Titan Ti64ELI-Pulver: Ein technischer Überblick
Inhaltsübersicht
Titan Ti64ELI-Pulver ist ein wichtiges technisches Material, das aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und Merkmale in verschiedenen Branchen verwendet wird. Dieser Artikel bietet einen umfassenden technischen Überblick über Titan Ti64ELI-Pulver und behandelt seine Zusammensetzung, Eigenschaften, Anwendungen, Spezifikationen, Preise, Vorteile und Einschränkungen.
Überblick über Titan Ti64ELI-Pulver
Titan Ti64ELI-Pulver, auch bekannt als Titan 6Al-4V ELI-Pulverist eine Titanlegierung mit Aluminium und Vanadium als Legierungselementen. Sie hat ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Ermüdungsfestigkeit, Bruchzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Ti64ELI-Pulver ist die extra niedrige interstitielle Variante von Ti64 mit einem geringeren Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen.
Ti64ELI wird für die additive Fertigung, den Metallspritzguss, das isostatische Heiß- und Kaltpressen und andere pulvermetallurgische Verfahren verwendet. Es kann in 3D zu völlig dichten, komplexen Teilen mit feinen Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften gedruckt werden, die mit denen von Ti64-Knetprodukten vergleichbar sind. Die Kombination aus geringem Gewicht, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Ti64ELI eignet sich für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin- und Dentaltechnik, für Sportartikel, im Automobilbau und in der Schifffahrt.
Zu den wichtigsten Eigenschaften von Titan Ti64ELI-Pulver gehören:
- Ausgezeichnete Biokompatibilität und Osseointegration
- Möglichkeit des 3D-Drucks komplizierter Geometrien, die durch Gießen/Bearbeiten nicht möglich sind
- Konsistente Zusammensetzung und Mikrostruktur in 3D-gedruckten Teilen
- Gute Ermüdungsfestigkeit und Bruchzähigkeit
- Geringere Zwischengitterelemente als Ti64 für bessere Duktilität
- Kompatibilität mit heißisostatischem Pressen (HIP) und Wärmebehandlungen
- Übereinstimmung mit den ASTM-Normen für Chemie und Partikelgröße
Zusammensetzung von Titan Ti64ELI-Pulver
Die typische chemische Zusammensetzung von Titan Ti64ELI Pulver ist:
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Titan (Ti) | Bilanz |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% |
| Vanadium (V) | 3.5-4.5% |
| Sauerstoff (O) | ≤ 0,13% |
| Stickstoff (N) | ≤ 0,05% |
| Kohlenstoff (C) | ≤ 0,08% |
| Eisen (Fe) | ≤ 0,25% |
Die wichtigsten Legierungselemente sind Aluminium und Vanadium. Aluminium erhöht die Festigkeit und verringert die Dichte. Vanadium verbessert die Festigkeit und Duktilität. Der geringe Anteil der Zwischengitterelemente Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in Ti64ELI führt zu einer besseren Duktilität im Vergleich zu Ti64.
