Titanlegierungspulver: Typen, Lieferanten, Betrieb

Pulver aus Titanlegierungen ist ein wichtiges Material, das aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften wie hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität in vielen Branchen eingesetzt wird. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über Titanlegierungspulver und behandelt alle Aspekte wie Typen, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Lieferanten, Installation, Betrieb, Wartung, Auswahl von Lieferanten, Vor- und Nachteile sowie häufig gestellte Fragen.

Überblick über Titanlegierungspulver

Titanlegierungspulver bezieht sich auf metallische Werkstoffe auf Titanbasis in Pulverform, die neben Titan auch andere Legierungselemente wie Aluminium, Vanadium, Eisen und Molybdän enthalten.

Einige wichtige Merkmale von Titanlegierungspulver:

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Korrosionsbeständigkeit
• Hitzebeständigkeit
• Biokompatibilität und Nicht-Toxizität
• Nicht-magnetisch
• Geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit

Titanlegierungspulver wird in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizin, der Chemie, der Schifffahrt, der Sportausrüstung und der Energieerzeugung verwendet. Die gängigsten Titanlegierungen sind Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI und Ti-3Al-2,5V.

Das pulvermetallurgische Herstellungsverfahren bietet im Vergleich zur Barrenmetallurgie eine bessere Mikrostruktur und bessere mechanische Eigenschaften. Pulver aus Titanlegierungen können zur Herstellung von endkonturnahen Bauteilen durch Verfahren wie Metallspritzguss, heißisostatisches Pressen, additive Fertigung und Pulverschmieden verwendet werden.

Arten von Titanlegierungspulvern

Es gibt viele Arten von Titanlegierungspulver, die anhand der Legierungselemente und der metallurgischen Verarbeitung klassifiziert werden.

Typen	Zusammensetzung der Legierung	Wesentliche Merkmale
Ti-6Al-4V	6% Aluminium, 4% Vanadium	Häufigste Titanlegierung, hervorragende Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit
Ti-6Al-4V ELI	6% Aluminium, 4% Vanadium, geringes Zwischengittergewicht	Verbesserte Duktilität und Bruchzähigkeit
Ti-3Al-2,5V	3% Aluminium, 2,5% Vanadium	Hervorragende Kriechfestigkeit, verwendet in Düsentriebwerken
Ti-10V-2Fe-3Al	10% Vanadium, 2% Eisen, 3% Aluminium	Hohe Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit
Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn	15% Vanadium, 3% Chrom, 3% Aluminium, 3% Zinn	Gute Kaltverformbarkeit, Verwendung in Verbindungselementen
Ti-13V-11Cr-3Al	13% Vanadium, 11% Chrom, 3% Aluminium	Oxidationsbeständigkeit, Einsatz in heißen Bereichen von Düsentriebwerken
Ti-15Mo-5Zr-3Al	15% Molybdän, 5% Zirkonium, 3% Aluminium	Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Verwendung in chemischen Anlagen
Ti-35.5Nb-5.7Ta-7.3Zr-0.7O	Niob, Tantal, Zirkonium, Sauerstoff	Niedriger Modulus, Biokompatibilität für Implantate

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von Titanlegierungspulver

Titanlegierungspulver findet aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften in verschiedenen Branchen Anwendung. Einige wichtige Anwendungen sind:

Industrie	Anwendungen
Luft- und Raumfahrt	Triebwerkskomponenten, Flugzeugzellen, Hydrauliksysteme, Befestigungselemente, Gondeln
Automobilindustrie	Pleuelstangen, Ventile, Federn, Befestigungselemente, Aufhängungsteile
Medizinische	Orthopädische und Zahnimplantate, chirurgische Instrumente
Chemisch	Wärmetauscher, Rohre, Ventile, Pumpen
Marine	Propeller, Wellen, Entsalzungsanlagen, Offshore-Bohrinseln
Stromerzeugung	Dampf- und Gasturbinenschaufeln, Wärmetauscher
Sportgeräte	Golfschläger, Tennisschläger, Fahrräder, Hockeyschläger
Petrochemie	Cracker, Separatoren, Kondensatoren, Ölplattformen

