Die ASTM B348 verstehen
Inhaltsübersicht
Wenn man sich mit der Welt der Metallurgie und insbesondere mit Titanlegierungen beschäftigt, taucht häufig eine Norm auf, die lautet ASTM B348. Für die Maschinenbau-, Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie ist diese Norm ein Eckpfeiler, der Richtlinien für die Herstellung von Stangen und Knüppeln aus Titan und Titanlegierungen enthält. In diesem umfassenden Leitfaden gehen wir auf die Feinheiten der ASTM B348, ihre verschiedenen Güteklassen, Anwendungen und vieles mehr ein.
Überblick über ASTM B348
ASTM B348 ist eine Spezifikationsnorm der American Society for Testing and Materials (ASTM), die die Anforderungen an Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen festlegt. Diese Norm gewährleistet die Qualität und Konsistenz von Titanprodukten, die in kritischen Anwendungen eingesetzt werden.
Wichtige Details
- Standardtitel: ASTM B348 - Standardspezifikation für Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen
- Umfang: Behandelt die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften und die Maßtoleranzen von Titanstäben und -knüppeln.
- Anwendungen: Weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin, der Schifffahrt und der Industrie.
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Arten und Zusammensetzung von ASTM B348 Titan-Legierungen
Titanlegierungen nach ASTM B348 werden in verschiedene Grade eingeteilt, von denen jeder eine einzigartige chemische Zusammensetzung aufweist, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten ist. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Tabelle mit den gängigen Titangüten, ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren wichtigsten Eigenschaften.
Gemeinsame Klassen und ihre Zusammensetzungen
Klasse | Zusammensetzung | Eigenschaften |
---|---|---|
Klasse 1 | Ti ≥ 99.5% | Geringe Festigkeit, hohe Duktilität, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit |
Klasse 2 | Ti ≥ 99,2%, Fe ≤ 0,3%, O ≤ 0,25% | Gute Ausgewogenheit von Festigkeit und Duktilität, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit |
Klasse 3 | Ti ≥ 99,0%, Fe ≤ 0,3%, O ≤ 0,35% | Höhere Festigkeit als Güteklasse 2, gute Duktilität, Korrosionsbeständigkeit |
Klasse 4 | Ti ≥ 99,0%, Fe ≤ 0,5%, O ≤ 0,4% | Höchste Festigkeit unter den handelsüblichen reinen Sorten, gute Duktilität, Korrosionsbeständigkeit |
Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V) | Ti, 6% Al, 4% V | Hohe Festigkeit, wärmebehandelbar, ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit, Verwendung in der Luft- und Raumfahrt |
Klasse 7 | Ti, 0,12-0,25% Pd | Ähnlich wie Sorte 2, mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit durch Palladium |
Klasse 9 (Ti-3Al-2,5V) | Ti, 3% Al, 2,5% V | Mittlere Festigkeit, gute Schweißbarkeit, Einsatz in der Luft- und Raumfahrt und in industriellen Anwendungen |
Klasse 11 | Ti, 0,12-0,25% Pd | Ähnlich wie Sorte 1, mit Zusatz von Palladium für verbesserte Korrosionsbeständigkeit |
Klasse 12 | Ti, 0,3% Mo, 0,8% Ni | Gute Festigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden und oxidierenden Umgebungen |
Sorte 23 (Ti-6Al-4V ELI) | Ti, 6% Al, 4% V (besonders niedrige Zwischengitterplätze) | Verbesserte Bruchzähigkeit, verwendet in medizinischen Implantaten |
Eigenschaften von ASTM B348 Titanlegierungen
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen sind ein entscheidender Faktor für ihre Auswahl in verschiedenen Anwendungen. In der nachstehenden Tabelle sind die wichtigsten mechanischen Eigenschaften der verschiedenen ASTM B348-Güten zusammengefasst.
