Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Einführung in Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, allgemein bekannt als Grade-7-Titan, ist eine hochfeste Alpha-Beta-Legierung, die speziell für den Einsatz bei hohen Temperaturen entwickelt wurde. Mit ausgezeichneter Kriechbeständigkeit, guter Schweißbarkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit wird diese Legierung широко in Luftfahrt-Turbinenbauteilen und fortschrittlichen Antriebssystemen eingesetzt.
Ihre strukturelle Stabilität und Leistungsfähigkeit in oxidierenden Umgebungen machen Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo ideal für präzise CNC-bearbeitete Titanbauteile. Hersteller verlassen sich auf hochgenaue CNC-Bearbeitungsdienstleistungen, um enge Toleranzen für missionskritische Teile einzuhalten, die zyklischen Spannungen und extremer Hitze ausgesetzt sind.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Titan (Ti) | Rest | Gewährleistet strukturelle Integrität und Korrosionsbeständigkeit |
Aluminium (Al) | 5,5–6,5 | Alpha-Stabilisator, verbessert die Hochtemperaturfestigkeit |
Zinn (Sn) | 1,8–2,5 | Erhöht Kriechbeständigkeit und thermische Stabilität |
Zirkonium (Zr) | 3,6–4,5 | Erhöht die Oxidationsbeständigkeit |
Molybdän (Mo) | 5,5–6,5 | Beta-Stabilisator, verbessert Durchhärtbarkeit und Ermüdungsfestigkeit |
Silizium (Si) | ≤0,25 | Verbessert die Kriecheigenschaften |
Sauerstoff (O) | ≤0,15 | Zwischengitter-Element zur Festigkeitssteigerung |
Eisen (Fe) | ≤0,30 | Restbestandteil |
Wasserstoff (H) | ≤0,015 | Kontrolliert, um Wasserstoffversprödung zu verhindern |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm / Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 4,65 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 6,4 W/m·K bei 100°C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,68 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 | 112 GPa | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 895–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2%) | 825–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Härte | 320–360 HB | ASTM E10 |
Kriechbeständigkeit | Ausgezeichnet | ASTM E139 |
Ermüdungsbeständigkeit | Hoch | ASTM E466 |
Haupteigenschaften von Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Außergewöhnliche Kriechfestigkeit: Widersteht langer Exposition bei Temperaturen bis zu 500°C und ist damit ideal für Turbinentriebwerke und thermische Schutzstrukturen.
Hohe Ermüdungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen: Für zyklische thermische und mechanische Belastungen ausgelegt – Grade 7 überzeugt in Triebwerks- und Nachbrenner-Umgebungen.
Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit: Die Zusätze Sn und Zr fördern die Bildung einer dichten Oxidschicht und bieten eine hohe Beständigkeit gegen Zunderbildung in oxidierenden Atmosphären.
Gute Schweißbarkeit: Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo lässt sich zuverlässig schweißen; mit einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen können Festigkeit und Gefüge trotz des hohen Legierungsgehalts erhalten bleiben.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Grade-7-Titan
Bearbeitungsherausforderungen
Hohe Festigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit: Festigkeiten nahe 1000 MPa und eine Wärmeleitfähigkeit von 6,4 W/m·K erfordern ein sorgfältiges Wärmemanagement während der Zerspanung.
Aggressive Kaltverfestigung: Die Legierung verfestigt sehr schnell, wenn die Spanlast zu gering ist – dies kann zu Werkzeugschäden und Maßungenauigkeiten führen.
Werkzeuganhaftung und Schneidkantenverschleiß: Die Legierung haftet an Schneidwerkzeugen und verursacht abrasiven Verschleiß, insbesondere bei unbeschichteten Wendeschneidplatten.
Rückfederung und elastische Rückverformung: Der hohe Elastizitätsmodul (112 GPa) führt zu elastischer Durchbiegung und erschwert die Formkontrolle in Schlichtgängen.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugmaterial | Submikron-Hartmetall oder CBN-Wendeschneidplatten | Ideal für zähe Legierungen und hohe Wärmebeständigkeit |
Beschichtung | AlTiN oder TiSiN (3–5 µm PVD) | Verbessert den Wärmeschutz und minimiert Aufschmieren (Galling) |
Geometrie | Positiver Spanwinkel, verrundete Schneidkante | Reduziert Schnittkräfte und Spananhaftung |
Schnittgeschwindigkeit | 20–50 m/min | Reduziert Wärmeentwicklung und Werkzeugverschleiß |
Vorschub | 0,08–0,20 mm/U | Hält die Spandicke stabil |
Kühlmittel | Hochdruckemulsion ≥100 bar | Verbessert Kühlung und Spanabfuhr |
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7) 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-7-Titanbauteile
Heißisostatisches Pressen (HIP) beseitigt innere Hohlräume und erhöht die mechanische Festigkeit sowie die Ermüdungslebensdauer von strukturellen Turbinenkomponenten.
Wärmebehandlung verbessert Kriechbeständigkeit und Phasenstabilität durch Auslagern bei 550–650°C über 2–8 Stunden.
Superlegierungs-Schweißen ermöglicht sichere Verbindungen in Drucksystemen und Luftfahrt-Baugruppen unter Verwendung kompatibler Ti-6-2-4-6-Zusatzwerkstoffe.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC) schützt Grade-7-Bauteile vor thermischer Oxidation und Flammeneinwirkung in Triebwerken und Reaktoren.
CNC-Bearbeitung ermöglicht die Fertigung von Turbinenringen, Kanälen und Heißbereichskomponenten mit Toleranzen bis ±0,01 mm.
Funkenerosion (EDM) stellt Präzision bei filigranen Merkmalen und dünnwandigen Bauteilen sicher, ohne Wärmeeinflusszonen zu erzeugen.
Tieflochbohren erreicht hohe L/D-Verhältnisse für Kühlkanäle, mit einer Geradheit der Bohrung <0,3 mm/m und Ra ≤ 1,6 µm.
Werkstoffprüfung umfasst SEM, Kriechprüfungen, Ultraschall-NDT und Bewertungen der Phasenstabilität, um Spezifikationen der Luftfahrt- und Energiebranche zu erfüllen.
Materialprüfung und Analyse
Die Validierung umfasst mechanische Prüfungen bei erhöhten Temperaturen, Kriechbruchanalysen, XRD zur Phasenbewertung sowie vollständige Ultraschall- oder Wirbelstromprüfungen nach Luftfahrtstandards.
Industrieanwendungen von Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Luft- und Raumfahrt: Einsatz in Turbinenringen, Nachbrenner-Auskleidungen und Triebwerksgehäusen, die thermischen Extremen ausgesetzt sind.
Energieerzeugung: Ideal für Hochtemperatur-Rohrleitungen, Schaufeln und Hardware von Kraftstoffsystemen.
Verteidigung: Komponenten wie Abgashauben, Raketenteile und Strukturbefestiger für Wärmebeständigkeit und Festigkeit.
Industrieausrüstung: Einsatz in korrosiven Umgebungen mit zyklischer thermischer Belastung, z. B. Öfen, Wärmetauscher und Druckbehälter.
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