Ti6Al4V-Pulver

Übersicht

Ti6Al4V-Pulverauch bekannt als Ti-6Al-4V, Grade 5 Titan, Ti 6-4 oder Ti 6/4, ist ein Titanlegierungspulver, das aus Titan, 6% Aluminium und 4% Vanadium besteht. Es bietet eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität, die es zu einem äußerst vielseitigen Material für fortschrittliche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in medizinischen Geräten, in der Schifffahrt und vielem mehr macht.

Ti6Al4V gilt als das Arbeitspferd unter den Titanlegierungen und macht über 50% des gesamten weltweit verwendeten Titans aus. Es hat eines der besten Verhältnisse zwischen Festigkeit und Gewicht aller metallischen Werkstoffe und behält seine Eigenschaften auch bei extremen Temperaturen bei.

Zu den wichtigsten Eigenschaften und Merkmalen von Ti6Al4V-Pulver gehören:

• Ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hohe spezifische Festigkeit
• Geringe Dichte - 4,43 g/cm3
• Hohe Korrosionsbeständigkeit
• Biokompatibilität und Osseointegrationsfähigkeit
• Gute Hochtemperatureigenschaften - verwendbar bis 400°C mit Oxidationsbeständigkeit bis 550°C
• Hohe Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit
• Erhältlich in verschiedenen Größenbereichen und Morphologien - kugelförmig, eckig

Aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften findet Ti6Al4V heute in verschiedenen Branchen Anwendung.

Ti6Al4V-Pulvertypen

Ti6Al4V-Legierungspulver ist in verschiedenen Größenverteilungen, Formen und Produktionsmethoden erhältlich, um spezifischen Anwendungen gerecht zu werden:

Typ	Merkmale
Gaszerstäubte kugelförmige	- Nahezu kugelförmige Morphologie, glatte Oberfläche - Enge Kontrolle der Partikelgröße - Einsatz in AM, MIM, thermischem Spritzen
Plasma zerstäubt kugelförmig	- Hochgradig sphärisch mit glatter Oberfläche - Enge Größenverteilung - Verwendung in AM-Prozessen
Hydrid-Dehydrid (HDH)	- Unregelmäßige, kantige Morphologie - Poröse, schwammige Partikel - Geringere Produktionskosten - Einsatz bei MIM, Pressen, thermischem Spritzen

Partikelgröße: Erhältlich von 15 Mikron bis 150+ Mikron, je nach Herstellungsverfahren

Größenverteilung: Sortiert/gesiebt, gemischt oder kundenspezifische Spezifikationen

Normen: ASTM B348, AMS 4943, AMS 4928, AMS 4967

Ti6Al4V Pulver-Zusammensetzung

Ti6Al4V entspricht der Aerospace Material Specification (AMS) 4928 und hat die nominelle Zusammensetzung:

Element	Zusammensetzung Bereich
Titan	Gleichgewicht, 87.725 - 91%
Aluminium	5.5 – 6.76%
Vanadium	3.5 – 4.5%
Eisen	Maximal 0,30%
Sauerstoff	Maximal 0,20%
Stickstoff	Max 0,05%
Kohlenstoff	Max 0,08%
Wasserstoff	Max 0,015%

Eisen, Sauerstoff und Stickstoff sind häufig vorkommende Verunreinigungselemente. Die Zusammensetzung wird routinemäßig analysiert, um sicherzustellen, dass sie den Spezifikationen für die Luft- und Raumfahrt entspricht, bevor sie zu Pulver zerstäubt wird.

