Titan-Grade-Tabelle: Alle ASTM-Grade im Vergleich mit UNS und Eigenschaften

ASTM nummeriert die Titan-Grades ab Grade 1 aufwärts und lässt 8, 10 und 22 unbelegt, sodass die Anzahl davon abhängt, welche Norm und welche Ausgabe man liest. Etwa ein Dutzend deckt nahezu die gesamte kommerzielle Bestellpraxis ab. Sie teilen sich in zwei Familien: technisch reines Titan, bei dem Sauerstoff- und Eisengehalt die Festigkeit bestimmen, und Titanlegierungen mit Aluminium, Vanadium, Palladium, Molybdän oder Nickel. Käufer wählen zuerst nach der Einsatzbedingung, dann nach der Festigkeit.

Titan-Grade im Überblick

Die folgende Tabelle deckt die zwölf Grade ab, die den größten Teil des kommerziellen Titaneinkaufs ausmachen. Die Zugwerte sind die geglühten Mindestwerte nach ASTM B265 (Band, Blech und Platte) und ASTM B348 (Stab und Vorblock), die für diese Grade identische Zahlen vorgeben. Die Bruchdehnung wird nach B265 in 2 in. bzw. 50 mm gemessen, nach B348 in 4D.

Die Spalte Werkstoffnummer führt nach dem Schrägstrich auch die französische Bezeichnung: T35 für Grade 1, T40 für Grade 2 und T60 für Grade 4.

Zwei Hinweise, bevor diese Tabelle eine Bestellung erreicht. Die Dichte ist eine nominelle physikalische Eigenschaft, keine ASTM-Anforderung; sie erscheint daher nie als geprüfter Wert auf einem Werkstoffzeugnis. Und die UNS-Nummer von Grade 23 hängt von der Norm ab: Für die Halbzeugspezifikationen der B-Serie ASTM B265, B348, B381 und B863 lautet die Querreferenz R56407, während ASTM F136 für chirurgische Implantate R56401 nennt; die falsche zu schreiben ist eine häufige Ursache zurückgewiesenen Materials. Europäische Zeichnungen verwenden oft stattdessen die DIN-Werkstoffnummer, die unser Querverweis Werkstoffnummer zu ASTM bildet beide Richtungen ab.

Reintitan Grade 1 bis 4

Alle vier Reintitan-Grade sind unlegiertes Titan ohne absichtliche Legierungszusätze. Was sie trennt, ist nicht Reinheit im landläufigen Sinn. Es ist der zulässige Gehalt an interstitiellem Sauerstoff und Stickstoff plus substitutionellem Eisen, den die Norm bewusst erlaubt, weil sie die Festigkeit erhöhen. ASTM B861 sagt es im eigenen Geltungsbereich: Grade 1 ist unlegiertes Titan mit niedrigem Sauerstoff, Grade 2 mit Standard-Sauerstoff, Grade 3 mit mittlerem Sauerstoff.

Lesen Sie die Sauerstoffzeile hinunter und die Dehnungszeile hinauf, und die Familie ergibt Sinn. Der Sauerstoff geht von 0,18 auf 0,40 Prozent, die Mindestzugfestigkeit steigt auf mehr als das Doppelte, die Bruchdehnung fällt von 24 auf 15 Prozent. Grade 4 ist keine geringere Qualität als Grade 1; er trägt absichtlich mehr Sauerstoff und Eisen, um Festigkeit zu kaufen, und zahlt mit Umformbarkeit und Schweißnahtduktilität. Die Kohlenstoff- und Wasserstoffgrenzen ändern sich über die vier nicht, und Wasserstoff mit maximal 0,015 Prozent ist der Wert, den man auf dem Zeugnis im Auge behält, denn Hydridplättchen verspröden das Material, ohne die Zugwerte zu verschieben. Die Streckgrenze trägt in ASTM B265 zudem ein Maximum, weil Blech, das über das Band hinausschießt, sich nicht zu den Formen umformen lässt, für die diese Grade gekauft werden.

