Ti22Al25Nb-Pulver: Normen, Typen, Spezifikationen

Überblick über Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb ist ein Alpha-2-Titanaluminid-Legierungspulver mit 22% Aluminium, 25% Niob und dem Rest Titan. Sie weist eine attraktive Kombination von Eigenschaften auf:

  • Geringe Dichte - 3,7 g/cm3, fast die Hälfte der Dichte von Nickelsuperlegierungen
  • Ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit und Kriechfestigkeit
  • Gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit
  • Eignung für Betriebstemperaturen bis zu 750°C

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Ti22Al25Nb für die Herstellung von leichten Hochleistungskomponenten für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und andere Anwendungen mittels additiver Fertigung oder Pulvermetallurgie.

Arten von Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb-Legierungspulver kann je nach Herstellungsverfahren und Morphologie in die folgenden Haupttypen eingeteilt werden:

TypBeschreibungPartikelformGrößenbereichProduktionsverfahren
Zerstäubtes GasUnregelmäßiges kugelförmiges PulverMeistens kugelförmig15-75 μmGaszerstäubung
Plasma zerstäubtHochgradig kugelförmiges PulverHochgradig kugelförmig10-45 μmPlasma-Zerstäubung
GemischtGemisch aus gasförmigen, zerstäubten und unregelmäßigen PartikelnGemischte Morphologie15-125 μmMechanische Vermischung
LegiertVorlegiertes Pulver mit homogener Zusammensetzungkugelförmig oder unregelmäßig15-105 μmGas-/Plasmazerstäubung von vorlegierter Schmelze

Plasmazerstäubte und vorlegierte Pulver bieten homogenere Eigenschaften, sind aber teurer. Gemischte und gaszerstäubte Pulver sind eine kostengünstigere Option.

Überblick über Ti22Al25Nb-PulverTi22Al25Nb ist ein Alpha-2-Titanaluminid-Legierungspulver mit 22% Aluminium,

Merkmale und Eigenschaften von Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb weist eine außergewöhnliche Mischung aus physikalischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften auf:

EigentumBeschreibung
Dichte3,7 g/cm3
Schmelzpunkt1540°C
Elektrischer spezifischer Widerstand182 μΩ-cm
Elastizitätsmodul151 GPa
Querkontraktionszahl0.34
Zugfestigkeit500-900 MPa
Druckfestigkeit1000-1600 MPa
Härte350-450 HV
Bruchzähigkeit25-35 MPa-m^1/2
Wärmeleitfähigkeit24 W/m-K
Wärmeausdehnungskoeffizient11 x 10^-6 K^-1
OxidationsbeständigkeitAusgezeichnet bis zu 750°C

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich für hochbelastete Anwendungen bei erhöhten Temperaturen in korrosiven Umgebungen in allen Sektoren.

Anwendungen von Ti22Al25Nb-Legierungspulver

Ti22Al25Nb-Pulver kann zur Herstellung von Komponenten für die folgenden Anwendungen verwendet werden:

Luft- und Raumfahrt: Turbinenschaufeln, Scheiben, Gehäuse, Hitzeschilde, Motorteile

Automobilindustrie: Turboladerräder, Ventile, Pleuel, Federn, Auspuffkomponenten

Industrielle Gasturbinen: Brennerauskleidungen, Düsen, Rotoren, Gehäuse

Chemische Industrie: Ventile, Pumpen, Wärmetauscher für korrosive Umgebungen

Biomedizinische: Orthopädische und Zahnimplantate, chirurgische Instrumente

Sport und Freizeit: Golfschlägerköpfe, Fahrradteile, Komponenten für Motorräder

Elektronik: Leadframes, Steckverbinder, Verpackungen für das Wärmemanagement

Energie: Nukleare, geothermische und solarthermische Anlagen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern

Die geringe Dichte und die Hochtemperatureigenschaften bieten im Vergleich zu herkömmlichen Nickel- und Stahllegierungen erhebliche Vorteile bei der Gewichtsreduzierung und der Verbesserung der Effizienz.