Ti6Al4V Pulvereigenschaften

Ti6Al4V wird wegen seiner außergewöhnlichen Ausgewogenheit von mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Leichtigkeit und Biokompatibilität geschätzt. Seine Eigenschaften umfassen:

Physikalische und mechanische Eigenschaften	Werte
Dichte	4,43 g/cm3
Schmelzpunkt	1604 - 1660°C
Endgültige Zugfestigkeit	860 - 965 MPa
Streckgrenze (0,2% Offset)	795 - 875 MPa
Elastizitätsmodul	114 GPa
Dehnung beim Bruch	10 – 18%
Härte	334 - 361 HV
Ermüdungsfestigkeit (107 Zyklen)	400 - 490 MPa
Bruchzähigkeit	55 - 115 MPa-m^0,5

Thermische Eigenschaften
Wärmeausdehnungskoeffizient - 8,6 x 10-6 /K (20-100°C)
Wärmeleitfähigkeit - 7,2 W/m.K
Maximale Betriebstemperatur - 400°C

Korrosionsbeständigkeit
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit unlegiertem Titan Widersteht der Korrosion durch die meisten Säuren, feuchte Gase und organische Chemikalien

Die Bildung einer stabilen und stark haftenden Oxidschicht an der Oberfläche verleiht ihm eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen salzhaltige Umgebungen. Ti6Al4V weist in Chloridlösungen aufgrund der geringeren Sauerstoff- und Chloriddiffusionsraten einen besseren Schutz als Edelstahl auf.

Ti6Al4V-Pulver Anwendungen

Dank seiner ausgewogenen Eigenschaften findet Ti6Al4V heute vielfältige industrielle und medizinische Anwendungen:

Industrie	Anwendungen
Luft- und Raumfahrt	- Flugzeugbauteile wie Tragflächen, Fahrwerke, Turbinen, Befestigungselemente - Gehäuse von Raketenmotoren, Raumfahrzeuge - Rotornaben von Hubschraubern, Kompressorblätter
Medizinisch & Zahnmedizinisch	- Orthopädische Implantate - Hüft- und Kniegelenke - Zahnimplantate, Befestigungen, Kronen - Kieferimplantate - Chirurgische Instrumente
Automobilindustrie	- Pleuelstangen, Antriebswellen, Federn - Rennsportteile wie Ventile, Kolben - Auspuffkomponenten
Chemisch	- Wärmetauscher, Behälter, Rohrleitungen für korrosive Medien - Ventile, Kondensatoren, Destillationskolonnen - Pumpen und Gehäuse
Strom und Energie	- Dampf- und Gasturbinenkomponenten - Strukturteile für Reaktoren - Erneuerbare Energien - Hochleistung Offshore
Marine	- Propeller, Pleuelstangen - Korrosionsbeständige Verbindungselemente, Scharniere - Entsalzungsanlagen

Die additive Fertigung erweitert die Anwendungsmöglichkeiten für Titanlegierungen in all diesen Bereichen, da sie Freiformgeometrien ermöglicht, die bisher nicht möglich waren.

Ti6Al4V-Pulver Spezifikationen

Standard	Beschreibung
ASTM B348	Standardspezifikation für Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen
AMS 4928	Werkstoffspezifikation für die Luft- und Raumfahrt für Bleche, Streifen und Platten aus Titanlegierungen 6Al - 4V geglüht
AMS 4943	Grenzwerte der chemischen Kontrollanalyse für Titan und Titanlegierungen
AMS 4967	Werkstoffspezifikation für die Luft- und Raumfahrt für Pulver, Titanlegierung 6Al-4V
ISO 21388	Spezifikation für unlegiertes Titan für chirurgische Implantatanwendungen
ASME SB-348	Spezifikation für Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen

Titan Grade 5 Eli-Pulver muss auch zusätzliche Kundenanforderungen erfüllen:

• Partikelform
• Fließfähigkeit
• Scheinbare Dichte
• Dichte des Gewindebohrers
• Pyknometer-Dichte
• Chemische Analyse
• Mechanische Eigenschaften

Hersteller, die Ti6Al4V-Pulver herstellen, wenden zertifizierte Qualitätsmanagementsysteme und Prüfprotokolle an, bevor sie ihre Kunden unter anderem in den Bereichen Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Energie, Motorsport und Medizin beliefern.

