Titansorten | Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten im Easy Guide

Titanmetall ist für sein außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bekannt und trägt das Symbol Ti. Titansorten haben unterschiedliche Eigenschaften und werden in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Titanmaterial der Klassen 1 bis 4 ist ein sehr guter Korrosionswiderstand und wird daher in chemischen Prozessanwendungen eingesetzt. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird Titan der Güteklasse 5 verwendet, die geringes Gewicht und Festigkeit vereint. Titan in medizinischer Qualität ist 2 und weist eine ausgezeichnete Biokompatibilität auf. Verschiedene Arten von Titan werden für verschiedene Branchen, die Luftfahrt und das Gesundheitswesen verwendet. ASTM B265 wird für die Qualität und Einheitlichkeit der Liste von Titanlegierungen mit Blech- und Plattenformen verwendet. Während ASTM B348 für Stangen- und Knüppeltypen aus Titan der Qualität Esurance verwendet wird.

Zusammensetzung des Titanmaterials

Titanmetall hat eine robuste Materialzusammensetzung mit 22 Protonen und Elektronen. Titanmetall ist mit einem Gewicht von 47.87 leicht und hat eine kristalline Struktur. Es stehen verschiedene Titanlegierungen zur Verfügung, darunter Elemente wie Vanadium, Nickel und Aluminium für unterschiedliche Anwendungen.

Titan in Rohform.

Ist Titan flexibel?

Titan bietet den besten Vergleich zwischen Festigkeit und Flexibilität und ist daher mäßig flexibel. Der Titanwerkstoff Ti-6Al-4V weist im Vergleich zu anderen Werkstoffen eine hohe Flexibilität auf und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen Flexibilität erforderlich ist.

Ist Titan eine Legierung?

Ja, es gibt eine Liste verfügbarer Titanlegierungen, abhängig von den Eigenschaften der verschiedenen Titanqualitäten, die in bestimmten Anwendungen verwendet werden.

Ist Titan formbar?

Ja, Titan ist formbar, aber seine Formbarkeit hängt von der Legierungszusammensetzung und der Verarbeitungstechnik ab.

Wie Titan hergestellt wird

Titanmetall wird durch Reduktion von Titantetrachlorid zu einer schwammartigen Titanstruktur aus Magnesium verarbeitet. Dieser Prozess wird als Kroll-Prozess bezeichnet. Ähnlich wie beim Kroll-Verfahren kann das Titanmetall auch mit dem Hunter-Verfahren verarbeitet werden, bei dem Titantetrachlorid mit Natrium reduziert wird.

Abbildung: Titanmetall.

Hitzebeständigkeit

Titanmetalle und Titanwerkstoffe sind vor allem für ihre Hitzebeständigkeit bekannt. Sie können ihre strukturelle Integrität bei hohen Temperaturen beibehalten. Titanmetall hat einen hohen Schmelzpunkt von 3034 Grad.

Signaldichte

Titanmetall hat die halbe Dichte von Stahl. Das geringe Gewicht und die hohe Festigkeit des Titanmetalls machen es für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt geeignet. Reines Titan hat eine Dichte von 4.506 g/cm3.

Zugfestigkeit

 Titan, wie stark

Verschiedene Titansorten haben unterschiedliche Zugfestigkeiten. Im Vergleich zu reinem Titan mit 240–550 M pa (Klasse 1 bis 4) hat die Titansorte Ti-6Al-4V eine maximale Festigkeit von 900 M pa oder sogar mehr.

Abbildung: Zugspannung verschiedener Titandiagramme bei erhöhter Temperatur

Titankategorien

Generell gibt es zwei Arten von Titan.

Titansorten erklärt

CP Titanium – kommerziell reines Titan

Es umfasst Titanmaterialklassen von 1-4. Diese Titansorten enthalten im Vergleich zu anderen weniger Legierungselemente. Diese Titansorten weisen eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit sowie Festigkeit und Duktilität in unterschiedlichen Bereichen auf.

Titanbasierte Legierungen

Diese Titansorten weisen im Vergleich zu anderen hohe mechanische Eigenschaften und Zähigkeit auf und werden hauptsächlich in der Medizin sowie in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Sie enthalten Legierungselemente wie Aluminium, Nickel und Vanadium.

