Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Einführung in Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Ti-5Al-2.5Sn, als Grade-6-Titan bezeichnet, ist eine nahezu alpha-stabilisierte Titanlegierung, die eine Kombination aus moderater Festigkeit, hervorragender Schweißbarkeit und überlegener Kriechbeständigkeit bietet. Sie ist speziell für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen in Luft- und Raumfahrt-, Marine- und Energieerzeugungsumgebungen ausgelegt.
Dank ihrer thermischen Stabilität und der konstanten Leistung in oxidierenden Atmosphären ist Ti-5Al-2.5Sn eine zuverlässige Wahl für kritische CNC-bearbeitete Titanbauteile. Leistungsstarke CNC-Bearbeitungsdienstleistungen werden eingesetzt, um Präzisionskomponenten mit außergewöhnlicher Maßgenauigkeit zu fertigen – selbst bei komplexen, dünnwandigen Luft- und Raumfahrtstrukturen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Titan (Ti) | Rest | Sorgt für Korrosionsbeständigkeit und strukturelle Stabilität |
Aluminium (Al) | 4,5–5,5 | Alpha-Stabilisator, verbessert Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit |
Zinn (Sn) | 2,0–3,0 | Verbessert Kriechbeständigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit |
Sauerstoff (O) | ≤0,15 | Verfestigt die Matrix, beeinflusst jedoch die Duktilität |
Eisen (Fe) | ≤0,30 | Restbestandteil |
Wasserstoff (H) | ≤0,015 | Muss kontrolliert werden, um Wasserstoffversprödung zu verhindern |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 4,54 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 7,1 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,60 µΩ·m bei 20°C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 8,3 µm/m·°C | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 565 J/kg·K bei 20°C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 110 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 745–860 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 690–790 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 280–320 HB | ASTM E10 |
Kriechbeständigkeit | Ausgezeichnet | ASTM E139 |
Ermüdungsbeständigkeit | Hoch | ASTM E466 |
Haupteigenschaften von Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Ausgezeichnete Hochtemperaturleistung: Behält mechanische Festigkeit und Kriechbeständigkeit bis zu 450°C bei – ideal für Triebwerkskanäle und Nachbrenner-Strukturen.
Überlegene Schweißbarkeit: Grade 6 bietet eine sehr hohe Schweißnahtintegrität ohne nennenswerte Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften – ideal für Druckbehälter und Luft- und Raumfahrt-Rohrleitungen.
Thermische Stabilität: Zeigt eine geringe Wärmeausdehnung (8,3 µm/m·°C) und eine hohe Beständigkeit gegen thermische Ermüdung, wodurch die Leistung in Umgebungen mit hochzyklischer Wärmelast unterstützt wird.
Oxidationsbeständigkeit: Die Bildung einer stabilen TiO₂-Oberflächenschicht schützt Bauteile vor Zunderbildung und Korrosion in heißen Gasen sowie in maritimen Atmosphären.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Grade-6-Titan
Bearbeitungsherausforderungen
Zähigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit: Hohe Zähigkeit in Kombination mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 7,1 W/m·K führt zu übermäßiger Wärmeentwicklung in der Schnittzone und damit zu Werkzeugverschleiß.
Kaltverfestigungsverhalten: Ti-5Al-2.5Sn verfestigt während der Bearbeitung, wenn die Spanlast zu gering ist – dies beeinträchtigt die Werkzeugstandzeit und die Oberflächengüte.
Risiko von Werkzeuganhaftungen: Bei hohen Temperaturen kann sich eine Aufbauschneide (BUE) bilden, was die Genauigkeit beeinträchtigt und die Gefahr des Aufschmierens (Galling) erhöht.
Maßgenauigkeit: Elastische Rückverformung und Rückfederung (E-Modul ~110 GPa) erfordern Kompensation, um die Maßhaltigkeit bei Präzisionsmerkmalen sicherzustellen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Hartmetall- oder CBN-Wendeschneidplatten | Geeignet für Verschleißbeständigkeit bei hohen Temperaturen |
Beschichtung | AlTiN oder TiAlSiN (3–5 µm PVD) | Minimiert Anhaftungen und hitzebedingte Degradation |
Geometrie | Scharfer Spanwinkel, verrundete Kanten | Reduziert Kräfte und verbessert die Spanabfuhr |
Schnittgeschwindigkeit | 20–60 m/min | Gleicht thermische Last und Oberflächengüte aus |
Vorschub | 0,10–0,25 mm/U | Sichert eine stabile Spanbildung |
Kühlmittel | Hochdruckemulsion ≥100 bar | Verhindert Wärmestau und reduziert Reibung |
Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6) 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 | 45–65 | 0,05–0,10 | 0,2–0,5 | 100–150 |
Oberflächenbehandlung für Grade-6-Titanbauteile
Heißisostatisches Pressen (HIP) erhöht die Bauteildichte und beseitigt innere Hohlräume, wodurch die Ermüdungsleistung in Turbinen- und Antriebskomponenten verbessert wird.
Wärmebehandlung umfasst Spannungsarmglühen und Auslagern bei ~600°C, um Kriechbeständigkeit und Maßstabilität zu optimieren.
Superlegierungs-Schweißen ermöglicht Vollfestigkeits-Schweißnähte mit minimaler Porosität und Rissbildung in druckbeaufschlagten Luft- und Raumfahrtsystemen.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC) schützt Grade-6-Bauteile vor Oxidation und thermischer Ermüdung in Triebwerksabgasen oder chemischen Reaktoren.
CNC-Bearbeitung ermöglicht ±0,01 mm Präzision und ist entscheidend für die Fertigung von Triebwerkskanälen, Steuergehäusen und präzisen Luft- und Raumfahrt-Rohrleitungen.
Funkenerosion (EDM) ermöglicht die Herstellung präziser Bohrungen und Kühlkanäle, ohne thermische Spannungen einzubringen.
Tieflochbohren erreicht hohe L/D-Verhältnisse mit einer Geradheit <0,3 mm/m und Ra ≤ 1,6 µm – geeignet für Druckrohre und Kanalstrukturen.
Werkstoffprüfung umfasst Kriechbruchvalidierung, SEM-Gefügeprüfung und Ultraschall-Fehlerprüfung zur Qualitätssicherung.
Materialprüfung und Analyse
Grade-6-Bauteile durchlaufen Hochtemperatur-Zugprüfungen, Kriechbewertungen, Ermüdungslebensdauerprüfungen sowie XRD-/SEM-Analysen, um die Integrität unter Einsatzbedingungen in Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik und maritimen Anwendungen sicherzustellen.
Industrieanwendungen von Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Luft- und Raumfahrt: Einsatz für Triebwerkskanäle, Hydraulikleitungen und Rumpfbeplankungen unter hoher thermischer Belastung.
Energieerzeugung: Hochtemperatur-Rohrleitungen und Durchflussregelkomponenten für Dampf- und Gasturbinen.
Marine: Wärmetauscher und Rohrleitungen in Entsalzungsanlagen, die heißer Sole und Meerwasser ausgesetzt sind.
Verteidigung: Strukturen und Gehäuse für Antriebs- und Abgassysteme mit optimiertem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis.
Industrieausrüstung: Anlagen in korrosiven Umgebungen und bei thermischer Wechselbelastung, z. B. Reaktoren und Wärmetauscher.
Verwandte Blogs erkunden