Ti6Al4V-Pulver Lieferanten

Ti6Al4V-Pulver wird durch Gas- oder Plasmazerstäubung hergestellt, um ein kugelförmiges, für AM geeignetes Pulver zu erzeugen. Das Ausgangsmaterial ist eine vakuumumgeschmolzene (VAR) oder elektronenstrahlgeschmolzene (EBM) Legierungsbramme, die zu feinen Tröpfchen zerstäubt wird, die beim schnellen Abkühlen zu Pulverpartikeln erstarren.

Die weltweit wichtigsten Anbieter von kugelförmigen und vorlegierten Ti6Al4V-Pulvern sind:

Unternehmen	Land
AP&C	Kanada
ATI-Pulvermetalle	USA
TLS Technik GmbH	Deutschland
GKN Hoeganaes	USA
Tekna Fortgeschrittene Materialien	USA
Slm-Lösungen	Deutschland
Erasteel	Frankreich

Ti6Al4V-Pulver kann in kleinen Mengen für Forschungs- und Prototyping-Anwendungen beschafft werden. Kundenspezifische Legierungen und Partikeleigenschaften sind für Unternehmen mit bestehenden Liefervereinbarungen ebenfalls möglich.

Preisgestaltung:
Da es sich um eine Hochleistungslegierung handelt, die eine fortschrittliche Fertigung erfordert, wird für Ti6Al4V-Pulver ein Aufpreis gegenüber Standardtitan und anderen Metallpulvern verlangt. Die Preise variieren zwischen $100/kg und $500/kg, je nachdem:

• Bestellmenge
• Form und Größenverteilung der Partikel
• Individuelle Anpassung der chemischen/mechanischen Eigenschaften
• Anforderungen an Prüfung und Zertifizierung
• Wirtschaftliche Faktoren - Angebot-Nachfrage-Dynamik, Rohstoffkosten

Höhere Reinheitsgrade, die in medizinischen Geräten und in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden, sind teurer. Mit dem weltweiten Ausbau der Produktionskapazitäten sind die Kosten tendenziell gesunken.

Wie man Ti6Al4V-Pulver auswählt

Die Auswahl des geeigneten Ti6Al4V-Pulvers hängt von Ihrer spezifischen Anwendung und Ihren Prozessanforderungen ab. Einige wichtige Überlegungen sind:

Additive Fertigung

• Partikelform - kugelförmige/geformte Verteilungen für besseren Fluss und Packung
• Partikelgröße - fein <45 Mikrometer für bessere Auflösung und Oberflächengüte
• Enger Größenbereich - gewährleistet gleichmäßiges Schmelzen und Verdichten
• Hohe Pulverreinheit >99,5% Titan für geringere Kontamination
• Niedriger Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt

Metall-Spritzgießen (MIM)

• Unregelmäßiges, kantiges Pulver für höhere Grünfestigkeit
• Mittlere Korngröße - 100 mesh
• Pulvermischung mit Bindemittelkomponenten
• Wirtschaftliche Qualität mit Kostenzielen

Thermisches Spray

• Für das Sprühverfahren geeignete Partikelgröße
• Poröses HDH-Hydridpulver ermöglicht eine bessere Haftung der Beschichtung
• Entwicklung kundenspezifischer Legierungen möglich

Pulvermetallurgie

• Eckiges, poröses Pulver zur Verdichtung
• Auf die Anwendung abgestimmte Pulvermischung
• Für das Sinterverhalten modifizierte Legierung

Wenden Sie sich frühzeitig im Entwicklungsprozess an die Pulverhersteller, um das optimale Pulver für Ihre spezifischen Bauteilanforderungen auszuwählen.

Vorteile und Grenzen von Ti6Al4V-Pulver

Vorteile

• Hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht
• Behält seine Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bei
• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
• Bioinert - verursacht keine unerwünschten Reaktionen bei der Implantation
• Pulverförmiges Ausgangsmaterial ermöglicht die Herstellung komplexer, netzförmiger Teile mittels AM
• Anpassbare mechanische Eigenschaften durch Wärmebehandlung
• Recycelbar, um Abfall zu minimieren

Beschränkungen

• Hohe Materialkosten im Vergleich zu Stählen und Aluminiumlegierungen
• Erfordert hohe Verarbeitungstemperaturen Sauerstoffkontaminationsrisiko
• Geringere Steifigkeit als Stahl
• Scharfe Kerbempfindlichkeit - Rissgefahr
• Schwierig zu bearbeiten, erfordert spezielle Werkzeuge

Ingenieure entscheiden sich für Ti6Al4V, wenn die Anforderungen an Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit bei kritischen Konstruktionsteilen höher sind als die Kostenbeschränkungen.

