Titanium
Titanium wordt ook wel in het Nederlands titaan genoemd. Het staat bekend om zijn uitstekende gewicht/sterkte verhouding. Bovendien is dit metaal zeer corrosiebestendig en anti-allergeen.
INNOMET levert standaard en op maat gemaakte buis, plaat, staf, pijp, draad, folie, staf zeskant, fittingen, flenzen, bouten, moeren, ringen en gietvormen, gietelingen in de verschillende 'grades' zoals veelal grade 1, grade 2, grade 5 en grade 7. Voor een gedetailleerd overzicht verwijzen we graag naar ons leveringsprogramma.
Titanium is een veelzijdig metaal voor tal van alledaagse en industriële toepassingen vanwege zijn unieke metallurgische eigenschappen, overvloedige beschikbaarheid en lage levenscycluskosten.
De voordelen van titanium zijn legio:
- corrosiebestendig door een dunne, taaie oxidehuid zonder zwakke plekken, ongevoelig voor putcorrosie en zeer goed bestand tegen spleet- en spanningscorrosie
- licht, soortelijke massa van 4,51 kg per dm3, bijna de helft lichter dan RVS (RVS ~8 kg per dm3). Hierdoor veel minder duur dan men zou verwachten
- sterk, gunstige gewicht/sterkte verhouding. Titanium heeft de hoogste sterkte/gewichtverhouding van alle industriële metalen.
- het is twee keer zo sterk als aluminium, maar slechts 60% zwaarder en zo sterk al staal, maar wel 45% lichter (soortelijk gewicht is slechts 56% van dat van staal) Gelegerd titaan grade 5 is nog veel sterker, waardoor dit zeer veel wordt toegepast in de luchtvaartindustrie.
- duurzaam
- onderhoudsvrij
- eindeloos recyclebaar
- esthetisch
- lage uitzettingscoëfficiënt, vergelijkbaar met glas
- grote erosieweerstand, en weerstand tegen cavitatie (20 x beter dan koper-nikkel legeringen. Hierdoor uitstekend toepasbaar voor kleppen en afsluiters waar hoge stroomsnelheden plaatsvinden
- efficiënte warmteoverdracht doordat dunnere wanddikten gebruikt kunnen worden dan admiralty messing of kopernikkel. En een gladde titaanoxide huid levert een positieve bijdrage; het oppervlak blijft glad, waardoor een hogere laminaire stroming blijft bestaan hetgeen de warmteoverdracht sterk verbetert
- de warmte beïnvloede zone bezit identieke corrosiebestendigheid aan het basismateriaal doordat het haast geen stoorelementen bevat
- lage elasticiteitsmodulus (helft van staal) waardoor flexibel hetgeen belangrijk is voor o.a. gebitsbeugels, kunstheupen en andere prothesen die met het lichaam moeten meebewegen, maar ook golfclubs, tennisrackets, fietsen of auto-onderdelen die schokken moeten absorberen. Maar ook als als dakbedekking van huizen en gebouwen zoals het van Gogh Museum in Amsterdam
- hoog smeltpunt, hierdoor geschikt voor ballistische pantsering
- niet magnetisch, ideaal voor toepassingen waar magnetisme tot een minimum moet worden beperkt en daarom ook weer uitsterst geschikt als implantaat
- anodiseerbaar; hierdoor zijn erg mooie kleuren verkrijgbaar
- goed verwerkbaar; snijden, frezen, boren
- uitstekend lasbaar, mits men het juiste beschermgas hanteert.
- biocompatibel oftewel niet allergeen, waardoor uitstekend toepasbaar voor protheses en implantaten in het menselijk lichaam
- titanium vereist geen corrosietoeslag, waardoor (veel) lichter geconstrueerd kan worden dan bij andere metalen
- in warmtewisselaars: de sterkte en weerstand tegen hogere temperaturen en druk resulteert in dunnere wanden en hogere stroomsnelheden en dus een betere warmteoverdracht en hierdoor verhoogde productie
- lage Total Cost of Ownership: op termijn is titantium vaak de meest economische keuze omdat het minder onderhoud oftewel downtime van de productie vraagt en veel langer meegaat of zelfs helemaal nooit vervangen hoeft te worden. Het verlengt dus de levensduur en betrouwbaarheid van apparatuur en reduceert de reparatie- en onderhoudskosten
- milieuvriendelijk, de productie levert geen schadelijke bijproducten op en titanium kan vrijwel 100% gerecycled worden
Titanium bestaat in twee kristallografische vormen en titaniumlegeringen kunnen in drie categorieën worden onderverdeeld, Alfa, Alfa/bèta en Bèta legering.