Spezifikationen von Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb-Pulver muss den folgenden Spezifikationen entsprechen:

ParameterSpezifikationPrüfverfahren
Partikelgröße15-150 μmLaserbeugung, Siebanalyse
PartikelformSphärisch, eckig oder gemischtSEM-Bildgebung
Scheinbare Dichte> 2,5 g/cm3ASTM B212
Dichte des Gewindebohrers> 3,5 g/cm3ASTM B527
Durchflussmenge> 25 s/50gASTM B213
ZusammensetzungAl 20-23 wt%, Nb 23-27 wt%, Ti GleichgewichtICP-OES
Sauerstoffgehalt< 2000 ppmInertgasfusion
Stickstoffgehalt< 500 ppmInertgasfusion
Kohlenstoffgehalt< 1000 ppmAnalyse der Verbrennung
Wasserstoffgehalt< 100 ppmInertgasfusion

Die Anforderungen gewährleisten eine hohe Pulverqualität für die additive Fertigung, den Metallspritzguss und die Press- und Sinterverarbeitung.

Konstruktionsüberlegungen für Ti22Al25Nb-Teile

Bei der Verwendung von Ti22Al25Nb-Pulver müssen mehrere Konstruktionsfaktoren optimiert werden:

  • Die Mindestwandstärke sollte 1-2 mm betragen, um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten.
  • Großzügige Verrundungen und tangentiale Übergänge sollten verwendet werden, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.
  • Für eine einfache Pulverentfernung werden Entformungswinkel von ≥ 2° empfohlen.
  • A-gesinterte Oberflächen haben eine geringere Oberflächengüte als geschmiedete Produkte; eine Nachbearbeitung kann erforderlich sein.
  • Maßtoleranzen bis zu ±0,2% sind möglich, typisch sind jedoch ±0,5-1%.
  • Eine Sinterdichte ≥ 95% ist erforderlich, um mechanische Eigenschaften zu erreichen, die denen von Knetlegierungen nahe kommen.
  • Durch eine Wärmebehandlung kann die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung weiter erhöht werden.
  • Kritische Merkmale müssen möglicherweise durch heißisostatisches Pressen oder maschinelle Bearbeitung nachbearbeitet werden.

Die sorgfältige Berücksichtigung dieser Aspekte bei der Konstruktion ermöglicht die erfolgreiche und wirtschaftliche Herstellung von Hochleistungsbauteilen aus Ti22Al25Nb mittels pulvermetallurgischer Verfahren.

Normen für Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb-Pulver muss den folgenden Normen entsprechen:

StandardBeschreibung
ASTM B981Standardspezifikation für Titanlegierungen in Pulverform für MIM
EN 10204Anforderungen an chemische Analysen und Prüfberichte
ISO 9001Anforderungen an das Qualitätsmanagementsystem
ISO 13485Qualitätsmanagement für Medizinprodukte
AMS 4967Zusammensetzungsgrenzen für Titanlegierungspulver

Die Zertifizierung nach Normen für Chemie, Qualitätssysteme und Tests gibt den Kunden die Gewissheit, dass das Pulver die Spezifikationen für die jeweilige Anwendung erfüllt. Für Anwendungen in der Medizin und der Luft- und Raumfahrt gelten zusätzliche Anforderungen.

Lieferanten von Ti22Al25Nb-Pulver

Zu den weltweit führenden Anbietern von Ti22Al25Nb-Pulver gehören:

AnbieterPartikelgrößeProduktionsverfahrenWesentliche Merkmale
AP&C15-45 μmPlasma-ZerstäubungHochgradig kugelförmig, vorlegiert
TLS Technik10-75 μmGaszerstäubungKostengünstiges unregelmäßiges Pulver
Sandvik Fischadler45-150 μmGaszerstäubungGemischte und vorlegierte Optionen
Praxair15-105 μmGaszerstäubungKapazität für Großaufträge
Zimmerer-Zusatzstoff15-75 μmGaszerstäubungOptimierte Partikelgrößenverteilung

Faktoren wie Vorlaufzeit, Mindestbestellmenge und Standort sollten bei der Auswahl eines Lieferanten ebenfalls berücksichtigt werden. Um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen, kann eine zusätzliche Anpassung des Pulvers erforderlich sein.