Ti6Al4V-Pulver vs. Alternativen

Ti6Al4V steht im Wettbewerb mit nichtrostenden Stählen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Aluminiumsorten und Reintitan. Der Vergleich der wichtigsten Parameter wird im Folgenden hervorgehoben:

	Ti6Al4V	Rostfreier Stahl 316L	CoCrMo-Legierung	Al 6061	Reines Ti Grad 2
Streckgrenze	860 MPa	290 MPa	655 MPa	55 MPa	370 MPa
Dichte	4,43 g/cc	8 g/cc	8,3 g/cc	2,7 g/cc	4,51 g/cc
Elastizitätsmodul	114 GPa	193 GPa	230 GPa	69 GPa	105 GPa
Wärmeleitfähigkeit	7 W/mK	12 W/mK	9 W/mK	180 W/mK	7 W/mK
Schmelzpunkt	1640°C	1375°C	1350°C	650°C	1668°C
Korrosionsbeständigkeit	Ausgezeichnet	Gut	Messe	Gut	Ausgezeichnet
Kostenvergleich	10x gegen Al, 4x gegen Stahl	Niedrigere Kostenbasis	2x Kosten gegenüber Stahl	Geringste Kosten	8x Kosten im Vergleich zu Ti Grade 2

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Additional FAQs on Ti6Al4V Powder

1) What oxygen and hydrogen limits should I target for AM-grade Ti6Al4V powder?

• For aerospace/medical-grade AM feedstock, typical targets are O ≤ 0.15 wt% (ELI grades even lower, ~0.10–0.13 wt%) and H ≤ 0.012–0.015 wt%. Lower interstitials improve ductility and fatigue.

2) Which particle size distribution works best for LPBF vs. EBM?

• LPBF commonly uses 15–45 μm or 20–53 μm cuts. EBM typically prefers coarser 45–106 μm to suit high-temperature spreading in vacuum and reduce “smoke” events.

3) How many reuse cycles are acceptable for Ti6Al4V powder in LPBF?

• With O2/H2O monitoring, sieving, and blend-back strategies, 3–8 cycles are typical. Establish property-based end-of-life criteria (tensile, elongation, fatigue) per ISO/ASTM 52907 and internal specs.

4) What post-processing most improves fatigue of AM Ti6Al4V parts?

• Hot isostatic pressing (HIP) to close internal porosity, followed by stress relief or solution + aging as required. Surface finishing (shot peening, machining) to remove notch-like roughness further boosts HCF/LCF.

5) Are there printable variants beyond Grade 5, such as Ti6Al4V ELI?

• Yes. Ti6Al4V ELI (Grade 23) has tighter interstitial limits (especially O) for improved toughness/ductility, widely used in medical implants. Powder and process controls must align with ELI chemistry limits.

2025 Industry Trends for Ti6Al4V Powder

• Qualification at scale: More OEMs implementing lot-level digital material passports linking powder chemistry, reuse cycles, and part serials for aerospace/medical audits.
• Cost and sustainability: Increased recycled Ti feedstock and energy-optimized atomization; suppliers publishing EPDs. Prices stabilizing after 2023–2024 volatility.
• Process windows widen: Multi-laser LPBF and advanced recoaters tolerate slightly broader PSD while maintaining density, boosting yield from atomization.
• Surface integrity focus: Standardization of post-processing routes (HIP + mechanical finishing) to meet fatigue allowables for safety-critical parts.
• Powder hygiene automation: Inline O2/H2O analyzers and sealed handling reduce interstitial pickup across reuse, especially in humid regions.

