Titanrohr der Güteklasse 9: Legierungsübersicht
Bei Rohren der Güteklasse 9 handelt es sich um die Ti-3Al-2,5V-Legierung mit der Bezeichnung UNS R56320 und der ASTM B338 sowie dem entsprechenden ASME SB338-Äquivalent. Aluminium und Vanadium erhöhen die Festigkeit gegenüber den kommerziell reinen Qualitäten, während die Struktur einphasig bleibt, sodass das Rohr schweißbar und praktisch duktil bleibt. Die Legierung vereint eine mit Klasse 2 vergleichbare Meerwasserkorrosionsbeständigkeit mit einer wesentlich höheren Zugfestigkeit und ihr Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht übertrifft das der meisten rostfreien Stähle. Rohre werden in nahtloser und geschweißter Form und in verschiedenen Härtegraden hergestellt, von vollständig geglühtem Material zum Biegen und Bördeln bis hin zu kaltverformtem Material für Hydraulikleitungen, die Druck durch dünne Wände übertragen müssen.
Zwei Verarbeitungsdetails unterscheiden eine gute Röhre der Güteklasse 9 von einer mittelmäßigen Röhre. Die kristallographische Textur wird während des Walzens kontrolliert, so dass die Ermüdungsleistung und die mechanischen Eigenschaften über den Umfang gleichmäßig sind, und der niedrige Elastizitätsmodul - von etwa 100 GPa, etwa halb so viel wie der von rostfreiem Stahl -, wird beim Biegen des Rohrs berücksichtigt, da die Legierung etwa doppelt so weit zurückspringt wie ein austenitisches rostfreies Rohr gleicher Größe.
Chemische Zusammensetzung von Ti-3Al-2,5V (Klasse 9, UNS R56320)
| Element (%) | Al | V | Fe | O | C | N | H | Y | Andere, jeder | Sonstiges, insgesamt |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Minimum | 2.50 | 2.00 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Maximal | 3.50 | 3.00 | 0.30 | 0.12 | 0.05 | 0.020 | 0.015 | 0.005 | 0.10 | 0.40 |
Titan bildet den Ausgleich. Sauerstoff und Eisen werden innerhalb des oben gezeigten schmalen Bandes gehalten, da beide Elemente die Festigkeit auf Kosten der Duktilität und der Schweißnahtfestigkeit erhöhen, während Yttrium und andere Rückstände begrenzt sind, um die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu schützen. Jede Charge wird spektrographisch analysiert, bevor mit der Extrusion oder dem Bandschweißen begonnen wird.
Mechanische Eigenschaften und verfügbare Härtegrade
| Temperament | Referenz | Zugkraft, min | Ertrag, min | Dehnung, min |
|---|---|---|---|---|
| Geglüht, nahtlos oder geschweißt | ASTM B338 / ASME SB338 | 620 MPa (90 ksi) | 483 MPa (70 ksi) | 15% |
| Kaltverformter, hydraulischer Service | Spezifikationen für Luft- und Raumfahrtrohre wie AMS 4945 | etwa 862 MPa (125 ksi) | ca. 724 MPa (105 ksi) | ca. 8 % |
Im Design verwendete physikalische Eigenschaften: Dichte ca. 4,48 g/cm³; Elastizitätsmodul etwa 100 GPa; Der Wärmeausdehnungskoeffizient gehört zu den niedrigsten unter den unedlen Metallen, was die thermischen Spannungen in Wärmetauschern und spannungsführenden Rohrleitungen reduziert. Güteklasse 9 kann nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden; Die höhere Festigkeit des hydraulischen Temperierens ergibt sich aus der Kaltumformung, und das Glühen dient nur der Wiederherstellung der Duktilität nach der Umformung.
Biegen, Formbarkeit und Fertigung
Biegen bei Raumtemperatur:Rohrbiegungen der Güteklasse 9 mit herkömmlichen Werkzeugen und ohne Vorwärmung. Ein typischer Mittellinienradius beträgt das Dreifache des Außendurchmessers, und die Biegezone wird nach dem Formen auf Ovalität und Wandverdünnung untersucht.
Dünne Wände:Rohre mit einem hohen Durchmesser-zu-Wandverhältnis benötigen eine interne Unterstützung - einen Dorn, eine flexible Kugel oder einen Füllstoff -, um ein Abflachen und Faltenbildung zu verhindern.
Rückfederung:Erwarten Sie etwa die doppelte Rückfederung im Vergleich zu rostfreiem Stahl. Biegewerkzeuge werden daher normalerweise kompensiert und der erste Artikel wird gemessen und nicht angenommen.
Schweißen:Zum Einsatz kommen WIG-, Plasma- und Orbitalschweißen mit Argonabschirmung auf der Stirnfläche und im Inneren der Bohrung. Titan nimmt oberhalb von etwa 400 Grad Sauerstoff und Stickstoff auf, daher ist ein Schleppschild obligatorisch und farbige Schweißperlen werden abgelehnt.
Reinigung:Nach dem Beizen werden nur Edelstahl- oder Titanwerkzeuge und spezielle Bürsten verwendet, da eingebettete Eisenpartikel im Betrieb örtliche Korrosion verursachen.
Schneiden und Endenformen:Rohre werden mit Hartmetall- oder Schleifwerkzeugen geschnitten und anschließend entgratet. Die Enden können entsprechend der Zeichnung glatt, abgeschrägt und mit Flansch versehen sein.
