Titan vs. Edelstahl: Auswahl des richtigen Materials

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Auf den ersten Blick mag es nicht offensichtlich sein, warum diese Metalle so oft zusammen gesehen werden: Edelstahl ist stark legiert, während Titan oft in nahezu elementarer Form verwendet wird, und wenn man zwei Stücke mit den gleichen Abmessungen vergleicht, überwiegt Edelstahl das Titan um fast 50 %. Hinzu kommt der Kostenunterschied: Ein identisches Blechteil kann bei Titan im Vergleich zu Edelstahl fünfmal mehr kosten.

Abgesehen von diesen Unterschieden kommt es häufig zu Anwendungsüberschneidungen zwischen den beiden: Im medizinischen und zahnmedizinischen Bereich dominierte Edelstahl bis in die 1980er Jahre, als Titan begann, ihn aufgrund seiner höheren Biokompatibilität und Festigkeit-zu-Dichteeigenschaften zu ersetzen. Beide kommen in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz, von Triebwerken über Cockpits bis hin zu Fahrwerken. Bei der Herstellung und Bearbeitung können Legierungen beider Materialien ausgewählt werden, die für die Anwendung geeignet sind. wie Schweißen, Bearbeitung oder Temperaturbeständigkeit. Sowohl Edelstahl als auch Titan sind schlagfest, langlebig und äußerst korrosionsbeständig. Schauen wir uns also jedes Material einzeln an und nutzen diese Informationen, um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, welches wir verwenden sollten.

Edelstahl beginnt wie Weichstahl mit Eisen und Kohlenstoff. Seine einzigartigen Eigenschaften sind größtenteils auf die Zugabe von Chrom und Nickel zurückzuführen, wobei verschiedenen Qualitäten Mangan, Silizium, Stickstoff, Phosphor und Schwefel zugesetzt werden.

Durch die Zugabe so vieler verschiedener Legierungselemente verfügt Edelstahl über ein breites Spektrum an Qualitäten aus fünf verschiedenen Familien.

Arten von Edelstahl

Jede Edelstahlfamilie zeichnet sich durch ihre einzigartige Kristallstruktur und die daraus resultierenden Materialeigenschaften aus.

Ferritischer Edelstahl enthält 12–18 % Chrom und ist, wie der Name schon sagt, magnetisch.

Da es einen geringeren Nickelgehalt als einige seiner Mitbewerber hat, gehören ferritische Sorten zu den kostengünstigsten Sorten.

Ferritische Sorten 409 und 430 werden häufig in Abgassystemen und Teilen verwendet, die Korrosionsbeständigkeit erfordern, aber nicht vorne und in der Mitte vorhanden sind.

Martensitische Edelstähle sind vergleichsweise „kohlenstoffreich“ und enthalten bis zu 1,2 % dieses Elements.

Legierung 410 ist ein gängiges Beispiel, das eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist und wärmebehandelbar ist.

Aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts wird martensitischer Edelstahl in Klingen, Scheren und medizinischen Werkzeugen verwendet.

Austenitischer Edelstahl wird allgemein als Edelstahl der 300er-Serie bezeichnet und enthält 18 % Chrom und 8 % Nickel, was ihn extrem korrosionsbeständig macht.

Edelstahl der Serie 300 macht über 70 % der gesamten weltweiten Produktion aus.

Allein die Sorte 304 hält 50 % des Marktanteils von Edelstahl, da sie wirtschaftlich, schweißbar und äußerst korrosionsbeständig ist.

304 wird in der Gastronomie, in Außenanlagen, in stark beanspruchten Bereichen, in Rohren, Tanks und vielem mehr verwendet.

Für eine noch höhere Korrosionsbeständigkeit kann die Sorte 316 verwendet werden.

Hier bei SendCutSend glauben wir, dass wir dazu beitragen können, indem wir sowohl Edelstahl 304 als auch Edelstahl 316 in einer breiten Palette von Stärken anbieten.

Duplex-Edelstahl hat eine gleichmäßige Mikrostruktur, die zur Hälfte aus Ferrit und zur Hälfte aus Austenit besteht, was ihm hervorragende mechanische Eigenschaften wie Bruch- und Zugfestigkeit verleiht.

Das Vorhandensein von bis zu 28 % Chrom und, in „Super“-Duplex-Qualitäten, Molybdän, verleihen Duplex-Edelstahl eine nahezu konkurrenzlose Korrosionsbeständigkeit.

Wenn höchste Festigkeit und hohe Härte für die Anwendung von entscheidender Bedeutung sind, aber dennoch eine solide Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, ist der Einsatz von ausscheidungshärtendem Edelstahl die richtige Wahl.

