Sechskantstange aus Titan der Güteklasse 5

Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) sind die am häufigsten spezifizierte Titanlegierung für Anwendungen im Bauwesen, in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin und vereinen hohe Festigkeit mit geringer Dichte und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Erhältlich gemäß ASTM B348-21 und AMS 4928W, standardmäßig inklusive Werksprüfzeugnissen nach EN 10204 3.1.

Technische Daten im Überblick

Chemische Zusammensetzung – ASTM B348-21, Güteklasse 5 (UNS R56400)

Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) gemäß ASTM B348-21 enthält 5,50–6,75% Aluminium und 3,50–4,50% Vanadium als Hauptlegierungselemente, wobei strenge Grenzwerte für Interstitialelemente (Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff), die das mechanische Verhalten bestimmen.

Quelle: ASTM B348-21, Tabelle 1, Anforderungen an die Zusammensetzung für die Güteklasse 5.

Mechanische Eigenschaften

Glühzustand – Mindestanforderungen gemäß ASTM B348-21

Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 im geglühten Zustand erfüllen oder übertreffen die folgenden Mindestanforderungen an die Eigenschaften gemäß ASTM B348-21, was durch Zugversuche gemäß ASTM E8/E8M nachgewiesen wurde.

Zustand „Lösungsgeglüht und gealtert“ (STA) — AMS 4965 (STA-Stangen und -Schmiedeteile)

Für Anwendungen, die eine höhere Festigkeit erfordern, weist ein Sechskantstab aus Titan der Güteklasse 5 im STA-Zustand die folgenden repräsentativen Eigenschaften gemäß AMS 4965 auf (die STA-Spezifikation für Stangen und Schmiedeteile aus Ti-6Al-4V). Hinweis: AMS 4928W regelt geglühtes Material; der STA-Zustand wird durch AMS 4965 geregelt.

Weitere typische physikalische Eigenschaften (geglüht)

Typische Werte gemäß ASM International Handbook, Band 2; keine Mindestwerte gemäß ASTM B348.

Verfügbare Größen und Toleranzen

Standardgrößen für „Across-Flats“ (AF)

Ti-6Al-4V-Sechskantstangen der Güteklasse 5 sind in den folgenden Standard-Flachabständen erhältlich. Sonderabmessungen und -längen sind auf Anfrage erhältlich.

• h9 Toleranz: Präzisionsgeschliffene Oberfläche; strengste Maßkontrolle für Rohlinge von Befestigungselementen und Bearbeitungsanwendungen mit engen Toleranzen
• h11-Toleranz: Zugbereitet oder walzblank; Standard für allgemeine Konstruktions- und Bearbeitungsmaterialien
• Sondermaße (h8, spezielle AF-Maße) erhältlich – bitte senden Sie uns eine Anfrage mit Zeichnung

Technischer Überblick: Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titan

Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) ist eine Alpha-Beta-Legierung, auf die etwa 50% des weltweiten Titanverbrauchs entfallen. Sie bietet das höchste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aller kommerziell hergestellten Titanstangenprodukte und gewährleistet gleichzeitig uneingeschränkte Korrosionsbeständigkeit in den meisten industriellen Umgebungen.

Die Legierung verdankt ihre Eigenschaften einer Zweiphasen-Mikrostruktur: Die durch Aluminium stabilisierte Alpha-Phase (α) sorgt für Kriechfestigkeit und thermische Stabilität bis zu etwa 400 °C (750 °F) im allgemeinen Einsatz; die durch Vanadium stabilisierte Beta-Phase (β) sorgt für Duktilität und ermöglicht die Wärmebehandlung. Im geglühten Zustand erreicht die Legierung eine Mindestzugfestigkeit von 895 MPa bei einer Dichte von nur 4,43 g/cm³ – das entspricht etwa 57% der Dichte von AISI 4340-Stahl (43% leichter im Volumen).