Die Tabelle zeigt die Hauptklassifizierung der Kategorie der Titanlegierungen

CP Titanium

Titan Grad 1

Grad 1 ist mit 99.5 % die reinste Titansorte. Es verfügt über eine gute Formbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Diese Titan-Materialsorte wird in Anwendungen wie Chemikalien, Schiffskomponenten und medizinischen Implantaten verwendet. ASTM B265 und ASTM B348 gewährleisten die Einheitlichkeit und Qualität der Fertigung. Diese Titansorte ist je nach Anwendung in verschiedenen Formen wie Stangen oder Rohrplatten erhältlich. Weitere Informationen zu Titan Grad 1.

YouTube-Video des Kroll-Prozesses

Titan Grad 2

Zweite Titansorte besteht zu 99 Prozent aus Titan. Dieser Titan-Grad ist im Vergleich zu Grad 1 etwas stärker. Haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit und Schweißbarkeit. Dieses Titan ist auch als medizinisches Titan bekannt und wird auch in der Marine eingesetzt. ASTM B265 und ASTM B348 gewährleisten die Einheitlichkeit und Qualität der Fertigung. Diese Titansorte ist je nach Anwendung in verschiedenen Formen wie Stangen oder Rohrplatten erhältlich

Titan Grad 3

Titanmetall der Güteklasse 3 besteht zu 98 Prozent aus Titan und weist im Vergleich zu Güteklasse 1 und Güteklasse 2 eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Güteklasse wird auch in Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Marine eingesetzt. Für die Qualitätssicherung werden ASTM B265 und ASTM B348 verwendet. Diese Titansorte ist je nach Anwendung in verschiedenen Formen wie Stangen oder Rohrplatten erhältlich

Titan Grad 4

4^th Titan enthält außerdem 0.5 % Palladium und ist daher äußerst korrosionsbeständig. Diese Titansorte wird aufgrund der geforderten hohen Korrosionsbeständigkeit besonders für chemische Verarbeitungsanlagen, Destillationsanlagen und Schiffsbauteile empfohlen. Für Einheitlichkeit und Qualität werden Esurance ASTM B265 und ASTM B348 verwendet.

Titan Grad 7

Titanmetall der Güteklasse 7 enthält 0.12 bis 0.25 Prozent Palladium, 0.3 Prozent Eisen, 0.25 Prozent Sauerstoff und einige andere Elemente. Titan der Güteklasse 7 weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Umformeigenschaften auf. Diese Titansorten weisen im Vergleich zu anderen einen sehr hohen Korrosionsschutz auf und werden daher in chemischen Reaktoren und Zielanwendungen eingesetzt. Für die Qualitätssicherung werden ASTM B265 und ASTM B348 verwendet. Diese Titanmetallsorte ist in verschiedenen Formen wie Rohren, Platten, Blechen und anderen erhältlich.

Titan Grad 11

Titanmaterial der Güteklasse 11, auch bekannt als CP Ti-0.15Pd, enthält 0.2–0.4 Prozent Palladium. Aufgrund des hohen Palladiumgehalts weist es eine gute Duktilität, Schlagzähigkeit und eine sehr hohe Spaltkorrosionsbeständigkeit auf. ASTM B265 und ASTM B348 gewährleisten die Einheitlichkeit und Qualität der Fertigung. Dieser Typ wird in Wärmetauschern, Zuhältern, Kanälen und Speicherchemikalienprozessoren verwendet. Diese Titanmetallsorte ist in verschiedenen Formen wie Rohren, Platten, Blechen und anderen erhältlich.

Gängige Legierungen auf Titanbasis

Ti-6Al-4V Klasse 5

Bei dieser Art von Titan handelt es sich um hochfestes Titan, das zur Werkstoffklasse Alpha-Beta-Titan gehört. Es besteht zu 4 Prozent aus Aluminium und zu 4 Prozent aus Vanadium. Es hat eine geringe Dichte, Festigkeit und hohe Korrosionseigenschaften. Diese Art von Titan wird in Flugzeugkomponenten und Raumfahrzeugstrukturen verwendet, da es aufgrund seiner Gewichtsreduzierung zur Treibstoffeffizienz in Luft- und Raumfahrtanwendungen beiträgt. Aufgrund der geringen Reaktionsfähigkeit auf den menschlichen Körper wird es auch in medizinischen Implantaten, bei Anwendungen im Marinebereich und bei der Herstellung von Sportgeräten verwendet. Der übliche Standard für Stangen und Knüppel dieser Titansorte ist ASTM B348, während für bearbeitete Formen dieser Sorte für chirurgische Implantatanwendungen der ASTM F136-Standard verwendet wird.