Ein Punkt, den veröffentlichte Grade-Tabellen falsch machen: ASTM spezifiziert hier keinen Mindest-Titangehalt. B265 und B348 stellen beide fest, dass Titan per Differenz bestimmt wird; Zahlen wie 99,5 Prozent rein sind also Rechenreste aus den Elementmaxima, nichts, was jemand zertifiziert. In der Praxis ist Grade 2 der Volumengrade, Grade 1 wird gewählt, wenn das Teil stark gezogen oder als Anodensubstrat oder lose Auskleidung verwendet wird, und Grade 3 und 4 erscheinen, wenn ein Druckteil legierungsähnliche Festigkeit mit unlegiertem Korrosionsverhalten braucht. Die Produktwege stehen in unserem Leitfaden für Bleche und Platten nach ASTM B265 und Leitfaden zu ASTM B348 Stäben und Knüppeln.

Titanlegierungs-Grade

Grade 5, Ti-6Al-4V

Grade 5 ist die meistbestellte Titanlegierung. ASTM erlaubt 5,5 bis 6,75 Prozent Aluminium und 3,5 bis 4,5 Prozent Vanadium, Sauerstoff maximal 0,20 Prozent und Eisen maximal 0,40 Prozent. Die geglühten Mindestwerte sind 895 MPa Zugfestigkeit und 828 MPa Streckgrenze bei 10 Prozent Bruchdehnung, rund das Dreifache der Streckgrenze von Grade 2 bei 98 Prozent der Dichte. Er reagiert auf Lösungsglühen und Auslagern; der Zustand muss also genannt werden, sonst liefert das Werk geglüht. Er ist schweißbar, braucht aber engere Kontrolle als Reintitan, und er zerspant langsamer.

Grade 9, Ti-3Al-2.5V

Grade 9 liegt zwischen den Reintitan-Graden und Grade 5, mit 620 MPa Zugfestigkeit und 483 MPa Streckgrenze als Minimum, 15 Prozent Bruchdehnung. Die mageren 3 Prozent Aluminium und 2,5 Prozent Vanadium lassen genug Duktilität zum Kaltziehen und Kaltbiegen; deshalb dominiert er Titanrohre für Hydraulikleitungen, Luftfahrtkanäle und Fahrradrahmen. Er ist ein Festigkeits-zu-Gewicht-Upgrade gegenüber Grade 2, kein Korrosions-Upgrade: In Meerwasser oder Säure bleiben die Korrosions-Grade die Antwort. Die Rohrwege stehen im Leitfaden für Rohre nach ASTM B338.

Grade 23, Ti-6Al-4V ELI

Grade 23 ist Grade 5 mit heruntergezogenen interstitiellen Elementen: Sauerstoff 0,13 statt 0,20 Prozent, Eisen 0,25 statt 0,40, Stickstoff 0,03 statt 0,05, Wasserstoff 0,0125 statt 0,015, Aluminium begrenzt auf 6,5 statt 6,75. ELI steht für extra low interstitial. Das erhöht Bruchzähigkeit und Schadenstoleranz und verbessert das kryogene Verhalten, auf Kosten der Festigkeit: Die Mindestwerte fallen auf 828 MPa Zugfestigkeit und 759 MPa Streckgrenze. Diese Abwägung ist der Grund, warum der Grade existiert; der Vergleich mit Grade 5 wird erläutert in unserem Grade 5 und Grade 23 im direkten Vergleich.

Bei Grade 23 stolpern viele über die UNS-Nummerierung. Als Stab nach ASTM B348, Platte nach B265, Schmiedeteil nach B381 oder Draht nach B863 ist es UNS R56407. Als chirurgischer Implantatwerkstoff nach ASTM F136 ist es UNS R56401, und F136 ist nicht einfach eine engere Fassung desselben Dokuments: Es setzt höhere Mindestzugfestigkeiten an, erlaubt mit 0,05 statt 0,03 Prozent mehr Stickstoff und hält Wasserstoff mit 0,012 statt 0,0125 Prozent enger. Dieselbe Legierung, andere Abnahmekriterien. Nennen Sie die Norm, nicht nur den Grade.