Typische Anwendungen von Schläuchen der Güteklasse 9
Hydraulik- und Kraftstoffleitungen, Betätigungssysteme und Motorleitungen für die Luft- und Raumfahrt, bei denen Festigkeit und Gewicht das Design bestimmen.
See- und Offshore-Rohrleitungen, Meerwasserkühlungs- und Entsalzungssysteme, die Chlorid-Lochfraß und Spaltangriffen standhalten.
Wärmetauscher- und Kondensatorbündel, die bei gleicher Wandstärke eine höhere Festigkeit als Klasse 2 benötigen.
Chemische und petrochemische Prozesslinien für den Umgang mit sauren Gasen, Chloriden und zyklischer Belastung.
Kessel-, Ofen-, Instrumentierungs- und Kapillarrohre sowie Hochdruck-Spiralrohre.
Sportgeräte und Fahrradrahmen, bei denen das Ermüdungsverhalten und die geringe Dichte der Legierung ausgenutzt werden.
Größen, Ausführungen und Inspektion
| Artikel | Reichweite |
|---|---|
| Formulare | nahtlose, ERW-, EFW-, geschweißte und gefertigte Baugruppen |
| Nahtloser Außendurchmesser | 3,35 mm bis 101,6 mm |
| Geschweißter Außendurchmesser | 6,35 mm bis 152 mm |
| Wandstärke | 0,5 mm bis 5,6 mm (0,020 in bis 0,220 in), Sonderwände auf Anfrage |
| Abschnitt | rund, spiralförmig, quadratisch, rechteckig, hydraulisch, U-gebogen, hohl |
| Länge | einfach zufällig, doppelt zufällig, Standard- oder Schnittlänge |
| Endet | glatt, abgeschrägt, mit Gewinde |
| Beenden | EP-Elektrolytpolitur, BA blankgeglüht, MP mechanische Politur, AP geglüht und gebeizt |
| Oberflächenrauheit, Bohrung | EP 0,13–0,38 µm Ra; BA und MP 0,5–1,0 µm Ra; Außenfläche typischerweise 0,8 µm Ra |
| Markierung | Standard, Güteklasse, Außendurchmesser, Wand, Länge und Schmelzenzahl oder wie bei Auftragseingang vereinbart |
| Testen | hydrostatischer oder pneumatischer Test, Wirbelstrom-, Ultraschall-, Abflachungs-, Zug- und chemische Analyse |
| Dokumentation | Herstellerprüfzeugnis nach EN 10204 3.1, Fremdprüfung auf Anfrage |
Häufig gestellte Fragen
F: Ist Titanrohr der Güteklasse 9 stärker als Titanrohr der Güteklasse 2?
Ja. Die geglühte Güteklasse 9 erfordert eine Mindestzugfestigkeit von 620 MPa und eine Mindeststreckgrenze von 483 MPa, gegenüber 345 MPa und 275 MPa für Güteklasse 2. Diese zusätzliche Festigkeit ermöglicht eine dünnere Wand bei gleichem Auslegungsdruck, weshalb die Legierung in Hydraulikleitungen in der Luft- und Raumfahrt dominiert.
F: Können Rohre der Güteklasse 9 bei Raumtemperatur gebogen werden?
Ja. Standardbiegetechniken werden ohne Vorwärmung verwendet, typischerweise bis zu einem Mittellinienradius von etwa dem Dreifachen des Außendurchmessers. Dünnwandige Rohre benötigen beim Biegen eine innere Unterstützung, und die Werkzeuge müssen eine Rückfederung ausgleichen, die etwa doppelt so groß ist wie die von Edelstahl.
F: Was ist die maximale Betriebstemperatur?
Grad 9 behält seine Nutzfestigkeit bis etwa 400 Grad und wird normalerweise unterhalb dieses Niveaus angewendet. Darüber hinaus werden Oxidation und Kriechen begrenzend und eine Alpha-Beta- oder Nahe-Alpha-Legierung ist die bessere Wahl.
F: Ist Grad 9 genauso korrosionsbeständig wie handelsübliches Reintitan?
Im Meerwasser- und Chloridbetrieb ist die Leistung vergleichbar mit Klasse 2, mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion, Erosionskorrosion und Chlorid-Spannungsrisskorrosion. Es ist nicht die erste Wahl für Anwendungen mit stark reduzierenden Säuren, bei denen eine palladiumhaltige Güteklasse wie Güteklasse 7 verwendet wird.
F: Wie werden Schläuche der Güteklasse 9 bei der Lieferung identifiziert?
Die Rohre sind mit Norm, Qualität, Außendurchmesser, Wandstärke, Länge und Schmelzzahl gekennzeichnet und werden mit einem Herstellerprüfzertifikat geliefert, das die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Ergebnisse angibt, die auf die Hitze rückführbar sind.
F: Was ist der Unterschied zwischen geglühtem und kaltverformtem Zustand?
Der geglühte Zustand ist duktil und wird normalerweise zum Biegen, Bördeln und Schweißen verwendet. Der kaltumgeformte Zustand erhöht die Zug- und Streckgrenze erheblich, verringert jedoch die Dehnung um etwa die Hälfte. Daher wird er für Hydraulikleitungen spezifiziert, bei denen Druck- und Gewichtskontrolle wichtiger sind als die Formbarkeit.