Das Profil mit sechseckigem Querschnitt bietet gegenüber Rundstangen spezifische Vorteile bei der Bearbeitung und Konstruktion. Die „Flach-an-Flach“-Geometrie ermöglicht eine direkte Einspannung ohne Nachbearbeitung bei der Herstellung von Befestigungsrohlingen, reduziert den Materialverschnitt beim Drehen von Innensechskant- und Ventilschaftteilen und sorgt bei Montageanwendungen für eine sichere Verdrehsicherung. Die Abmessungen von Flachseite zu Flachseite von 6 mm bis 120 mm decken den gesamten Bereich von kleinen Befestigungsrohlingen bis hin zu großen Strukturverbindern und Ventilkörpern ab.

Die Korrosionsbeständigkeit beruht auf einer passiven, selbstheilenden TiO₂-Oxidschicht, die sich spontan an der Luft und in wässrigen Umgebungen bildet. Titan der Güteklasse 5 widersteht dem Angriff durch chlorhaltige Medien, Meerwasser und die meisten verdünnten Säuren – allerdings wird der Einsatz in rauchender Salpetersäure, wasserfreiem Chlor oder Flusssäure ohne zusätzliche Korrosionsprüfung nicht empfohlen.

Schweißbarkeit: Ti-6Al-4V-Sechskantstangen sind gemäß AWS D1.9 und den geltenden Schweißvorschriften für die Luft- und Raumfahrt mit den Verfahren GTAW und EBW schweißbar. Beim Schweißen ist eine Schutzgasatmosphäre erforderlich; für strukturelle Anwendungen wird eine Spannungsentlastung nach dem Schweißen bei 540–650 °C (1.000–1.200 °F) empfohlen.

Warum Hex Bar: Anwendungsbereiche und Einsatzbeispiele

Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 kommen in sechs Hauptanwendungsbereichen zum Einsatz, in denen die Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und sechseckiger Geometrie einen deutlichen technischen Mehrwert bietet.

Luft- und Raumfahrt – Rohlinge für Befestigungselemente und strukturelle Verbindungselemente

Sechskantstangen aus Ti-6Al-4V gemäß AMS 4928W sind das wichtigste Ausgangsmaterial für Titan-Rohlinge für Befestigungselemente, Strukturhalterungen und Verbinderkörper in der Luft- und Raumfahrt. Der Sechskantquerschnitt minimiert den Zerspanungsaufwand im Vergleich zu Rundstangen bei Anwendungen mit Schraubenköpfen und Mutternkörpern. Geltende Normen: AMS 4928W, ASTM B348-20, Boeing BMS 7-323.

Medizinprodukte und chirurgische Instrumente

Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 gemäß ISO 5832-3 werden zur Herstellung von Körpern für chirurgische Instrumente, Knochenschraubendrehern und Probekomponenten für orthopädische Implantate verwendet. Das Material ist biokompatibel, nicht magnetisch (und somit MRT-kompatibel) und beständig gegen Korrosion durch Körperflüssigkeiten. Für dauerhafte Implantatanwendungen wird aufgrund des geringeren Sauerstoffgehalts die Güteklasse 23 (Ti-6Al-4V ELI, ASTM F136) bevorzugt.

Öl-, Gas- und chemische Verarbeitung

Ti-6Al-4V-Sechskantstangen sind für Ventilspindeln, Pumpenwellen und Durchflussregelkomponenten vorgesehen, die in chlorhaltigen oder saurgashaltigen Umgebungen eingesetzt werden, in denen Edelstahllegierungen keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Die allgemeine Betriebstemperatur liegt bei etwa 400 °C (750 °F); bei Anwendungen mit hoher Ermüdungsbeanspruchung wird häufig eine konservative Auslegungsgrenze von 315 °C (600 °F) zugrunde gelegt.

Schiffs- und Offshore-Technik

Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Meerwasser-Korrosion und Biofouling bei Unterwasserkomponenten, Verbindungskomponenten und ROV-Tragelementen. Der Dichtevorteil gegenüber Edelstahl reduziert das Gewicht der Oberbauwerke bei Offshore-Anlagen.

Hochleistungsfahrzeuge und Motorsport

Aus Ti-6Al-4V-Sechskantstangen werden Befestigungselemente für Aufhängungen, Stoßdämpferkomponenten und Motorbefestigungen für den Motorsport gefertigt, wo Gewichtsersparnisse pro Bauteil direkten Einfluss auf die Leistung haben. Die Legierung erfüllt die Materialanforderungen der FIA und der zuständigen Verbände für kritische Befestigungselemente.

