Titan Grade 2 oder Grade 5: Bezahlen Sie womöglich für Festigkeit, die Sie nicht nutzen?
Grade 5 ist für die meisten das Standard-Titan. Es macht grob die Hälfte des gesamten Titanverbrauchs aus, in der Luftfahrt ist es schlicht „das Titan“, und es steht auf Zeichnungen, bei denen Grade 2 die Aufgabe günstiger und mit weniger Aufwand erfüllen würde.
Manchmal wäre der Wechsel auf Grade 2 falsch. Oft ist er es nicht. So erkennen Sie den Unterschied.
Die beiden Legierungen
Grade 2 ist Reintitan (Werkstoffnummer 3.7035): rund 99 % Titan mit kontrolliertem Sauerstoff- und Eisengehalt. Einphasiges Alpha-Gefüge. Weich, duktil, äußerst korrosionsbeständig, gut schweißbar und umformbar.
Grade 5 ist Ti-6Al-4V (Werkstoffnummer 3.7165): 6 % Aluminium, 4 % Vanadium. Zweiphasiges Alpha-Beta-Gefüge, wärmebehandelbar, etwa dreimal so fest wie Grade 2.
| Grade 2 | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | |
|---|---|---|
| Streckgrenze | ~275 MPa | ~830 MPa |
| Zugfestigkeit | ~345 MPa | ~900 MPa |
| Härte | ~145 HV | ~340 HV (~36 HRC) |
| Bruchdehnung | ~20 % | ~14 % |
| Max. Einsatztemperatur | ~300 °C | ~400 °C |
| Schweißbarkeit | Sehr gut | Gut, erfordert Sorgfalt und Schutzgas |
| Umformbarkeit | Kalt gut umformbar | Kalt schlecht, Warmumformung nötig |
| Korrosionsbeständigkeit | Die bessere der beiden | Sehr gut, etwas unter Gr 2 |
| Relative Materialkosten | Basis | ~1,3–1,6× |
| Relative Zerspanungskosten | ~0,5–0,7× Grade 5 | Basis |
Zwei Zeilen verdienen einen zweiten Blick. Grade 2 hat die bessere Korrosionsbeständigkeit, nicht die schlechtere, denn Legierungszusätze senken sie leicht. Und Grade 2 lässt sich etwa doppelt so leicht zerspanen, was bei einem komplexen Teil stärker ins Gewicht fallen kann als der Materialpreis.
Wann Grade 2 die richtige Wahl ist
Korrosion ist die Anforderung, Belastung nicht. Rohrleitungen in der Verfahrenstechnik, Wärmetauscherkomponenten, Anoden, Seewasserarmaturen, Komponenten für die Meerwasserentsalzung, Beschläge im Bootsbau. Wenn die Aufgabe des Teils darin besteht, nicht zu korrodieren, ist die günstigere und korrosionsbeständigere Legierung auch die bessere.
Das Teil wird geschweißt. Grade 2 lässt sich problemlos schweißen. Grade 5 ebenfalls, aber Schweißnaht und Wärmeeinflusszone verlieren an Duktilität, und das Verfahren verlangt eine saubere Schutzgasabdeckung auf Vorder- und Rückseite. Bei einer Schweißkonstruktion fällt mit Grade 2 eine ganze Risikokategorie weg.
Das Teil wird umgeformt. Grade 2 lässt sich kalt umformen. Grade 5 weitgehend nicht.
Die Beanspruchung ist tatsächlich gering. Halter, Deckel, Gehäuse und Distanzstücke, die kaum Last tragen, aber chemisch beständig oder unmagnetisch und leicht sein müssen.
Medizinische Implantate, sofern die Norm es zulässt. Grade 2 und Grade 4 werden für Implantatkomponenten eingesetzt, wo die Festigkeit ausreicht; Grade 23 ELI deckt die hochfesten Fälle ab.
Wann Grade 5 seinen Preis wert ist
Strukturelle Last. Alles, was nennenswerte Spannungen trägt. Die dreifache Streckgrenze ist kein kleiner Spielraum.
Ermüdung. Zyklische Belastung spricht deutlich für Grade 5.
Gewinde und kleine tragende Geometrien. Gewinde in Grade 2 fressen und reißen bei Lasten aus, die Grade 5 problemlos aufnimmt.
Erhöhte Temperatur unter Last.
Gewichtskritische Strukturen, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht der eigentliche Grund für Titan war.
Die Güten dazwischen
Die Wahl ist nicht binär.
Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) liegt in der Mitte: etwa 620 MPa Streckgrenze, weiterhin schweißbar und umformbar, häufig für Rohre und Hydraulikleitungen verwendet. Einkäufer, die nur Grade 2 und 5 kennen, ziehen es selten in Betracht.
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) ist Grade 5 mit reduziertem Sauerstoff- und Eisengehalt für höhere Bruchzähigkeit und bessere Tieftemperatureigenschaften. Standard bei Implantaten und in Teilen der Luftfahrt. Teurer, und die Materialverfügbarkeit ist knapper.
Grades 7 und 11 enthalten Palladium und sind damit beständig in reduzierenden Säuren, in denen Reintitan an seine Grenzen stößt.
Grade 12 enthält Molybdän und Nickel für bessere Beständigkeit gegen Spaltkorrosion bei erhöhter Temperatur.
Kurz zur Zerspanung
Beide Legierungen teilen die Grundeigenschaften von Titan: geringe Wärmeleitfähigkeit, chemische Reaktivität, Rückfederung und die zwingende Regel, dass das Werkzeug in Bewegung bleiben und eine echte Spandicke halten muss. Zerspanung von Ti-6Al-4V behandelt die Schnittparameter; sie gelten auch für Grade 2, mit etwa 50–80 % höheren Schnittgeschwindigkeiten.
Das spezifische Problem von Grade 2: Es schmiert. Es neigt zu Aufbauschneiden und reißt, statt sauber abzuscheren, sodass die Oberfläche schlecht ausfallen kann, wenn die Werkzeuge nicht scharf sind. Das Problem von Grade 5 sind Wärme und Werkzeugverschleiß. Unterschiedliche Symptome, gleiche Abhilfe: scharfe Werkzeuge, ausreichender Vorschub, Hochdruckkühlung.
Bei dünnwandigen Teilen macht die geringere Steifigkeit von Grade 2 die Durchbiegung schlimmer statt besser, siehe dünnwandige Titanteile.
Die Entscheidung in einer Frage
Wovor wird das Teil geschützt: vor Last oder vor Chemie?
Lautet die Antwort Chemie, beginnen Sie bei Grade 2 und gehen nur dann höher, wenn eine Festigkeitsberechnung es erzwingt. Lautet die Antwort Last, beginnen Sie bei Grade 5.
Lautet die Antwort beides, schreiben Sie das in die Anfrage, zusammen mit der Einsatzumgebung und den Lasten. Genau bei dieser Frage kann ein Lieferant helfen, bevor die Zeichnung eingefroren ist, und zu diesem Zeitpunkt ist sie deutlich günstiger zu klären als nach dem Erstmuster.
Hintergrund: Titanlegierungen.
Senden Sie die Zeichnung und die Funktion des Teils, und Sie erhalten binnen 24 Geschäftsstunden ein Angebot mit Preis. Wenn eine günstigere Güte für Ihre Anwendung ausreicht, steht das gleich dabei.