierung eine ausgezeichnete Stabilität auf, was sie zu einer guten Wahl für Flugzeuge und Triebwerke macht.
Titanlegierung der Güteklasse 7
Titanlegierungen der Güteklasse 7 eignen sich besonders gut für Anwendungen mit niedrigen Temperaturen und hohem pH-Wert. Dies ist auf ihre extreme Korrosionsbeständigkeit zurückzuführen.
Titanlegierung der Güteklasse 11
- Grade 11 ist eine Titanlegierung mit guter Hochtemperaturfestigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit. Die Legierung ist ein Rohstoff für Komponenten, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, wie z. B. Chemie- und Erdölverarbeitungsanlagen sowie die Herstellung von Flugzeugtriebwerken und Flugzeugzellen. Grade 11 wird auch zur Herstellung von Turbinen, Flüssigwasserstoff-Speichertanks und anderen wichtigen Geräten verwendet. Die Legierung lässt sich leicht durch Zerspanen, Schmieden, Walzen und Extrudieren herstellen.
Titanlegierung der Güteklasse 12
- Es gilt für die Herstellung von Flugzeugkomponenten wie Motorteilen, Flugzeugzellen, Fahrwerken, Kraftstoffsystemen und anderen wichtigen Geräten. Die Legierung wird auch zur Herstellung von kryogenen Behältern, Wärmetauschern, Destillationskolonnen und anderen Geräten verwendet, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.
- Darüber hinaus lässt sich Güteklasse 12 leicht durch Zerspanen, Schmieden, Walzen und Extrudieren herstellen. Daher eignet es sich ideal für die Herstellung von Ventilen, Armaturen und anderen Geräten, die korrosionsbeständige Materialien erfordern.
Titanlegierung der Güteklasse 23
Grade 23 ist eine Titanlegierung mit guter Duktilität und Bruchzähigkeit. Sie wird hauptsächlich bei der Herstellung medizinischer Implantate verwendet.
Die unterschiedlichen Materialeigenschaften verschiedener Titanlegierungen ergeben sich aus ihrer Zusammensetzung. Die der Titanbasis hinzugefügten Elemente können die resultierende Legierung erheblich beeinflussen. Wenn beispielsweise Vanadium und Aluminium als Legierungselemente verwendet werden, entsteht Ti-6Al-4V, eine leistungsstarke und robuste Legierung. Andere Legierungszusätze, die häufig verwendet werden, um die Eigenschaften von Titanlegierungen zu verändern, sind Molybdän, Eisen, Mangan und Chrom.
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Legierung |
Chemische Zusammensetzung |
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Ti-6Al-4V |
90 % Titan, 6 % Aluminium, 4 % Vanadium |
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Ti-5Al-2.5Sn |
92,5 % Titan, 5 % Aluminium, 2,5 % Zinn |
Physikalische Eigenschaften der Titanlegierung
Das Verständnis der physikalischen Eigenschaften von Titanlegierungen, wie Dichte und Schmelzpunkt, liefert weitere Einblicke, warum sie in technischen Zusammenhängen so nützlich sind. So bietet sie beispielsweise eine Dichte von rund 4500 kg/m3, deutlich weniger als andere gängige technische Materialien wie Stahl und Kupfer. Darüber hinaus ist ihr Schmelzpunkt recht hoch und liegt je nach spezifischem Legierungstyp zwischen 1660 und 3287 Grad.
Härteprüfung für Titanlegierungen verstehen
Einer der überzeugendsten Gründe, warum Sie sich mit Härteprüfungen für Titanlegierungen befassen sollten, liegt in ihrer vielfältigen Verwendung. Von der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo diese Legierungen das Rückgrat des Flugzeugrahmenbaus bilden, bis hin zum biomedizinischen Bereich, wo sie zur Herstellung von Implantaten verwendet werden, kann die Härte des Materials ihre Leistung erheblich beeinflussen.
Die Härteprüfung funktioniert nach einem einfachen Prinzip: Sie misst den Widerstand des Materials gegen Eindringversuche unter einer Standardkraft. Bei einer typischen Härteprüfung wird ein kleiner Eindringkörper verwendet, der unter einer bestimmten Last auf die Oberfläche des Probenmaterials gedrückt wird. Es gibt zwei häufig verwendete Härteprüfverfahren für Titanlegierungen: Brinellhärteprüfung und Rockwellhärteprüfung.
Alternativ dazu wird beim Rockwell-Härtetest, ebenfalls eine gängige Methode, ein kleiner Diamantkegel als Eindringling verwendet, der einen viel kleineren Abdruck hinterlässt als beim Brinell-Test. Die Härtezahl wird mithilfe einer Formel berechnet, die die Tiefe des Eindringlings berücksichtigt. Diese Messung wird nach dem Entfernen der Hauptlast, aber während die Nebenlast noch wirkt, durchgeführt.
Wo: -
Ist die Tiefe der Einkerbung (in mm) -
Ist eine Zahl, die von der Skala des Tests abhängt (150 für Skala C) -
Ist konstant und hängt vom Prüfmaßstab ab (0,002 mm für Maßstab C)
Bearbeitbarkeit von Titanlegierungen
Bei der Diskussion der Eigenschaften von Titanlegierungen spielt ihre Bearbeitbarkeit – also wie leicht sie geschnitten und in die gewünschte Form gebracht werden können – eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer verschiedenen Anwendungen.
Titanlegierungen sind für ihr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, ihre Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität bekannt und werden in zahlreichen Branchen eingesetzt.
Dennoch kann die Bearbeitung dieser Legierungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eine echte Herausforderung sein. Zu den wichtigsten Bearbeitungsprozessen für Titanlegierungen gehören:
Drehen:Ein Prozess, bei dem sich das Werkstück dreht, während sich das Schneidwerkzeug linear bewegt. Dieser Prozess wird hauptsächlich zum Erstellen zylindrischer Formen verwendet.
Mahlen:Dabei bleibt das Werkstück stationär und das Schneidwerkzeug dreht sich um seine Achse, um Material zu entfernen. Es wird verwendet, um Schlitze, flache Oberflächen oder komplexe Konturen herzustellen.
Bohren:Um Löcher in das Titanlegierungsstück zu bohren, wird Bohren verwendet. Dabei wird ein rotierendes Werkzeug verwendet, das runde Löcher bohrt.
Schleifen:Ein abrasiver Bearbeitungsprozess, bei dem eine Schleifscheibe als Schneidwerkzeug verwendet wird. Er wird für die Endbearbeitung verwendet und sorgt für hochpräzise Abmessungen und eine feine Oberflächenbeschaffenheit.
Drehen und Fräsen sind die gebräuchlichsten und am häufigsten verwendeten Verfahren. Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist jedoch Vorsicht geboten. Diese Legierungen können Schneidwerkzeuge schnell verschleißen und viel Wärme erzeugen, was die mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinträchtigen kann.
Unsere Fabrik
Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) mit Sitz in Baoji, Provinz Shaanxi, bekannt als Chinas Titantal, wurde 2019 mit einem eingetragenen Kapital von 60 Millionen Yuan gegründet. Das Unternehmen wurde mit Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. und Baoji Overflow Industrial Co., Ltd. fusioniert. Beide Unternehmen verfügen über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Titanindustrie. Im Jahr 2019 umfasst das gemeinsam gegründete Geschäft von Baoji West Titanium Materials Co., Ltd. die Verarbeitung und den Verkauf von seltenen Metallen wie Titanspulen, -platten, -stangen, -drähten und Titanschmiedeteilen.
FAQ
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