Das ASTM-Titanqualitätssystem ist das größte auf dem globalen Titanmarkt und bildet die Grundlage für internationale Einkaufs-, Produktions- und Konstruktionsanwendungen, die auch in der Luft- und Raumfahrt-, Chemie-, Pharma-, Maschinenbau- und anderen wichtigen Industrien am meisten anerkannt sind. Unter ihnen sind ASTM Grade 2 (industrielles Reintitan) und Grade 5 (Ti-6Al-4V) sowie Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) die meistverkauften und am häufigsten verwendeten Sorten. Der Unterschied in der Zusammensetzung und den Verunreinigungen beeinflusst die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und die Verarbeitungsleistung. Daher ist die richtige Wahl für die technische Sicherheit, die Kosten und die Lebensdauer des Schiffes von entscheidender Bedeutung.
ASTM Grade 2 Pure Titanium ist ein Nichteisen-Reinmetall und die am häufigsten verwendete kommerzielle Titansorte. Hauptverunreinigungen sind Eisen (weniger als oder gleich 0,30 %), Sauerstoff (weniger als oder gleich 0,20 %), Stickstoff (weniger als oder gleich 0,03 %), Kohlenstoff (weniger als oder gleich 0,08 %). Der geringere Verunreinigungsgrad sorgt für eine gute Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit. Wie andere Titansorten weist es eine mäßige Festigkeit auf, ist jedoch stabiler und schweißbarer. - Sie können hochwertige Schweißnähte ohne aufwändige Vorbehandlung- herstellen, und die Festigkeit der Schweißverbindung kann mehr als 90 % des Grundmetalls betragen. Dieses Material lässt sich einfach zu Platten, Rohren, Stäben und allen möglichen Formen für viele Anwendungen verarbeiten.
Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit ist Grad 2 der beliebteste Titangrad für die Chemie-, Schifffahrts- sowie Öl- und Gasindustrie. Es wird häufig in Wärmetauschern, Reaktoren, Rohrleitungen und Ventilen verwendet und kann Korrosion durch Medien wie Salz- und Schwefelsäure mit niedriger/mittlerer Konzentration widerstehen und ist weniger anfällig für Lochfraß oder Spaltkorrosion. In der Schiffstechnik hat es sich bei der Meerwasserentsalzung und in Ozeanpipelines bewährt und hat eine Lebensdauer von über 20 Jahren, viel besser als Edelstahl. Gleichzeitig erfüllt das Material die Lebensmittel- und medizinischen Hygienestandards und kann in Druckbehältern und Lebensmittelverarbeitungsmaschinen eingesetzt werden. Seine Zugfestigkeit beträgt 345–450 MPa, die Streckgrenze beträgt etwa 275 MPa und die Dehnung ist größer oder gleich 20 % und es kann sich bei Druck und Raumtemperatur stabil bewegen. Es ist die wirtschaftlichste Titansorte.
Grad 5 ist die beliebteste und bekannteste Titanlegierung ([Ti-6Al-4V] der „König der Titanlegierungen“). Seine Bestandteile sind Al (Aluminium): 5,5 % – 6,75 %, V (Vanadium): 3,5 % – 4,5 %, Ti (Titan): der Rest. Es handelt sich um eine Legierung vom Typ +, die sowohl Festigkeit als auch Plastizität aufweist. Es verfügt über bessere mechanische Eigenschaften als reines Titan und ist weniger schwierig zu verarbeiten als andere hochfeste Titanlegierungen. Daher eignet es sich für Komponenten, die strukturellen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Zugfestigkeit des Materials ist größer oder gleich 930 MPa, die Streckgrenze ist größer oder gleich 860 MPa, die Dehnung ist größer oder gleich 10 % und die Ermüdungsfestigkeit beträgt etwa 420 MPa (etwa das Doppelte von Klasse 2). Es hält hohen und wechselnden Belastungen stand und behält gleichzeitig eine gute Korrosionsbeständigkeit. In der Luftfahrtindustrie werden über 70 % der Titanmaterialien für Flugzeuge verwendet, die für Fahrwerke, Flügelverbindungen und Triebwerkskomponenten der Boeing 787 und China C919 verwendet werden. Im Bereich der Chemietechnik kann es für Hochdruckreaktoren und Hochleistungspipelines verwendet werden; In der mechanischen Fertigung eignet es sich für Präzisionsformen. Obwohl der Preis höher ist als bei reinem Titan, ist seine umfassende Kosten-effizienz hervorragend.
ASTM Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) ist die Low-Gap-Elementversion von Grade 5 („ELI“ bedeutet extrem Low-Gap-Element). Es verfügt jedoch über eine strengere Kontrolle der Verunreinigungen: Sauerstoff kleiner oder gleich 0,13 %, Eisen kleiner oder gleich 0,25 %, Wasserstoff kleiner oder gleich 0,012 %. Darüber hinaus bietet es erhebliche Verbesserungen bei Zähigkeit, Schlagzähigkeit und Biokompatibilität, während die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Klasse 5 erhalten bleibt.
Güteklasse 23 hat eine Mindestzugfestigkeit von 860 MPa, eine Mindeststreckgrenze von 795 MPa, eine Mindestdehnung von 14 %, eine Mindestschlagzähigkeit von 60 J (ungefähr 50 % höher als Güteklasse 5) und eine bessere Beständigkeit gegen Sprödbruch. Der sehr geringe Gehalt an Verunreinigungen macht es ungiftig, hypoallergen und weist eine gute Kompatibilität mit biologischen Geweben auf, sodass es in medizinischen Implantationsbereichen wie künstlichen Gelenken, Zahnimplantaten und Stents verwendet werden kann. Gleichzeitig wird es auch in hochpräzisen Geräten wie Halbleiterkomponenten und Luftfahrtsensoren verwendet. Der Produktionsprozess erfordert jedoch strenge Standards und die Kosten sind höher als bei Klasse 5.
Bei der Auswahl der Beschaffungsmaterialien wird für herkömmliche Korrosions- und Schwachlastbedingungen die Güteklasse 2 empfohlen; Klasse 5 wird für die Luft- und Raumfahrt sowie für hochbelastete chemische Strukturen empfohlen; Für medizinische Implantate und hochpräzise Geräte sollte Güteklasse 23 verwendet werden. Durch die richtige Auswahl können Qualität sichergestellt, Kosten kontrolliert und Verluste vermieden werden, was ein wichtiger Faktor bei der Titanbeschaffung ist. Mit der wachsenden industriellen Nachfrage wird die Anwendung dieser drei Arten von Sorten immer weiter verbreitet, und Leistungsverbesserung und Prozessverbesserung werden weiterhin im Mittelpunkt der künftigen Entwicklung stehen.
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