Ti-5Al-2.5Sn – Güteklasse 6

Diese Titansorte besteht aus 5 Prozent Aluminium und 2.5 Prozent Zinn. Diese Art von Titan weist aufgrund des Zinngehalts eine gute Festigkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund dieser vielfältigen Anwendungen eignet es sich für unterschiedliche Anwendungen wie chemische Verarbeitung, Schiffstechnik und Luft- und Raumfahrtanwendungen. Für die Qualitätssicherung werden ASTM B265 und ASTM B348 verwendet. Es liegt in Form von Stangen, Blechen, Platten, Knüppeln und Rohren vor.

Ti-3Al-2.5V – Güteklasse 9

Titanlegierungen der Güteklasse 9 bestehen aus 2.5 Prozent Vanadium und 3 Prozent Aluminium und gehören zur Kategorie der Alpha-Beta-Legierungen. Diese Titan-Materialsorte verfügt über kombinierte Eigenschaften mit einem guten Gleichgewicht zwischen Schweißbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Diese Art von Titanmetall wird in chemischen Prozessen, Luft- und Raumfahrtanwendungen, Sportgeräten und biomedizinischen Geräten verwendet. Der ASTM-Standard B265 wird für Platten-, Blech- und Streifenformen verwendet. Während ASTM B348 für Knüppel und Stangen verwendet wird.

Ti-0.3-Mo-0.8Ni – Güteklasse 12

Wie aus verschiedenen Titanlegierungen hervorgeht, enthält dieser Typ 0.8 Prozent Nickel und 0.3 Prozent Molybdän. Es enthält kombinierte Eigenschaften von Molybdän und Nickel. Molybdän sorgt für Korrosionsbeständigkeit und erhöhte Festigkeit, während Nickel die Zähigkeit erhöht, aber auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften werden sie in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Qualitätssicherung und Eigenschaftskonsistenz können durch ASTM B265 und B348 standardisiert werden. Es liegt in Form von Rohren, Blechen, Stangen und Platten vor.

Titan in biomedizinischen Implantaten

Ti-10V-2Fe-3Al

Diese Titanqualität hat im Vergleich zu anderen 10 Prozent Vanadium, 2 % Eisen und 3 % Aluminium. Diese Art von Titan gehört zur Beta-Kategorie und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Festigkeit auf. Dieses Titan wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie in Flugzeugfahrwerken verwendet. Diese Qualität wird auch als medizinisches Titan bezeichnet, das in chirurgischen Instrumenten und orthopädischen Implantaten verwendet wird. Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit werden sie auch in Geräten für die chemische Verarbeitung eingesetzt. Zur Gewährleistung der Standardqualität werden ASTM B265 und ASTM B348 verwendet. Sie sind in Form von Stangen und Knüppeln für die Herstellung von Verbindungselementen und Verbindungselementen erhältlich. Auch in Platten-, Rohr- und Blechform für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die chemische Industrie erhältlich.

Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr

Diese Titansorte weist im Vergleich zu anderen eine sehr hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Es besteht aus 5 Prozent Aluminium, 5 Prozent Vanadium und 5 Prozent Molybdän sowie 3 Prozent Chrom. Es fällt auch in die Alpha-Beta-Legierungskategorie. Diese Art von Titan wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Triebwerkskomponenten und Strukturelementen verwendet. Wird auch in militärischen Anwendungen verwendet, da es rauen Umgebungen standhält. Aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit kann es in Geräten für chemische Prozesse und in der Schifffahrtsindustrie eingesetzt werden.

Abbildung zeigt Titanschrauben und andere Komponenten.

Titan-Alpha-Legierungen

Definieren

Diese Titan-Materialsorte ist als Alpha-Legierung bekannt, da sie aus Alpha-Phasen-Titan besteht. Diese Legierung enthält hauptsächlich Zinn und Aluminium als Hauptlegierungselemente. Alpha-Legierungen zeichnen sich durch Schweißbarkeit, Formbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber oxidierender Umgebung aus. Hat eine Mikrostruktur einer hexagonal dicht gepackten Alpha-Phase.

Wird bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtkomponenten, in der chemischen Verarbeitung und bei biomedizinischen Implantaten verwendet.

Grundsätze

ASTM B265: Qualitätssicherung von Blechen und Platten.