Klasse | Streckgrenze (MPa) | Zugfestigkeit (MPa) | Dehnung (%) | Härte (HRC) |
---|---|---|---|---|
Klasse 1 | 170 | 240 | 24 | 50 |
Klasse 2 | 275 | 345 | 20 | 65 |
Klasse 3 | 380 | 450 | 18 | 80 |
Klasse 4 | 485 | 550 | 15 | 90 |
Klasse 5 | 895 | 950 | 10 | 35 |
Klasse 7 | 275 | 345 | 20 | 65 |
Klasse 9 | 620 | 720 | 15 | 40 |
Klasse 11 | 170 | 240 | 24 | 50 |
Klasse 12 | 438 | 550 | 18 | 75 |
Klasse 23 | 825 | 900 | 15 | 30 |
Korrosionsbeständigkeit
Die bekannte Korrosionsbeständigkeit von Titan ist auf eine dünne Oxidschicht zurückzuführen, die sich auf seiner Oberfläche bildet. Dies macht es ideal für den Einsatz in rauen Umgebungen, wie z. B. in der Schifffahrt oder in der chemischen Verarbeitung.
Dichte und Gewicht
Titanlegierungen sind für ihr gutes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht bekannt. Hier ist ein schneller Vergleich:
Klasse | Dichte (g/cm³) |
---|---|
Klasse 1 | 4.51 |
Klasse 2 | 4.51 |
Klasse 3 | 4.51 |
Klasse 4 | 4.51 |
Klasse 5 | 4.43 |
Klasse 7 | 4.51 |
Klasse 9 | 4.47 |
Klasse 11 | 4.51 |
Klasse 12 | 4.54 |
Klasse 23 | 4.43 |
Anwendungen von ASTM B348 Titan-Legierungen
Luft- und Raumfahrtindustrie
Titanlegierungen sind in der Luft- und Raumfahrt aufgrund ihres hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, unverzichtbar.
Anmeldung | Klasse |
---|---|
Rahmen für Flugzeuge | Klasse 5 |
Motorkomponenten | Klasse 5 |
Befestigungselemente | Klasse 9 |
Fahrwerk | Klasse 23 |
Medizinischer Bereich
Im medizinischen Bereich ist Titan aufgrund seiner Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit ideal für Implantate und chirurgische Instrumente.
Anmeldung | Klasse |
---|---|
Hüft- und Knieimplantate | Klasse 23 |
Zahnimplantate | Klasse 4 |
Chirurgische Instrumente | Klasse 1 |
Marine und industrielle Anwendungen
Die Beständigkeit von Titan gegen Meerwasser und Industriechemikalien macht es zur ersten Wahl für maritime und industrielle Anwendungen.
Anmeldung | Klasse |
---|---|
Offshore-Bohrinseln | Klasse 2 |
Wärmetauscher | Klasse 12 |
Chemische Verarbeitungsanlagen | Klasse 7 |
Spezifikationen, Größen und Normen für ASTM B348
Titanstangen und -knüppel nach ASTM B348 gibt es in verschiedenen Größen und Spezifikationen, um den unterschiedlichen Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. Nachstehend finden Sie eine detaillierte Tabelle mit den gängigen Spezifikationen.
Spezifikation | Bereich |
---|---|
Durchmesser (Stäbe) | 0,25 bis 10 Zoll |
Länge (Balken) | Bis zu 20 Fuß |
Gewicht (Knüppel) | Bis zu 15.000 Pfund |
Toleranzen | Gemäß ASTM B348 |
Benotung und Standards
ASTM B348 umfasst verschiedene Qualitäten, die jeweils spezifische Normen für die Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften erfüllen.
Klasse | Standard |
---|---|
Klasse 1 | ASTM B348 |
Klasse 2 | ASTM B348 |
Klasse 5 | ASTM B348 |
Klasse 9 | ASTM B348 |
Klasse 23 | ASTM B348 |
Lieferanten und Preisangaben
Bei der Beschaffung von Titanlegierungen ist die Auswahl eines zuverlässigen Lieferanten entscheidend. In der nachstehenden Tabelle sind namhafte Lieferanten und Richtpreise aufgeführt.
Anbieter | Klasse | Preis (USD pro kg) |
---|---|---|
Titanium Industries Inc. | Klasse 2 | $30 |
VSMPO-AVISMA | Klasse 5 | $50 |
ATI-Metalle | Klasse 23 | $70 |
RTI Internationale Metalle | Klasse 9 | $45 |
Baoji Titanium Industry Co, Ltd. | Klasse 4 | $35 |
Vor- und Nachteile von ASTM B348 Titanlegierungen
Jedes Material hat seine Stärken und Schwächen. Hier vergleichen wir die Vorteile und Grenzen der ASTM B348-Titanlegierungen.
