Titan Grad 2 ist das berühmte “Arbeitspferd” der Titanindustrie. Ob Sie nun ein Ingenieur sind, der einen Wärmetauscher entwirft, oder ein Beschaffungsmanager, der Materialien für ein Schiffsprojekt beschafft - das Verständnis für die Feinheiten dieses Materials ist entscheidend.
Dieser umfassende Leitfaden deckt alles ab, von technischen Spezifikationen (ASTM-Normen) bis hin zu praktischen Tipps für die Verarbeitung, um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, ob Grade 2 die richtige Wahl für Ihre Anwendung ist.
Was ist Titan Grad 2?
Titan Grad 2 (UNS R50400) ist das am häufigsten verwendete Kommerziell rein (CP) Titan-Grad. Es handelt sich um ein unlegiertes Alpha-Phasen-Titan, das eine hervorragende Balance zwischen moderater Festigkeit und hervorragender Duktilität bietet.
Branchenexperten bezeichnen Grad 2 häufig als die “Goldlöckchen”-Note der CP-Familie, weil es sich in der Mitte zwischen den anderen Klassen befindet:
- Stärker als Grad 1: Sorte 1 ist weich und wird hauptsächlich für Tiefziehanwendungen verwendet.
- Besser formbar als die Klassen 3 und 4: Die Güteklassen 3 und 4 bieten zwar eine höhere Festigkeit, werden aber spröder und sind schwerer zu formen.
- Note 2 ist “genau richtig”: Es bietet eine Mindeststreckgrenze von 275 MPa (40 ksi) bei ausreichender Duktilität, um ohne Rissbildung kalt verformt zu werden.
Technische Spezifikationen und Daten
Für Ingenieure und Qualitätssicherungsspezialisten ist Präzision der Schlüssel. Die Güteklasse 2 wird in der Regel von den wichtigsten internationalen Normen abgedeckt, wie z. B. ASTM B265 (Blatt/Platte), ASTM B338 (Röhren), und ASTM B348 (Balken).
Chemische Zusammensetzung (maximal %)
Die geringen Mengen an Sauerstoff und Eisen wirken als “interstitielle Verstärker” und verleihen Grade 2 seine einzigartigen Eigenschaften.
| Element | Symbol | Inhalt (maximal %) |
|---|---|---|
| Titan | Ti | Bilanz |
| Sauerstoff | O | 0.25 |
| Eisen | Fe | 0.30 |
| Kohlenstoff | C | 0.08 |
| Stickstoff | N | 0.03 |
| Wasserstoff | H | 0.015 |
Mechanische Eigenschaften (bei Raumtemperatur)
Beachten Sie den hohen Dehnungsprozentsatz (20%), der auf eine ausgezeichnete Formbarkeit hinweist. Hauptvorteil gegenüber legiertem Titan.
| Eigentum | Metrisch | Kaiserlich |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Min) | 345 MPa | 50 ksi |
| Streckgrenze (0,2% Offset) | 275 MPa | 40 ksi |
| Dehnung | 20% | 20% |
| Härte (ca.) | ~145-200 HV | ~160-200 HB |
Physikalische Eigenschaften
| Eigentum | Wert | Hinweis |
|---|---|---|
| Dichte | 4,51 g/cm³ | ~45% leichter als Stahl |
| Schmelzpunkt | 1660°C (3020°F) | Ausgezeichnete Hitzetoleranz |
| Magnetische Permeabilität | Keine | Nicht-magnetisch |
| Kristallstruktur | Alpha (HCP) | Stabil bei Raumtemperatur |
Warum Grade 2 wählen? Wichtigste Vorteile
Die Rohdaten sind zwar beeindruckend, aber für Ihr Projekt ist das Verständnis der praktischen Vorteile entscheidend. Deshalb ist Grade 2 das bevorzugte Material für industrielle Anwendungen.
