Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit für Leichtbaukonstruktionen in der Luft- und Raumfahrt. Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über die Zusammensetzung von TiMo-Legierungspulver, die wichtigsten Eigenschaften, Produktionsmethoden, geeignete Anwendungen, Spezifikationen, Kaufüberlegungen, Anbietervergleiche und Vor- und Nachteile.
Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen Typische Zusammensetzung
| Legierungssorte | Titan (%) | Molybdän (%) |
|---|---|---|
| Ti-6Al-7Nb (IMI 550) | Bilanz | 7% |
| Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,2Si | Bilanz | 15% |
| Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn (Ti-11) | Bilanz | 11.5% |
| Ti-15Mo-5Zr-3Al | Bilanz | 15% |
Molybdängehalte zwischen 7% und 15% sorgen für eine Verstärkung bei hohen Temperaturen. Andere Elemente wie Niob, Zirkonium und Zinn verbessern die Kriecheigenschaften weiter.
Merkmale und Eigenschaften
| Attribut | Einzelheiten |
|---|---|
| Partikelform | Sphärisch durch Inertgasverdüsung |
| Sauerstoff ppm | Weniger als 500 ppm |
| Typische Dichte | 4,5 g/cm³ |
| Wärmeleitfähigkeit | 4-6 W/mK |
| Hohe Temperaturbeständigkeit | 100 MPa bei 500°C |
| Korrosionsbeständigkeit | Bildet schützende TiO2-Schicht |
Die partikelförmige Beschaffenheit, der niedrige Sauerstoffgehalt und die maßgeschneiderten Zusammensetzungen eignen sich für Legierungspulver zur additiven Fertigung oder zum Sintern von Hochleistungskomponenten.
Produktionsmethoden
| Methode | Prozessbeschreibung |
|---|---|
| Gaszerstäubung | Inertes Gas zersetzt geschmolzenen Legierungsstrom in Pulver |
| Plasma-Zerstäubung | Sehr sauberer, aber geringerer Pulverausstoß im Vergleich zur Gaszerstäubung |
| PREP | Sphäroidisierung von vorhandenen Pulvern durch Umschmelzen |
| Hydrid-Dehydrid | Sprödes TiH2-Zwischenprodukt für die Zerkleinerung |
Plasma und Gaszerstäubung bieten die beste Qualität, sind aber teurer als sekundäre Verfahren wie PREP und HDH.
Anwendungen von TiMo-Legierungspulver
| Industrie | Beispiele für Komponenten |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Gehäuse, Fahrwerke |
| Stromerzeugung | Wärmetauscher, Dampfrohrleitungen |
| Chemische Verarbeitung | Bioreaktoren, Reaktionsgefäße |
| Marine | Propellerwellen, Sonarkuppeln |
| Öl- und Gasbohrungen | Werkzeuge und Schächte für geothermische Bohrungen |
Die Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht und Korrosionsbeständigkeit eignet sich für TiMo-Legierungen in anspruchsvollen Umgebungen wie Flugzeugtriebwerken oder Offshore-Bohrungen.
Spezifikationen
| Standard | Abgedeckte Klassenstufen |
|---|---|
| ASTM B862 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo |
| ASTM B348 | Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen |
| AIMS 04-18 | Standard für AM-Teile aus Titan |
Das AMPM (American Powder Metallurgy) Institute und die IPS (International Powder Metallurgy Standards Organization) decken ebenfalls verschiedene Ti-Sorten ab.
Globale Anbieter und Preisspanne
| Unternehmen | Vorlaufzeit | Preisgestaltung |
|---|---|---|
| TLS Technik | 16 Wochen | $300 - $900/kg |
| Sandvik | 12 Wochen | $350 - $1000/kg |
| Atlantic Ausrüstung | 14 Wochen | $320 - $850/kg |
Preis für eine Charge von 100+ kg. Prämie für sauerstoffarmes und kugelförmiges Pulver. Größere Mengen über 500 kg bieten 20%+ Rabatte.
Pro und Kontra
| Vorteile | Herausforderungen |
|---|---|
| Ausgezeichnete Festigkeit bei hohen Temperaturen | Hohe Rohstoffkosten |
| Korrosionsbeständig in vielen Umgebungen | Längere Vorlaufzeiten für kundenspezifische Legierungen |
| Flexibilität bei der Gestaltung kundenspezifischer Legierungen | Begrenzte globale Lieferkette gegenwärtig |
| Kompatibel mit Pulver-AM-Verfahren | Nachbearbeitung oft erforderlich nach AM |
| Ausgezeichnete Kriechfestigkeit | Strenge Anforderungen an Sauerstoff/Stickstoff |
TiMo-Pulver ermöglichen neue Komponentendesigns und Leichtbau, doch die Verwendung von Titanlegierungen stellt besondere Anforderungen an die Pulverherstellung und -handhabung.
FAQ
Welcher Partikelgrößenbereich ist für den Binderjet-3D-Druck optimal?
Etwa 30 bis 50 Mikrometer ermöglichen eine höhere Pulverbettdichte und eine effiziente Flüssigkeitssättigung, die für eine gute Bindung der Schichten erforderlich ist. Zu feine Pulver beeinträchtigen die Leistung.
Was verursacht Verunreinigungen bei der Gaszerstäubung von Ti-Legierungen?
Die Aufnahme von Sauerstoff aus Luftlecks beeinträchtigt die Reinheit des Pulvers, weshalb strenge Prozesskontrollen erforderlich sind. Ofentrennmittel und Schmelztiegel sind weitere Kontaminationsquellen, die hochreine Verbrauchsmaterialien erfordern.
Warum ist ein hoher Mo-Gehalt in Ti-Basis-Legierungen schwierig zu erreichen?
Übermäßige Verdampfungsverluste von Molybdän treten oberhalb von 25% während des Vakuuminduktionsschmelzens und der nachfolgenden Umschmelzschritte auf. Zu den Abhilfemaßnahmen gehören das Abdecken von Schmelzbecken oder der Einsatz von Kalttiegeln.
Wie sollte Titanpulver gelagert werden?
In versiegelten Behältern unter inertem Schutzgas oder Vakuum. Handhabung und Lagerung so, dass eine Feuchtigkeitsaufnahme, die zu Dekrepitation führt, und eine hohe Osyggen- oder Stickstoffverunreinigung ausgeschlossen sind.
Was sind häufige Fehler beim AM-Druck von Titanlegierungen?
Porosität durch eingeschlossene Gasatome, fehlende Schmelzdefekte, Eigenspannungsrisse, eingeschlossenes ungeschmolzenes Pulver in geschlossenen Volumina. Erfordert eine integrierte Parameteroptimierung unter Berücksichtigung der Scan-Strategie, des Energieeinsatzes usw.
Schlussfolgerung
Zusammengefasst, Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen bieten maßgeschneiderte Hochtemperatureigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, die für die Herstellung von Bauteilen der nächsten Generation in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in anderen anspruchsvollen Branchen mittels Pulvermetallurgie oder additiver Fertigung unerlässlich sind.