ASTM B861 Titanrohr der Klasse 4 für Luft- und Raumfahrt und medizinische Dienste

Titan der Güteklasse 4: Die stärkste kommerziell reine Güteklasse

Titan der Güteklasse 4, UNS R50700, ist unlegiertes, kommerziell reines Titan, dessen Festigkeit durch einen kontrollierten Sauerstoffgehalt und nicht durch Legierung erhöht wird. Es steht an der Spitze der kommerziell reinen Familie, zu der auch die Klassen 1, 2 und 3 gehören, und wird dort ausgewählt, wo ein korrosionsbeständiges Material auch strukturelle Belastungen tragen muss, ohne die Kosten und die verringerte Formbarkeit einer Legierungssorte wie Ti-6Al-4V. Die Werkstoffnummer 3.7065 ist die entsprechende europäische Bezeichnung für dasselbe Metall.

ASTM B861, veröffentlicht als ASME SB861, ist die Spezifikation für nahtlose Titanrohre für korrosive Service- und Wärmeübertragungsgeräte. Zugehörige Dokumente sind ASTM B862 für geschweißte Rohre, ASTM B338 für nahtlose und geschweißte Rohre und ASTM B337 für geschweißte Rohre. Stangen und Knüppel für bearbeitete Teile fallen unter ASTM B348, während unlegiertes Knettitan für chirurgische Implantate ASTM F67 und ISO 5832-2 folgt. Die Trennung dieser Standards ist wichtig: Ein Einzelposten, der ein B861-Rohr fordert, wird durch ein geschweißtes Produkt, das nach einer anderen Spezifikation hergestellt wurde, nicht erfüllt.

Zusammensetzung und garantierte Eigenschaften

In der folgenden Tabelle sind die Grenzwerte aufgeführt, die normalerweise für Rohre der Güteklasse 4 im geglühten Zustand zertifiziert sind. Dies ist der Standardlieferzustand für Wärmetauscher und Flüssigkeitsleitungen.

Da Sauerstoff das verstärkende Element ist, ist Grad 4 bei gleicher Dichte wesentlich stärker als Grad 2 und bietet ein identisches Korrosionsverhalten in chloridhaltigen und oxidierenden Umgebungen. Die Formbarkeit ist geringer als bei Grad 2, daher werden die Biegeradien beim Formen des Rohrs leicht vergrößert.

Servicebedingungen für die Luft- und Raumfahrt

Titan wird aus einer Kombination von Gründen in Flugzeugzellen und Triebwerken verwendet: geringe Dichte, Beibehaltung der Festigkeit, Beständigkeit gegen Versprödung bei niedrigen Temperaturen und geringere Wärmeausdehnung als Edelstahl oder Aluminium. Hydraulikleitungen, Pneumatikkanäle, Kraftstoff- und Zapfluftschläuche, Halterungen und rohrförmige Strukturbaugruppen werden alle aus Rohren und Rohren der Güteklasse 4 hergestellt.

Zwei Servicebedingungen bestimmen die Auswahl. Die erste ist eine Kreuzfahrt in großer Höhe, bei der die Umgebungstemperatur unter minus 50 Grad fallen kann. Reines Titan behält seine Duktilität bei kryogener Temperatur, sodass bei einer kaltgetränkten Linie kein Übergangsrisiko von duktil zu spröde besteht. Die zweite ist die warme Seite des Flugzeugs, wo das gleiche Material in kühleren Abschnitten des Triebwerks und der Luftversorgungssysteme verwendet wird. Titan widersteht außerdem Kondensationskorrosion, sodass Feuchtigkeit, die sich beim Abkühlen innerhalb einer Leitung bildet, nicht zu einem Korrosionsproblem wird. Der Ersatz von Stahlrahmen, Gelenken und Halterungen durch Titanrohre spart Masse, und die eingesparte Masse an einer Flugzeugzelle reduziert den Treibstoffverbrauch über die gesamte Lebensdauer des Flugzeugs.

Medizinische Implantate, Marine- und Prozessaufgaben

Titan der Güteklasse 4 ist biokompatibel und zersetzt sich bei Kontakt mit lebendem Gewebe nicht. Deshalb wird es für Zahnimplantate, Knochenplatten und -schrauben, Wirbelsäulenbeschläge und Instrumententeile verwendet. Sein passiver Oxidfilm bildet sich unmittelbar nach einer Beschädigung wieder neu, so dass ein Kratzer nicht zu einer Korrosionsstelle wird. Das Metall ist nicht magnetisch, sodass ein implantiertes Gerät die Magnetresonanztomographie nicht stört und sich durch Osseointegration direkt mit dem Knochen verbinden kann, ohne auf Zement angewiesen zu sein. Implantate aus handelsüblichen Qualitäten bleiben routinemäßig mehr als zwanzig Jahre lang im Einsatz, und das Material ist stärker und leichter als der Edelstahl, den es in vielen Instrumentendesigns ersetzt hat.