Eigenschaften von Titan Ti64ELI-Pulver
Titan Ti64ELI-Pulver hat die folgenden Eigenschaften:
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Dichte | 4,43 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 1604-1660°C |
| Wärmeleitfähigkeit | 6,7 W/m-K |
| Elektrischer spezifischer Widerstand | 170 μΩ-cm |
| Elastizitätsmodul | 114 GPa |
| Zugfestigkeit | 895-930 MPa |
| Streckgrenze | 825-875 MPa |
| Dehnung | 10-15% |
| Querkontraktionszahl | 0.32-0.34 |
| Ermüdungsfestigkeit | 400 MPa |
Die wichtigsten Highlights:
- Geringe Dichte im Vergleich zu Stählen
- Behält Festigkeit und Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen
- Stärker als handelsübliches Reintitan
- Geringere Duktilität als geknetetes Ti64, aber ausreichend für die meisten Anwendungen
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit durch eine stabile Oxidschutzschicht
Anwendungen von Titan Ti64ELI-Pulver
| Industrie | Anwendungen | Immobilien gehebelt |
|---|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | * Triebwerkskomponenten (Lüfterschaufeln, Verdichterscheiben) * Flugwerke (Fahrwerkskomponenten, Flügelrippen) * Turbinen (Gehäuse, Schaufeln) * Befestigungselemente * Zahnräder * Hydrauliksysteme (Rohre, Armaturen) | * Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Reduziert das Gewicht bei gleichbleibender struktureller Integrität für verbesserte Kraftstoffeffizienz und Nutzlastkapazität. * Ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit: Hält wiederholten Belastungszyklen während des Fluges stand und erhöht die Langlebigkeit der Komponenten. * Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Gute Leistung in rauen Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und Einwirkung von Enteisungsflüssigkeiten. |
| Medizinisch & Zahnmedizinisch | * Orthopädische Implantate (Knochenplatten, Schrauben, Hüftprothesen) * Prothesen (Knie, Hüften, Arme) * Chirurgische Instrumente (Skalpelle, Pinzetten) * Zahnimplantate | * Biokompatibilität: Sicher für die Implantation im Körper, wodurch das Risiko einer Abstoßung minimiert wird. * Hervorragende Festigkeit und Zähigkeit: Bietet Halt und Stabilität für Knochen und Gelenke. * Korrosionsbeständigkeit: Verhindert das Wachstum von Bakterien und gewährleistet die Langlebigkeit des Implantats im Körper. * Formbarkeit: Ermöglicht die Herstellung komplexer, patientenspezifischer Implantate durch additive Fertigung. |
| Automobilindustrie | * Ventile (Einlass, Auslass) * Pleuelstangen * Rennwagenkomponenten (Aufhängungsteile, Überrollkäfige) | * Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Geringeres Gewicht für bessere Leistung und Handhabung. * Außergewöhnliche Ermüdungsfestigkeit: Hält den hohen Belastungen bei Fahrten und Rennen stand. * Gute Hitzebeständigkeit: Hält die Leistung in heißen Motorumgebungen aufrecht. * Korrosionsbeständigkeit: Hält der Einwirkung von Streusalz und anderen korrosiven Elementen stand. |
| Marine | * Propeller * Pumpen * Wellen * Rohre und Armaturen | * Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Leistung in Salzwasserumgebungen, verhindert Degradation und gewährleistet eine lange Lebensdauer. * Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Reduziert das Gewicht der Komponenten für eine verbesserte Schiffsstabilität und Kraftstoffeffizienz. * Gute Ermüdungsfestigkeit: Hält den ständigen Belastungen durch Wellenschlag und Meeresströmungen stand. * Beständigkeit gegen Kavitation: Bewahrt die strukturelle Integrität, wenn sie der Bildung und dem Zerfall von Blasen im Wasser ausgesetzt ist. |
| Chemische Verarbeitung | * Wärmetauscher * Ventile * Rohre für den Umgang mit ätzenden Chemikalien | * Außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit: Widersteht dem Angriff einer Vielzahl von Chemikalien und gewährleistet einen sicheren und zuverlässigen Betrieb. * Hohe Festigkeit und Zähigkeit: Bewahrt die strukturelle Integrität unter Druck und bei erhöhten Temperaturen. * Biokompatibilität (bei bestimmten Anwendungen): Geeignet für den Umgang mit Chemikalien, die bei der Herstellung von Arzneimitteln und medizinischen Geräten verwendet werden. |
| Sportartikel | * Golfschläger (Driver, Bügeleisen) * Fahrradrahmen * Tennisschläger | * Hohes Verhältnis von Stärke zu Gewicht: Leichtgewichtige Ausrüstung für mehr Schwunggeschwindigkeit und Kraft. * Gute Ermüdungsfestigkeit: Widersteht den wiederholten Stößen, die während des Gebrauchs auftreten. * Abstimmbare Steifigkeit: Ermöglicht die Anpassung der Ausrüstung an individuelle Spielerpräferenzen. * Korrosionsbeständigkeit (bei bestimmten Anwendungen): Gewährleistet die Haltbarkeit der Ausrüstung unter verschiedenen Wetterbedingungen. |
Spezifikationen von Titan Ti64ELI-Pulver
Titan Ti64ELI Pulver ist in den folgenden Spezifikationen erhältlich:
| Parameter | Einzelheiten |
|---|---|
| Partikelgrößen | 15-45 Mikrometer |
| Produktionsverfahren | Gaszerstäubung |
| Partikelform | Sphärisch |
| Größenverteilung | D10: 20 Mikrometer, D50: 35 Mikrometer, D90: 40 Mikrometer |
| Scheinbare Dichte | ~2,2 g/cc |
| Zapfstellendichte | ~3,2 g/cc |
| Fließfähigkeit | Ausgezeichnet |
| Normen | ASTM B348 Klasse 23 |
Größere Partikelgrößen von 63-106 Mikrometern können je nach den Anforderungen der Anwendung kundenspezifisch hergestellt werden. Feinere Partikelgrößen sind für Metall-Spritzguss-Rohmaterial erhältlich.
