1. Gewalzter Zustand (als-gewalztes Titan)
Mikrostrukturelle Merkmale: Die Mikrostruktur zeichnet sich durch längliche, abgeflachte Körner (entlang der Walzrichtung) mit einer hohen Versetzungsdichte aus, und im gesamten Material sind innere Eigenspannungen vorhanden. Bei +-Titanlegierungen (z. B. Ti-6Al-4V der Güteklasse 5) sind die Körner der -Phase in Walzrichtung ausgerichtet und bilden eine deutliche faserige Textur.
Mechanische Eigenschaften:
Stärke: Deutlich erhöht aufgrund der Kaltverfestigung{0}}Zugfestigkeit und Streckgrenze sind 15–30 % höher als im geglühten Zustand (z. B. hat kaltgewalztes Titan der Güteklasse 2 eine Zugfestigkeit von ~550 MPa, verglichen mit ~345 MPa für geglühtes Titan der Güteklasse 2).
Zähigkeit und Duktilität: drastisch reduziert; Dehnung und Flächenverkleinerung nehmen gegenüber dem geglühten Zustand um 40–60 % ab und die Schlagzähigkeit nimmt stark ab. Das Material neigt unter Biege- oder Stoßbelastungen aufgrund von Eigenspannungen und Versetzungsverwicklungen zur Rissbildung.
Formbarkeit: Schlecht, da die Kaltverfestigung die Fließspannung des Materials erhöht und eine weitere plastische Verformung ohne Zwischenglühen erschwert.
Anwendungsszenarien: Geeignet für Komponenten, die eine hohe Festigkeit, aber minimale Nachbearbeitung erfordern (z. B. einfache Strukturhalterungen, un{3}}unkritische Verbindungselemente), jedoch nicht für Teile, die dynamischen oder komplexen Belastungen ausgesetzt sind.
2. Geglühter Zustand (geglühtes Titan)
Mikrostrukturelle Merkmale: Die verformten, länglichen Körner rekristallisieren zu gleichachsigen, feinkörnigen Strukturen; Versetzungen werden vernichtet und Eigenspannungen werden vollständig abgebaut. Bei +-Legierungen besteht die Mikrostruktur aus gleichmäßig verteilten gleichachsigen --Phasenkörnern und einer kleinen Menge --Phase ohne gerichtete Textur.
Mechanische Eigenschaften:
Stärke: Mäßig und ausgeglichen-niedriger als der gerollte Zustand, aber höher als der gegossene Zustand. Die Festigkeit ist über den gesamten Materialquerschnitt und in alle Richtungen stabil (keine Anisotropie).
Zähigkeit und Duktilität: Optimal unter den drei Zuständen; Die Dehnung kann bei technisch reinem Titan 20–30 % erreichen, und die Bruchzähigkeit (KIC) ist 20–40 % höher als im gewalzten Zustand. Das Material weist eine gute Schlag- und Ermüdungsbeständigkeit bei zyklischer Belastung auf.
Formbarkeit und Bearbeitbarkeit: Exzellent; Die weiche, rekristallisierte Mikrostruktur ermöglicht Tiefziehen, Biegen und andere Umformprozesse und die Bearbeitbarkeit wird aufgrund der verringerten Härte verbessert.
Anwendungsszenarien: Der am weitesten verbreitete Zustand für allgemeine -Komponenten wie Rumpfplatten in der Luft- und Raumfahrt, Schiffsrohrleitungssysteme, Gehäuse für medizinische Geräte und Wärmetauscher in der chemischen Industrie, bei denen ausgewogene Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.
3. Lösung-Geglühter und gealterter Zustand (Lösung-Behandelt und gealtert, STA-Titan)
Lösungsglühen: Erhitzen über den /-Transus (für +-Legierungen, ~920–950 Grad), um eine gleichmäßige --Phasen-Mikrostruktur zu bilden, dann Abschrecken, um bei Raumtemperatur eine metastabile übersättigte + (oder martensitische) Struktur beizubehalten.
Altern: Erneutes Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur (450–550 Grad), um feine, dispergierte sekundäre --Phasenpartikel innerhalb der Matrix auszufällen.
Mikrostrukturelle Merkmale: Die Mikrostruktur besteht aus einer -Phasenmatrix mit dicht verteilten feinen Sekundärausscheidungen, die als Versetzungsbarrieren wirken. Bei Ti-6Al-4V sind die Ausscheidungen nadel- oder lattenförmig mit Größen im Bereich von 0,1–1 μm.
Mechanische Eigenschaften:
Stärke: Die höchste Streckgrenze der drei Zustände-kann 1000 MPa für STA Grade 5 überschreiten (im Vergleich zu ~860 MPa für geglühte Grade 5), was einer Steigerung von 15–25 % aufgrund der Ausscheidungsverstärkung entspricht.
Zähigkeit und Duktilität: Mäßig, niedriger als im geglühten Zustand, aber höher als im gewalzten Zustand; Die Dehnung beträgt typischerweise 8–12 % für STA Grade 5 und die Bruchzähigkeit ist aufgrund der feinen Ausscheidungsstruktur leicht verringert, aber die Ermüdungsfestigkeit ist im Vergleich zum geglühten Zustand erhöht (um 20–30 %).
Leistung bei hohen-Temperaturen: Verbesserte Kriechfestigkeit, da die Ausscheidungen die Versetzungsbewegung bei erhöhten Temperaturen (bis zu 350 Grad für Klasse 5) hemmen, wodurch es für strukturelle Hochtemperaturanwendungen geeignet ist.
Anwendungsszenarien: Wird für Komponenten mit hoher Leistung und hoher{1}}Belastung verwendet, z. B. Kompressorschaufeln von Luft- und Raumfahrtmotoren, Flugzeugfahrwerke, hochfeste Verbindungselemente und Offshore-Bohrwerkzeugkomponenten, bei denen maximale Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit erforderlich sinde kritisch.