Kostenvoranschlag für Ti22Al25Nb-Pulver

Ti22Al25Nb-Pulver ist aufgrund des höheren Niobgehalts und der geringeren Produktionsmengen teurer als Titangüten wie Ti-6Al-4V:

PulversortePartikelgrößePreisspanne
Unregelmäßig15-75 μm$200-300/kg
Sphärisch15-45 μm$250-450/kg
Legiert15-75 μm$300-500/kg
Plasma sphäroidisiert15-45 μm$400-600/kg
  • Bei Großbestellungen von mehr als 100 kg sinken die Preise erheblich.
  • Spezielle Siebe oder Mischungen zur Anpassung der Partikelgrößenverteilung erfordern einen Aufpreis.
  • Hochwertige kugelförmige und vorlegierte Pulver haben einen höheren Preis.
  • Die notierten Preise können aufgrund von Rohstoff- und Energiekosten im Laufe der Zeit schwanken.

Installation und Wartung von Ti22Al25Nb-Pulveranlagen

Bei der Installation von Pulverhandhabungssystemen und der Verarbeitung von Ti22Al25Nb-Pulver sollten besondere Praktiken beachtet werden:

TätigkeitVerfahren
LagerungVersiegelte Behälter in einer trockenen (<50% RH) Umgebung bei 18-25°C lagern. First-in-first-out Bestandsmanagement.
HandhabungGeeignete PSA verwenden - Handschuhe, Atemschutzmaske, Schutzbrille. Pulver vorsichtig einfüllen, um Verschütten zu vermeiden. Alle Geräte erden.
EinrichtungQualifizieren und validieren Sie alle Geräte. Prüfen Sie den Wiege-, Misch-, Dosier- und Siebvorgang.
VerarbeitungHalten Sie sich genau an alle angegebenen Parameterrichtlinien. Überprüfen Sie regelmäßig den Zustand des Pulvers.
WartungErstellen Sie einen Zeitplan für die vorbeugende Wartung. Prüfen Sie Dichtungen, Kontrollen und Filter regelmäßig. Unregelmäßigkeiten sofort beheben.
SicherheitSicherstellen, dass Feuerlösch- und Explosionsschutzsysteme betriebsbereit sind. Erforderlichenfalls sind Sprengwände zu installieren.

Eine ordnungsgemäße Installation, Bedienung und Wartung sind entscheidend für die sichere Handhabung von Titanpulver und die Vermeidung von Prozessstörungen.

Ti22Al25Nb-Pulver

Auswahl eines Ti22Al25Nb-Pulverlieferanten

Bei der Auswahl eines Lieferanten für Ti22Al25Nb-Pulver sind folgende Schlüsselfaktoren zu beachten:

  • Technisches Fachwissen bei der Herstellung von Titanpulver, einschließlich Legierung, Gasverdüsung, Qualitätskontrolle
  • Verschiedene Pulverarten und -größen - sphärisch, vorlegiert, gemischt, verschiedene Korngrößenverteilungen
  • Qualitätszertifikate - ISO 9001, ISO 13485, AS9100 usw., die auf eine strenge Qualitätskontrolle hinweisen
  • Batch-Testing-Fähigkeiten - chemische Analyse, Partikelgrößenanalyse, Mikroskopie, Dichte, Durchflussmenge
  • Anpassungsfähigkeit - Fähigkeit, spezielle Partikeleigenschaften oder enge Toleranzen zu liefern
  • Preisgestaltung - wettbewerbsfähige Preise sowohl für große als auch für kleine Abnahmemengen
  • Vorlaufzeit - kurze Vorlaufzeiten, die für schnelle Forschung und Prototyping unerlässlich sind
  • Bestandsaufnahme - eine gewisse Lagerverfügbarkeit bei Standardpulvern, um Vorlaufzeiten zu vermeiden
  • Kundenbetreuung - reaktionsschnelle technische Unterstützung und offene Kommunikation
  • Vertriebsnetz - geografische Nähe für geringere Transportzeiten und -kosten

Etablierte Titanpulverhersteller mit einer breiten Produktpalette und einem großen Lagerbestand können die Anforderungen am besten erfüllen.

