Was ist industrielles Reintitan?
Bei industriellem oder kommerziell reinem Titan handelt es sich um unlegiertes Titan, das auf einen kontrollierten Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff, Eisen, Kohlenstoff und Wasserstoff veredelt wurde. Es wird in den Klassen 1 bis 4 geliefert, wobei die Klassennummer mit dem Sauerstoff- und Eisengehalt und damit mit der Festigkeit steigt. Das Material wird für Produktformen durch Normen wie ASTM B265 für Platten, Bleche und Streifen, ASTM B338 und ASTM B861 für Rohre und ASTM B348 für Stangen und Knüppel definiert, weshalb in einem Einkaufsdokument immer sowohl die Sorte als auch die Produktform angegeben werden muss.
Sein industrieller Wert ergibt sich aus einer Kombination von Eigenschaften, die kein Stahl oder Aluminium gleichzeitig erreicht: hohe spezifische Festigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, nicht{0}}magnetisches Verhalten und gute Duktilität sowohl bei Raumtemperatur als auch bei kryogener Temperatur.
Festigkeit, Duktilität und spezifische Festigkeit
Sehr hochreines Titan ist weich und extrem duktil, mit einer Dehnung von 50 bis 60 % und einer Flächenverkleinerung von 70 bis 80 %. Industriequalitäten enthalten kleine, kontrollierte Zusätze von interstitiellen und metallischen Verunreinigungen, und diese Zusätze erhöhen die Festigkeit erheblich und behalten gleichzeitig die nützliche Plastizität bei.
| Grad | Zugfestigkeit, min | Streckgrenze, 0,2 %, min | Dehnung, min |
|---|---|---|---|
| Klasse 1 | 240 MPa | 138 MPa | 24% |
| Klasse 2 | 345 MPa | 275 MPa | 20% |
| Klasse 3 | 450 MPa | 380 MPa | 18% |
| Klasse 4 | 550 MPa | 483 MPa | 15% |
Dabei handelt es sich um die typischen Mindestanforderungen an geglühtes Material, die in den ASTM-Produktspezifikationen für die jeweilige Form angegeben sind. Die Dichte von Titan beträgt etwa 4,51 g/cm3, etwa 57 % der von Stahl, sodass das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht eines Titanrohrs weitaus höher ist als das eines entsprechenden Stahlrohrs, selbst wenn die absolute Festigkeit ähnlich ist. Das Verhältnis von Streckgrenze-zu-Zugfestigkeit ist ebenfalls hoch und liegt im Allgemeinen zwischen 0,70 und 0,95, was bedeutet, dass die Konstruktion auf der Streckgrenze und nicht auf der Endfestigkeit basieren muss und dass der Verformungswiderstand während der Umformung erheblich ist.
Korrosionsbeständigkeit und der Oxidfilm
Titan hat eine starke Affinität zu Sauerstoff und bildet einen dichten, haftenden Oxidfilm, der sich bei Beschädigung sofort regeneriert. Dieser Film ist der Grund dafür, dass das Metall in oxidierenden, neutralen und schwach reduzierenden Medien, in chloridhaltigem Wasser und in vielen Säuren, Laugen und Salzlösungen stabil ist, wo es Edelstahl und mehreren Nichteisenmetallen überlegen ist. Derselbe Film erklärt auch, warum Titan nicht durch Meerwasser oder Chloridlösungen angegriffen wird, die in austenitischen Edelstählen Lochfraß verursachen.
