Sie können den Unterschied nicht erkennen zwischen Titan Grad 1 und Titan Grad 2 wenn man sie nur ansieht. Sie haben denselben silbergrauen Glanz, dieselbe Dichte (4,51 g/cm³) und an den meisten Orten die gleiche Korrosionsbeständigkeit. Eine Verwechslung dieser beiden “handelsüblichen” Sorten auf einer technischen Zeichnung kann jedoch zu einem katastrophalen Versagen führen. So kann beispielsweise die falsche Verwendung von Güteklasse 2 zu Rissen beim Tiefziehen führen, und die unnötige Verwendung von Güteklasse 1 kann zu strukturellem Nachgeben unter Druck führen.
Wenn Ingenieure und Beschaffungsexperten zwischen Sorte 1 (UNS R50250) und Sorte 2 (UNS R50400) wählen, denken sie in der Regel nicht an “Qualität” im üblichen Sinn. Stattdessen geht es um eine strategische Entscheidung zwischen höchste Dehnbarkeit und mäßige strukturelle Stärke.
Dieser Leitfaden geht über einfache Datenblätter hinaus und hilft Ihnen, eine echte Entscheidung zu treffen, indem er die chemischen, mechanischen und betrieblichen Unterschiede zwischen den Sorten aufschlüsselt, damit Sie die richtige Sorte für Ihre Bedürfnisse auswählen können.
Der entscheidende Unterschied: Chemische Zusammensetzung und Reinheit
Während beide Legierungen als “unlegiertes” Titan eingestuft werden, ist Grade 2 nicht einfach eine “minderwertige” Version von Grade 1. Es wird absichtlich mit einem etwas höheren Gehalt an Zwischengitterelementen hergestellt, um eine höhere Festigkeit zu erreichen.
Nach Angaben von ASTM B265 (Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate) sind die Grenzwerte für die Zusammensetzung wie folgt definiert:
| Element | Sorte 1 (UNS R50250) | Sorte 2 (UNS R50400) | Die Auswirkungen |
|---|---|---|---|
| Stickstoff (N) | Max 0,03% | Max 0,03% | Geringer Beitrag zur Stärke. |
| Kohlenstoff (C) | Max 0,08% | Max 0,08% | Wird niedrig gehalten, um Karbidbildung zu verhindern. |
| Wasserstoff (H) | Max 0,015% | Max 0,015% | Streng kontrolliert, um Wasserstoffversprödung zu verhindern. |
| Eisen (Fe) | Maximal 0,20% | Maximal 0,30% | Eisen erhöht die Festigkeit, verringert aber leicht die Korrosionsbeständigkeit. |
| Sauerstoff (O) | Maximal 0,18% | Maximal 0,25% | Das primäre Verstärkungsmittel. |
| Titan (Ti) | Bilanz | Bilanz | Basis-Matrix. |
Der “Sauerstoffknopf”: Die interstitielle Stärkung erklärt
Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist der Sauerstoffgehalt. Der maximal zulässige Sauerstoffgehalt für Klasse 2 (0.25%) ist 0,07 Prozentpunkte höher als für Klasse 1 (0.18%).
Dieser Unterschied scheint zwar vernachlässigbar zu sein, aber in der Materialwissenschaft wirkt Sauerstoff als interstitielles Legierungselement. Die kleinen Sauerstoffatome passen in die Zwischenräume (Interstitien) zwischen den größeren Titanatomen im hexagonal dicht gepackten (HCP) Kristallgitter. Diese Zwischengitteratome behindern die Bewegung von Versetzungen innerhalb der Kristallstruktur.
- Grad 1 (sauerstoffarm): Weniger Hindernisse für die Versetzungsbewegung, hohe Duktilität und geringere Festigkeit.
- Grad 2 (höherer Sauerstoffgehalt): Weitere Barrieren “fixieren” die Versetzungen, , Höhere Festigkeit, mäßige Duktilität.