Industrie- und Verteidigungsausrüstung

Hex-Stangenmaterial wird für Ventilkörper, Präzisionsantriebswellen und Rohlinge für Rüstungskomponenten in der Verteidigungsindustrie und der Schwerindustrie verwendet. Lösungsgeglühtes und gealtertes (STA) Material gemäß AMS 4965 bietet maximale Zugfestigkeit für anspruchsvolle tragende Anwendungen.

Geltende Normen und Zertifizierungen

Alle Sechskantstangen der Güteklasse 5 aus Ti-6Al-4V werden gemäß den folgenden Normen hergestellt und geprüft. Zu jeder Lieferung werden Werksprüfzeugnisse gemäß EN 10204 3.1 mitgeliefert.

Materialnormen

Unterschied zwischen ASTM B348 und AMS 4928

ASTM B348-21 ist die allgemeine Handelsnorm für Titanstangen für industrielle, medizinische und allgemeine technische Anwendungen, in der Mindestanforderungen an die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften festgelegt sind. AMS 4928W (SAE Aerospace Material Specification) regelt dieselbe Legierung im geglühten Zustand, schreibt jedoch strengere Prüfanforderungen vor – darunter eine Ultraschallprüfung gemäß AMS 2631G, strengere Wasserstoffgrenzwerte und zusätzliche Zertifizierungsunterlagen –, speziell für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich. Für Material im STA-Zustand gilt die Spezifikation AMS 4965. Bei der Beschaffung für eine nach AS9100D zertifizierte Produktion sollte eine Zertifizierung nach AMS 4928W (geglüht) oder AMS 4965 (STA) verlangt werden.

Dokumentation zu Qualität und Rückverfolgbarkeit

Häufig gestellte Fragen

Ist Titan Grad 5 dasselbe wie Ti-6Al-4V?

Ja. “Grade 5” und “Ti-6Al-4V” sind zwei Bezeichnungen für dieselbe Legierung. „Grade 5“ ist die in ASTM B348 verwendete ASTM-Bezeichnung; „Ti-6Al-4V“ beschreibt die nominelle Zusammensetzung (6% Aluminium, 4% Vanadium); und UNS R56400 ist die Kennung nach dem einheitlichen Nummerierungssystem. Alle drei Bezeichnungen beziehen sich auf dieselbe Legierung, die die europäische Werkstoffnummer W.-Nr. 3.7164 trägt (nicht zu verwechseln mit 3.7165, die für Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI steht).

Was ist der Unterschied zwischen ASTM B348 und AMS 4928?

ASTM B348-21 ist die handelsübliche Werkstoffspezifikation für Titanstangen, die die Mindestanforderungen an die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften für den allgemeinen industriellen Einsatz festlegt. AMS 4928W (SAE) ist die Spezifikation für die Luft- und Raumfahrt, die geglühtes Ti-6Al-4V abdeckt und strengere Prüfungen vorschreibt – einschließlich einer strengeren Wasserstoffkontrolle, einer obligatorischen Ultraschallprüfung gemäß AMS 2631G sowie einer Rückverfolgbarkeitsdokumentation, die den Anforderungen der Lieferkette nach AS9100D entspricht. Für lösungsgeglühtes und gealtertes (STA) Material gilt die Spezifikation AMS 4965. In der Luft- und Raumfahrt sowie in Verteidigungsprogrammen werden in der Regel AMS 4928W (geglüht) oder AMS 4965 (STA) vorgeschrieben; für allgemeine industrielle Anwendungen ist in der Regel ASTM B348 zulässig.

Welche mechanischen Eigenschaften weist ein Sechskantstab aus Titan der Güteklasse 5 auf?

