Titanlegierungen

Titanlegierungen sind Legierungen, die eine Mischung aus Titan und anderen chemischen Elementen enthalten. Solche Legierungen weisen eine sehr hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit auf (auch bei extremen Temperaturen). Sie haben ein geringes Gewicht, eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten.

Korrosionsbeständigkeit
An der Luft bildet sich auf der Titanoberfläche eine dünne Oxidschicht. Diese Schicht ist für die meisten Materialien sehr schwer zu durchdringen. Daher weist Titan eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf und unterliegt keinen nachteiligen Veränderungen (z. B. Lochfraß, Rissbildung) durch korrosive Substanzen.
Unabhängig davon, ob es im Innen- oder Außenbereich verwendet wird, hält es viele Jahre lang – was es zu einer ausgezeichneten Wahl für Gebäude und Meeresanwendungen macht, wo es ständig Meerwasser und Regen ausgesetzt ist.

Stärke
Einer der größten Vorteile von Titan ist seine Festigkeit. Es ist nicht nur eines der stärksten Metalle auf dem Planeten (konkurriert sogar mit Stahl!), es weist auch das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Dichte aller metallischen Elemente im Periodensystem auf. Dies macht es in vielen Berufen zu einer beliebten Option.
Darüber hinaus ist Titan aufgrund seiner geringen Dichte auch unglaublich leicht.
Um dies ins rechte Licht zu rücken: Titan hat ein spezifisches Gewicht von 4,5 – was etwa 40 % leichter ist als eine gleiche Menge Kupfer und 60 % leichter als eine gleiche Menge Eisen. Dies ist einer der Gründe, warum es häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie und zur Herstellung von Strukturrahmen verwendet wird.

Ungiftig
Metalle wie Eisen, Stahl und Aluminium können für den Menschen giftig sein.
Im Gegensatz dazu ist Titan biokompatibel. Es ist sowohl für Menschen als auch für Tiere völlig ungiftig (unter anderem aufgrund der Tatsache, dass es korrosionsbeständig ist) – und kann daher sicher in den Körper implantiert werden, ohne dass es zu Nebenwirkungen kommt. Aus diesem Grund wird Titan häufig in der Medizinindustrie (z. B. zur dauerhaften Stärkung gebrochener Knochen) und für Zahnimplantate verwendet.

Geringe Wärmeausdehnung
Titan hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Im Wesentlichen bedeutet dies, dass es sich im Vergleich zu den meisten anderen Herstellungsmaterialien bei extremen Temperaturen nicht annähernd so stark ausdehnt und zusammenzieht. Tatsächlich dehnt es sich etwa 50 % weniger aus als Stahl und bietet daher eine viel größere strukturelle Stabilität.
Diese Funktion ist besonders nützlich, wenn Sie einen Aufbau erstellen, der ein steifes und dennoch leichtes Gerüst erfordert. Dadurch eignet sich Titan auch für Bauanwendungen, bei denen der Brandschutz von größter Bedeutung ist (z. B. Wolkenkratzer).

Hoher Schmelzpunkt
Dies ist einer der Hauptvorteile von Titan. Es weist einen außergewöhnlich hohen Schmelzpunkt (ca. 1668 Grad) auf und eignet sich daher perfekt für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen. Beispielsweise ist es das Metall der Wahl für Gießereien, Turbinentriebwerke und sogar einige Satelliten.
Es ist erwähnenswert, dass dieser Vorteil durch die oben erwähnte geringe Wärmeausdehnung noch verstärkt wird.

Hervorragende Fertigungsmöglichkeiten
Trotz seiner Festigkeit ist Titan ein relativ weiches und duktiles feuerfestes Metall. Daher kann es leicht bearbeitet und hergestellt werden, um eine Vielzahl von Metallteilen und -komponenten herzustellen. Aufgrund seiner Oxidationsbeständigkeit kann es auch im Freien und nahtgeschweißt werden, ohne dass Flussmittel jeglicher Art erforderlich sind – und die Schweißzone erfordert keinen zusätzlichen Schutz.

Alpha-Legierungen
Alpha-Legierungen sind Titanlegierungen, die gezielt nur mit Sauerstoff legiert werden. Während andere Bestandteile wie Kohlenstoff und Eisen in geringen Mengen vorkommen, kommen sie nur als Verunreinigungen vor. Als interstitielles Legierungselement steigert Sauerstoff die Festigkeit erheblich und verringert gleichzeitig die Duktilität. Die Chemie- und Maschinenbauindustrie ist der Hauptabnehmer von Alpha-Legierungen.
Dabei sind gutes Korrosionsverhalten und Verformbarkeit wichtiger als hohe (spezifische) Festigkeiten. Der Hauptunterschied zwischen handelsüblichen Titanqualitäten (cp) ist ihre Sauerstoffkonzentration.