Lieferanten und Preise für Titan Ti64ELI-Pulver
Einige der wichtigsten Lieferanten und Preisangaben für Titan Ti64ELI-Pulver sind:
| Anbieter | Preise |
|---|---|
| AP&C | $88/kg bei Bestellungen über 1000 kg |
| Arcam AB | $75/kg für Bestellungen über 500 kg |
| TLS Technik | 100 €/kg für Bestellungen über 100 kg |
| LPW-Technologie | 70-90 £/kg für Bestellungen über 100 kg |
| CNPC-Pulver | $80-100/kg für >100 kg |
Die Preise variieren von $70-100 pro kg je nach Bestellmenge, Partikelgrößenverteilung und Standort. Kleine Mengen und Forschungsproben können über $500/kg kosten.
Vergleich zwischen Titan Ti64- und Ti64ELI-Pulver
Hier ein Vergleich zwischen Ti64ELI und Ti64-Titanlegierungen:
| Parameter | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Interstitielle O, C, N | Unter | Höher |
| Duktilität | Höher | Unter |
| Zähigkeit | Besser | Schlecht |
| Schweißeignung | Ausgezeichnet | Mäßig |
| Korrosionsbeständigkeit | Vergleichbar | Vergleichbar |
| Stärke | Vergleichbar | Vergleichbar |
| Kosten | Höher | Unter |
| AM-Eignung | Ausgezeichnet | Mäßig |
Vorteile von Ti64ELI gegenüber Ti64
| Merkmal | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| Duktilität und Zähigkeit | Überlegene | Unter |
| Beschreibung | Ti64ELI weist eine größere Fähigkeit auf, sich unter Belastung zu verformen, ohne zu brechen (Duktilität), und eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Rissausbreitung (Zähigkeit). Dies macht es ideal für Anwendungen, die Stößen oder hohen Belastungen ausgesetzt sind, und verringert das Risiko eines katastrophalen Versagens. | Beschreibung |
| Schweißeignung | Ausgezeichnet | Mäßig |
| Beschreibung | Aufgrund des geringeren Gehalts an Zwischengitterelementen wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff lässt sich Ti64ELI mit minimaler Rissbildung oder Sprödigkeit schweißen. Dies ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen durch das Zusammenfügen mehrerer Ti64ELI-Teile, wobei starke und zuverlässige Verbindungen erhalten bleiben. | Beschreibung |
| Additive Fertigung (AM) Eignung | Ausgezeichnet | Mäßig |
| Beschreibung | Der geringere Zwischengitteranteil und die höhere Duktilität von Ti64ELI machen es zu einer bevorzugten Wahl für 3D-Druckverfahren wie das Pulverbettschmelzen. Dies führt zu einem geringeren Risiko der Rissbildung während des Druckvorgangs und zu fertigen Teilen mit besseren mechanischen Eigenschaften. | Beschreibung |
| Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoffversprödung | Widerstandsfähiger | Weniger widerstandsfähig |
| Beschreibung | Der geringere Zwischengitteranteil von Ti64ELI minimiert die Wasserstoffaufnahme, eine der Hauptursachen für Versprödung (Verlust der Duktilität) in Titanlegierungen. Dies ist entscheidend für Teile, die einer Wasserstoffumgebung ausgesetzt sind, wie z. B. bei der chemischen Verarbeitung oder bei Tiefseeanwendungen. | Beschreibung |
| Wärmebehandlung Reaktion | Kann höhere Kraftniveaus erreichen | Geringere erreichbare Stärke |
| Beschreibung | Aufgrund seines geringeren interstitiellen Gehalts kann Ti64ELI wärmebehandelt werden, um höhere Festigkeitswerte als Ti64 zu erreichen. Dies ermöglicht ein breiteres Spektrum an mechanischen Eigenschaften je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung. | Beschreibung |
| Kosten | Höher | Unter |