Einige wichtige Vorteile der Nutzung:

• Hohe spezifische Festigkeit zur Gewichtsreduzierung
• Korrosionsbeständigkeit für eine lange Nutzungsdauer
• Biokompatibilität für medizinische Implantate
• Hitzebeständigkeit für Anwendungen bei hohen Temperaturen
• Nicht-magnetische Eigenschaft für empfindliche Anwendungen

Spezifikationen von Titanlegierungspulver

Titanlegierungspulver ist in verschiedenen Größen, Formen und Reinheitsgraden erhältlich und kann je nach Anwendungsanforderungen angepasst werden.

Spezifikationen	Einzelheiten
Größenbereich	10 - 150 Mikrometer
Partikelform	Sphärisch, eckig, gemischt
Reinheit	Handelsübliche reine (CP), legierte Sorten
Produktionsverfahren	Gaszerstäubung, Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden, Hydrid-Dehydrid
Partikelgrößenverteilung	Anpassbar je nach Siebung
Fließfähigkeit	Verbesserter Fluss mit kugelförmigem Pulver
Scheinbare Dichte	2,5 - 4,5 g/cc
Dichte des Gewindebohrers	Bis zu 75% der theoretischen Dichte

Einige wichtige Titanlegierungssorten und ihre Eigenschaften:

Legierung	Streckgrenze (MPa)	Zugfestigkeit (MPa)	Dehnung (%)
Ti-6Al-4V	880	950	10
Ti-6Al-4V ELI	825	900	15
Ti-3Al-2,5V	900	950	8

Pulver aus Titanlegierungen können je nach Bedarf in Bezug auf Zusammensetzung, Partikelgröße, Form, Dichte, Fließfähigkeit und Mikrostruktur angepasst werden.

Lieferanten und Preise für Titanlegierungspulver

Zu den wichtigsten globalen Anbietern von Titanlegierungspulver gehören:

Anbieter	Standort	Preisspanne
AMETEK	USA	$50 - $120 pro kg
AP&C	Kanada	$55 - $150 pro kg
TLS Technik	Deutschland	$45 - $130 pro kg
CNPC-PULVER	China	$40 - $100 pro kg
KOBE STEEL	Japan	$60 - $140 pro kg
SLM-Lösungen	Indien	$30 - $90 pro kg

Die Preisspanne hängt davon ab:

• Zusammensetzung der Legierung
• Reinheitsgrade
• Partikelgröße und -verteilung
• Verwendeter Produktionsprozess
• Bestellmenge
• Zusätzliche Pulvercharakterisierung

Reduzierte Preise für Großaufträge. Individuelle Anpassung zu Premiumpreisen möglich.

Installation von Anlagen für Titanlegierungen in Pulverform

Wichtige Aspekte, die bei der Installation von Anlagen für die Handhabung von Titanlegierungspulver zu berücksichtigen sind:

Parameter	Einzelheiten
Gestaltung	Geschlossene Systeme werden bevorzugt, um eine Exposition zu vermeiden
Belüftung	Für ausreichende Belüftung sorgen, um Feinstaub zu entfernen
Explosionsschutz	Inertgasabdeckung verwenden, Zündquellen vermeiden
Gefahren	Brand-, Explosions- und Gesundheitsgefahren berücksichtigen
Sicherheit	Personenschutzausrüstung, automatisierte Systeme
Lagerung	Inertgasatmosphäre, Temperaturkontrolle
Materialumschlag	Spezialisierte Pulvertransport- und Dosiersysteme

Kritische Designfaktoren:

• Minimierung des Sauerstoffgehalts zur Vermeidung von Explosionen
• Beseitigen Sie Zündquellen und statische Aufladungen
• Rückhaltesysteme für verschüttetes Wasser und Leckagen
• Ergonomische Füll- und Entleerungsvorrichtungen
• Geeignete Materialien, die gegen Pulverabrieb resistent sind