2025 Snapshot: Ti6Al4V Powder Market and Technical Metrics (indicative ranges)

Metric (2025)	Wert/Bereich	Notes/Sources
AM-grade Ti6Al4V powder price	$140–$280/kg	Cut, morphology, certification dependent; supplier price lists and RFQs
Typical LPBF density (optimized)	≥99.8–99.95%	Process parameter + HIP dependent
Oxygen target (Grade 5 AM powder)	≤0.15 wt%	ISO/ASTM 52907, AMS 4999/4967 context
Common PSD (LPBF / EBM)	15–45 μm / 45–106 μm	OEM parameter guides
Reuse cycles (controlled)	3-8	With sieving + O2 monitoring
HIP adoption (critical parts)	70–90%	Aerospace/medical market norms

References: ISO/ASTM 52907, 52920, 52930; AMS 4967/4999; OEM application notes (EOS, GE Additive/Arcam, Renishaw, SLM Solutions); peer‑reviewed AM Ti6Al4V fatigue studies (2019–2025).

Latest Research Cases

Case Study 1: Extending Powder Reuse While Preserving Fatigue in LPBF Ti6Al4V (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 sought to reduce powder scrap without compromising HCF life of flight brackets.
• Solution: Implemented sealed conveyance, inline O2/H2O monitoring, sieve to 20–53 μm, and 20% virgin blend-back per cycle; standardized HIP + surface machining.
• Results: Oxygen growth limited to +0.01–0.02 wt% over 6 cycles; as-built density ≥99.9%; HCF at R=0.1 improved 15% post-HIP vs. legacy route; powder scrap reduced 28%.

Case Study 2: Ti6Al4V ELI Lattice Implants with Controlled Surface Roughness (2024)

• Background: A medical OEM needed consistent pore morphology and fatigue for acetabular cups while retaining osseointegration surfaces.
• Solution: Narrow PSD 15–45 μm ELI powder, tuned LPBF parameters for strut fusion, HIP, and selective finishing (external machining, lattice preserved).
• Results: CT-measured pore uniformity CV reduced from 8.0% to 3.5%; static strength unchanged; rotating bending fatigue life +20%; passed biocompatibility and cleanliness audits.

Expertenmeinungen

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Interstitial control in Ti6Al4V—especially oxygen—is the primary lever for reliable ductility and fatigue. Powder handling can make or break qualification.”
• Source: Academic publications and AM conferences
• Dr. Martina Zimmermann, Head of Materials, Fraunhofer IAPT
• Viewpoint: “Digital traceability from powder lot to part serial, paired with HIP and targeted finishing, is becoming standard for safety‑critical Ti components.”
• Source: Fraunhofer IAPT technical communications
• Kevin Slattery, VP Materials Engineering, Carpenter Additive
• Viewpoint: “Yield gains from atomization plus smarter PSD cuts are narrowing cost gaps; customers now value proven hygiene workflows as much as price.”
• Source: Industry panels and supplier briefs

Practical Tools and Resources

• Standards and qualification
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52920/52930 (process/quality): https://www.iso.org
• AMS 4967/4999 and ASTM F3001 (additive Ti6Al4V): https://www.sae.org und https://www.astm.org
• OEM technical libraries
• EOS, Renishaw, SLM Solutions, GE Additive/Arcam parameter and handling guides
• Powder testing methods
• ASTM B214 (sieve analysis), B212 (apparent density), B964 (Hall flow), inert gas fusion for O/N/H (ASTM E1409/E1447)
• Design and post-processing
• nTopology/Ansys Additive/Altair for lattice/topology optimization; HIP service provider data sheets (QPs for Ti6Al4V)
• Sicherheit
• NFPA 484 guidance for combustible titanium powders: https://www.nfpa.org

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 Ti6Al4V FAQs; included 2025 trend table with market/technical metrics; added two 2024/2025 case studies; compiled expert viewpoints; linked standards, OEM guides, testing methods, and safety resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM/AMS specs are revised, major OEMs update Ti6Al4V parameter windows, or supply/demand shifts move prices >15% for AM-grade powder