Titanlegierungen

Titanlegierungen sind metallische Werkstoffe, die auf dem Element Titan basieren und durch Zusatz anderer Elemente wie Aluminium, Vanadium, Molybdän oder Eisen leistungsfähiger gemacht werden als reines Titan. Sie verbinden eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und guter Biokompatibilität, weshalb sie in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt werden.

Titanlegierungen werden nach ihrer Kristallstruktur in drei Hauptgruppen unterteilt: alpha, beta und alpha-beta legierte Materialien. Alpha-Stabilisatoren wie Aluminium und Sauerstoff erhöhen Festigkeit und Wärmebeständigkeit, Beta-Stabilisatoren wie Vanadium, Molybdän, Niob, Tantal, Eisen oder Chrom verbessern die Warmfestigkeit des β-Gitters. Die verbreitetste alpha-beta Legierung ist Ti-6Al-4V (Grade 5); Ti-6Al-4V ELI wird häufig für medizinische Implantate verwendet.

Typische Legierungselemente und ihre Effekte: Aluminium erhöht Festigkeit und reduziert die Duktilität leicht; Vanadium und Molybdän steigern die Zugfestigkeit; Sauerstoff erhöht Festigkeit und Steifigkeit, mindert jedoch die Verformbarkeit; Eisen, Niob und Chrom verbessern Ermüdungsverhalten und Korrosionsbeständigkeit; Stickstoff und Kohlenstoff beeinflussen Eigenschaften je nach Gehalt.

Eigenschaften: Titanlegierungen bieten eine hohe spezifische Festigkeit, gute Ermüdungsfestigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber vielen Medien. Nachteile sind begrenzte Hochtemperaturfestigkeit und potenzielle Wasserstoffversprödung unter bestimmten Bedingungen. Schweißen und spanende Bearbeitung erfordern spezialisierte Techniken.

Verarbeitung: Herstellung erfolgt durch Gießen, Schmieden, Extrudieren oder Pulvermetallurgie. Wärmebehandlung erfolgt je nach Legierung in α/β- oder β-Zuständen. Anwendungen umfassen Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Chemieindustrie sowie medizinische Implantate.

Standards: Normen wie ASTM B348 und ISO 5832 regulate Titanlegierungen, einschließlich Anforderungen an Materialeigenschaften, Prüfung und Biokompatibilität.

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