Zuiver titanium heeft een alfastructuur, dit is een een hexagonale dicht opeengepakte kristalstructuur, die stabiel is tot 880 oC. Op dat moment verandert het in een lichaamsgerichte kubische structuur, de bètafase, die stabiel is tot het smeltpunt.
Legeringselementen
Het toevoegen van legeringselementen aan puur titanium beïnvloed deze transformatie. Legeringstoevoegingen hebben de neiging om ofwel de alfafase tot hogere temperaturen of de bètafase tot lagere temperaturen te stabiliseren. De belangrijkste alfa-stabilisatoren zijn aluminium en zuurstof; de belangrijkste bètastabilisatoren zijn molybdeen, vanadium, chroom en ijzer.
Alle titaniumlegeringen samen vormen een uitgebreid scala aan sterkte-eigenschappen, van de zeer vormbare, lagere sterkte tot de zeer hoge sterkte. De meeste alfa-bèta- en bèta-legeringen kunnen een groot aantal combinaties van eigenschappen van sterktegeleiding-eigenschappen bieden door aanpassingen in de warmtebehandeling en/of samenstelling van legeringen. Met de ruime keuze aan beschikbare titaniumlegeringen is een optimale keuze voor een bepaalde omgeving bijna altijd mogelijk.
De kenmerken van de verschillende grades
Grade 1, 2, 3, en 4 zijn commercieel zuivere kwaliteiten met corrosiebestendigheid als primair doel. Sterkte en hardheid nemen toe en de taaiheid neemt af met het kwaliteitsnummer. Grade 2 is de meest gebruikte specificatie in alle productvormen omdat hier sprake is van een compromis tussen zuiverheid en de mechanische waarden. Grade 1 wordt gespecificeerd wanneer superieure vervormbaarheid vereist is. Grade 3 kan worden gebruikt wanneer een hogere sterkte nodig is.
- Grade 1: Laagste sterkte, uitstekende koude vervormbaarheid. Dit betreft de meest zachte commercieel zuivere titaankwaliteit. De mechanische waarden zijn vanwege de goede ductiliteit relatief gering. Titaan grade 1 laat zich niet warmtebehandelen. Wordt veel gebruikt voor explosief plateren (cladden).
- Grade 2: Sterkte vergelijkbaar met austenitisch roestvrijstaal; gemakkelijkst om mee te werken. Vervangt koper-nikkel-, roestvrij- en/of nikkel-legeringen zonder uitgebreide herinrichting en is daarmee als het ware het “werkpaard” voor industrieel gebruik oftewel de meest voorkomende titaankwaliteit die gebruikt wordt. Het betreft een commercieel zuivere kwaliteit met meer verontreinigingen dan titaan grade 1 waardoor de mechanische waarden aanzienlijk zijn verbeterd. Titaan grade 2 laat zich niet warmtebehandelen. De lasbaarheid is uitstekend en het materiaal laat zich goed vervormen.
- Grade 3: Vergelijkbaar met Graad 2, maar sterker, minder taai. Gebruikt voor dunnere wanddrukvaten en buisplaten. Deze commerciële zuivere kwaliteit kent een toenemende stijging van 'verontreinigingen', waardoor de mechanische waarden verder stijgen. Toch zijn de toepassingen beduidend minder dan met titaan grade 2 vanwege het feit het moeilijker verkrijgbaar is. Titaan grade 3 laat zich niet warmtebehandelen.
- Grade 4: kent de hoogste sterkte van commercieel zuivere kwaliteiten. Dit betreft de meest onzuivere commerciële titaankwaliteit, die voornamelijk wordt toegepast voor bevestigingsartikelen alsmede die titaantoepassingen waar de mechanische waarden een belangrijke rol spelen.