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit
Dies ist der Hauptgrund, warum Ingenieure Grade 2 spezifizieren. Wenn es Sauerstoff ausgesetzt wird, bildet Titan sofort eine stabile, kontinuierliche und fest haftende Oxidschicht. Dieser Film bildet eine passive Barriere, die das Metall in rauen Umgebungen schützt:
- Meerwasser und Meeresatmosphären: Praktisch immun gegen Spaltkorrosion und Lochfraß bis zu 315°C (600°F).
- Nasses Chlor: Weit verbreitet in der Papierbleiche und in Chloralkalianlagen.
- Säuren: Beständig gegen viele oxidierende Säuren (wie Salpeter- und Chromsäure) und Industriechemikalien.
Der “König” der Kaltumformung
Anders als Titan Grad 5, das sich bei Raumtemperatur nur schwer biegen lässt und oft Wärme erfordert, weist die Sorte 2 hervorragende Eigenschaften auf. Duktilität.
- Sie kann sein kaltgeformt mit Standard-Abkantpressen, Hydropressen und Biegevorrichtungen.
- Es ermöglicht das Tiefziehen und die Herstellung komplexer Formen wie Behälterböden und Wärmetauscherplatten ohne Rissbildung.
Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Obwohl die Festigkeit nicht so hoch ist wie bei Legierungen für die Luft- und Raumfahrt, ist die Streckgrenze der Sorte 2 immer noch vergleichbar mit der vieler gängiger nichtrostender Stähle, wiegt aber 45% weniger. Dadurch eignet er sich perfekt für Anwendungen, bei denen Gewichtseinsparungen von entscheidender Bedeutung sind, wie z. B. bei Offshore-Rohrleitungen, bei denen jedoch die extreme Festigkeit (und die Kosten) der Güteklasse 5 nicht erforderlich sind.
Vergleichende Analyse: Klasse 2 vs. andere Materialien
Dieser Abschnitt hilft Ihnen, das häufigste Kaufdilemma zu überwinden: “Soll ich Note 2 oder Note 5 kaufen?”
Klasse 2 (CP) vs. Klasse 5 (Ti-6Al-4V)
Obwohl die Sorte 5 (Ti-6Al-4V) der “Luft- und Raumfahrtstandard” ist, wird sie oft übertechnisiert für industrielle Bodenanwendungen, was zu unnötigen Kosten führt.
| Merkmal | Klasse 2 (handelsüblich rein) | Klasse 5 (Ti-6Al-4V-Legierung) |
|---|---|---|
| Primäres Attribut | Korrosion und Umformbarkeit | Hohe Festigkeit |
| Streckgrenze | ~275 MPa (mäßig) | ~828 MPa (sehr hoch) |
| Verformbarkeit | Ausgezeichnet (kalt biegbar) | Schlecht (hohe Rückfederung; schwer zu biegen) |
| Schweißeignung | Ausgezeichnet | Gut (erfordert aber mehr Sorgfalt) |
| Kosten | Unter | Höher |
Entscheidungshilfe:
- Wählen Sie Grad 2, wenn: Sie benötigen um das Material in großem Umfang zu schweißen, es in Formen zu biegen (wie Rohre oder Tanks) oder maximale Korrosionsbeständigkeit in chemischen Umgebungen zu verlangen.
- Wählen Sie Klasse 5, wenn: Gewichtsreduzierung in Verbindung mit extremer struktureller Festigkeit ist von entscheidender Bedeutung (z. B. Teile für Rennwagen, Befestigungselemente für die Luft- und Raumfahrt), und man braucht nicht viel kalt zu biegen.
Titan Grad 2 vs. Edelstahl 316
Viele Projekte wechseln von Rostfreier Stahl bis Titan aus Leistungsgründen. Hier sind die drei wichtigsten Treiber:
- Gewicht: Titan Grad 2 ist ungefähr 45% Feuerzeug als 316 Edelstahl Stahl, der erhebliche Gewichtseinsparungen ermöglicht.