Daher erhält die Sorte 2 ihren Status als Arbeitspferd“ nicht durch die Zugabe von teuren Metallen wie Vanadium, sondern durch die sorgfältige Kontrolle der Verunreinigung” von Sauerstoff, um die Zugfestigkeit zu erhöhen, ohne dabei zu viele Einbußen bei der Verformbarkeit hinnehmen zu müssen.
Technische Ressource: Einen tieferen Einblick in die Standardspezifikationen erhalten Sie in der ASTM B265 offizielle Dokumentation bezüglich der Anforderungen an Bänder, Bleche und Platten.
Mechanische Eigenschaften: Festigkeit vs. Verformbarkeit
Bei der Konstruktion von tragenden Bauteilen wird die Abwägung numerisch. Die Güteklasse 2 bietet im Allgemeinen eine 30%-40% Erhöhung der Streckgrenze über Note 1.
Typische mechanische Eigenschaften (bei Raumtemperatur)
| Eigentum | Klasse 1 (am weichsten) | Klasse 2 (Standard) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (UTS) | 240 MPa (35 ksi) min | 345 MPa (50 ksi) min |
| Streckgrenze (0,2% Offset) | 170 MPa (25 ksi) min | 275 MPa (40 ksi) min |
| Dehnung | 24% min (häufig >30%) | 20% min |
| Härte (Vickers) | ~120 HV | ~145 HV |
Die ASME-Auslegungsperspektive (entscheidend für Druckbehälter)
Wenn Sie Wärmetauscher oder Druckbehälter nach dem ASME-Code für Kessel und Druckbehälter (BPVC), Sie schauen nicht nur auf die Streckgrenze, Sie schauen auf maximal zulässige Spannung.
Hier kommt die Güteklasse 2 zum Tragen. Da die zulässigen Spannungswerte deutlich höher sind, können Ingenieure Folgendes angeben dünnere Wandstärken für die gleiche Druckstufe.
- Szenario: Ein chemischer Reaktor, der bei 150°C arbeitet.
- Note 1: Erfordert dicke Wände, um dem Druck standzuhalten, was das Materialgewicht und die Kosten erhöht.
- Note 2: Ermöglicht dünnere Wände, wodurch das erforderliche Gesamtgewicht des Titans reduziert wird.
Mitnehmen: Sofern Sie nicht die extreme Verformbarkeit von Güteklasse 1 benötigen, ist Güteklasse 2 aufgrund ihres besseren Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht bei der Berechnung von Normen fast immer die wirtschaftlichere Wahl für Druckbehälter.
Leitfaden für die Herstellung: Arbeiten mit dem Material
Die Entscheidung zwischen Güteklasse 1 und Güteklasse 2 hängt oft davon ab, wie das Teil hergestellt werden soll. Die Realität in der Werkstatt kann sich von der Theorie im Konstruktionsbüro stark unterscheiden.
1. Kaltverformung und Biegeradius
Dies ist das Gebiet von Grade 1. Aufgrund seiner hohen Dehnung und seines geringeren Sauerstoffgehalts verfügt Grade 1 über eine hervorragende ’Tiefziehfähigkeit“.”
- Note 1: Kann oft auf einen Radius von 1T bis 1,5T (wobei T die Materialstärke ist) ohne Rissbildung. Es ist das Material der Wahl für Platten und Rahmen von Wärmetauschern, die starken Verformungen ausgesetzt sind.
- Note 2: Erfordert in der Regel einen großzügigen Biegeradius von 2T bis 2,5T. Wenn Sie versuchen, Grad 2 in eine komplexe Form zu ziehen, die für Grad 1 gedacht ist, werden Sie wahrscheinlich “Orangenhaut” (Oberflächenaufrauhung) oder sofortige Risse bekommen.
2. Spanende Bearbeitung: Der “Gummi”-Faktor
Die “weichere” Sorte 1 lässt sich schwieriger bearbeiten als die Sorte 2, was der Intuition widerspricht. Weil Sorte 1 so dehnbar ist, neigt sie dazu, sich “gummiartig”. Das Material wird nicht sauber abgetragen, sondern schmiert und sammelt sich an der Schneide (Built-Up Edge oder BUE).
