Titan Ti64ELI-Pulver: Ein technischer Überblick

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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Additional FAQs on Titanium Ti64ELI Powder

1) What powder specifications are most critical for LPBF using Titanium Ti64ELI powder?

• Target PSD of 15–45 μm (or 20–53 μm), high sphericity (≥0.93), low interstitials (O ≤0.13 wt% per Grade 23, N ≤0.05 wt%, H ≤0.012 wt%), Hausner ratio ≤1.25, and minimal satellites. Validate via ASTM B822 (PSD), B212/B213/B964 (density/flow), and LECO O/N/H.

2) Does Ti64ELI always require HIP after printing?

• For medical implants and fatigue‑critical aerospace parts, HIP is strongly recommended to close lack‑of‑fusion and gas porosity and to stabilize properties. For noncritical components, optimized parameters plus stress relief can suffice, subject to qualification and CT/NDE results.

3) How does powder reuse affect Titanium Ti64ELI powder quality?

• Reuse increases oxygen and shifts PSD. Common practices refresh 20–50% virgin powder per cycle, sieve under inert gas, track O/N/H and flow metrics, and set a maximum reuse count based on mechanical property surveillance.

4) What heat treatments are typical for Ti64ELI AM parts?

• Stress relief ~650–800°C (1–2 h, inert/vacuum), optional HIP ~920–930°C/100–120 MPa/2 h, followed by aging if specified. Parameters vary by specification (e.g., ASTM F3001 for Ti‑6Al‑4V ELI PBF components).

5) Are there special cleanliness and contamination controls for implant-grade Ti64ELI?

• Yes. Use dedicated handling tools, inert powder processing, low oxygen environment, cleanroom-compatible packaging, and validated cleaning (ultrasonic + solvent) and passivation where required. Maintain full powder/part genealogy (powder passport).

2025 Industry Trends for Titanium Ti64ELI Powder

• Tightening interstitial limits: More suppliers offer oxygen targets ≤0.11 wt% to improve elongation in thin sections.
• Digital powder passports: Genealogy linking chemistry (O/N/H), PSD, sphericity, reuse cycles, and build logs is now routine for implantables.
• Multi-laser LPBF maturity: Stitching compensation and in-situ monitoring reduce CT scrap rates for large Ti64ELI builds.
• Argon efficiency: Widespread argon recovery and closed powder transfer improve sustainability and cost.
• Qualification playbooks: Expanded adoption of ASTM F3001/F2924 routes and ISO 13485-aligned QA for medical AM with Ti64ELI.

2025 Snapshot: Ti64ELI Powder and AM KPIs (indicative)

Metrisch	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Oxygen (wt%, lot spec target)	≤0.13	≤0,12	≤0.11	ASTM F3001 alignment; supplier capability
Sphericity (image analysis)	0.92–0.96	0.93–0.97	0.94–0.98	Gas/plasma atomized
As-built density (LPBF, %)	99.5–99.8	99.6–99.9	99.7–99.95	Optimized process windows
HIP adoption in implants (%)	70-85	75–90	80–95	Regulatory/QA drivers
Typical lead time (100–300 kg, weeks)	6–10	5-8	4–7	Added regional capacity

References: ASTM F3001 (Ti‑6Al‑4V ELI PBF), ASTM F2924 (Ti‑6Al‑4V), ISO/ASTM 52907/52920/52930; OEM notes (EOS, SLM Solutions, GE Additive, Renishaw), NIST AM Bench, NFPA 484.

Latest Research Cases

Case Study 1: Reducing Oxygen Uptake in Reused Ti64ELI Powder via Closed-Loop Handling (2025)

• Background: A medical device OEM observed rising O content and flow variability after multiple powder reuse cycles, increasing CT scrap.
• Solution: Implemented sealed, argon-purged sieving/transfer; refreshed 30% virgin per cycle; added in-situ chamber O2 monitoring and powder passporting (O/N/H, PSD, Hausner).
• Results: Mean powder O reduced from 0.125 wt% to 0.112 wt%; Hausner improved from 1.27 to 1.23; CT scrap −28%; elongation at RT +2–3% absolute in thin struts.

Case Study 2: Multi-Laser Stitch Optimization for Large Ti64ELI Orthopedic Builds (2024)

• Background: A contract manufacturer scaling to 8‑laser LPBF saw dimensional bias and localized porosity at overlap regions.
• Solution: Per-field power/spot calibration, contour blending, vector rotation, and recoater force monitoring; HIP + stress relief per implant spec; enhanced CT sampling guided by anomaly maps.
• Results: Overlap porosity −40%; dimensional deviation cut from 100 μm to 45 μm; overall yield +18% with unchanged tensile and LCF properties.

Expertenmeinungen

• Prof. Tresa M. Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
• Viewpoint: “For Titanium Ti64ELI powder, interstitial control across atomization, handling, and reuse has a first-order effect on ductility and fatigue—more than small parameter tweaks.”
• Dr. Moataz Attallah, Professor of Advanced Materials Processing, University of Birmingham
• Viewpoint: “Multi-laser stitch management and HIP discipline are now central to certifying large Ti64ELI implant and aerospace structures.”
• Dr. John Slotwinski, Director of Materials Engineering, Relativity Space
• Viewpoint: “Powder passports tying O/N/H, PSD, and reuse cycles to part serials are rapidly becoming baseline for regulated Ti64ELI programs.”

Practical Tools and Resources

• Normen
• ASTM F3001 (Additive manufacturing Ti‑6Al‑4V ELI), ASTM F2924 (AM Ti‑6Al‑4V), ISO/ASTM 52907/52920/52930 (feedstock/process/quality): https://www.astm.org und https://www.iso.org
• Sicherheit
• NFPA 484 (combustible metal powders), ANSI Z136 (laser safety): https://www.nfpa.org
• Metrology and datasets
• NIST AM Bench resources; LECO O/N/H analysis best practices: https://www.nist.gov
• OEM application notes
• EOS, SLM Solutions, GE Additive, Renishaw guidance on Ti64ELI LPBF parameters, HIP/heat treatment, and in-situ monitoring
• QA and analytics
• CT analysis (Volume Graphics, Dragonfly); build prep and QA (Materialise Magics, Siemens NX AM, Ansys Additive, Autodesk Netfabb)

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included a 2025 KPI table for Ti64ELI powder and LPBF; provided two case studies (oxygen control in reuse; multi-laser stitch optimization); compiled expert viewpoints; linked standards, safety, OEM notes, and QA tools
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ASTM/ISO standards update, major OEMs release new multi-laser controls for Ti64ELI, or new datasets on interstitial control and HIP outcomes are published