Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Einführung in Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Ti-3Al-2.5V, häufig als Grade-12-Titan bezeichnet, ist eine Titanlegierung mit einer nahezu alpha-dominierten Mikrostruktur, die durch geringe Zusätze von Aluminium und Vanadium verfestigt wird. Sie bietet eine hervorragende Kombination aus moderater Festigkeit, hoher Schweißbarkeit, ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und verbesserter Umformbarkeit – insbesondere in heißen und maritimen Umgebungen.
Aufgrund seiner Festigkeit und herausragenden Korrosionsbeständigkeit – insbesondere in sauren, chloridhaltigen und oxidierenden Umgebungen – wird Ti-3Al-2.5V häufig für industrielle Rohrleitungssysteme, Wärmetauscher und Marinekomponenten eingesetzt. Hersteller setzen auf CNC-Bearbeitungsdienstleistungen und fortschrittliche Prozesse, um hochwertige CNC-bearbeitete Titanbauteile aus Grade 12 mit engen Toleranzen für eine langfristige Einsatzleistung herzustellen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Titan (Ti) | Rest | Grundelement, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit |
Aluminium (Al) | 2,5–3,5 | Alpha-Stabilisator, erhöht Festigkeit und Duktilität |
Vanadium (V) | 1,5–2,5 | Beta-Stabilisator, verbessert Durchhärtbarkeit und Ermüdungsbeständigkeit |
Sauerstoff (O) | ≤0,25 | Zwischengitter-Element zur Festigkeitssteigerung |
Eisen (Fe) | ≤0,30 | Restbestandteil |
Wasserstoff (H) | ≤0,015 | Kontrolliert, um Versprödung zu verhindern |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 4,48 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 7,2 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,65 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 8,5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 570 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 110 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 620–725 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 500–620 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥18% | ASTM E8/E8M |
Härte | 230–270 HB | ASTM E10 |
Kriechbeständigkeit | Moderat | ASTM E139 |
Ermüdungsbeständigkeit | Gut | ASTM E466 |
Haupteigenschaften von Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Hohe Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Leistung in oxidierenden und schwach reduzierenden Medien – insbesondere bei Chloriden, Salpetersäure und Meerwasser.
Ausgezeichnete Schweißbarkeit und Duktilität: Grade 12 lässt sich sauber schweißen, ohne Nachschweißrisse, und behält seine Duktilität – ideal für Tanks, Rohrleitungen und Marinestrukturen.
Thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit: Geeignet für den Dauerbetrieb bis 400°C bei hoher Stabilität der Oberflächenoxidschicht.
Gute Kalt- und Warmumformbarkeit: Die sehr gute Umformbarkeit macht Grade 12 praxistauglich für Wärmetauscher, Flansche und Fittings, die Biegen oder Tiefziehen erfordern.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Grade-12-Titan
Bearbeitungsherausforderungen
Neigung zum Aufschmieren (Galling): Wie andere Titanlegierungen haftet Grade 12 an Werkzeugen – besonders bei erhöhten Temperaturen – was Oberflächengüte und Präzision beeinträchtigt.
Wärmeakkumulation: Mit einer moderaten Wärmeleitfähigkeit (7,2 W/m·K) entsteht lokal hohe Wärme an der Werkzeug-Werkstück-Grenzfläche, was die Werkzeugstandzeit reduziert.
Rückfederung und niedriger E-Modul: Der Elastizitätsmodul von 110 GPa verursacht eine spürbare Rückfederung bei dünnwandigen Teilen und beeinflusst die Schlichtgenauigkeit.
Werkzeugverschleiß: Obwohl nicht so hart wie Grade 5 oder 7, kann das Kaltverfestigungsverhalten von Grade 12 unbeschichtete Schneidwerkzeuge bei unzureichender Kühlung schnell verschleißen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Unbeschichtetes Hartmetall oder CBN | Behält eine scharfe Schneide und hohe Wärmebeständigkeit |
Beschichtung | TiAlN oder TiSiN (3–5 µm PVD) | Hilft, Spananbacken und Aufschmieren zu verhindern |
Geometrie | Positiver Spanwinkel, verrundete Kanten | Reduziert Wärme und Schnittdruck |
Schnittgeschwindigkeit | 20–50 m/min | Verhindert Überhitzung und übermäßigen Werkzeugverschleiß |
Vorschub | 0,10–0,25 mm/U | Fördert Spanabfuhr und Oberflächengüte |
Kühlmittel | Wasserlösliche Emulsion, ≥100 bar | Sichert Temperaturkontrolle und Spanabfuhr |
Ti-3Al-2.5V (Grade 12) Schnittparameter (ISO-3685-konform)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlmitteldruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 20–30 | 0,15–0,20 | 2,0–3,0 | 80–100 (durch Werkzeug) |
Schlichten | 45–60 | 0,05–0,10 | 0,2–0,5 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für Grade-12-Titanbauteile
Heißisostatisches Pressen (HIP) wird bei kritischen Teilen angewendet, um innere Hohlräume zu beseitigen und Ermüdungs- sowie Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
Wärmebehandlung umfasst ein Glühen bei 700–760°C, um Duktilität und Maßstabilität bei umgeformten oder geschweißten Teilen zu verbessern.
Superlegierungs-Schweißen ermöglicht robuste Schweißverbindungen für Druckbehälter und chemische Rohrleitungssysteme unter Verwendung passenden Zusatzdrahts.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC) bietet zusätzlichen Schutz in Wärmetauscher- und Meerwassersystemen, in denen Oxidation und Zunderbildung kritisch sind.
CNC-Bearbeitung unterstützt die engtolerierte Fertigung von Ventilen, Pumpenteilen und Tankstutzen mit Präzision bis ±0,01 mm.
Funkenerosion (EDM) ist effektiv zur Herstellung von Mikrobohrungen und feinen inneren Merkmalen, ohne mechanische Spannungen einzubringen.
Tieflochbohren ermöglicht Bohrungen mit L/D > 30:1, einer Bohrgeradheit unter 0,3 mm/m und Ra ≤ 1,6 µm in Baugruppen chemischer Anlagen.
Werkstoffprüfung umfasst interkristalline Korrosionsprüfungen, Zugfestigkeitsvalidierung, SEM-Gefügeinspektion und Ultraschall-Fehlerprüfung.
Materialprüfung und Analyse
Grade-12-Titanbauteile werden auf Korrosionsbeständigkeit (ASTM G28), mechanische Festigkeit (ASTM E8) und Schweißnahtintegrität mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren (NDT) getestet, um Branchen- und Kundenspezifikationen zu erfüllen.
Industrieanwendungen von Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Energieerzeugung: Einsatz in Wärmetauschern, Druckbehältern und Dampfkondensatoren aufgrund hoher Korrosionsbeständigkeit und thermischer Stabilität.
Marine: Ideal für Rohrleitungssysteme und Strukturelemente in Meerwasser- oder Sole-Betriebsbedingungen.
Chemische Verfahrenstechnik: Widersteht Angriffen in chlorierten und sauren Medien, einschließlich Hypochlorit- und Salpetersäureumgebungen.
Verteidigung: Grade-12-Rohre und Beschichtungen für Schiffssysteme und Antriebskomponenten, die hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Industrieausrüstung: Verwendung in Fittings, Tanks und Drucksystemteilen, die aggressiven Prozessmedien ausgesetzt sind.
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