Über den medizinischen Bereich hinaus dient die gleiche Sorte auch für Aufgaben in der Schifffahrts- und Prozessindustrie:

Offshore-Rohrleitungen:Meerwassersysteme, Ballastleitungen, Löschwasser- und Injektionsrohre, in denen Chloride Kohlenstoffstahl und austenitischen Edelstahl zerstören.

Wärmetauscher und Kondensatoren:Rohre und Gehäuse in den Bereichen Entsalzung, Energie und Schifffahrt.

Chemieanlage:Reaktoren, Rohrleitungen und Armaturen, Ventile und Zusatzgeräte für den Umgang mit oxidierenden Säuren, chlorhaltigen Strömen und Hypochlorit.

Zellstoff-, Papier- und Wasseraufbereitung:Bleichleitungen, Verdampferrohre, Umkehrosmose und hochreine Verteilung.

Motorsport- und Performance-Fahrzeuge:Rahmen, Aufhängungskomponenten und Befestigungselemente, bei denen die Massenreduzierung in Rundenzeit gemessen wird.

Formen, Schweißen und Prüfen

Rohre der Güteklasse 4 werden kalt bearbeitet und auf die endgültige Größe geglüht und können gebogen, aufgeweitet und zu Rohrböden aufgeweitet werden. Das Schweißen erfolgt durch Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen mit vollständiger Schutzgasabschirmung auf beiden Seiten; Die Verunreinigung des Schweißbades mit Sauerstoff oder Stickstoff ist die Hauptursache für eine geringe Duktilität an der Verbindung. Deshalb werden die Qualität des Spülgases und die Sauberkeit der Kanten kontrolliert. Das Rohr kann gebeizt, geglüht oder hochglanzpoliert geliefert werden, wobei die Toleranzen für Außendurchmesser, Wand und Länge eng genug sind, um eine automatische Bündelmontage zu ermöglichen. Die Inspektion umfasst in der Regel eine chemische und Zugzertifizierung nach EN 10204 3.1, eine zerstörungsfreie Prüfung der gesamten Länge sowie hydrostatische oder pneumatische Druckprüfungen vor dem Versand.

Häufig gestellte Fragen

F: Ist Grad 4 das stärkste kommerziell reine Titan?
Ja. Klasse 4 ist die höchste Festigkeit der unlegierten Sorten mit einer Mindestzugfestigkeit von 550 MPa im geglühten Zustand, die durch die Kontrolle des Sauerstoffgehalts und nicht durch Legieren erreicht wird.

F: Wie lautet die UNS-Nummer für Titan der Güteklasse 4?
Güteklasse 4 ist UNS R50700 mit der europäischen Werkstoffnummer 3.7065 und der chinesischen Bezeichnung TA2-Familiennomenklatur, abhängig von der verwendeten Norm.

F: Warum werden in Flugzeughydraulikleitungen Rohre der Güteklasse 4 verwendet?
Da es eine geringe Dichte mit beibehaltener Duktilität bei Temperaturen unter minus 50 Grad und guter Korrosionsbeständigkeit kombiniert, besteht bei kaltgetränkten Leitungen kein Risiko eines Sprödbruchs.

F: Kann Titan Grad 4 für medizinische Implantate verwendet werden?
Ja. Unlegiertes Titan für chirurgische Implantate fällt unter ASTM F67 und ISO 5832-2, und das Metall ist nicht magnetisch und biokompatibel, sodass es die Magnetresonanztomographie nicht stört.

F: Wie schneidet Grad 4 kommerziell im Vergleich zu Grad 2 ab?
Sorte 4 hat eine höhere garantierte Zug- und Streckgrenze als Sorte 2 bei gleicher Dichte (z. B. 4,51 g/cm³), aber eine etwas geringere Formbarkeit, sodass engere Biegeradien möglicherweise eine weichere Sorte erfordern.

F: Welche Normen gelten für Rohre und Röhren der Güteklasse 4?
Nahtlose Rohre werden nach ASTM B861 oder ASME SB861 bestellt, geschweißte Rohre nach ASTM B862, nahtlose und geschweißte Rohre nach ASTM B338, geschweißte Rohre nach ASTM B337 und Stangen nach ASTM B348.