- Chloride: Edelstahl 316 ist anfällig für Lochfraß und Spannungsrisskorrosion in chloridhaltigen Umgebungen (wie Salzwasser). Titan Grad 2 ist Immunsystem zu diesem Thema.
- Lebenszykluskosten: Obwohl Titan anfangs teurer ist, ist es aufgrund seiner wartungsfreien Lebensdauer in korrosiven Umgebungen über einen Lebenszyklus von 10 bis 20 Jahren oft günstiger.
Leitfaden für die Herstellung: Arbeiten mit Grad 2
Die Arbeit mit Titan erfordert eine andere Denkweise als die mit Stahl. Auf der Grundlage von Erkenntnissen erfahrener Zerspaner und Verarbeiter erfahren Sie hier, wie Sie Grade 2 erfolgreich bearbeiten können.
Spanende Bearbeitung: Der Faktor “Gummigkeit”
Grad 2 ist weicher als Grad 5, was ironischerweise dazu führen kann, dass er schwieriger zu bearbeiten ist, wenn man nicht vorbereitet ist. Er ist tendenziell “gummiartig”, Das heißt, die Späne sind lang und strähnig und können Ihre Werkzeuge verstopfen. Um dies zu vermeiden:
- Wärmemanagement: Titan ist ein schlechter Wärmeleiter. Verwenden Sie Hochdruck-Kühlmittel um klebrige Späne zu entfernen und den Hitzestau zu verringern.
- Nicht verweilen: Lassen Sie das Werkzeug niemals an einer Stelle verweilen. Dies verursacht sofortige Kaltverfestigung Das macht es fast unmöglich, das Material zu schneiden.
- Werkzeuge: Verwenden Sie scharfe, formschlüssige Hartmetallwerkzeuge und halten Sie die Vorschubgeschwindigkeit hoch genug, um unter der gehärteten Schicht zu schneiden.
Richtlinien für das Schweißen
Klasse 2 hat hervorragende Schweißbarkeit, im Gegensatz zu vielen hochfesten Legierungen. Es kann sein geschweißt mit WIG (GTAW), MIG oder Plasmabogen. Eine Regel ist jedoch absolut: Sauberkeit und Abschirmung.
Geschmolzenes Titan absorbiert sofort Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft, wodurch die Schweißnaht spröde und glasartig wird. Sie müssen hochreines Argon um das Schweißbad, die Kühlzone und die Rückseite der Schweißnaht abzuschirmen (Back-Purging).
Der Farbtest:
- Silber oder Stroh: Gute Abschirmung. Annehmbar.
- Blau oder Lila: Oxidation ist aufgetreten. Die Schweißnaht kann beschädigt sein.
- Weiß oder flockig: Vollständiger Ausfall aufgrund von Sprödigkeit. Muss entfernt werden.
Gemeinsame Anwendungen
Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist Titan Grad 2 die Standardwahl in vielen Branchen:
- Chemische Verarbeitung: Wärmetauscher, Kondensatoren, Reaktionsgefäße und Rohrleitungssysteme für feuchte Chlor- oder Salpetersäure.
- Schiffsindustrie: Schiffsrümpfe, Propellerwellen, Entsalzungsanlagen und Komponenten von Offshore-Bohrinseln, da es unempfindlich gegen Salzwasserkorrosion ist.
- Stromerzeugung: Kondensatorrohre in Kraftwerken mit Seewasserkühlung.
- Medizin und Verbraucher: Chirurgische Instrumente, Brillengestelle und Schmuck, da es biokompatibel ist.
Einkaufsführer: Normen und Formulare
Bei der Bestellung von Titan Grade 2 für die industrielle Verwendung im B2B-Bereich reicht die Angabe “Grade 2” nicht aus. Sie sollten die Form und die entsprechende ASTM/ASME-Norm angeben, um die Qualität sicherzustellen.
