Was sind die Leistungsvorteile einer Titanlegierung?

Titanlegierungen bieten mehrere Vorteile, darunter geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen und hohe chemische Reaktivität. Darüber hinaus verfügen sie über eine gute Ermüdungsbeständigkeit, Rissbeständigkeit, hohe Wärmefestigkeit, Biokompatibilität, gute Wärmeleitfähigkeit und nichtmagnetische Eigenschaften. Verschiedene Kombinationen von Titanlegierungen können unterschiedliche Anwendungsanforderungen erfüllen, was zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin-, Chemie- und anderen Industrien führt.
Leistungsvorteile von Titanlegierungen:

Titanlegierungen haben eine Dichte von etwa 4,5 g/cm3, was nur 60 % der Dichte von Stahl ausmacht. Reines Titan besitzt eine Festigkeit, die mit gewöhnlichem Stahl vergleichbar ist, während bestimmte hochfeste Titanlegierungen die Festigkeit vieler legierter Baustahlbleche übertreffen. Folglich weisen Titanlegierungen eine hohe spezifische Festigkeit (Festigkeits-/Dichteverhältnis) auf und eignen sich daher ideal für leichte Teile mit hoher Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit. Diese Legierungen finden Anwendung in Motorkomponenten, Skeletten, Häuten, Befestigungselementen und Fahrwerken.

Titanlegierungen halten höheren Temperaturen stand als Aluminiumlegierungen und behalten ihre Festigkeit auch bei erhöhten Temperaturen. Einige Titanlegierungen können über einen längeren Zeitraum bei Temperaturen im Bereich von 450-500 Grad betrieben werden und weisen innerhalb des Temperaturbereichs von 150 Grad -500 Grad eine hohe spezifische Festigkeit auf. Im Gegensatz dazu kommt es bei Aluminiumlegierungen bei 150 Grad zu einer deutlichen Verringerung der spezifischen Festigkeit. Mit einer maximalen Betriebstemperatur von 500 Grad übertreffen Titanlegierungen Aluminiumlegierungen, deren Grenzwert unter 200 Grad liegt.

Beim Betrieb in feuchten Atmosphären oder Meerwasserumgebungen weisen Titanlegierungen im Vergleich zu Edelstahl eine überlegene Korrosionsbeständigkeit auf. Sie weisen eine bemerkenswerte Beständigkeit gegen Lochfraß, Säurekorrosion und Spannungskorrosion auf. Titanlegierungen weisen außerdem eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Alkalien, Chloriden, chlorierten organischen Substanzen, Salpetersäure und Schwefelsäure auf. Allerdings weisen sie eine begrenzte Beständigkeit gegenüber Reduktionsmitteln, Sauerstoff und Chromsalzmedien auf.

Titanlegierungen behalten ihre mechanischen Eigenschaften bei extrem niedrigen und extrem niedrigen Temperaturen. Bestimmte Titanlegierungen wie TA7 weisen eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen auf und behalten ein gewisses Maß an Plastizität bei -253 Grad bei. Daher sind Titanlegierungen entscheidende Strukturmaterialien für Anwendungen in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen.

Titan besitzt eine erhebliche chemische Aktivität und geht leicht chemische Reaktionen mit Elementen wie Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf und Ammoniakgas ein. Beispielsweise bilden Titanlegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als {{0}},2 % hartes Titancarbid (TiC). Bei höheren Temperaturen reagiert Titan mit Stickstoff und bildet eine harte Oberflächenschicht aus Titannitrid (TiN). Titan absorbiert bei Temperaturen über 600 Grad Sauerstoff und bildet eine Härtungsschicht mit hoher Härte. Mit steigendem Wasserstoffgehalt kommt es zur Bildung einer Versprödungsschicht. Die absorbierten Gase können eine harte und spröde Oberflächenschicht mit einer Tiefe von 0,1-0,15 mm erzeugen, was zu erhöhter Reibung, Adhäsion und Verschleiß an den Kontaktflächen führt.

Titanlegierungen weisen im Vergleich zu Nickel, Eisen und Aluminium eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungsprodukten beträgt etwa 1/4 von Nickel, 1/5 von Eisen und 1/14 von Aluminium. Darüber hinaus ist die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Titanlegierungen etwa 50 % niedriger als die von reinem Titan. Der Elastizitätsmodul von Titanlegierungen ist etwa halb so hoch wie der von Stahl, was zu einer geringeren Steifigkeit führt. Daher sind Titanlegierungen anfällig für Verformungen und eignen sich nicht für die Herstellung schlanker Stäbe oder dünnwandiger Teile. Bei Schneidprozessen weisen Titanlegierungen im Vergleich zu rostfreiem Stahl ein höheres Oberflächenrückprallvolumen auf, was zu erhöhter Reibung, Adhäsion und Verschleiß auf der Werkzeugoberfläche führt.

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