Die verschiedenen Titanqualitäten verstehen

Warum die Auswahl der Titansorte wichtig ist

Titan wird nach Qualität spezifiziert, da sich die mechanischen Eigenschaften bei kleinen Verschiebungen der Zwischengitterelemente und Legierungszusätze stark ändern. Sauerstoff, Eisen, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff werden gemäß ASTM B265 (Platten, Bleche und Bänder) und ASTM B348 (Stangen und Knüppel) auf strenge Höchstgrenzen kontrolliert, und jede Güte reagiert anders auf Umform-, Schweiß- und Betriebsbelastungen. Käufer, die das gesamte Titan als ein Material betrachten, riskieren, dass die Kosten zu hoch oder die Festigkeit zu niedrig ist. Dieser Leitfaden vergleicht die gängigen ASTM-Güten hinsichtlich Zusammensetzung, Eigenschaften und realistischer Anwendungseignung.

Kommerziell reine Sorten 1–4

Bei den Klassen 1–4 handelt es sich um unlegiertes Titan, dessen Festigkeit mit dem Sauerstoff- und Eisengehalt zunimmt. Klasse 1 (UNS R50250) begrenzt den Sauerstoffgehalt auf 0,18 % und bietet die höchste Duktilität mit einer Mindestzugfestigkeit von 240 MPa und einer Streckgrenze von 170 MPa gemäß ASTM B265. Klasse 2 (UNS R50400), das Arbeitspferd der Branche, erlaubt 0,25 % Sauerstoff und 0,30 % Eisen, was eine Mindestzugfestigkeit von 345 MPa und eine Streckgrenze von 275 MPa ergibt. Klasse 3 (UNS R50550) erreicht eine Zugfestigkeit von 450 MPa mit 0,35 % Sauerstoff. Sorte 4 (UNS R50700) ist mit einer Zugfestigkeit von mindestens 550 MPa die stärkste CP-Sorte und wird häufig verwendet, wenn eine höhere Härte ohne Legierung erforderlich ist.

Allen CP-Typen gemeinsam ist der selbstheilende Oxidfilm, der Meerwasser- und chemische Korrosionsbeständigkeit verleiht. Der praktische Unterschied besteht also in der Formbarkeit gegenüber der Festigkeit. Güteklasse 1 wird für Tiefziehen, Dichtungen und chemische Auskleidungen bevorzugt; Klasse 2 dominiert Wärmetauscher, Rohrleitungen und strukturelle Schiffskomponenten; Grad 4 kommt in Verbindungselementen, medizinischen Instrumenten und verschleißanfälligen Teilen vor.

Alpha-Beta-Legierungen: Güteklasse 5 und höher

Klasse 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) fügt 5,5–6,75 % Aluminium und 3,5–4,5 % Vanadium hinzu, wodurch die Mindestzugfestigkeit auf 895 MPa und die Streckgrenze auf 828 MPa bei einer Dichte von 4,43 g/cm3 erhöht werden. Aluminium stabilisiert die Alpha-Phase für Festigkeit und Kriechfestigkeit; Vanadium stabilisiert Beta für Zähigkeit und Wärmebehandelbarkeit. Es ist die Standard-Strukturlegierung für Teile in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und dem Motorsport und kann geglüht, lösungsbehandelt und gealtert oder in der ELI-Variante (Grad 23, UNS R56407) mit einem Sauerstoffgehalt von 0,13 % für Bruchfestigkeit in Implantaten gemäß ASTM F136 geliefert werden.

So wählen Sie eine Note aus

Formbarkeit oder Tiefziehen: Grad 1 oder Grad 2; Beide lassen sich leicht kalt verformen und ohne Wärmebehandlung nach dem Schweißen schweißen.

Korrosionseinsatz in Chloriden und Meerwasser: Klasse 2 oder Klasse 7 (Ti-0,15Pd) und Klasse 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), wenn Spaltkorrosion und reduzierende Säuren vorhanden sind.

Hohes Verhältnis von Festigkeit-zu-Gewicht: Güteklasse 5 oder Güteklasse 9 (Ti-3Al-2,5V, UNS R56320), wobei letztere eine bessere Kaltumformbarkeit bei einer Zugfestigkeit von mindestens 620 MPa bietet.

Medizinische Implantate: Güteklasse 23 (Ti-6Al-4V ELI) gemäß ASTM F136 oder CP Güteklasse 1/2 gemäß ASTM F67 für nicht tragende Geräte.

Einsatz bei erhöhter Temperatur: Grad 5 bis etwa 400 Grad im Langzeitbetrieb; darüber hinaus sind Alpha-Legierungen wie Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo spezifiziert.

Die Kosten folgen der gleichen Skala: CP-Qualitäten sind am günstigsten, Qualität 5 verursacht zusätzliche Legierungs- und Verarbeitungskosten und ELI- oder Palladium--haltige Qualitäten haben einen Aufpreis, der nur durch spezifische Korrosions- oder Biokompatibilitätsanforderungen gerechtfertigt ist.

FAQ

Welche Titansorte ist die stärkste?

Unter den gängigen Sorten ist Sorte 5 (Ti-6Al-4V) mit einer Mindestzugfestigkeit von 895 MPa die stärkste weit verbreitete Sorte. Wärmebehandelte Beta-Legierungen übertreffen diesen Wert, es handelt sich jedoch um Spezialprodukte mit begrenzter Verfügbarkeit.

Ist Titan Grad 2 stärker als Titan Grad 1?

Ja. Klasse 2 hat höhere Sauerstoff- und Eisengrenzwerte, wodurch die Mindestzugfestigkeit von 240 MPa (Klasse 1) auf 345 MPa erhöht wird, während die gute Formbarkeit und Schweißbarkeit erhalten bleibt.

Was bedeutet UNS bei Titansorten?

UNS (Unified Numbering System) ist die in Nordamerika verwendete Standardmetallidentifizierung. Klasse 2 ist beispielsweise UNS R50400 und Klasse 5 ist UNS R56400; Die Präfixreihe R- umfasst Titan und Titanlegierungen.

Kann Titan der Güteklasse 5 wie CP-Sorten geschweißt werden?

Schweißnähte der Güteklasse 5 mit Argonabschirmung und passendem Füllmaterial wie ERTi-5, aber die Schweißverbindung weist eine geringere Duktilität als CP-Titanschweißnähte auf und erfordert normalerweise eine Spannungsentlastung. CP-Klassen 1–4 schweißen mit weniger Vorsichtsmaßnahmen.

Woher weiß ich, welche Note mein Projekt benötigt?

Beginnen Sie mit der Betriebsumgebung: Chlorid- oder Säureexpositionspunkte für CP- oder Pd/Mo-Qualitäten; tragende oder leichte Struktur weist die Note 5 oder 9 auf; Die Formungskomplexität weist auf Grad 1 oder Grad 2 hin. Vergleichen Sie vor der Bestellung die Mindesteigenschaftstabellen nach ASTM B265 oder ASTM B348.