1. Verschleißfestigkeit einer Titanlegierung der Güteklasse 5 und Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung
Im unbehandelten Zustand weist eine Titanlegierung der Güteklasse 5 nur eine mäßige Verschleißfestigkeit auf. Unter trockenen Gleit-, Schleif- oder Reibebedingungen neigt es aufgrund seiner relativ geringen Härte und seines hohen Reibungskoeffizienten gegenüber Metallen oder Keramik zu adhäsivem und abrasivem Verschleiß. Bei Kontakt mit anderen metallischen Materialien kann es bei Titanlegierungen leicht zu Abrieb, Festfressen oder Oberflächenschäden kommen. Daher wird bei Anwendungen mit relativer Bewegung, Reibung, wiederholtem Kontakt oder abrasiven Umgebungen eine Oberflächenbehandlung dringend empfohlen oder ist sogar notwendig.
Zu den gängigen Oberflächenbehandlungen zur Verbesserung der Verschleißleistung gehören:
Eloxieren: Erhöht die Oberflächenhärte und Korrosionsbeständigkeit.
Gasnitrieren oder Plasmanitrieren: bildet eine harte, verschleißfeste Schicht, wodurch Reibung und Verschleiß deutlich reduziert werden.
PVD-Beschichtungen (Physical Vapour Deposition) wie TiN, DLC oder CrN: sorgen für eine extrem hohe Oberflächenhärte und einen niedrigen Reibungskoeffizienten.
Thermische Oxidation: verbessert Härte und Lebensdauer.
Bei entsprechender Oberflächenmodifizierung kann die Verschleißfestigkeit der Güteklasse 5 um ein Vielfaches oder sogar um eine Größenordnung verbessert werden. Daher ist bei Bauteilen wie Lagern, Zahnrädern, Wellen, Befestigungselementen unter Reibverschleiß und Gleitteilen eine Oberflächenbehandlung unerlässlich, um eine akzeptable Lebensdauer zu erreichen.
2. Leistung unter dynamischen Belastungs-, Vibrations- und Ermüdungsbedingungen
Titanlegierungen der Güteklasse 5 eignen sich hervorragend für dynamische Belastungs-, Vibrations- und ermüdungskritische Anwendungen und sind tatsächlich eines der weltweit am häufigsten verwendeten Materialien unter solchen Arbeitsbedingungen.
Erstens weist es eine hervorragende Ermüdungsleistung bei hohen Zyklen auf, insbesondere im wärmebehandelten Zustand (lösungsbehandelt und gealtert). Seine Ermüdungsfestigkeit ist stabil und bleibt auch bei Betriebstemperaturen von bis zu 315 Grad erhalten. Zweitens verfügt es über eine hohe Zähigkeit und einen guten Risswachstumswiderstand, sodass es wiederholten Vibrationen, Stößen und wechselnden Belastungen ohne plötzlichen Ausfall standhalten kann. Drittens tragen sein niedriger Elastizitätsmodul und seine hohe Festigkeit im Vergleich zu vielen hochfesten Stählen dazu bei, Vibrationsenergie zu absorbieren und die Spannungskonzentration zu verringern.
Typische Anwendungen sind:
Flugzeugstrukturbauteile, Fahrwerke und Triebwerkslager unter langfristiger Vibrations- und Ermüdungsbelastung.
Automobilventile, Pleuel und Aufhängungsteile.
Medizinische Implantate, die wiederholten menschlichen Bewegungsbelastungen standhalten.
Meeres- und Offshore-Strukturen, die welleninduzierten Vibrationen und zyklischer Belastung ausgesetzt sind.
Bei der Konstruktion müssen jedoch scharfe Kerben, raue Oberflächendefekte oder übermäßiger Reibverschleiß vermieden werden, da diese Faktoren die Ermüdungslebensdauer verkürzen können. Mit der richtigen Geometrie, Oberflächenqualität und optionaler Oberflächenbehandlung funktioniert Grade 5 auch unter schwierigen dynamischen Bedingungen und Ermüdungsbedingungen zuverlässig.
Zusammenfassung
Titanlegierungen der Güteklasse 5 weisen eine mäßige inhärente Verschleißfestigkeit auf und erfordern in der Regel eine Oberflächenbehandlung für Reibungs- und Verschleißumgebungen. Mittlerweile zeigt es eine hervorragende Leistung unter dynamischen Belastungs-, Vibrations- und Ermüdungsbedingungen und gilt weithin als erstklassiges Material für Strukturanwendungen mit zyklischer Belastung.
