Rundstange aus Titan der Güteklasse 4

Rundstangen aus kommerziell reinem Titan der Güteklasse 4 sind die festeste CP-Titan-Güteklasse und werden gemäß ASTM B348/B348M-25 und AMS 4921 mit rückverfolgbaren Werksprüfzeugnissen nach EN 10204 3.1 geliefert. Der Durchmesserbereich reicht von 6 bis 300 mm im geschmiedeten, gedrehten oder geschliffenen Zustand. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen chemische Prozessanlagen, Schiffbaukomponenten und die Herstellung medizinischer Geräte, bei denen oxidierende Korrosionsumgebungen eine nachgewiesene Beständigkeit ohne Legierungszusätze erfordern.

Technische Daten im Überblick

Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Titan der Güteklasse 4

Titan der Güteklasse 4 (UNS R50700) ist die festeste der vier handelsüblichen reinen (CP) Titangüteklassen und erreicht ihre hohe Festigkeit in erster Linie durch einen höheren zulässigen Sauerstoffgehalt – bis zu 0,40 Gew.-% gegenüber 0,25 Gew.-% bei der Güteklasse 2. Alle unten aufgeführten Grenzwerte für die Zusammensetzung entsprechen der Norm ASTM B348/B348M-25.

Chemische Zusammensetzung (ASTM B348/B348M-25, Güteklasse 4)

Sauerstoff ist der wichtigste Festlösungsversetzer in handelsüblichem reinem Titan. Der höhere Sauerstoffgrenzwert in der Güteklasse 4 ist das entscheidende Unterscheidungsmerkmal gegenüber den Güteklassen 1–3 und der Grund für die höhere Streckgrenze.

Mechanische Eigenschaften (ASTM B348/B348M-25, Güteklasse 4, geglüht)

Physikalische Eigenschaften

Fertigungsstandards und Qualitätsdokumentation

Titanrundstangen der Güteklasse 4 werden gemäß mehreren internationalen Normen hergestellt und zertifiziert, sodass Beschaffungsabteilungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin und der Industrie weltweit einen direkten Abgleich vornehmen können.

Verweis auf geltende Normen

Umfassende Qualitätsdokumentation

Jeder Lieferung liegt ein Werksprüfzeugnis (MTC) gemäß EN 10204 3.1 bei, das Folgendes dokumentiert:

• Rückverfolgbarkeit von Chargennummern und Losen
• Ergebnisse der chemischen Analyse im Vergleich zu den Spezifikationsgrenzwerten
• Ergebnisse der mechanischen Prüfungen (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung) im Vergleich zu den Mindestanforderungen nach ASTM B348
• Bestätigung der Maße und der Sichtprüfung
• Zeichnungsberechtigter des Materialherstellers

Prüfungen durch unabhängige Stellen (SGS, Bureau Veritas, Intertek) sowie zusätzliche Unterlagen (DFARS-Konformitätserklärungen, Ursprungserklärungen) sind auf Anfrage bereits bei der Bestellung erhältlich.

Verfügbare Formen, Größenbereich und Oberflächenbeschaffenheiten

Titan-Rundstangen der Güteklasse 4 sind ab Lager lieferbar und werden in einem breiten Maßbereich hergestellt, um sowohl die Anforderungen der Prototypenfertigung als auch der Großserienfertigung zu erfüllen.

Maßbereich

Verfügbare Querschnittsprofile

• Rundstahl (am häufigsten; diese Spezifikation)
• Flachstahl (Dicke 2–200 mm, Breite 6–250 mm)
• Vierkantstange (Seitenbreite 6–200 mm)
• Sechskantstange (Inschriftsdurchmesser 6–150 mm)

Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächenausführungen

Toleranznormen

Die Maßtoleranzen entsprechen standardmäßig den Anforderungen der Norm ASTM B348. Für geschliffene und gedrehte Teile sind engere Toleranzen nach h9/h11 gemäß ISO 286-2 erhältlich. Kundenspezifische Toleranzen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im medizinischen Bereich werden bei der Auftragsprüfung bestätigt.

Industrielle Anwendungen von CP-Titan-Rundstangen der Güteklasse 4

Titan der Güteklasse 4 vereint die höchste Festigkeit unter den handelsüblichen reinen Titansorten mit der für dieses Material charakteristischen Korrosionsbeständigkeit, der geringen Dichte (4,51 g/cm³) und der Biokompatibilität. Dieses Profil macht es zur bevorzugten CP-Sorte, wenn der Grad 2 nicht über die erforderliche strukturelle Reserve verfügt und der legierte Grad 5 zu kostspielig oder medizinisch nicht ratsam wäre.