ASTM B348: Wird zur Qualitätssicherung von Stangen und Knüppeln verwendet.

Formulare verfügbar

Diese Art von Titan ist in Form von Stangen, Knüppeln, Platten, Blechen und Rohren erhältlich.

Titan-Beta-Legierungen

Beta-Titanlegierungen haben eine körperzentrierte kubische Kristallstruktur in der Beta-Phase. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eine gute Formbarkeit aus. Diese Arten von Titan werden auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Automobilindustrie und bei biomedizinischen Implantaten verwendet. Für Beta-Titanlegierungen werden unterschiedliche Standards verwendet, einige davon sind ASTM B265, ASTM B348, ASTM B861, ASTM B862 und ASTM 136. Sie sind in verschiedenen Formen erhältlich, z. B. gegossen, geschmiedet, Drähte, Stangen, Knüppel, Bleche, Platten, Rohre usw Rohre.

Tabelle mit Eigenschaften verschiedener Titanlegierungen.

Wärmebehandlung

Eine Titan-Wärmebehandlung wird durchgeführt, um die Mikrostruktur zu verändern und die mechanischen Eigenschaften von Titan und verschiedenen Arten von Titanlegierungen zu verbessern. Durch gezielte Wärmebehandlung können Festigkeit, Härte und Duktilität verändert werden. Es gibt verschiedene Wärmebehandlungen, von denen einige unten aufgeführt sind.

1. Temperm
2. Hautalterung
3. Beta-Glühen
4. Spannungsarmglühen
5. Duplex-Glühen

So wählen Sie die richtige Note aus

Abhängig von der Legierungssorte hat jede Sorte unterschiedliche Eigenschaften, die sie für eine bestimmte Anwendung besonders machen. So kann die richtige Sorte durch den Vergleich der Eigenschaften aller verfügbaren Sorten ausgewählt werden. Diejenige mit den besten Eigenschaften für die jeweilige Anwendung wird als „Ausgewählt“ bezeichnet.

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Häufig gestellte Fragen

Titan Grad 2 vs. Grad 5

Titan der Güteklasse 2 ist handelsüblich reines Titan mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit, wodurch es für chemische Prozesse geeignet ist. Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) ist eine Legierung aus Aluminium und Vanadium mit erhöhter Festigkeit, die häufig in der Luft- und Raumfahrt, in medizinischen Einrichtungen und bei Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird. Diese Legierung weist im Vergleich zu Legierungen der Klasse 2 eine erhöhte Festigkeit, aber eine geringere Härte auf.

Die härteste Titanlegierung

Titan der Güteklasse 5, auch bekannt als Ti-6Al-4V, gilt als eine der stärksten und am häufigsten verwendeten Titanlegierungen. Diese Legierungskombination besteht aus 6 % Aluminium (Al) und 4 % Vanadium (V) und zeichnet sich durch Robustheit, niedrigen Druck und hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Es findet breite Anwendung in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Medizin und Industrie, wo ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Gewicht von entscheidender Bedeutung ist.

ASTM F136 Titan im Vergleich zu G23

ASTM F136 Titan und G23 Titan sind Legierungen, die in verschiedenen Branchen eingesetzt werden. F136 ist ein chirurgisches Implantat, das den strengen ASTM-Standards für Biokompatibilität entspricht. Inzwischen hat G23, das in Körperschmuck verwendet wird, eine ähnliche Zusammensetzung, es gibt jedoch keine offiziellen Vorschriften. Um die Sicherheit und Qualität ihrer Verwendung zu gewährleisten, ist die Einhaltung spezifischer Anwendungsrichtlinien unerlässlich.

Verschiedene Qualitäten von Titanrohren

Titanrohre sind in verschiedenen Qualitäten erhältlich, die jeweils auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten sind. Zu den gängigsten Qualitäten für Titanrohre gehören Klasse 2 (rein industriell), Klasse 5 (Ti-6Al-4V, für Luft- und Raumfahrt und medizinische Zwecke), Klasse 7 (Ti-0.15Pd, korrosionsbeständig) und Klasse 9 (Ti-3Al-2.5V, für Luft- und Raumfahrtzwecke und medizinische Zwecke). XNUMXAl-XNUMXV, hohe Leistung). Die Wahl der Güteklasse hängt von der gewünschten Leistung für den vorgesehenen Verwendungszweck ab.