Betrieb und Wartung von Anlagen für Titanlegierungen in Pulverform

Tätigkeit	Anweisungen
Füllen	Kontrollierte Inertgasspülung, langsame Pulverfüllraten
Operation	Parameterüberwachung und -kontrolle gemäß SOPs
Inspektion	Überprüfung der Pulverqualität, der Dichtungen der Geräte und der Dichtheit
Wartung	Regelmäßige Inspektion, Austausch verschlissener Teile, Dichtheitsprüfung
Hauswirtschaft	Häufige Reinigung zur Entfernung von Pulveransammlungen
Sicherheit	Befolgen Sie die Standardvorkehrungen für die Handhabung von Titanpulver
Ausbildung	Sicherstellung der Kompetenz des Personals in der sicheren Handhabung

Wichtige Leitlinien für den Betrieb:

• Aufrechterhaltung der Inertgasatmosphäre zu jeder Zeit
• Verhinderung des Eindringens von Sauerstoff über die Sicherheitsgrenzen hinaus
• Befolgen Sie die SOPs für die Parameterkontrolle
• Überwachung von Druck, Temperatur und Durchfluss
• Häufige Inspektion auf Undichtigkeiten
• Für ausreichende Belüftung sorgen
• Führen Sie Funkenprüfungen durch, um die Erdung zu überprüfen.

Auswahl eines Lieferanten für Titanlegierungspulver

Wichtige Faktoren, die bei der Auswahl eines Lieferanten für Titanlegierungspulver zu berücksichtigen sind:

Kriterien	Überlegungen
Qualität des Pulvers	Zusammensetzung, Reinheitsgrad, Partikelgrößenverteilung, Mikrogefüge
Technisches Fachwissen	Legierungskenntnisse, Anpassungsmöglichkeiten, Prüfeinrichtungen
Herstellungsverfahren	Gaszerstäubung bevorzugt für Qualität und Konsistenz
Zertifizierungen	ISO, branchenspezifische Zertifizierungen weisen auf Qualitätssysteme hin
F&E-Fähigkeiten	Entwicklung fortschrittlicher Legierungen und Pulvercharakterisierung
Preise	Wettbewerbsfähige Preise, Rabatte für Großaufträge
Vorlaufzeit	Fähigkeit zur termingerechten Lieferung
Kundenbetreuung	Reaktionsfähigkeit bei Anfragen, technische Unterstützung
Standort	Auswirkungen auf die Entfernung und die Logistikkosten

Durchführung von Audits und Stichproben vor Großeinkäufen. Überprüfung von Qualitätszertifikaten und der Einhaltung von Normen. Bevorzugung von Lieferanten mit großem technischen Know-how in der Herstellung von Titanlegierungspulver.

Vor- und Nachteile von Titanlegierungen in Pulverform

Profis	Nachteile
Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht	Teuer im Vergleich zu Stählen
Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit	Gefahren durch Reaktivität und Entzündbarkeit
Hitzebeständigkeit für Anwendungen bei hohen Temperaturen	Geringere Steifigkeit als Stahl
Ungiftig und biokompatibel	Schwierig zu bearbeiten und zu fertigen
Nicht-magnetisch für empfindliche Anwendungen	Begrenzte Verfügbarkeit einiger Legierungen
Gute Beständigkeit gegen Ermüdung und Risswachstum	Komplexer Herstellungsprozess

Aufgrund ihrer Vorteile eignen sich Titanlegierungen für kritische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizin und der chemischen Industrie, bei denen die Leistung die Kosten überwiegt. Einschränkungen bei der Bearbeitbarkeit, der Verfügbarkeit und den Kosten schränken die Verwendung für allgemeinere Anwendungen ein.

FAQs

F: Welches sind die wichtigsten Legierungselemente, die in Titanlegierungspulver verwendet werden?