Chemische Verarbeitung und Petrochemie
Rundstangen für Pumpenwellen, Rührwerkskomponenten, Ventilkörper und Befestigungselemente in Umgebungen, in denen Chloride, Schwefelsäure, Salpetersäure und organische Säuren vorkommen. Die Güteklasse 4 erweist sich als zuverlässig unter oxidierenden Bedingungen, unter denen Edelstahl 316L Lochfraß oder Spaltkorrosion aufweist.

Schiffs- und Offshore-Technik
Konstruktionsbefestigungen, Komponenten für Propellerwellen, Unterwasserausrüstung und Teile für Meerwasser-Kühlsysteme. Da Titan in chloriertem Meerwasser unempfindlich gegenüber durch Biofouling beschleunigter Korrosion ist, ist es das Material der Wahl für Offshore-Anlagen mit langer Lebensdauer.

Medizinprodukte und chirurgische Instrumente
Knochenschrauben, Zahnimplantat-Abutments, Instrumentengriffe und implantatnahe Komponenten, die gemäß ASTM F67 und ISO 5832-2 hergestellt werden. Die Güteklasse 4 wird vorgeschrieben, wenn eine höhere Streckgrenze erforderlich ist, als die Güteklasse 2 ohne Zugabe von Legierungselementen bieten kann.

Luft- und Raumfahrtkonstruktionen und Hydrauliksysteme
Zugangshalterungen für Flugzeugzellen, Hydraulikanschlusskörper und Strukturbefestigungselemente, bei denen eine Gewichtsreduzierung gegenüber Stahl entscheidend ist und die Einsatzbedingungen den Einsatz von Aluminiumlegierungen ausschließen. Die Beschaffung von Stangen und Schmiedeteilen erfolgt gemäß AMS 4921.

Elektrochemische Anlagen und Chlor-Alkali-Anlagen
Elektrodensubstrate, Zellrahmen und Stromkollektoren in Anlagen zur Chlorherstellung und zur Galvanotechnik. Die Passivität von Titan in stark oxidierenden Elektrolyten und seine elektrische Leitfähigkeit (in Verbindung mit Beschichtungen aus Platingruppenmetallen) werden in diesem Sektor in großem Umfang genutzt.

Entsalzung und Wasseraufbereitung
Wärmetauscherrohre, Pumpenlaufräder und Ventilbauteile in Multi-Stage-Flash- (MSF) und Umkehrosmose- (RO) Entsalzungsanlagen. Die Beständigkeit gegenüber Salzwasser, Hypochlorit und Sole bei erhöhten Temperaturen ist das wichtigste Auswahlkriterium.

Titan der Güteklasse 4 vs. Titan der Güteklasse 2 – Auswahl der richtigen CP-Güteklasse

Von den vier in ASTM B348 definierten Sorten handelsreinen Titans machen die Sorten 2 und 4 den Großteil des industriellen Stangenbedarfs aus. Die Wahl zwischen diesen beiden Sorten hängt von der erforderlichen Festigkeitsreserve und dem Grad der Kaltumformbarkeit ab, der bei der Fertigung benötigt wird.

Vergleich der CP-Titan-Güten (ASTM B348)

Wann sollte man die Güteklasse 4 anstelle der Güteklasse 2 angeben?

• Tragende Bauteile, bei denen die Zugfestigkeit von 345 MPa der Güteklasse 2 nicht ausreicht
• Anwendungen, die eine Festigkeit erfordern, die mit der von geglühtem austenitischem Edelstahl (304/316) vergleichbar ist, bei einem Gewicht von etwa 60%
• Fälle, in denen Ti-6Al-4V (Güteklasse 5) unnötige Legierungselemente einbringen würde – dies ist insbesondere für implantatnahe medizinische Komponenten von Bedeutung
• Fertigbaugruppen, bei denen noch eine gewisse Kaltumformbarkeit erforderlich ist (im Gegensatz zur nahezu null Duktilität von kaltverfestigten CP-Sorten)

Wenn die 2. Klasse die bessere Wahl bleibt

• Dünnwandige Rohre, Blechteile oder Bauteile, die eine umfangreiche Kaltumformung erfordern
• Umgebungen, in denen der geringfügige Festigkeitsgewinn der Güteklasse 4 gegenüber der Güteklasse 2 den leichten Verlust an Duktilität und Umformbarkeit nicht rechtfertigt

Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit von Titanstangen der Güteklasse 4

