Titan der Güteklasse 2 ist unlegiertes, handelsüblich reines Titan. Im Gegensatz zu ausscheidungshärtenden Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V kann Grade 2 nicht durch herkömmliche Wärmebehandlungsverfahren wie Lösungsglühen, Abschrecken und Altern verstärkt werden. Eine Wärmebehandlung kann nur zum Glühen verwendet werden, um das Material zu erweichen, innere Spannungen abzubauen oder die Duktilität wiederherzustellen, kann jedoch nicht seine mechanische Festigkeit oder Härte erhöhen. Daher ist die Kaltumformung die wichtigste Methode zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Titan der Güteklasse 2.
Unter Kaltumformung versteht man plastische Verformungsprozesse, die bei Raumtemperatur oder unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt werden, einschließlich Kaltwalzen, Kaltziehen, Kaltprägen, Biegen, Gesenkschmieden und Extrudieren. Während dieser Prozesse erfährt die innere Kristallstruktur von Titan offensichtliche Veränderungen: Im Inneren der Körner werden zahlreiche Versetzungen erzeugt und vervielfacht, und die Körner werden verlängert, gestaucht oder verfeinert. Diese mikrostrukturellen Veränderungen behindern die weitere Versetzungsbewegung stark, was direkt zu einer Erhöhung der Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härte führt. Dieses Phänomen wird als Kaltverfestigung oder Kaltverfestigung bezeichnet.
Mit zunehmender Kaltumformung steigen Härte und Festigkeit von Titan Grad 2 kontinuierlich an, während Duktilität und Dehnung entsprechend abnehmen. Bei geringer Kaltverformung behält das Material eine gute Formbarkeit bei und erzielt gleichzeitig eine moderate Festigkeitsverbesserung. Bei hoher Kaltverformung können Festigkeit und Härte erheblich verbessert werden, sodass es sich für Teile eignet, die eine hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern, wie z. B. Befestigungselemente, Federn, dünnwandige Strukturteile und chirurgische Instrumente.
In der tatsächlichen industriellen Produktion ist der Kaltumformprozess von Titan der Güteklasse 2 weit verbreitet und kontrollierbar. Um unterschiedliche Anwendungsanforderungen zu erfüllen, können Hersteller Produkte in verschiedenen Härtezuständen anbieten, beispielsweise im geglühten Zustand (weicher Zustand) und im kaltverformten/kaltverfestigten Zustand. Für Anwendungen, die sowohl eine moderate Formbarkeit in der Produktion als auch eine hohe Festigkeit im Betrieb erfordern, können geeignete Kaltumformverfahren entwickelt werden, um die erforderliche Leistungsbalance zu erreichen.
Es ist zu betonen, dass Titan Grad 2 durch Kaltverformung zwar erheblich gehärtet werden kann, eine übermäßige Kaltverformung das Material jedoch zu spröde macht und das Risiko von Rissen während der Verarbeitung erhöht. Daher werden in der tatsächlichen Produktion häufig mehrere Kaltumformschritte plus Zwischenglühen eingesetzt, um die Härte und Duktilität innerhalb eines angemessenen Bereichs zu kontrollieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Titan der Güteklasse 2 durchaus durch Kaltumformung gehärtet werden kann, und Kaltumformung ist die wichtigste und effektivste Verstärkungsmethode für dieses Material. Durch die Steuerung des Ausmaßes der Kaltverformung ist es möglich, die Härte, Festigkeit und Duktilität von Titan der Güteklasse 2 genau anzupassen, um den Anforderungen verschiedener Industrieanwendungen gerecht zu werden, darunter Schiffstechnik, Meerwasserentsalzung, chemische Ausrüstung und Präzisionsstrukturkomponenten.