Grade 5 (ook bekend als Ti-6AI-4V) is een alfa - bèta legering en wordt ook wel eens het werkpaard onder de titaanlegeringen genoemd. Deze titaankwaliteit heeft uitstekende mechanische eigenschappen zoals een rekgrens van 830 - 910 N/mm² en een treksterkte van 900 - 1000 N/mm². De legering is volledig warmte te behandelen en is tot 400°C probleemloos toe te passen. De toepassingen vindt men voornamelijk in de luchtvaartindustrie vanwege de gunstige gewicht/sterkte-verhouding.
Grade 7: Titaan dat gelegeerd is met 0,12 - 0,25% palladium (Pd) is in feite commercieel zuiver titaan (grade 2) met toevoeging van palladium. Deze legering bezit dankzij deze geringe toevoeging van palladium een enorm hoge weerstand tegen spleetcorrosie en andere corrosievormen in zowel oxiderende als reducerende milieus. Palladium is een bijzonder kostbaar metaal wat grade 7 en factor 4 tot 5 keer duurder maakt dan grade 2. De legering is goed ductiel (vervormbaar) en bijzonder goed lasbaar. Vooral in hoog chloride-houdende milieus wordt deze legering toegepast en dat vooral op die plaatsen waar men spleetcorrosie verwacht. Daarom worden boordringen en stubends van grade 7 gebruikt in combinatie met grade 2 buizen.
Grade 11: Titaan dat gelegeerd is met 0,12 - 0,25% palladium (Pd) is in feite commercieel zuiver titaan (grade 1) met toevoeging van palladium. Deze legering bezit dankzij deze geringe toevoeging van palladium een enorm hoge weerstand tegen spleetcorrosie en andere corrosievormen in zowel oxiderende als reducerende milieus. De legering is nog beter vervormbaar dan grade 7 en bijzonder goed lasbaar. Vooral in hoog chloride-houdende milieus wordt deze legering toegepast en dat vooral op die plaatsen waar men spleetcorrosie verwacht
Grade 7 en 11 zijn dus vergelijkbaar met respectievelijk grade 2 en 1, maar met een klein palladiumgehalte om de weerstand tegen spleetcorrosie bij hoge temperaturen en lage pH aanzienlijk te verhogen.
Grade 12: Bevat een kleine hoeveelheid molybdeen en nikkel en wordt gebruikt waar verhoogde sterkte en spleetcorrosieweerstand bij hogere temperaturen, tot 300 oC, het belangrijkst zijn. Deze legering werd destijds ontwikkeld om het dure en schaarse palladium te vervangen. Het nikkel- en molybdeengehalte moet minimaal respectievelijk 0,6 en 0,2% zijn. De corrosiebestendigheid is zeer goed te noemen, doch kan niet in alle gevallen wedijveren met de palladium-gelegeerde kwaliteiten grade 7 en 11. Men vindt de legering voornamelijk in de chemische industrie.
Grade 16 & 17: Deze kwaliteiten vertonen een vrijwel identieke corrosiebestendigheid als kwaliteiten 7 en 11, maar bevatten slechts 0,05% palladium om aanzienlijke kostenbesparingen te bieden. De mechanische eigenschappen van grade 7 en 16 zijn identiek aan die van grade 2. De mechanische eigenschappen van grade 11 en 17 zijn op dezelfde manier identiek aan die van grade 1.
Grade 23 & 24: Hierboven werd reeds aangegeven dat grade 5 het ‘werkpaard’ is van de alfa-bèta-legeringen van het titaniumgamma. Het is ook verkrijgbaar met verlaagd zuurstofgehalte (ELI, Extra Low Impurities) voor verbeterde taaiheid (grade 23 of Ti-6AI-4V-ELI). Grade 24 is grade 23 met toevoeging van 0,04% tot 0,08% palladium voor extra corrosiebestendigheid.
Grades 26 & 27: Deze Titanium-Ruthenium kwaliteiten bieden dezelfde corrosiebestendigheid als de Titanium-Palladium-legeringen (Grades 7, 11, 16 & 17). Al deze commercieel zuivere (CP) en licht gelegeerde titaniumsoorten hebben een uitstekende weerstand (praktische immuniteit) tegen zout water.
Grade 29 geniet vooral interesse bij maritieme en offshore toepassingen (grade 23 ELI met 0,10% ruthenium).