Ti Gr 9 (3.7194 / UNS R56320) Nahtloser Schlauch für Fahrradrahmen und Flugzeugleitungen

Was Grad 9 ist und wo es hingehört

Ti-3Al-2,5V, im ASTM-System als Grad 9 und im europäischen Materialnummerierungssystem als 3,7194 mit der UNS-Nummer R56320 bezeichnet, ist eine Alpha-Beta-Legierung, die manchmal als die Hälfte von Ti-6Al-4V beschrieben wird. Es bietet eine höhere Festigkeit als die handelsüblichen Sorten und lässt sich wesentlich einfacher formen und biegen als die Arbeitslegierung Ti-6Al-4V. Die Hauptproduktform sind nahtlose Rohre, die in der Flugzeug- und Freizeitindustrie für Fahrradrahmen, Rollstuhlrahmen und Golfschlägerschäfte verwendet werden.

Zwei Lieferbedingungen dominieren den Markt. Geglühtes Material ist der duktile, allgemeine-Zustand. Kaltverformtes und spannungsarm geglühtes Material, üblicherweise mit der Abkürzung CWSR abgekürzt, wird ohne vollständiges Glühen auf die endgültige Größe gezogen und weist dadurch eine um etwa 40 % höhere Festigkeit auf.

Materialdaten

Chemie

Insbesondere Sauerstoff ist sehenswert. Bei maximal 0,15 % ist die Qualität toleranter als ein ELI-Material mit Implantatqualität, aber fest genug, dass der Festigkeitsunterschied zwischen einer Wärme mit niedrigem Sauerstoffgehalt und einer Wärme mit hohem Sauerstoffgehalt im Zugergebnis sichtbar ist. Aus diesem Grund qualifizieren Rohrwalzwerke jede Schmelze, anstatt sie anhand des Qualitätsdurchschnitts zu zertifizieren.

Mechanische Eigenschaften nach Zustand

Dieser Festigkeitsbereich macht die Sorte nützlich. Ein aus CWSR-Rohren gefertigter Fahrradrahmen kann mit dünneren Wänden ausgelegt werden als ein geglühtes Äquivalent, was Gewicht spart, ohne die Steifigkeit zu verlieren, die die Fahrqualität bestimmt, da sich der Elastizitätsmodul von 100 GPa im Lieferzustand nicht ändert.

Rohrspezifikationen und Lieferprogramm

ASTM B338 umfasst nahtlose und geschweißte Rohre aus Titan und Titanlegierungen für den Einsatz in Kondensatoren und Wärmetauschern und ist die am häufigsten angegebene Spezifikation für Rohre der Güteklasse 9. ASTM B861 deckt nahtlose Titanrohre für den allgemeinen Gebrauch ab und ASTM B337 deckt geschweißte Rohre ab, die beide diese Güteklasse in ihren Geltungsbereich einbeziehen. Die maßgebliche Anforderung für hydraulische und pneumatische Leitungen in Flugzeugen ist AMS 4943, die die oben genannten mechanischen Werte für geglühte und CWSR-Leitungen festlegt und die Sauberkeits-, Maß- und Prüfanforderungen hinzufügt, die ein Rohrsystem für die Luft- und Raumfahrt erfordert.

Formen, Schweißen und Fahrradrahmenpraxis

Rohre der Güteklasse 9 lassen sich leichter biegen und stauchen als Ti-6Al-4V, weshalb es das Standardmaterial für Titan-Fahrradrahmen ist. Rahmenbauer arbeiten normalerweise mit konifizierten Rohrsätzen, bei denen die Wand an den Enden dicker ist als in der Mitte, so dass die Wärmeeinflusszone beim Schweißen Material zum Bearbeiten hat und der Mittelteil leicht bleibt. Die Rohrenden werden auf Gehrung geschnitten und dann geschweißt, meist mit WIG in einem mit Argon gespülten Gehäuse, da der Lichtbogen und das heiße Metall vor Luft geschützt werden müssen, bis die Temperatur unter etwa 400 Grad fällt.

Durch die Kaltumformung ändern sich die Regeln nach dem Schweißen. Ein kalt gebogenes CWSR-Rohr behält ein Restspannungsmuster bei, das die Schweißspannung erhöht, und eine Entspannungsbehandlung nach dem Formen ist übliche Praxis bei jedem Rohr, das über einen geringfügigen Radius hinaus gebogen wurde. Das Dornbiegen mit Innenunterstützung wird verwendet, um Ovalität und Wandverdünnung an der Außenseite der Biegung zu vermeiden.

Im Flugzeugbetrieb transportiert das gleiche Rohr unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, daher ist der Annahmeweg strenger: Maßtoleranz am Außendurchmesser und an der Wand, hydrostatische Prüfprüfung, wenn die Bestellung dies erfordert, Wirbelstrom- oder Ultraschallprüfung und vollständige Rückverfolgbarkeit vom Rohr bis zur Chargennummer. Da die Wände dünn sind, handelt es sich bei einem Kratzer oder einer Beule eher um einen echten als um einen kosmetischen Mangel.

Häufig gestellte Fragen

Q:Warum wird für Fahrradrahmen die Güteklasse 9 anstelle von Ti-6Al-4V verwendet?
A: Weil es sich viel leichter formen und biegen lässt und dennoch erheblich fester ist als handelsübliches reines Titan, und sein geringerer Elastizitätsmodul das nachgiebige Fahrverhalten ermöglicht, das sich Rahmendesigner wünschen.

Q:Was ist der Unterschied zwischen geglühten und CWSR-Rohren?
A: Das geglühte Rohr wurde rekristallisiert und ist duktil mit einer Zugfestigkeit von 620 MPa. CWSR-Rohre werden kaltgezogen und spannungsarm gemacht, was eine Zugfestigkeit von 861 MPa und eine Streckgrenze von 724 MPa bei reduzierter Dehnung ergibt.

Q:Welche Spezifikation sollte bei der Bestellung eines Fahrradrahmenrohrs angegeben werden?
A: ASTM B338 für nahtlose Rohre mit den chemischen und mechanischen Werten der Klasse 9. Rohre für Luft- und Raumfahrtleitungen fallen unter AMS 4943, was zusätzliche Sauberkeits- und Prüfanforderungen mit sich bringt.

Q:Können Rohre der Güteklasse 9 mit anderen Titangüten verschweißt werden?
A: Ja. Passende Füllstoffe sind üblich und die Verbindungsqualität hängt eher von der Gasabschirmung als von der Sortenkombination ab. Die Schweißnahtfarbe ist der schnellste Feldindikator für die Abschirmungsqualität.

Q:Warum ist nach dem Biegen eine Entspannung erforderlich?
A: Kaltbiegen hinterlässt Restspannungen, die die Betriebs- und Schweißbelastung erhöhen. Eine Spannungsentlastung bringt das Rohr näher an den Auslieferungszustand zurück und verringert das Risiko von Spannungskorrosion und Dimensionsverschiebungen im Betrieb.

Q:Wie funktioniert die Güteklasse 9 in Meerwasser und Hydraulikflüssigkeit?
A: Es widersteht Lochfraß, Spalt- und Erosionskorrosion gut und wird daher für Meerwasser- und Hydraulikanwendungen in Flugzeugen und Schiffsausrüstungen verwendet, wo seine dünnen Wände auch das Systemgewicht reduzieren.