| Beschreibung | Die strengere Kontrolle der Zwischengitterelemente und die zusätzlichen Verarbeitungsschritte bei der Herstellung von Ti64ELI führen zu höheren Materialkosten im Vergleich zu Ti64. | Beschreibung |
Einschränkungen von Ti64ELI gegenüber Ti64
| Eigentum | Ti64 | Ti64ELI |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 896-1034 | 827-965 |
| Streckgrenze (MPa) | 758-903 | 703-831 |
| Dehnung (%) | 10-15 | 15-20 |
| Zähigkeit (Bruchzähigkeit) | Mäßig | Hoch |
| Schweißeignung | Gut | Ausgezeichnet |
| Verformbarkeit | Gut | Ausgezeichnet |
| Biokompatibilität | Gut | Ausgezeichnet |
Vor- und Nachteile von Titan Ti64ELI-Pulver
| Profis | Nachteile |
|---|---|
| Ausgezeichnetes Verhältnis von Stärke zu Gewicht | Hohe Kosten |
| Hervorragende Korrosionsbeständigkeit | Reaktivität bei hohen Temperaturen |
| Komplexe Geometrien mit 3D-Druck entschlüsseln | Geringere Duktilität im Vergleich zu Reintitan |
| Biokompatibel und fördert die Osseointegration | Herausforderungen bei der maschinellen Bearbeitung |
| Konsistente Materialeigenschaften | Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung |
FAQs
F: Was ist der Unterschied zwischen Ti64ELI und Ti64?
A: Ti64ELI hat im Vergleich zu Ti64 weniger Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in den Zwischenräumen. Dies verleiht Ti64ELI eine bessere Duktilität und Bruchzähigkeit.
F: Welche Anwendungen gibt es für Ti64ELI-Pulver?
A: Hauptanwendungen sind Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, Automobilteile und 3D-Druck. Es wird häufig in Branchen eingesetzt, in denen hohe Festigkeit, geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.
F: Welche Partikelgröße wird für AM verwendet?
A: Für AM-Verfahren wie selektives Laserschmelzen (SLM) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) wird eine Partikelgröße von 15-45 Mikrometern empfohlen.
F: Was sind die Vorteile von Ti64ELI gegenüber Edelstahl?
A: Ti64ELI hat im Vergleich zu nichtrostenden Stählen ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, eine bessere Korrosionsbeständigkeit und eine bessere Biokompatibilität. Allerdings ist Ti64ELI auch teurer.
F: Welche Nachbearbeitung ist bei Ti64ELI AM Teilen erforderlich?
A: AM-Teile benötigen möglicherweise heißisostatisches Pressen (HIP), Wärmebehandlungen und maschinelle Bearbeitung, um die erforderlichen Abmessungen, Oberflächengüte und Materialeigenschaften zu erreichen.
F: Können Ti64ELI-Teile für Reparaturen oder Verbindungen geschweißt werden?
A: Ja, Ti64ELI lässt sich hervorragend schweißen. Ti64ELI-Teile können mit Laser-, Elektronenstrahl- und Lichtbogenschweißen geschweißt werden. Um Oxidation zu vermeiden, ist eine geeignete Abschirmung erforderlich.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Titanpulver Ti64ELI eine hervorragende Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität, Verarbeitbarkeit und Wärmebehandelbarkeit bietet. Seine Anwendungen erstrecken sich auf die Bereiche Luft- und Raumfahrt, Medizin, Automobil, Chemie und Konsumgüter. Mit der additiven Fertigung können komplexe Ti64ELI-Teile direkt aus CAD-Daten in 3D gedruckt werden, um leichte Strukturbauteile auf Abruf zu produzieren. Allerdings ist Ti64ELI teurer als Ti64 und schwierig zu bearbeiten. Insgesamt bietet Ti64ELI Möglichkeiten, die über die Grenzen herkömmlicher Titanlegierungen hinausgehen.
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