Bearbeitbarkeit

Titan der Güteklasse 4 lässt sich mit herkömmlichen Maschinen zufriedenstellend bearbeiten, sofern die üblichen Zerspanungsrichtlinien für Titan eingehalten werden. Sein Zerspanbarkeitsindex beträgt etwa 28% im Vergleich zu Automatenstahl (AISI B1112 = 100%) – er ist aufgrund des höheren Sauerstoff- und Eisengehalts niedriger als bei der Güteklasse 2 (~40%). Wichtige Richtlinien:

• Schnittgeschwindigkeit: 45–100 m/min beim Drehen mit Hartmetallwerkzeugen; bei kleineren Durchmessern und unterbrochenen Schnitten ist die Geschwindigkeit zu verringern
• Werkzeuge: Scharfe Hartmetall- oder Schnellarbeitsstahl-Einsätze (HSS) mit positivem Spanwinkel; abgenutzte Werkzeuge vermeiden – Titan härtet sich bei Reibung schnell aus
• Kühlmittel: Während aller Arbeitsschritte Kühlmittel (wasserlösliches Öl) zuführen, um einen Hitzestau und das Verschweißen des Werkzeugs zu verhindern
• Chip-Steuerung: Titan erzeugt faserige Späne; Spanbrechergeometrien verringern das Verwickeln der Späne
• Betrieb: Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen sind möglich; Elektroerosion ist eine Alternative für komplexe Profile

Im Vergleich zur Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) lässt sich Titan der Güteklasse 4 CP aufgrund des Fehlens härtender Legierungselemente etwas leichter bearbeiten, wobei beide Güteklassen die gleiche Sorgfalt bei der Werkzeugauswahl und Kühlung erfordern.

Schweißeignung

Titan der Güteklasse 4 lässt sich problemlos mittels Wolfram-Inertgas-Schweißen (GTAW/WIG) schweißen, dem Standardverfahren für die Verbindung von CP-Titanstangen mit Fittings oder Platten.

• Schutzgas: 99,995% reines Argon (Güteklasse 5,0) sowohl auf der Brenner- als auch auf der Spülseite; eine Sauerstoffverunreinigung von über ~50 ppm führt zu Verfärbungen und Versprödung
• Farbstandard für Fugen: Die Schweißnaht sollte eine hellsilberne bis hellstrohfarbene Färbung behalten; blaue, graue oder weiße Verfärbungen deuten auf eine unzureichende Abschirmung hin.
• Zusatzwerkstoff: ERTi-4 (AWS A5.16) für Schweißnähte mit festigkeitsangepassten Eigenschaften; ERTi-2 kann verwendet werden, wenn die Duktilität der Schweißzone Vorrang vor der Festigkeitsanpassung hat
• Nachbehandlung nach dem Schweißen: In den meisten Anwendungsbereichen ist dies für CP-Güten in der Regel nicht erforderlich; bei ermüdungskritischen Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt wird eine Spannungsarmglühung bei 480–595 °C im Vakuum oder in inerter Atmosphäre durchgeführt.
• Schweißen von unterschiedlichen Metallen: Die Güteklasse 4 lässt sich ohne nennenswerte metallurgische Bedenken mit den Güteklassen 2 und 3 verbinden; eine Verbindung mit der Güteklasse 5 ist möglich, erfordert jedoch eine technische Prüfung hinsichtlich der Festigkeitsunterschiede im Schweißbereich.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Titan der Güteklasse 2 und Titan der Güteklasse 4?

Beide sind handelsreines (CP) Titan ohne gezielte Legierungszusätze. Die Sorte 4 (UNS R50700) weist einen höheren zulässigen Sauerstoff- und Eisengehalt auf und erreicht eine Mindestzugfestigkeit von 550 MPa gegenüber mindestens 345 MPa bei der Sorte 2. Der Nachteil ist eine geringere Dehnung (mindestens 15% gegenüber 20%) und eine etwas geringere Umformbarkeit. Die Güteklasse 2 wird vorwiegend für dünnwandige Rohre und Bleche verwendet; die Güteklasse 4 wird gewählt, wenn die strukturelle Sicherheitsreserve im Vordergrund steht.

Wie lauten die Mindestanforderungen an die mechanischen Eigenschaften gemäß ASTM B348, Güteklasse 4?

Gemäß ASTM B348/B348M-25 müssen geglühte Stäbe der Güteklasse 4 folgende Anforderungen erfüllen: Zugfestigkeit ≥ 550 MPa (80 ksi), Streckgrenze 0,2% ≥ 480 MPa (70 ksi), Dehnung ≥ 15% bei einer Messlänge von 4D und Querschnittsverringerung ≥ 25%. Diese Werte werden überprüft und in dem jeder Lieferung beiliegenden Werksprüfzeugnis gemäß EN 10204 3.1 ausgewiesen.