Korrosionsbeständige Grade: 7, 11, 12, 16, 17

Titan widersteht Korrosion über eine passive Titandioxidschicht. In oxidierenden und neutralen Chloridbedingungen bildet sich diese Schicht so schnell neu, wie sie beschädigt wird; deshalb hält Grade 2 Meerwasser unbegrenzt stand. In reduzierenden Säuren und in engen Spalten, wo Sauerstoff verbraucht wird, kann sich die Schicht nicht selbst reparieren, und unlegiertes Titan korrodiert aktiv. Vier dieser fünf Grade lösen das mit einem kleinen Platingruppen-Zusatz; der fünfte nutzt einen anderen Mechanismus.

Palladium wirkt als Kathode mit niedriger Wasserstoffüberspannung. Wenige Hundertstel Prozent verschieben das Legierungspotenzial in den passiven Bereich, sodass sich die Oxidschicht neu bildet, wo sie es sonst nicht täte. Grade 7 und 11 tragen 0,12 bis 0,25 Prozent Palladium; Grade 16 und 17 tragen 0,04 bis 0,08 Prozent, rund ein Drittel des Palladiums und den Großteil des Nutzens bei weniger aggressivem Einsatz. Das sind Palladium-Grade, keine Ruthenium-Grade: Die Ruthenium-Äquivalente sind Grade 26 und Grade 27, beide mit 0,08 bis 0,14 Prozent Ruthenium, entwickelt, als die Palladiumpreise die Grade-7-Familie teuer machten. Die Paarung ist systematisch, jeder Palladium-Grade sitzt auf einer Reintitan-Basis, und die mechanischen Eigenschaften kommen von dieser Basis, nicht vom Zusatz; deshalb teilen Grade 7 und Grade 2 die Zugfestigkeits-Mindestwerte.

Grade 12 ist der Sonderfall und wird am häufigsten missverstanden: Er trägt gar kein Platingruppenmetall. Molybdän und Nickel heben die Festigkeit auf 483 MPa Mindest-Zugfestigkeit und schieben die Spaltkorrosionsschwelle nach oben; deshalb wird er für heiße Sole spezifiziert statt für kalte Säure. Die Faustregel: Reduzierende Säure zeigt auf Grade 7 oder Grade 16, heißes Chlorid auf Grade 12, und wenn beides zutrifft, braucht die Wahl einen Korrosionsingenieur statt einer Tabelle. Die Auswahl je Medium behandelt unser Leitfaden zu Titan-Grade-Auswahl für die chemische Prozesstechnik.

Alpha-, Alpha-Beta- und Beta-Titanlegierungen

Reines Titan wechselt bei etwa 882 Grad C die Kristallstruktur, von hexagonal dichtgepacktem Alpha darunter zu kubisch raumzentriertem Beta darüber. Legierungselemente werden danach klassifiziert, welche Phase sie stabilisieren: Aluminium, Sauerstoff, Stickstoff und Zinn stabilisieren Alpha, während Vanadium, Molybdän, Niob, Eisen, Chrom und Nickel Beta stabilisieren. Die Balance entscheidet, wie sich ein Grade bei Wärmebehandlung und Umformung verhält.

Alpha- und Near-Alpha-Grade

Die Reintitan-Grade 1 bis 4 und die Palladium-Grade 7, 11, 16 und 17 sind einphasiges Alpha mit höchstens Spuren von Beta. Grade 12 ist Near-Alpha, überwiegend Alpha mit etwas Beta aus Molybdän und Nickel. Keiner lässt sich durch Wärmebehandlung verfestigen; die Festigkeit kommt aus interstitiellem Gehalt und Kaltverfestigung, weshalb der Reintitan-Abschnitt oben eine Chemietabelle ist. Sie werden geglüht geliefert, schweißen problemlos und halten ihre Eigenschaften bei Temperatur.

Alpha-Beta-Grade

Grade 5 und 23 sind die klassischen Alpha-Beta-Legierungen, beide Phasen bei Raumtemperatur vorhanden und eine echte Reaktion auf Lösungsglühen und Auslagern. Grade 9 wird normalerweise als Near-Alpha eingestuft, mit nur wenigen Prozent Beta, weshalb er genug Duktilität behält, um zu Rohren kaltgezogen zu werden; manche Referenzen ordnen ihn stattdessen den mageren Alpha-Beta-Legierungen zu. Weil eine UNS-Nummer geglühtes sowie lösungsgeglühtes und ausgelagertes Material bei sehr unterschiedlichen Festigkeiten abdeckt, gehört der Zustand auf die Bestellung.