Nahe-Alpha-Legierungen
Nahezu Alpha-Legierungen aus Titan sind die gebräuchlichsten Hochtemperaturlegierungen. Diese Legierungsklasse eignet sich für hohe Temperaturen, da sie das überlegene Kriechverhalten von Alpha-Legierungen mit der hohen Festigkeit von Alpha- und Beta-Legierungen kombiniert. Allerdings ist ihre maximale Arbeitstemperatur mittlerweile auf 500 bis 550 ºC begrenzt.

Beta- und Near-Beta-Legierungen
Beta-Legierungen sind eine andere Art von Titanmaterial. Hersteller stellen alle Titanlegierungen her, indem sie Titan ausreichend betastabilisierende Elemente hinzufügen. Diese Materialien sind schon seit vielen Jahren erhältlich, erfreuen sich aber erst in letzter Zeit großer Beliebtheit. Sie sind leichter kaltumformbar als Alpha-Beta-Legierungen, lassen sich auf hohe Festigkeiten wärmebehandeln und einige haben eine bessere Korrosionsbeständigkeit als handelsübliche Sorten.

Alpha- und Beta-Legierungen
Dabei handelt es sich in der Regel um mittel- bis hochfeste Materialien mit Zugfestigkeiten im Bereich von 620 bis 1250 MPa und einer Kriechfestigkeit im Bereich von 350 bis 400 Grad. Zusätzlich zu den Zugeigenschaften verfügen sie auch über Ermüdungs- und Bruchzähigkeitseigenschaften bei niedriger und hoher Lastspielzahl.
Infolgedessen wurden thermomechanische Verfahren und Wärmebehandlungsverfahren entwickelt, um sicherzustellen, dass die Legierungen für verschiedene Anwendungen ein optimales Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften bieten.

Verhinderung von Fressen
Abrieb führt nicht nur zu übermäßigem Verschleiß von Titan, sondern kann auch zu beschleunigter Korrosion durch Reibverschleiß führen. Eine einfache Schmierung mit Graphit oder Molybdändisulfid reicht oft aus, um Abrieb zu verhindern. Daher ist es möglich, Titan für bewegliche Teile oder für Teile in Gleitkontakt mit sich selbst oder anderen Metallen bei leichten bis mittleren Belastungen zu verwenden. Höhere Belastungen hingegen erfordern gehärtete Titanoberflächen. Zum Einsatz kommen handelsübliche Einsatzhärtungstechniken wie Plasmaspritzen, Ionenimplantation, Eloxieren oder Nitrieren oder Beschichtungstechniken wie Hartverchromen oder Flammspritzen von Wolframcarbid und anderen harten, verschleißfesten Materialien.
Solche Oberflächenbehandlungen verfügen über die erforderlichen Eigenschaften einer guten Haftung sowie Verschleiß- und Abriebfestigkeit. Es muss jedoch sorgfältig auf die Kompatibilität der behandelten Oberfläche mit der korrosiven Umgebung, der sie ausgesetzt ist, geachtet werden.

Reinigen von Titangeräten
Die Leistungsfähigkeit von Titanoberflächen kann in der Regel ohne aufwändige Reinigungsverfahren aufrechterhalten werden. Im Allgemeinen ist keine Reinigung zum Korrosionsschutz erforderlich, wie dies manchmal bei Edelstahl erforderlich ist, und auch der dünne Oxidfilm auf der Oberfläche verbindet sich in keiner Weise mit Kühlwasser und bildet starke Mineralablagerungen, wie dies manchmal bei Legierungen auf Kupferbasis der Fall ist.
Meeresverschmutzung auf Wärmetauscheroberflächen wird manchmal durch Chlorinjektion kontrolliert. Titanoberflächen werden von solchen Behandlungen überhaupt nicht beeinträchtigt. Auch Titan-Oberflächenkondensatorrohre werden auf diese Weise sowie durch kontinuierliche Reinigungssysteme mit Gummibällen oder Nylonbürsten ohne schädliche Auswirkungen sauber gehalten.