Ist Titan der Güteklasse 4 für medizinische Implantate geeignet?

Ja. Titan der Güteklasse 4 CP ist ausdrücklich in der Norm ASTM F67 (Standard Specification for Unalloyed Titanium for Surgical Implant Applications) und der Norm ISO 5832-2 geregelt. Seine Biokompatibilität und sein Osseointegrationsverhalten sind in orthopädischen und zahnmedizinischen Anwendungen gut etabliert. Wo eine höhere Ermüdungsfestigkeit erforderlich ist (z. B. bei tragenden orthopädischen Implantaten), wird in der Regel stattdessen Ti-6Al-4V ELI (Güteklasse 23, ASTM F136) bevorzugt.

Lässt sich eine Rundstange aus Titan der Güteklasse 4 schweißen?

Titan der Güteklasse 4 gilt als gut schweißbar. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (GTAW/WIG) mit ERTi-4-Schweißdraht (AWS A5.16) ist das Standardverfahren. Eine ausreichende Schutzgasatmosphäre (99,995% Ar) sowohl auf der Brenner- als auch auf der Spülseite ist zwingend erforderlich – ein Sauerstoffeintrag von über ~50 ppm führt zu Versprödung. Das Elektronenstrahlschweißen (EBW) und das Plasmabogenschweißen (PAW) werden in der hochpräzisen Luft- und Raumfahrtfertigung eingesetzt.

Welche Werksprüfzeugnisse werden mit der Lieferung mitgeliefert?

Das gesamte Material wird mit einem Werksprüfzeugnis (MTC) gemäß EN 10204 3.1 geliefert, das auf die jeweilige Produktionscharge rückverfolgbar ist. Das Zeugnis dokumentiert die chemische Zusammensetzung, die Ergebnisse der mechanischen Prüfungen sowie die Maßprüfung gemäß den Anforderungen der Norm ASTM B348. Auf Anfrage sind von unabhängigen Stellen (SGS, Bureau Veritas, Intertek) begleitete Prüfungen sowie ergänzende Unterlagen (DFARS, Herkunftsland) erhältlich.

Wie hoch sind die Mindestbestellmenge und die übliche Lieferzeit?

Mindestbestellmengen und Lieferzeiten variieren je nach Durchmesser, Oberflächenbeschaffenheit und Lagerverfügbarkeit. Standarddurchmesser ab Lager (in der Regel 10–80 mm, walzblank/gebeizt) können innerhalb von 3–7 Werktagen versandt werden. Sonderabmessungen, engere Toleranzen oder bestimmte Oberflächenbearbeitungen (geschliffen, gedreht) haben in der Regel eine Produktionsvorlaufzeit von 3–6 Wochen. Wenden Sie sich bitte mit Angaben zu Durchmesser, Länge, Menge und gewünschter Norm an das Vertriebsteam, um ein verbindliches Angebot zu erhalten.

Welche Toleranzen für Durchmesser und Länge gibt es?

Die Standardtoleranzen entsprechen den Anforderungen der Norm ASTM B348 hinsichtlich Durchmesser und Geradheit. Geschliffene und gedrehte Stangen sind in den Toleranzen h9/h11 gemäß ISO 286-2 erhältlich. Engere Toleranzen für die Präzisionsbearbeitung oder medizinische Anwendungen sind verfügbar und werden bei der Auftragsprüfung bestätigt.

Wie schneidet Titan der Güteklasse 4 im Vergleich zu Edelstahl 316L im Einsatz in Chemieanlagen ab?

Titan der Güteklasse 4 bietet in chloridhaltigen Umgebungen, bei oxidierenden Säuren (Salpetersäure, Chromsäure) und im Einsatz mit Säuregemischen eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit als Edelstahl 316L. Es ist unempfindlich gegenüber Lochfraß und Spaltkorrosion in Meerwasser und Salzlösungen, während 316L hierfür anfällig ist. Die Dichte beträgt etwa 57% der von 316L (4,51 gegenüber 7,99 g/cm³), was eine Gewichtsreduzierung bei rotierenden oder hochgelegenen Bauteilen ermöglicht. Die Materialkosten pro Kilogramm sind zwar höher, doch führt der Unterschied in der Lebensdauer in aggressiven Umgebungen in der Regel zu günstigeren Gesamtbetriebskosten. Für den Einsatz in mäßig korrosiven Umgebungen oder in Süßwasser bei Umgebungstemperatur bleibt 316L die wirtschaftlichere Wahl.