A: Die häufigsten Legierungselemente sind Aluminium, Vanadium, Eisen, Molybdän, Zirkonium, Zinn, Niob und Tantal. Diese Elemente verbessern die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Kriechfestigkeit, Härte und andere Eigenschaften.

F: Welcher Partikelgrößenbereich wird üblicherweise für Pulver aus Titanlegierungen in der AM verwendet?

A: Bei der additiven Fertigung mit Titanlegierungspulver wird in der Regel ein Partikelgrößenbereich von 15-45 Mikron verwendet. Feinere Partikel unter 100 Mikrometern werden für bessere Sinter- und Bauteileigenschaften bevorzugt.

F: Welche Vorsichtsmaßnahmen sind beim Umgang mit Titanpulver erforderlich?

A: Verwenden Sie eine Inertgasabdeckung, explosionssichere Ausrüstung, Erdung zur Vermeidung statischer Aufladung, Vermeidung aller Zündquellen, Sicherheitsausrüstung für das Personal und befolgen Sie die Verfahren zur Verhinderung von Feuer und elektrostatischer Entladung.

F: Was sind einige gängige Anwendungen von Ti-6Al-4V-Legierungspulver?

A: Ti-6Al-4V wird aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität häufig für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt wie Flugzeugteile, Triebwerkskomponenten, Befestigungselemente und medizinische Implantate wie Gelenkersatzteile verwendet.

F: Welche Verfahren können zur Herstellung von Titanlegierungspulver verwendet werden?

A: Zu den gängigen Produktionsmethoden gehören die Gaszerstäubung, das Plasma-Rotationselektrodenverfahren, das Hydrid-Dehydrid-Verfahren und die Elektrolyse. Die Gaszerstäubung ist die am häufigsten verwendete Methode.

F: Wie wird Pulver aus Titanlegierungen in der additiven Fertigung verwendet?

A: Titanpulver wird häufig in additiven Verfahren wie selektivem Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen und direktem Metall-Lasersintern verwendet, um komplexe, leichte Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und medizinische Anwendungen herzustellen.

F: Was sind die Vorteile der Pulvermetallurgie für Titanlegierungen?

A: Die Pulvermetallurgie führt zu feinen, homogenen Mikrostrukturen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Sie ermöglicht die Herstellung komplexer, netzförmiger Bauteile mit Techniken wie dem Metall-Spritzgießen.

F: Was ist die typische Preisspanne für Pulver aus der Legierung Ti-6Al-4V für die additive Fertigung?

A: Für additive Fertigungsanwendungen kostet Ti-6Al-4V-Pulver mit einer Größe von 15 bis 45 Mikrometern je nach Menge und Qualität zwischen $80 und $150 pro Kilogramm.

F: Welche Alternativen gibt es zu Pulver aus Titanlegierungen für bestimmte Anwendungen?

A: Alternativen wie Aluminium-, Magnesium- und Nickellegierungen sind kostengünstigere Optionen, haben aber eine geringere Festigkeit bei hohen Temperaturen. Rostfreier Stahl bietet bessere Verarbeitungsmöglichkeiten. Verbundwerkstoffe können in einigen Fällen die gleiche Festigkeit aufweisen.

F: Was sind die neuesten Trends in der Pulvertechnologie für Titanlegierungen?

A: Die Entwicklung von Titanaluminiden wie Gamma-TiAl für Düsentriebwerke, kostengünstige Verfahren zur Herstellung von Titanpulver und neuere Legierungen wie Ti-1023 und Ti-5553 sind einige der neuen Trends in der Pulvertechnologie für Titanlegierungen.

