Das Prinzip der Titanlegierungen

Titanlegierungen sind Legierungen, die aus Titan als Basis und anderen Elementen bestehen. Titan existiert in zwei allotropen Formen: -Titan mit einer dicht-gepackten hexagonalen Struktur unterhalb von 882 Grad und -Titan mit einer raum-zentrierten kubischen Struktur über 882 Grad.

Legierungselemente können aufgrund ihres Einflusses auf die Phasenumwandlungstemperatur in drei Kategorien eingeteilt werden:

① Elemente, die die Phase stabilisieren und die Phasenumwandlungstemperatur erhöhen, werden als -stabilisierende Elemente bezeichnet, darunter Aluminium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Aluminium ist das Hauptlegierungselement in Titanlegierungen. Es verbessert die Festigkeit der Legierung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen erheblich, verringert ihr spezifisches Gewicht und erhöht ihren Elastizitätsmodul.

② Elemente, die die Phase stabilisieren und die Phasenumwandlungstemperatur senken, werden als -stabilisierende Elemente bezeichnet, die weiter in isomorphe und eutektoide Typen unterteilt werden können. Ersteres umfasst Molybdän, Niob und Vanadium; Letzteres umfasst Chrom, Mangan, Kupfer, Eisen und Silizium.

③ Elemente, die einen geringen Einfluss auf die Phasenumwandlungstemperatur haben, werden als neutrale Elemente bezeichnet, einschließlich Zirkonium und Zinn.

Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff sind die Hauptverunreinigungen in Titanlegierungen. Sauerstoff und Stickstoff weisen in der Phase eine hohe Löslichkeit auf, wodurch Titanlegierungen erheblich gestärkt werden, ihre Plastizität jedoch verringert wird. Der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt in Titan wird typischerweise auf unter 0,15–0,2 % bzw. 0,04–0,05 % angegeben. Wasserstoff weist in der Phase eine sehr geringe Löslichkeit auf; Eine übermäßige Wasserstoffauflösung in Titanlegierungen führt zur Bildung von Hydriden, wodurch die Legierung spröde wird. Der Wasserstoffgehalt in Titanlegierungen wird üblicherweise auf unter 0,015 % kontrolliert. Die Auflösung von Wasserstoff in Titan ist reversibel und kann durch Vakuumglühen entfernt werden.