Thermisches und-Tieftemperaturverhalten
| Zustand | Verhalten | Auswirkungen auf die Verarbeitung |
|---|---|---|
| Kontinuierlicher Service, kommerziell reine Qualitäten | Nutzfestigkeit bleibt bis etwa 300 Grad erhalten | Oberhalb dieser Temperatur werden Oxidation und Kriechen zu den limitierenden Faktoren |
| Lufterwärmung über etwa 540 Grad | Schnelles Oxidwachstum und Bildung von Alpha-Hüllen | Verwenden Sie Vakuum oder eine inerte Atmosphäre. Kontaminierte Schicht anschließend entfernen |
| Kryo-Betrieb, bis etwa -250 Grad | Hohe Schlagzähigkeit bleibt erhalten, kein Übergang von duktil zu spröde | Geeignet für Flüssiggas- und Kryoleitungen |
| Wasserstoffhaltige oder feuchte reduzierende Atmosphären | Wasserstoffaufnahme-und Gefahr der Versprödung | Das Erhitzen mit Wasserstoff ist verboten; Saubere Teile und trockene Öfen sind Pflicht |
Umform-, Schweiß- und Bearbeitungspraxis
Formen und Schmieden: Titan kann geschmiedet, gewalzt, extrudiert und gestanzt werden, aber sein hohes Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit und sein niedriger Modul verursachen eine starke Rückfederung. Öfen für Stahl können für Titan verwendet werden, sofern die Atmosphäre neutral oder leicht oxidierend bleibt.
Schweißen: Handelsüblich reines Titan lässt sich gut schweißen und die Verbindungsfestigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit nähern sich denen des Grundmetalls an. Das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen mit vollständiger Argonabschirmung, einschließlich Schlepp- und Rückseitenschutz, ist die Standardmethode zur Vermeidung von Kontaminationen.
Bearbeitung: Titan hat einen hohen Reibungskoeffizienten und eine geringe Wärmeleitfähigkeit, sodass sich die Wärme an der Schneidkante konzentriert und diese schnell erweicht. Das Metall ist auch bei Temperatur chemisch aktiv und neigt dazu, am Werkzeug zu haften, was zu einem erhöhten Kantenverschleiß führt. Verwenden Sie scharfe, richtig ausgewählte Werkzeuge, moderate Geschwindigkeiten und großzügige Kühlung.
Oberflächenvorbereitung: Halten Sie die Teile vor dem Schweißen oder Erhitzen frei von Fett, Fingerabdrücken und Eisenverunreinigungen, da diese Rückstände sowohl Porosität als auch Wasserstoffabsorption verursachen.
Häufig gestellte Fragen
F: Was bedeutet industrielles Reintitan?
Es handelt sich um unlegiertes Titan mit kontrolliertem Verunreinigungsgrad, das in den Güteklassen 1 bis 4 geliefert wird. Höhere Güteklassen enthalten mehr Sauerstoff und Eisen, was die Festigkeit erhöht und die Duktilität verringert.
F: Warum ist ein Titanrohr stärker als ein Stahlrohr mit dem gleichen Gewicht?
Titan hat eine Dichte von etwa 4,51 g/cm3, etwa 57 % von Stahl, sodass ein Titanabschnitt bei gleicher Masse im Betrieb dicker und steifer ist und gleichzeitig eine vergleichbare absolute Festigkeit behält.
F: Kann Titan wie Edelstahl geschweißt werden?
Der Schweißprozess ist ähnlich, die Kontaminationskontrolle ist jedoch strenger. Um das heiße Metall vor Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff zu schützen, ist das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen unter vollständiger Argonabschirmung mit Nachlauf- und Hintergrundgas erforderlich.
F: Warum ist Titan schwierig zu bearbeiten?
Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit konzentriert die Wärme an der Schneidkante, der hohe Reibungskoeffizient führt zu Adhäsion und aufgebautem Kantenverschleiß und der niedrige Elastizitätsmodul erzeugt Vibrationen. Scharfe Werkzeuge, geringere Schnittgeschwindigkeiten und effektive Kühlung sind die Standard-Gegenmaßnahmen.
F: Ist Titan für den Einsatz bei niedrigen{0}}Temperaturen geeignet?
Ja. Kommerziell reines Titan behält eine hohe Schlagfestigkeit bis etwa -250 Grad ohne einen Übergang von duktil-zu spröde, wodurch es für kryogene Rohrleitungen und Flüssiggasanwendungen geeignet ist.
F: Welche Norm sollte bei der Bestellung von Titanrohren angegeben werden?
Nennen Sie sowohl die Note als auch die Form. Geschweißte Rohre werden üblicherweise nach ASTM B338 und nahtlose Rohre nach ASTM B861 bestellt, während Platten, Bleche und Bänder ASTM B265 und Stangen ASTM B348 folgen.