Im geglühten Zustand gemäß ASTM B348-21 erreichen Sechskantstangen aus Titan der Güteklasse 5 eine Mindestzugfestigkeit von 895 MPa (130.000 psi) und eine Mindeststreckgrenze von 828 MPa (120.000 psi) bei einer Dehnung von mindestens 10%. Im lösungsgeglühten und gealterten (STA) Zustand gemäß AMS 4965 erreicht die Zugfestigkeit etwa 1.170 MPa (170.000 psi) bei einer Streckgrenze von etwa 1.100 MPa (160.000 psi) – der STA-Zustand wird für hochbelastete Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet.

Wofür wird Titan der Güteklasse 5 verwendet?

Ti-6Al-4V-Sechskantstangen werden in erster Linie als Ausgangsmaterial für Rohlinge von Befestigungselementen und Strukturverbindern in der Luft- und Raumfahrt, für Komponenten chirurgischer Instrumente, Ventilspindeln in der Öl- und Gasindustrie, Unterwasserausrüstung für die Schifffahrt sowie für Befestigungselemente im Motorsport eingesetzt. Der sechseckige Querschnitt wird insbesondere für die direkte Bearbeitung von Schraubenköpfen und Mutternkörpern (zur Minimierung von Ausschuss), für verdrehsichere Baugruppen sowie für Ventilspindel-Anwendungen geschätzt.

Ist Titan der Güteklasse 5 fester als Titan der Güteklasse 2?

Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) ist deutlich fester als die Güteklasse 2. Die Güteklasse 2 ist handelsreines Titan mit einer Mindestzugfestigkeit von etwa 345 MPa (50.000 psi) und eignet sich für Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund steht und nur mäßige Belastungen auftreten. Die Güteklasse 5 erreicht im geglühten Zustand mindestens 895 MPa – das entspricht etwa dem 2,6-Fachen der Zugfestigkeit der Güteklasse 2. Die Güteklasse 2 behält ihre Vorteile hinsichtlich Formbarkeit, Schweißbarkeit und Biokompatibilität für den Einsatz in dauerhaften Implantaten (Güteklasse 23/ELI).

Wie hoch ist die Dichte von Ti-6Al-4V?

Die Dichte von Titan der Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) beträgt 4,43 g/cm³ (0,160 lb/in³). Dies entspricht etwa 57% der Dichte von Stahl (7,85 g/cm³) – was bedeutet, dass Titan volumenmäßig etwa 43% leichter ist – und ist deutlich leichter als nickelbasierte Superlegierungen, deren Dichte typischerweise zwischen 8,1 und 8,9 g/cm³ liegt. Dieser Dichtevorteil ist der Grund dafür, dass die Legierung in gewichtskritischen Strukturen der Luft- und Raumfahrt sowie in rotierenden Bauteilen in großem Umfang eingesetzt wird.

Kann ein Sechskantstab aus Titan der Güteklasse 5 geschweißt werden?

Ti-6Al-4V-Sechskantstangen lassen sich mittels Wolfram-Inertgas-Schweißen (GTAW) und Elektronenstrahlschweißen (EBW) schweißen. Die Schweißzone, die Wärmeeinflusszone und die Schweißwurzel müssen mit Inertgas (Argon oder Helium) abgeschirmt werden, um eine Verunreinigung durch die Umgebungsluft zu verhindern. Für strukturelle Anwendungen wird ein Spannungsabbau nach dem Schweißen bei 540–650 °C (1.000–1.200 °F) empfohlen. Das Reibschweißen wird zudem häufig zur Befestigung von Schraubenköpfen in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.

Ist Titan der Güteklasse 5 für medizinische Implantate geeignet?

Ti-6Al-4V der Güteklasse 5 gemäß ISO 5832-3 ist für metallische chirurgische Implantatkomponenten wie Instrumentengriffe, Probeimplantate und nicht-permanente Implantatkörper zugelassen. Für permanente, tragende Implantate (Hüft-/Kniegelenksschäfte, Knochenschrauben), die in direktem Kontakt mit Gewebe stehen, wird aufgrund des geringeren Sauerstoffgehalts und der verbesserten Ermüdungsfestigkeit in der Regel die Güteklasse 23 (Ti-6Al-4V ELI, ASTM F136) vorgeschrieben. Beide Güteklassen sind biokompatibel und nichtmagnetisch, sodass sie für die MRT-Untersuchung geeignet sind.