Säurereinigung
Manchmal ist eine saure Reinigung von Titanoberflächen zur Entfernung von Ablagerungen erforderlich. Herkömmliche Säurereinigungszyklen können verwendet werden, sofern geeignete Inhibitoren vorhanden sind. Organische Inhibitoren wie filmbildende Amine sind bei Titan nicht wirksam. Eisenionen als Eisenchlorid sind als Inhibitor für Titan in sauren Lösungen sehr wirksam. Bereits 0,1 Gewichtsprozent Eisenchlorid hemmt beispielsweise die Korrosion von Titan durch Salzsäure. Bei Umgebungstemperaturen können bis zu 25 Gewichtsprozent HCl, inhibiert mit FeCl3, sicher auf Titan verwendet werden.
Salpetersäure ist ein ausgezeichnetes Passivierungsmittel für Titan und kann allein oder mit Salzsäure zum Reinigen von Titanoberflächen verwendet werden.

Bürstenreinigung
Die Verwendung von Drahtbürsten aus Kohlenstoffstahl zum Entfernen von Ablagerungen auf Titan wird nicht empfohlen. Ebenso sollten Rohre oder Röhren aus Kohlenstoffstahl nicht zum Reinigen verstopfter Titanrohre verwendet werden. Die Aufnahme von eingebetteten oder verschmierten Eisenpartikeln aus Stahl kann dazu führen, dass Titan bei Wiederinbetriebnahme des Geräts korrosionsanfällig wird. Bevorzugt werden Drahtbürsten und Rohre aus Edelstahl oder Titan. Durch die sorgfältige Nutzung der einzigartigen Eigenschaften von Titan können gefertigte Geräte viele Jahre lang wartungsfrei betrieben werden. Eine falsche Anwendung von Titan, die Verwendung unsachgemäßer Reinigungsverfahren und andere Missbräuche können zum Versagen führen. Andererseits kann die sorgfältige Anwendung einiger vorbeugender Maßnahmen, insbesondere im Hinblick auf Korrosions- und Abriebfestigkeit, die Nutzungsdauer von Titangeräten erheblich verlängern.

Bewerbungsvoraussetzungen
Der wichtigste Faktor bei der Auswahl einer Titanlegierung ist die beabsichtigte Anwendung. Unabhängig davon, ob Sie in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie oder einer anderen Industrie tätig sind, müssen die mechanischen und chemischen Eigenschaften der Legierung den Anforderungen Ihres Projekts entsprechen. Beispielsweise ist Ti-6Al-4V (Klasse 5) aufgrund seiner hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit eine beliebte Wahl für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt.

Kraft und Gewicht
Titan wird wegen seines außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht geschätzt. Verschiedene Legierungen bieten unterschiedliche Festigkeitsniveaus, wobei einige die Festigkeit vieler Stahllegierungen übertreffen. Das Gleichgewicht zwischen Kraft und Gewicht ist bei Anwendungen wie Sportgeräten und Prothesen von entscheidender Bedeutung.

Korrosionsbeständigkeit
Die Korrosionsbeständigkeit von Titan ist legendär. Seine Legierungen werden in rauen Umgebungen eingesetzt, in denen Korrosion ein Problem darstellt, beispielsweise bei Schiffsanwendungen und bei der chemischen Verarbeitung. Ti-6Al-4V und Ti-6Al-4V ELI sind für ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit bekannt.

Temperaturbeständigkeit
Bei Anwendungen mit extremen Temperaturen, wie etwa in Flugzeugtriebwerken oder Wärmetauschern, müssen Sie eine Legierung wählen, die den Bedingungen standhält. Legierungen wie Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI und Ti-5Al-2.5Sn bieten hervorragende Hoch- Temperaturleistung.

Herstellung und Bearbeitbarkeit
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Titanlegierung die einfache Herstellung und Bearbeitbarkeit. Die Verarbeitung einiger Legierungen kann schwierig sein, während andere je nach Herstellungsprozess benutzerfreundlicher sind.

Die Gruppe folgt dem Prinzip „Alles aus einer Hand und erleichtert die Auswahl“. Wir erfüllen weiterhin die unterschiedlichen Bedürfnisse globaler Kunden im Bereich der weltweiten Stahllieferkette. Ein professionelles Vertriebsteam bietet den Kunden erstklassige Dienstleistungen. Ein strenges Beschaffungs- und Qualitätskontrollteam wählt hochwertige Rohstoffe aus. Ein Versand- und Logistikteam, das den Schutz des Produkttransports gewährleistet.