- Tipp für die Bearbeitung: Verwenden Sie bei der Bearbeitung von Sorte 1 scharfe Hartmetallwerkzeuge, hohe positive Spanwinkel und reichlich Kühlmittel, um Hitzestau und Abrieb zu vermeiden. Sorte 2 verhält sich etwas mehr wie Edelstahl und bietet eine bessere Spankontrolle.
3. Schweißeignung
Beide Sorten eignen sich hervorragend zum Schweißen. Da es sich um einphasige Alpha-Legierungen handelt, treten die bei einigen Stahllegierungen üblichen Probleme der thermischen Rissbildung nicht auf. Allerdings, Gasabschirmung ist nicht verhandelbar. Geschmolzenes Titan absorbiert sofort Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft. Ohne angemessene Argonunterstützung (Abschirmung) wird eine Schweißnaht der Güteklasse 1 spröde und reißt - und wird aufgrund der Sauerstoffverunreinigung zu einer “Güteklasse 100”.
Kritische Schweißerpraxis: Um eine Titan-Schweißnaht mit hoher Integrität zu erzielen, braucht man mehr als nur Argon-Schutzgas. Es erfordert:
-
Hintere Abschirmungen & Backing Gas: Zum Schutz des geschmolzenen Schweißbades und der kritischen 400°C+ (750°F+) wärmebeeinflusste Zone vor Luftverunreinigungen schützen, bis es ausreichend abgekühlt ist.
-
Akribische Sauberkeit: Alle Oberflächen, Schweißdrähte und Werkzeuge müssen frei von Öl, Fett, Feuchtigkeit und Fingerabdrücken sein. Alle organischen Rückstände zersetzen sich im Lichtbogen und führen Wasserstoff (verursacht Porosität) und Kohlenstoff (verursacht Versprödung) ein.
-
Hochreines Argon: Das Schutzgas muss von hoher Reinheit sein (typischerweise 99,998% oder besser) und einen niedrigen Taupunkt haben, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
Anwendungsszenarien: Wann sollte man was verwenden?
Wählen Sie Klasse 1 Wann:
- Tiefes Zeichnen ist erforderlich: Herstellung von Plattenwärmetauschern, gewellten Blechen oder komplexen architektonischen Paneelen.
- Explosive Verkleidungen: Verbindung von Titan mit Stahlplatten (die Duktilität hilft, den Explosionsschock zu absorbieren).
- Maximale Korrosionsbeständigkeit: In extrem marginalen Umgebungen, in denen der etwas niedrigere Eisengehalt (0,20% gegenüber 0,30%) theoretisch die Spaltkorrosion verzögern könnte, ist dies jedoch selten.
Wählen Sie Klasse 2 Wann:
- Allgemeine Fabrikation: Rohrleitungen, Flansche, Armaturen und Ventile.
- Druckgefäße: Tanks und Reaktoren, bei denen die Einhaltung des ASME-Codes die Wandstärke vorschreibt.
- Auskleidung: Lose Auskleidung von Stahltanks, bei denen das Titan in erster Linie als Korrosionsbarriere und nicht als Strukturelement dient.
- Verfügbarkeit ist wichtig: Sie benötigen morgen eine Lieferung von Standardformaten.
Kritische Warnung: Die “Note 5”-Falle
Ein häufiger Fehler, den junge Ingenieure machen, ist, dass sie die Festigkeit der Güteklasse 2 (345 MPa) für zu niedrig halten und sofort zu Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V), das eine Zugfestigkeit von fast 900 MPa aufweist.
Tun Sie dies nicht, ohne Ihr Umformverfahren zu validieren.