Gemeinsame Normen
- Bleche, Platten und Bänder: ASTM B265 / ASME SB265
- Nahtlose und geschweißte Rohre: ASTM B338 / ASME SB338
- Rundstahl und Knüppel: ASTM B348 / ASME SB348
- Rohrverschraubungen: ASTM B363
Was sollten Sie Ihren Lieferanten fragen?
Fordern Sie immer die MTC (Mill Test Certificate), insbesondere eine Bescheinigung nach EN 10204 3.1. Vergewissern Sie sich, dass es den Nachweis erbringt:
- Chemische Zusammensetzung: Fe < 0,30% und O < 0,25%.
- Mechanische Prüfung: Streckgrenze und Zugfestigkeit entsprechen den Mindestanforderungen.
- Herkunft: Dabei wurde der Schwamm geschmolzen und das Material gewalzt.
FAQ (Häufig gestellte Fragen)
Hier finden Sie die Antworten auf die häufigsten Fragen Ingenieure und Einkäufer fragen nach Titan Grad 2.
Leistung und Eigenschaften
F: Wie hoch ist die maximale Betriebstemperatur für Titan Grad 2?
A: Titan Grad 2 bewahrt seine strukturelle Integrität und Korrosionsbeständigkeit im Dauerbetrieb bis zu etwa 425°C (800°F). Oberhalb dieser Temperatur kann es schnell oxidieren und an Festigkeit verlieren.
F: Ist Titan Grad 2 biokompatibel?
A: Ja. Güteklasse 2 ist ungiftig und korrosionsbeständig von Körperflüssigkeiten, wodurch es biokompatibel. Während Grad 23 der Standard für Knochenimplantate ist, wird Grad 2 häufig für chirurgische Instrumente und Piercing-Schmuck verwendet.
F: Kann Titan Grad 2 anodisiert werden?
A: Ja. Güteklasse 2 kann leicht eloxiert werden, um ein breites Farbspektrum (blau, violett, gold usw.) zu erzeugen, ohne Farbstoffe zu verwenden. Dies wird häufig zur Farbcodierung oder aus ästhetischen Gründen gemacht.
Vergleiche & Kosten
F: Was ist der Unterschied zwischen Titan Grad 1 und Grad 2?
A: Der Hauptunterschied ist Festigkeit vs. Verformbarkeit. Sorte 1 ist das weichste und dehnbarste Material (am besten zum Tiefziehen geeignet). Sorte 2 hat einen etwas höheren Sauerstoff-/Eisengehalt und ist dadurch fester, aber immer noch gut formbar.
F: Ist Titan Grad 2 billiger als Grad 5?
A: Ja. Grad 2 ist typischerweise 20% bis 30% billiger als die Sorte 5 (Ti-6Al-4V), was die Rohstoffkosten angeht, und ist auch billiger in der Verarbeitung und Bearbeitung.
Fabrikation
F: Kann man Titan Grad 2 mit dem Laser schneiden?
A: Ja, aber es erfordert Stickstoff oder Argon als Hilfsgas. Verwenden Sie niemals Sauerstoff als Hilfsgas für Schneiden von Titan, da es zu einer heftigen exothermen Reaktion (Verbrennung) kommt.
F: Warum wird meine Schweißnaht der Güteklasse 2 blau?
A: Eine blaue Verfärbung zeigt an Sauerstoffverunreinigung. Das heiße Metall wurde vor dem Abkühlen der Luft ausgesetzt. Dies macht die Schweißnaht spröde und erfordert in der Regel eine Reparatur.
F: Ist Titan Grad 2 magnetisch?
A: Nein, Titan Grad 2 ist nicht magnetisch.
Schlussfolgerung
Titan Grad 2 ist die perfekte Kombination aus Leistung und Wirtschaftlichkeit. Es bietet die Korrosionsbeständigkeit von hochwertigen Metallen und der Formbarkeit die für eine komplexe Fertigung erforderlich sind, und das zu deutlich niedrigeren Kosten als bei Titanlegierungen.
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