Kosten
Obwohl Edelstahl im Vergleich zu Weichstahl teuer erscheint, überwiegen die Kosteneinsparungen, die mit einer integrierten, korrosionsbeständigen Oberfläche- verbunden sind, oft den Unterschied. Aufgrund von Skaleneffekten können die tatsächlichen Kosten für die Lieferung eines Teils aus Edelstahl oft günstiger sein als für das gleiche Teil aus einer kostengünstigeren Rohlegierung. Im Vergleich zu Kohlefaser oder Titan werden die Kosteneinsparungen bei Edelstahl deutlich.

Bearbeitbarkeit
Edelstahl vom Typ 303 gilt als „frei zerspanbare“ Legierung, was bedeutet, dass er an der Schneide des Schneidwerkzeugs nicht festfressen oder verschmiert, sondern Späne erzeugt, die sich leicht entfernen lassen. Selbst die gebräuchlichsten Legierungen wie 304 und 316 können mit guten Ergebnissen bearbeitet werden, wenn die Werkzeuge scharf und gut geschmiert bleiben.

Schweißbarkeit
Für Edelstahl eignet sich jedes Lichtbogenschweißverfahren (WIG, MIG, MMA oder SA), wobei Füllstäbe wie ER308L und ER 309 für alle -Edelstahlbaugruppen üblich sind. Die Verwendung eines E70S2- oder 312-Füllstabs sorgt für eine hervorragende Schweißnahtfestigkeit zwischen Weich- und Edelstahl.

Hitzebeständigkeit
Im Gegensatz zu teureren Materialien wie Kohlefaser oder Titan weist Edelstahl eine extrem hohe maximale Betriebstemperatur auf: 304 kann bis zu 1600 Grad F (870 Grad) verwendet werden, während Speziallegierungen wie 310 temperaturbeständig über 1895 Grad F sind.

Im Gegensatz zu vielen unedlen Metallen, die über Jahrtausende hinweg mithilfe von Kohlenstoff reduziert wurden (denken Sie an die Eisenverhüttung, aus der sämtlicher Stahl hergestellt wurde), ist Titan erst seit den 1940er Jahren kommerziell nutzbar. Obwohl es mittlerweile in vielen Qualitäten relativ verfügbar ist, ist der hohe Schmelzpunkt und das chemische Reduktionsverfahren zur Herstellung von Titan zeit- und chemikalienintensiv, was zu hohen Kosten führt.

Während Edelstahl seine einzigartigen Eigenschaften nur durch Legierung erhält, ist Titan ein Element, das in seiner „handelsüblichen“ Form verwendet werden kann und häufig auch verwendet wird. Allerdings wird Titan auch häufig legiert, und selbst innerhalb der kommerziell reinen Bezeichnung gibt es mehrere Qualitäten, was bedeutet, dass seine Eigenschaften wie bei allen anderen nützlichen Metallen für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden können.

Titansorten

Titan wird typischerweise entweder in eine kommerziell reine (CP) Qualität oder eine Legierungsbezeichnung eingeteilt, und im Allgemeinen nehmen die mechanischen Eigenschaften mit der Sortennummer zu.

CP-Klassen 1-2
Diese werden mit dem geringsten Anteil an Sauerstoff und Spureneisen hergestellt, was sie weich und duktil macht. Dies bedeutet, dass Güteklasse 1 häufig in Rohren und Schläuchen oder bei Schweißanwendungen verwendet wird. Sorte 2, die wir als 0,04-Zoll-Blech liefern, weist eine höhere Zugfestigkeit und Streckgrenze auf und bleibt im Vergleich zu höher verarbeiteten Sorten erschwinglich.

CP-Klassen 3-4
Diese Güten sind deutlich fester als 1 und 2, wobei 4 die stärkste CP-Güteklasse ist, aber dadurch verlieren sie etwas an Duktilität. Sowohl Güteklasse 3 als auch Güteklasse 4 sind immer noch schweißbar und äußerst langlebig und werden häufig in chirurgischen Geräten, hochwertigen Wärmetauschern, in der chemischen Verarbeitung und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Ti 6Al-4V (Klasse 5)
Ist die am weitesten verbreitete Titanlegierung und macht rund die Hälfte des weltweiten Gesamtbedarfs aller Titansorten aus. Zusätzlich zu dem in CP-Qualitäten enthaltenen Eisen enthält Klasse 5 auch etwa 6 % Aluminium und etwa 4 % Vanadium, was die Temperaturbeständigkeit erhöht und die Zugfestigkeit auf 150 ksi nahezu verdreifacht. Da es in fast jeder Hinsicht der König der Metalle ist, bieten wir Ti 6Al-4V, Titan der Güteklasse 5, in fünf verschiedenen Stärken an. Verwenden Sie es in Flugzeuganwendungen, Motor- und Rennwagenkomponenten, Schiffsanwendungen oder überall sonst, wo höchste Leistung und Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung sind.