Schlussfolgerung

Titanlegierungspulver bietet eine außergewöhnliche Kombination von Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität, die es für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin, in der Chemie und in anderen Branchen unverzichtbar machen. Dieser Leitfaden fasst die verschiedenen Arten, Herstellungsverfahren, Spezifikationen, Preise, Vor- und Nachteile sowie häufig gestellte Fragen zu Titanlegierungspulver zusammen, um Ingenieure, Designer und technische Beschaffungsteams bei der effektiven Nutzung dieses fortschrittlichen Materials zu unterstützen. Da die kontinuierliche Forschung zu neueren Legierungen und kostengünstigeren Pulverherstellungstechniken führt, wird erwartet, dass die Anwendungen und der Einsatz von Titanlegierungspulver in Zukunft rasch zunehmen werden.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1) What powder specifications matter most for Titanium Alloys Powder used in AM?

• Prioritize spherical morphology, PSD D10 15–20 µm, D50 25–35 µm, D90 40–50 µm; low satellites; interstitials tightly controlled (O ≤0.15 wt% for Ti-6Al-4V AM per many specs; ≤0.13 wt% for ELI variants; N ≤0.03 wt%; H ≤0.012 wt%); Hall/Carney flow within machine supplier limits; consistent apparent/tap density.

2) Gas atomization vs. PREP vs. HDH: which is best for different applications?

• Gas atomization (VIGA/EIGA) yields highly spherical, low-O powders ideal for LPBF/DED and MIM. PREP provides ultra-spherical, clean surfaces favored for EBM/critical aerospace parts but at higher cost. HDH is cost-effective for press-sinter/HIP billets; particles are angular with higher oxygen, typically not preferred for LPBF.

3) How should powder reuse be managed for Ti-6Al-4V?

• Implement sieving to spec each cycle, blend 20–30% virgin powder, track cumulative exposure hours, and monitor O/N/H and PSD tails. Set stop criteria (e.g., O increase ≥0.03 wt% from baseline, flow time +10–15%, or D90 drift >5 µm) and validate with density/fatigue checks.

4) Do titanium alloy parts always require HIP after LPBF/EBM?

• Not always. HIP is recommended for fatigue- or leak-critical components to close lack-of-fusion and gas porosity and improve HCF/LCF life. Non-critical parts with ≥99.5% density and benign defect morphologies can skip HIP after risk assessment.

5) What safety controls are essential when handling Titanium Alloys Powder?

• Maintain inert atmospheres (O2 typically <100 ppm in AM chambers), use explosion-protected equipment and grounded conductive tooling, avoid ignition sources, adopt Class D extinguishing media, and implement combustible dust housekeeping per NFPA 484/ATEX guidance.

2025 Industry Trends

• Ultra-low interstitial grades: Wider availability of ELI-grade Titanium Alloys Powder with O ≤0.12 wt% targeting implants and thin-wall lattices.
• Green/blue laser processing: Higher absorptivity enables denser Ti and copper–Ti hybrid builds with refined contour/remelt strategies.
• Traceability and data-rich CoAs: Lot genealogy, O/N/H trends, PSD raw data, and satellite indices standardize qualification for aerospace/medical.
• Sustainability: Argon recirculation, closed-loop powder handling, and certified powder reconditioning programs reduce total cost and emissions.
• Lattice allowables: Emerging fatigue design data for Ti-6Al-4V TPMS structures accelerates adoption in orthopedic and lightweight aerospace parts.

2025 Snapshot: Titanium Alloys Powder KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	Notes/Source
PSD for LPBF (Ti-6Al-4V)	D10 15–20 µm; D50 25–35 µm; D90 40–50 µm	ISO/ASTM 52907
Oxygen content (Ti-6Al-4V / ELI)	≤0.15 wt% / ≤0.13 wt%	Supplier CoAs, ASTM F3001/F2924 context
As-built relative density (LPBF)	≥99.5% with tuned parameters	CT/Archimedes verification
HIPed density	≥99.9%	Fatigue/leak-critical service
Typical tensile UTS (Ti-6Al-4V, post-HT)	950–1,150 MPa	Alloy/process dependent
Powder price band (Ti-6Al-4V AM cut)	~$200–$350/kg	Region/volume/spec dependent
Reuse cycles (managed)	6–12 cycles	Govern by O/N/H and PSD drift

Authoritative sources:

