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Titanium Alloy TA2

Titanium Alloy TA2 ist ein korrosionsbeständiges, kommerziell reines Titan mit moderater Festigkeit und ausgezeichneter Schweißbarkeit. Es wird häufig für CNC-gefertigte Komponenten in der Luftfahrt, der maritimen Industrie und in medizinischen Anwendungen eingesetzt.

Einführung in die Titanlegierung TA2

Titanlegierung TA2, auch als Titan Grade 2 bekannt, ist ein kommerziell reines Titan mit etwas höherer Festigkeit als TA1, wobei es eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit beibehält. Es wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine mittlere Festigkeit, hervorragende Schweißbarkeit und Langlebigkeit in korrosiven Umgebungen erfordern.

TA2 eignet sich besonders für Präzisionsbauteile in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Verfahrenstechnik, der Marine sowie der Medizintechnik. Seine Leistungsfähigkeit unter Druck und seine hohe thermische Stabilität machen es ideal für die Herstellung von CNC-gefertigten Titanteilen, die enge Toleranzen und eine lange Lebensdauer erfordern. TA2 wird häufig mit fortschrittlichen CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für eine präzise und effiziente Verarbeitung hergestellt.

Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften der Titanlegierung TA2

Chemische Zusammensetzung (typisch)

Element	Zusammensetzungsbereich (Gew.-%)	Hauptfunktion
Titan (Ti)	Rest (≥98,5)	Sorgt für Korrosionsbeständigkeit und strukturelle Integrität
Sauerstoff (O)	≤0,25	Festigkeitssteigerung bei minimalem Verlust an Duktilität
Stickstoff (N)	≤0,03	Erhöht Zugfestigkeit und Härte
Kohlenstoff (C)	≤0,08	Steuert Kornwachstum und mechanische Festigkeit
Eisen (Fe)	≤0,3	Restbestandteil, beeinflusst Schweißbarkeit und Zähigkeit
Wasserstoff (H)	≤0,015	Muss kontrolliert werden, um Versprödung zu vermeiden

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert (typisch)	Prüfnorm/Bedingung
Dichte	4,51 g/cm³	ASTM B311
Schmelzbereich	1660–1670°C	ASTM E1268
Wärmeleitfähigkeit	16,4 W/m·K bei 100°C	ASTM E1225
Elektrischer Widerstand	0,46 µΩ·m bei 20°C	ASTM B193
Wärmeausdehnung	8,9 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Spezifische Wärmekapazität	545 J/kg·K bei 20°C	ASTM E1269
Elastizitätsmodul	103 GPa bei 20°C	ASTM E111

Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)

Eigenschaft	Wert (typisch)	Prüfnorm
Zugfestigkeit	345–485 MPa	ASTM E8/E8M
Streckgrenze (0,2%)	275–410 MPa	ASTM E8/E8M
Bruchdehnung	≥20%	ASTM E8/E8M
Härte	160–200 HB	ASTM E10
Kriechbeständigkeit	Mäßig	ASTM E139
Ermüdungsfestigkeit	Gut	ASTM E466

Hauptmerkmale der Titanlegierung TA2

Verbesserte Korrosionsbeständigkeit: TA2 bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Salzwasser, Säuren und Laugen. Es bildet eine dichte Oxidschicht (TiO₂), wodurch es sich für Chemie-Reaktoren, marine Wärmetauscher und Kondensatorrohre eignet.
Mittlere Festigkeit und ausgezeichnete Duktilität: Mit einer Zugfestigkeit von bis zu 485 MPa und einer Bruchdehnung ≥20% bietet TA2 eine ausgewogene Kombination aus Umformbarkeit und Festigkeit und kann tiefgezogen sowie kalt zu komplexen Geometrien umgeformt werden.
Hervorragende Schweißbarkeit: TA2 weist eine geringe interstitielle Verunreinigung und eine hohe Beständigkeit gegen Versprödung beim Schmelzschweißen auf. Damit ist es ideal für Druckbehälter, Rohrleitungssysteme und geschweißte Rahmen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik.
Biokompatibilität: Die Legierung ist ungiftig und sehr gut mit menschlichem Gewebe verträglich, wodurch sie zu den bevorzugten Werkstoffen für chirurgische Implantate und Dentalhardware zählt.

Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung der Titanlegierung TA2

Bearbeitungsherausforderungen

Wärmeakkumulation: Aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit als Stahl (~16,4 W/m·K) erreichen Schnittzonen schnell hohe Temperaturen, was den Werkzeugverschleiß erhöht.
Werkzeuganhaftung und Fressen: Titan TA2 haftet bei erhöhten Temperaturen an Schneidkanten und bildet Aufbauschneiden, die die Oberflächenqualität beeinträchtigen.
Elastische Rückfederung: Der Elastizitätsmodul von 103 GPa führt zu Rückfederung bei Schlichtdurchgängen und erschwert die Maßgenauigkeit.
Mäßige Kaltverfestigung: TA2 verfestigt sich unter Werkzeugdruck, daher ist eine konstante Spanabfuhr erforderlich, um Oberflächenverfestigung zu vermeiden.

Optimierte Bearbeitungsstrategien

Werkzeugauswahl

Parameter	Empfehlung	Begründung
Werkzeugwerkstoff	Mikrokorn-Hartmetall, CBN-Wendeschneidplatten	Wirkt Wärme und Kaltverfestigung entgegen
Beschichtung	TiSiN, AlTiN (3–5 µm)	Minimiert Anhaftung, verbessert thermische Barriere
Geometrie	Scharfe Schneide, hoher Spanwinkel, niedriger Drallwinkel	Reduziert Schnittkraft und verhindert Fressen
Schnittgeschwindigkeit	30–80 m/min	Ausbalanciert Oberflächengüte und Standzeit
Vorschub	0,08–0,25 mm/U	Sichert Spanstärke zur Wärmeabfuhr
Kühlmittel	Hochdruck-Emulsion (≥80 bar)	Verbessert Wärmeabfuhr und Spanabtransport

Schnittparameter für Titan TA2 (ISO 3685-konform)

Operation	Geschwindigkeit (m/min)	Vorschub (mm/U)	Schnitttiefe (mm)	Kühlmitteldruck (bar)
Schruppen	20–30	0,15–0,25	2,0–3,0	70–100 (Durch Werkzeug)
Schlichten	35–60	0,05–0,10	0,3–0,5	100–150

Oberflächenbehandlung für Titan-TA2-Teile

Heißisostatisches Pressen (HIP) kann die Ermüdungsfestigkeit erhöhen, indem Mikrohohlräume beseitigt und die Dichte in kritischen TA2-Strukturteilen verbessert werden.

Wärmebehandlung von TA2 umfasst Spannungsarmglühen bei 540–650°C zur Verbesserung der Maßstabilität und Bearbeitungsleistung.

Schweißen von Superlegierungen ermöglicht hochfeste Schweißnähte mit minimaler Verformung – ideal für dünnwandige und hochdruckbeanspruchte Baugruppen.

Wärmedämmschicht (TBC) schützt TA2-Teile in thermisch extremen Umgebungen und reduziert Oberflächenoxidation sowie thermische Ermüdung.

CNC-Bearbeitung ist erforderlich, um Submillimeter-Toleranzen und komplexe Geometrien für industrielle und luftfahrtgeeignete TA2-Komponenten zu erreichen.

Funkenerodieren (EDM) eignet sich zur Herstellung eng tolerierter Merkmale und Mikrobohrungen in gehärteten TA2-Teilen, ohne mechanische Spannungen einzubringen.

Tieflochbohren stellt eine Geradheit <0,3 mm/m und eine hervorragende Innenwandoberfläche (Ra ≤ 1,6 µm) sicher – geeignet für TA2-Strömungskanäle und Injektoren.

Materialprüfung wie Zugversuche, XRD und SEM stellt die Konformität mit Qualitätsstandards für Luftfahrt und Medizintechnik sicher.

Materialprüfung und Analyse

Prüfprotokolle für TA2 umfassen mechanische Prüfungen (Zug, Ermüdung, Härte), metallografische Analysen sowie zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP) wie Ultraschallprüfung und Wirbelstromprüfung, um die Bauteilintegrität sicherzustellen.

Industrieanwendungen der Titanlegierung TA2

Luft- und Raumfahrt: Einsatz in Kraftstofftanks, Halterungen und Umweltluftkanälen aufgrund von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Chemische Verfahrenstechnik: Herstellung von Reaktoren, Pumpen und Säure-Rohrleitungen dank hervorragender Beständigkeit gegen oxidierende und reduzierende Medien.
Medizin: Implantate, orthopädische Platten und chirurgische Werkzeuge, die Reinheit, Biokompatibilität und einen niedrigen E-Modul erfordern.
Marine: Bauteile wie Verbindungselemente, Wärmetauscher und Entsalzungsrohre, die Salzwasser- und Soleumgebungen ausgesetzt sind.
Energieerzeugung: Einsatz in Kondensatoren, Gaswäschern und Abgassystemen, wo Chloride und Säuren auftreten.