Vor- und Nachteile von Ti22Al25Nb-Pulver

Vorteile

  • Sehr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
  • Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen
  • Gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
  • Ermöglicht leichte technische Komponenten
  • Komponenten können schwere Stahl- oder Nickelteile ersetzen
  • Kostengünstig im Vergleich zu anderen Titanlegierungen
  • Etablierte Lieferantenbasis für Qualitätspulver

Benachteiligungen

  • Höhere Kosten als bei Pulvern aus Stahl, Aluminium oder Nickellegierungen
  • Schwierige Verarbeitung aufgrund der Reaktivität des Titans
  • Sprödes Verhalten begrenzt Kaltumformung und Bearbeitung
  • Erfordert ein hohes Maß an Prozesskontrolle und Bedienerwissen
  • Nachbearbeitung oft erforderlich, um endgültige Teileigenschaften zu erreichen
  • Begrenzte Anzahl von Lieferanten im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen

Für Anwendungen, bei denen die Vorteile der geringen Dichte und Temperaturbeständigkeit die höheren Kosten aufwiegen, ist Ti22Al25Nb-Pulver eine attraktive Wahl. Die Verarbeitung erfordert jedoch strenge Kontrollen.

Vergleich von Ti22Al25Nb-, TA15- und Ti6Al4V-Pulvern

Ti22Al25Nb liegt von den Eigenschaften her zwischen TA15 und Ti6Al4V:

LegierungDichteStärkeDuktilitätOxidationsbeständigkeitTemperatur verwendenKosten
Ti22Al25NbNiedrigHochMittelGutHochHoch
TA15Sehr niedrigMittelNiedrigAusgezeichnetSehr hochSehr hoch
Ti6Al4VMittelMittelHochMäßigMittelNiedrig
  • Ti22Al25Nb bietet die beste Allround-Kombination aus Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Kosten.
  • TA15 wird für Anwendungen bei extremen Temperaturen verwendet, ist aber spröder.
  • Ti6Al4V bietet eine höhere Duktilität, aber niedrigere Betriebstemperaturen.

Somit bietet Ti22Al25Nb ein optimales Gleichgewicht für die meisten kritischen rotierenden Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, Turbinenschaufeln und andere Hochleistungsanwendungen.

Ti22Al25Nb-Pulver

FAQ

Was sind die wichtigsten Vorteile von Ti22Al25Nb gegenüber Nickelsuperlegierungen?

Ti22Al25Nb bietet eine um 40-50% geringere Dichte sowie wettbewerbsfähige mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen bis zu 750°C. Dies ermöglicht erhebliche Gewichtseinsparungen.

Welcher Korngrößenbereich wird für die additive Fertigung mit Ti22Al25Nb empfohlen?

In der Regel wird ein Partikelgrößenbereich von 15-75 μm empfohlen, wobei der Großteil zwischen 45-75 μm liegt, um eine gute Packung und Verteilung des Pulverbettes zu erreichen. Feinere Partikel unter 10 μm können Probleme verursachen.

Ist nach der additiven Fertigung mit Ti22Al25Nb ein isostatisches Heißpressen erforderlich?

Das HIP-Verfahren ist zwar nicht immer erforderlich, kann aber dazu beitragen, die Dichte zu maximieren, das Gefüge zu verfeinern und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. HIP wird für kritische Bauteile in der Luft- und Raumfahrt empfohlen.

Welche Art von Pulvern bietet die homogensten Eigenschaften von Ti22Al25Nb?

Vorlegierte gas- oder plasmagestäubte Pulver bieten die homogenste Verteilung der Legierungselemente und stabile Eigenschaften.

Wie sollte Ti22Al25Nb-Pulver gelagert werden?

Ti22Al25Nb-Pulver ist hochreaktiv und muss in versiegelten Behältern unter einer inerten Argon-Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von unter 50% RH gelagert werden. Die Temperaturen sollten zwischen 18-25°C liegen.

Welche Sicherheitsvorkehrungen sind beim Umgang mit Ti22Al25Nb-Pulver erforderlich?

Beim Umgang mit reaktivem Titanpulver sind ein geschlossenes System unter Inertgas, angemessene PSA einschließlich Atemschutzmasken, eine elektrische Erdung aller Geräte, eine angemessene Schulung des Personals und Feuerlöschsysteme unerlässlich.

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