• ISO/ASTM 52907 (feedstock), ASTM F2924/F3001 (Ti-6Al-4V AM), ASTM F1472 (wrought Ti-6Al-4V): https://www.iso.org, https://www.astm.org
• ASM Handbook Vol. 7 (Powder Metallurgy) and AM volumes: https://www.asminternational.org
• NFPA 484 (combustible metals), ATEX/IECEx guidance
• Peer-reviewed: Additive Manufacturing (Elsevier), Materials & Design, Acta Materialia

Latest Research Cases

Case Study 1: Ti-6Al-4V ELI Powder Reuse Control for Orthopedic Lattices (2025)

• Background: An implant OEM faced variability in lattice fatigue across reused powder lots.
• Solution: Introduced exposure-time logging, 25% virgin blending, and interstitial SPC with per-lot CT sampling; contour+remelt tuning for strut diameters; HIP + chemical etch to retain osseointegrative roughness.
• Results: Oxygen stabilized at 0.10–0.12 wt%; HCF life at 15–20 GPa effective modulus improved 22%; dimensional CpK from 1.2 to 1.7; ISO 10993 biocompatibility maintained.

Case Study 2: EIGA Ti-5553 for Thin-Wall Aerospace Brackets (2024/2025)

• Background: An aerospace supplier needed higher strength than Ti-6Al-4V with minimal distortion.
• Solution: Qualified EIGA-produced Ti-5553 powder (low O/N), LPBF with elevated preheat and chessboard strategy; solution treat + age per supplier datasheet; selective HIP for thick sections only.
• Results: As-built density 99.6%; aged UTS 1,250 MPa with 8–10% elongation; distortion −30% vs. legacy alloy; mass −12% through lattice infill without strength loss.

Expertenmeinungen

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Interstitial control and PSD tails dominate defect populations in LPBF titanium—manage both, and fatigue performance follows.”
• Dr. John A. Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
• Viewpoint: “Powder genealogy and data-rich certificates are now indispensable to correlate process signatures with density and mechanical outcomes.”
• Dr. Sophia Chen, Senior Materials Scientist, Materion
• Viewpoint: “Modern EIGA/VIGA Titanium Alloys Powder provides the flow and cleanliness needed for thin-wall lattices while meeting stringent medical and aerospace limits.”

Practical Tools/Resources

• Standards and qualification: ISO/ASTM 52907; ASTM F2924/F3001 (Ti-6Al-4V AM); ASTM E1447 (H), ASTM E1019 (O/N); ASTM E8/E18 (mechanicals)
• Metrology: Laser diffraction (PSD), SEM for morphology/satellite count, inert gas fusion for O/N/H, Hall/Carney flow, micro‑CT for porosity/defects
• Safety: NFPA 484 combustible metal guidelines; ATEX/IECEx zoning; Class D fire response protocols
• Process control: Oxygen/moisture analyzers for build chambers; exposure-time logging; SPC dashboards tying O/N/H and PSD to density/fatigue
• Design/simulation: Ansys/Simufact Additive for scan/path and distortion; nTopology/Altair Inspire for TPMS lattices and stiffness targeting

Implementation tips:

• Specify CoAs with chemistry including O/N/H, PSD D10/D50/D90, flow and apparent/tap density, SEM morphology with satellite index, and lot genealogy.
• Match atomization route to end use: EIGA/VIGA for AM/MIM, PREP for ultra-clean AM, HDH for cost-sensitive press-sinter/HIP billets.
• Define reuse limits by property drift (O/N/H, flow, PSD) rather than fixed cycles; validate via CT and fatigue coupons.
• Plan HIP for fatigue-critical parts; for implants, preserve beneficial surface texture while finishing load-bearing interfaces.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added focused 5-question FAQ, 2025 KPI table for Titanium Alloys Powder, two recent case studies (ELI reuse control and EIGA Ti-5553 brackets), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ISO/ASTM/NFPA standards update, major suppliers change CoA practices, or new data on Ti powder reuse and lattice fatigue performance is published