Titan und Titanlegierungen

Question 1

Welche Kristallstruktur hat Titan?

Answer 1

hdp, aber keine idealen Gitterabstände (<882°C), a-Titan

krz (>882°C), b-Titan

• -> allotrope Transformation (α –> β) bei 882°C (b -Transustemperatur)
• -> Langsame Abkühlung: Phasenumwandlung diffusionsgesteuert
• -> Schnelle Abkühlung ermöglicht martensitische Gitterumwandlungen: jedoch technisch bedeutungslos

Question 2

Nenne die wichtigsten Eigenschaften von Titan

Answer 2

allotrope Transformation (a –> b) bei 882°C (b -Transustemperatur)

starke Reaktion mit Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff

hohe Festigkeit und Zähigkeit

gute Korrosionsstabilität

hoher Schmelzpunkt

sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit

geringes spezifisches Gewicht (

günstiger spezifischer E-Modul

sehr hohes Verhältnis Festigkeit zu Dichte

hohe Ermüdungsfestigkeit

schlechte Verschleißeigenschaften

Umformbarkeit limitiert

Question 3

Wie kann Titan auch bei Raumtemperatur im krz Gitter vorliegen?

Answer 3

Durch Legierungselemente

Question 4

Abb. Klassifizierung Titanlegierungen

Answer 4

vgl. Folie 8

Question 5

Wie werden Titanlegierungen hinsichtlich der Gitterstrukturen klassifiziert?

Answer 5

a-Ti, b-Ti, a + b

–> einstellbar über Abkühlungsgeschwindigkeiten (Gleichgewicht oder martensitisch) oder Legierungszusätze

Question 6

Wie werden Titanlegierungen hinsichtlich der Gefügeausbildungen klassifiziert?

Answer 6

lamellar
- entsteht durch einfaches Abkühlen

globular
- entsteht durch Rekristallisationsprozess

bimodal
- entsteht durch Glühung, knapp unterhalb der Transus-Temperatur

grob oder fein
- durch Glühzeiten einstellbar

Question 7

Abb. Gefüge von Titanlegierungen

Answer 7

vgl. Folie 11 und Folie 12

Question 8

Abb. Festigkeit von Reintitan in Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts

Answer 8

vgl. Folie 13

Question 9

Wie werden die Eigenschaften von Titanlegierungen primär bestimmt?

Answer 9

Anordnung

Volumenanteil (chemische Zusammensetzung)

individuelle Eigenschaften der Phasen a und b

Question 10

Warum lässt sich Titan trotz hexagonalen Kristallgitter kaltumformen?

Answer 10

hdp Gitter bei Titan nicht ideal

Question 11

Nenne die wesentlichen Unterschiede der a und b Phase bei Titan.

Answer 11

• a hat eine höhere Dichte
• b hat einen viel höhere Festigkeit
• a hat ein besseres Korrosions- und Oxidaionsverhalten
• a hat eine bessere Schweißbarkeit
• a ist anisotroper im Hinblick auf mech. und phy. Eigenschaften
• a hat eine geringere Diffusionsgeschwindigkeit
• a hat einen höheren Kriechwiderstand

Question 12

Um welche Titan Legierungen handelt es sich?

• mittlere Festigkeit, gute Kriechfestigkeit, gute
  Korrosionsbeständigkeit
• nicht aushärtbar
• schweißbar

Answer 12

Alpha-Titan und Near-alpha-Titan-Legierungen

Question 13

Um welche Titan Legierungen handelt es sich?

• hohe Festigkeit, gute Kriechfestigkeit, ausgewogene
  Eigenschaften
• aushärtbar

Answer 13

Alpha-beta-Titanlegierungen

Question 14

Um welche Titan Legierungen handelt es sich?

• sehr hohe Festigkeit
• aushärtbar, im nicht ausgehärteten Zustand relativ duktil
• höhere Dichte wegen der zulegierten Schwermetalle
  

Answer 14

Beta-Titanlegierungen

Question 15

Welche Texturen in Titan und Titanlegierungen kennst du?

Answer 15

Basaltextur

Transversaltextur

–> Anteil der Basal- oder Transversaltextur von Umformmodus und Temperatur abhängig

Vgl. Folie 23

Question 16

Quasistatische Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen

Titan mit hoher Reinheit verfügt über eine Richtungs-“…” der mechanischen Eigenschaften. Ursache ist die “…” der Gleiteigenschaften.

Answer 16

“abhängigkeit”

“Anisotropie”

Question 17

Von welchen Gefügefehlern sind Titanlegierungen i.d.R. frei?

Answer 17

Einschlüssen oder Poren

Question 18

Was muss bei Titanlegierungen beachtet werden? Stichwort: Ermüdungsverhalten

Answer 18

Ermüdungsverhalten sehr empfindlich im Hinblick auf Oberflächenzustand!

–> Verbesserung der Lebensdauer von Titanlegierungen durch Oberflächenbehandlungen

Question 19

Oberflächenrauigkeit von Titanlegierungen

Um welche Anrisswirkung handelt es sich bei rauen und bei glatten Oberflächen?

Answer 19

rau: Ermüdungsfestigkeit risswachstumskontrolliert
glatt: Ermüdungsfestigkeit rissbildungskontrolliert

Question 20

Welche Parameter haben Einfluss auf die Wöhlerkurven von Reinem Titan?

Answer 20

Korngröße

Kaltverfestigung

Sauerstoffgehalt

Mikrostruktur (Lamellenbreite, Korngröße, etc.)

Question 21

Welchen Einfluss hat Oberflächenrauigkeit auf Rissbildung

und Mikrorisswachstum?

Answer 21

Rissbildung: Beschleunigung

Mikrorisswachstum: kein Einfluss

Question 22

Welchen Einfluss hat der Umformgrad bzw. die Versetzungsdichte auf Rissbildung und Mikrorisswachstum?

Answer 22

Rissbildung: Verzögerung

Mikrorisswachstum: Beschleunigung

Question 23

Welchen Einfluss haben Druckeigenspannungen auf Rissbildung und Mikrorisswachstum?

Answer 23

Rissbildung: wenig oder kein Einfluss

Mikrorisswachstum: Verzögerung

Question 24

Wo wird Titan genutzt?

Answer 24

Leichtbau

Question 25

Über welche Gitterstrukturen verfügt Titan?

Answer 25

Schmelze

(Umwandlung)

beta - Titan (krz)

(Umwandlung, allotrope Transformation)

alpha - Titan (hdp, aber keine hdp-idealen Gitterabstände)