Beta-Grade

Die Grades 19, 20 und 21 enthalten genug Beta-Stabilisatoren, um beim Abkühlen Beta zu behalten. Lösungsgeglüht lassen sie sich gut kalt umformen und erreichen nach dem Auslagern die höchsten Festigkeiten im ASTM-System: B348 setzt im hochfesten ausgelagerten Zustand mindestens 1138 MPa für Grade 19 und Grade 20 sowie 1172 MPa für Grade 21 an, gegenüber 895 MPa für Grade 5. Die Kosten halten sie aus der routinemäßigen Industriebestellung heraus.

Die Konsequenz für die Bestellung ist direkt. Bei einem Alpha-Grade ist der Zustand keine Variable, und das Zeugnis zeigt geglühte Eigenschaften. Bei einem Alpha-Beta- oder Beta-Grade bedeutet ein fehlender Zustand auf der Bestellung, dass der Grade-Name allein das Teil nicht definiert, und die Umformtemperaturen relativ zum Beta-Transus verschieben sich mit der Klasse.

Grade 19 und Grade 29: die beiden Güten, die diese Tabelle nicht enthält

Die Vergleichstabelle oben endet bei Grade 23. Zwei Güten außerhalb dieser Tabelle kommen auf Zeichnungen häufig genug vor, um sie hier anzugeben: Grade 19, eine Beta-Legierung, und Grade 29, also die Chemie von Grade 23 mit zugesetztem Ruthenium. Die Legierungsbezeichnungen unten sind die, die ASTM B348 in Abschnitt 1.1 des Anwendungsbereichs angibt; die chemischen und die Zugwerte sind die von ASTM B265 tabellierten Werte, es sind also die Werte für Blech, Band und Platte und keine allgemeine Referenz. Eine Bestellung von Stab oder Schmiedeteilen dieser Güten läuft unter der jeweils eigenen Produktnorm und deren eigenen Tabellen.

Eine Spalte aus der Haupttabelle fehlt hier absichtlich. Die Tabellen der ASTM-B-Reihe geben die Güten als Nummer an und drucken keine UNS-Nummer daneben, eine Bestellung, die eine UNS-Referenz benötigt, muss daher die Spezifikation nennen, die sie führt, und nicht erwarten, dass die Produktnorm sie liefert. ASTM B265, Tabellenanmerkung A, ergänzt, dass die tabellierten Mindestwerte für Längs- und Querproben gelten und dass Eigenschaften für nicht geglühtes Material oder für Platten dicker als 25 mm (1 in.) zwischen Käufer und Lieferant vereinbart werden.

Welche Grade es in welchen Produktformen gibt

Ein Grade ist in einer Form nur bestellbar, wenn eine Norm die Kombination abdeckt, und die Lücken überraschen. ASTM B338, die Norm für Kondensator- und Wärmetauscherrohre, führt Grade 4, Grade 5 und Grade 23 nicht unter ihren 28 Graden, und die Rohrleitungsnormen B861 und B862 führen Grade 4 nicht.

Eine Lücke heißt nicht immer, dass das Material nicht herstellbar ist. Grade-5-Rohre existieren, werden aber nach einer Luftfahrtspezifikation oder nach den Rohrleitungsnormen gekauft statt nach B338, und Grade-23-Implantatstäbe und -draht werden nach ASTM F136 gekauft statt nach B348 oder B863. Was die Lücken bedeuten: Die auf der Bestellung genannte Norm muss den Grade in dieser Form abdecken, sonst hat das Werk keine Abnahmekriterien, gegen die es zertifizieren kann.

So wählen Sie einen Titan-Grade

Gehen Sie von der Einsatzbedingung aus, nicht vom Grade-Namen, in dieser Reihenfolge.