Korrosionsbeständigkeit
Wie andere korrosionsbeständige Materialien, die oxidieren und eine Barriere bilden, wenn sie Luftsauerstoff ausgesetzt werden, beginnt die Oberfläche von Titan sofort zu oxidieren und bildet Titanoxid, das eine dünne Passivierungsschicht bildet, die den Rest des Materials vor weiterer Korrosion schützt. Im Gegensatz zu einigen anderen Oxidschichten wird die Titandioxidschicht mit der Zeit immer dicker und erreicht nach einigen Jahren eine Dicke von bis zu 25 nm, was ihr eine Korrosionsbeständigkeit verleiht, die nahezu der von Platin entspricht.

Verhältnis von Festigkeit-zu-Dichte
Titan ist ein Leichtgewicht – im besten Sinne. Es hat das höchste Verhältnis von Festigkeit-zu-Gewicht aller metallischen Elemente. Sogar im unlegierten Zustand (der, wie Sie wissen, ⅓ der Endfestigkeit der Güteklasse 5 entspricht) ist es dasTrotzdemso stark wie manche Stähle, bei 40 % des Gewichts.

Biokompatibilität
Titan ist ein cooler Typ: Bei normalen Temperaturen ist es fast unmöglich, es mit irgendetwas zu reagieren. Kombinieren Sie dies mit seiner geringen Dichte und Sie haben das Rezept für das am weitesten verbreitete hypoallergene Metall, das heute in der medizinischen Industrie für Gelenke, Knochenreparatur und alle anderen Anwendungen mit empfindlichem Körperkontakt verwendet wird.

Titan und Edelstahl stehen dem Maschinisten vor vielen der gleichen Herausforderungen: Übliche Legierungen beider reiben leicht ab, anstatt dass der Span sauber an der Schneidkante abbricht. Beide weisen außerdem einen niedrigen Wärmeleitkoeffizienten auf, was bedeutet, dass es leicht zu örtlicher Kaltverfestigung kommt und einen vorzeitigen Werkzeugverschleiß begünstigt. Titan weist im Vergleich zu seiner Härte die zusätzliche Herausforderung auf, flexibler zu sein als die meisten bearbeiteten Materialien. Daher muss darauf geachtet werden, es so steif wie möglich zu befestigen.

Wenn diese Bedenken jedoch berücksichtigt werden, liefern Titan und Edelstahl bei der maschinellen Bearbeitung hervorragende Ergebnisse. Stellen Sie bei Titan sicher, dass das Werkzeug bei niedrigeren Geschwindigkeiten und höheren Vorschüben ständig in Bewegung gehalten wird, um den Temperaturaufbau zu reduzieren, und verwenden Sie, wenn möglich, Hochdruckkühlmittel.

Wählen Sie für Edelstahl die Sorte 303, die Schwefel als eines der Legierungselemente enthält, was die Eigenschaften der Legierung bei freier Zerspanung verbessert.

Wie immer gilt: Wenn Ihre Anwendung Blechteile erfordert, hat unser Expertenteam die Leistung und Geschwindigkeit unserer Laser (und Wasserstrahlen, CNCs, Entgratungsmaschinen, Biegemaschinen ... Sie verstehen es schon) gezielt angepasst, um für jedes einzelne Material die absolut besten Ergebnisse zu liefern.

Was sind die häufigsten Edelstahlarten?

Typ 304 ist bei weitem die am weitesten verbreitete Sorte in der Edelstahlwelt. Wahrscheinlich folgt Typ 316, der die bereits ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit von 304 verbessert. Darüber hinaus sind beide leicht zu schweißen, duktil genug, um sich gut biegen zu lassen, extrem langlebig und relativ kostengünstig. Hier bei SendCutSend bieten wir sowohl 304 als auch 316 sowie viele andere Materialien für jede Anwendung an.

Was ist besser?

Ob Sie 304 oder 316 verwenden, hängt wirklich von der Anwendung ab. Wenn ein Höchstmaß an Korrosionsbeständigkeit und hygienischer oder lebensmittelechter Kompatibilität erforderlich ist, wählen Sie Güteklasse 316.

Hält Ti länger als SS?

Dies ist wirklich eine anwendungsspezifische-Frage. Ein guter Ausgangspunkt ist die obige Tabelle. Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über 304 oder in diesem informativen Artikel über Titan. Im Allgemeinen halten beide länger als die übrigen Teile, die für die jeweilige Anwendung erforderlich sind.

Wir sind uns bewusst, dass die Auswahl des am besten geeigneten Materials für bestimmte Anwendungen entscheidend für den Erfolg eines Projekts ist. Wenn Sie professionelle Beratung bei der Materialauswahl und maßgeschneiderte Lösungen benötigen, die auf Ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind, wenden Sie sich bitte an unser technisches Team. Wir sind hier, um Ihnen umfassenden -Support aus einer Hand zu bieten.

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