Vorteile
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Titanlegierungen bieten eine außergewöhnliche Festigkeit bei relativ geringem Gewicht, was sie ideal für die Luft- und Raumfahrt und für medizinische Anwendungen macht.
- Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit von Titan in verschiedenen Umgebungen gewährleistet Langlebigkeit und Zuverlässigkeit.
- Biokompatibilität: Aufgrund seiner Verträglichkeit mit dem menschlichen Körper für medizinische Implantate geeignet.
Beschränkungen
- Kosten: Titanlegierungen sind im Vergleich zu anderen Metallen wie Stahl oder Aluminium teurer.
- Bearbeitbarkeit: Die Bearbeitung von Titan kann schwierig sein und erfordert spezielle Werkzeuge und Techniken.
- Verfügbarkeit: Hochwertige Titanlegierungen sind zwar weit verbreitet, können aber aufgrund komplexer Produktionsprozesse längere Vorlaufzeiten haben.
Detaillierte Vergleiche und Einblicke
Klasse 5 vs. Klasse 9: Was ist besser für die Luft- und Raumfahrt?
Die Sorten 5 (Ti-6Al-4V) und 9 (Ti-3Al-2,5V) sind beide in der Luft- und Raumfahrtindustrie beliebt. Die Sorte 5, die für ihre hohe Festigkeit und Wärmebehandelbarkeit bekannt ist, eignet sich ideal für kritische Komponenten wie Triebwerksteile und Flugzeugzellen. Im Gegensatz dazu wird die Sorte 9, die sich gut schweißen lässt und eine mittlere Festigkeit aufweist, häufig für Hydrauliksysteme und Flugzeugzellen verwendet. Während die Sorte 5 eine höhere Festigkeit aufweist, bietet die Sorte 9 eine bessere Form.
Fähigkeiten und Schweißeigenschaften.
Medizinische Implantate: Grad 23 im Vergleich zu Grad 4
Für medizinische Implantate wird häufig Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) gegenüber Grade 4 bevorzugt, da er einen besonders geringen Anteil an Zwischengittersteinen aufweist, die die Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit verbessern. Grade 4, ein kommerziell reines Titan, bietet eine ausgezeichnete Biokompatibilität, verfügt aber nicht über die verbesserten mechanischen Eigenschaften von Grade 23. Daher wird Grade 23 in der Regel für stark beanspruchte Implantate wie Hüft- und Knieprothesen gewählt.
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FAQ
Frage | Antwort |
---|---|
Was ist ASTM B348? | ASTM B348 ist eine Standardspezifikation für Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen, die Anforderungen an die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften und die Maßtoleranzen enthält. |
Welche Industriezweige verwenden ASTM B348-Titanlegierungen? | Diese Legierungen werden häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin, in der Schifffahrt und in der Industrie eingesetzt. |
Was sind die wichtigsten Eigenschaften von ASTM B348-Titanlegierungen? | Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität sind einige der wichtigsten Eigenschaften. |
Wie verhält sich Titan Grade 5 im Vergleich zu Grade 9? | Die Sorte 5 weist eine höhere Festigkeit und Wärmebehandelbarkeit auf und eignet sich daher für kritische Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, während die Sorte 9 eine bessere Schweißbarkeit und Umformbarkeit bietet. |
Warum wird Titan Grad 23 für medizinische Implantate bevorzugt? | Die Sorte 23 mit besonders geringen Zwischengitteranteilen bietet eine hervorragende Bruch- und Ermüdungsfestigkeit und ist damit ideal für hochbelastete medizinische Implantate. |
Schlussfolgerung
ASTM B348 ist ein wichtiger Standard für die Herstellung von hochwertigen Stangen und Knüppeln aus Titan und Titanlegierungen. Die Kenntnis der verschiedenen Qualitäten, ihrer Eigenschaften und Anwendungen hilft bei der Auswahl des richtigen Materials für bestimmte Anforderungen. Ob in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin, in der Schifffahrt oder in der Industrie - ASTM B348-Titanlegierungen bieten unübertroffene Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
Durch die sorgfältige Berücksichtigung der einzigartigen Anforderungen jeder Anwendung und der spezifischen Eigenschaften jeder Sorte kann die Industrie das volle Potenzial von Titan nutzen und den Erfolg und die Langlebigkeit ihrer Projekte sicherstellen.
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