Grad 5 ist eine Alpha-Beta-Legierung. Sie ist unglaublich stark, besitzt aber geringe Kaltverformbarkeit. Das Kaltbiegen von Rohren oder Blechen der Güteklasse 5 ist schwierig, und der Versuch, dies zu tun, führt zum Bruch. Wenn Sie eine höhere Festigkeit als Güteklasse 2 benötigen, aber die Kaltverformbarkeit beibehalten müssen, sollten Sie Folgendes in Betracht ziehen Klasse 9 (Ti-3Al-2,5V) oder einfach die Wandstärke der Güteklasse 2 erhöhen.
Leitfaden für die Beschaffung: Kosten und Verfügbarkeit
Die ‘Volumenabhängige Preisgestaltung’.’ verwirrt die Käufer oft. Logischerweise könnte man annehmen, dass Grade 1 teurer ist, weil er ‘reiner’ ist. Obwohl Grade 1 aufgrund strengerer chemischer Kontrollen einen Aufpreis verlangt, wird der Preisunterschied oft durch folgende Faktoren bestimmt Größenvorteile.
Güteklasse 2 ist das “Arbeitspferd” der Industrie.” Auf ihn entfällt die große Mehrheit des CP-Titanmarktes.
- Bestand: In den Servicezentren werden tonnenweise Bleche und Platten der Güteklasse 2 gelagert. Die Güteklasse 1 wird oft auf Bestellung oder in begrenzten Mengen angeboten.
- Preis: Aufgrund des hohen Mengenumsatzes ist die Sorte 2 pro Kilogramm häufig billiger als die Sorte 1.
- Strategie: Wenn Ihr Entwurf die Güteklasse 2 zulässt, sollten Sie diese angeben. Sie erhalten dann wahrscheinlich einen besseren Preis und kürzere Lieferzeiten. Wenn Sie die Güteklasse 1 für einen Standardflansch angeben, zahlen Sie möglicherweise einen Aufpreis und müssen wochenlang auf die Produktion warten.
Zusammenfassung: Schnellauswahl-Matrix
| Entscheidungsfaktor | Wählen Sie Sorte 1 (UNS R50250) | Wählen Sie Sorte 2 (UNS R50400) |
|---|---|---|
| Formungsprozess | Tiefziehen, starkes Biegen (>50% Dehnung). | Walzen, einfaches Biegen, Standardfertigung. |
| Design Treiber | Verformbarkeit/Duktilität. | Festigkeit / ASME-Druckstufe. |
| Biegeradius | Enge Kurven (1T - 1,5T). | Großzügige Biegungen (2T - 2,5T). |
| Verfügbarkeit | Mäßig / Gering (Spezialartikel). | Hoch (der Industriestandard). |
| Korrosion | Ausgezeichnet. | Ausgezeichnet (praktisch identisch). |
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Ist Titan Grad 2 magnetisch?
A: Nein. Sowohl Grade 1 als auch Grade 2 Titan sind nicht magnetisch. Das macht sie ideal für medizinische Bildgebungsgeräte (MRI) und empfindliche Elektronikgehäuse.
F: Kann ich Titan der Güteklasse 1 an Titan der Güteklasse 2 schweißen?
A: Ja, sie sind kompatibel. Sie können Sorte 1 und Sorte 2 mit einem passenden Schweißdraht (normalerweise ERTi-1 oder ERTi-2) schweißen. Die resultierende Schweißzone hat mechanische Eigenschaften, die zwischen den beiden Sorten liegen.
F: Kann Titan Grad 2 rosten?
A: Nein. Titan “rostet” nicht wie Eisen. Es bildet einen stabilen, passiven Oxidfilm, der es gegen Korrosion in Meerwasser, feuchtem Chlor und den meisten organischen Säuren immun macht.
F: Warum ist die Klasse 2 beliebter als die Klasse 1?
A: Es bietet das “Goldlöckchen”-Gleichgewicht: stark genug für strukturelle Anwendungen (im Gegensatz zu Gr1), aber formbar genug für die Verarbeitung (im Gegensatz zu Gr5), kombiniert mit der höchsten Verfügbarkeit in der Lieferkette.