Zwei Fehlermuster sind benennenswert. Das erste ist der Standardgriff zu Grade 5, weil es die festeste Güte ist: Es übertrifft Grade 2 in Meerwasser oder Säure nicht und ist im Einkauf, Schweißen und Zerspanen teurer. Das zweite ist, Grade 9 als Korrosionsaufwertung zu behandeln: Es bringt Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, keine Korrosionsreserve. Für die direkte Entscheidung zwischen handelsreinem Titan und Ti-6Al-4V über alle Produktformen lesen Sie den Vergleich Grade 2 vs Grade 5 Titan.

So spezifizieren Sie einen Titan-Grade auf einer Bestellung

Eine Positionszeile, gegen die ein Werk zertifizieren kann, braucht sieben Angaben: Produktform, maßgebende Norm und Güte, UNS-Nummer, Abmessungen mit Toleranzklasse, Zustand, Oberflächenzustand sowie Prüf- und Zeugnisanforderung. Zum Beispiel: Titanstab, ASTM B348 Grade 23, UNS R56407, 40 mm Durchmesser, geglüht, spitzenlos geschliffen, EN 10204 3.1 mit Rückverfolgbarkeit über Chargennummer. Wenn die Produktform Stab ist und die Güte noch offen ist, verwenden Sie den Leitfaden zur Güteauswahl für Titanstab bevor Sie die Bestellzeile festlegen.

Das meiste zurückgewiesene Material geht auf eine von zwei Auslassungen zurück. Die erste ist ein Grade ohne Norm, was bei Grade 23 am härtesten zuschlägt: Nach ASTM B348 ist er UNS R56407 mit 828 MPa Mindest-Zugfestigkeit, nach ASTM F136 ist er UNS R56401 mit höherem Minimum und anderen Interstitial-Grenzen. Die zweite ist ein leeres Zustandsfeld bei einem Alpha-Beta- oder Beta-Grade, wo eine Grade-Nummer geglühtes und ausgelagertes Material Hunderte Megapascal auseinander abdeckt.

Beiyu Titanium liefert Titan-Halbzeuge nach ASTM- und AMS-Spezifikationen. Wenn Dokumentation 3.1 nach EN 10204 und Schmelzen- oder Los-Rückverfolgbarkeit gefordert sind, nennen Sie die gewünschten Ergebnisse und Rückverfolgbarkeitsfelder in der Anfrage. Senden Sie Produktform, Grade, maßgebende Norm, Abmessungen, Menge, Zustand und Einsatzmedium, und Beiyu bestätigt den zutreffenden Werkstoff- und Dokumentenumfang im Angebot.

Wie viele Titan-Grade gibt es?

Es gibt keine einzelne Zahl, und jede Antwort ohne Nennung einer Norm ist geraten. ASTM vergibt Grade-Nummern innerhalb seiner Halbzeugspezifikationen; die Anzahl hängt also von Spezifikation und Ausgabe ab. ASTM B265 und B348 zählen 35 nummerierte Grade auf, Grade 1 bis 7, 9, 11 bis 21 und 23 bis 38, denn 8, 10 und 22 sind in der B-Serie nicht vergeben; spätere Ausgaben beider haben den Bereich weiter ausgedehnt. Engere Normen tragen weniger: ASTM B338 deckt 28 Grade ab und ASTM B861 34. Hinzu kommen die Varianten 2H, 7H, 16H und 26H, die die Chemie des Basisgrades teilen, aber eine höhere Mindest-Zugfestigkeit für Druckbehälterarbeit garantieren.

Eine Korrektur, weil der Fehler auf Lieferantenseiten weit zirkuliert: Grade 6 existiert. Er ist Ti-5Al-2.5Sn, UNS R54520, gelistet in ASTM B265 und B348 mit 828 MPa Mindest-Zugfestigkeit. Grade 8, 10 und 22 sind die Nummern, die in der B-Serie wirklich fehlen. Der kommerzielle Einkauf konzentriert sich auf rund zwölf Grade: 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 16, 17 und 23.

Welcher Titan-Grade ist der beste?

Titan-Grade werden einer Aufgabe zugeordnet, nicht in eine Rangfolge gebracht; die Frage löst sich also erst, wenn die Einsatzbedingung genannt ist. Grade 2 ist der Standard für Meerwasser und allgemeine Korrosionsarbeit und das, woraus die meiste Ausrüstung gebaut wird. Grade 5 ist vorgesehen, wo ein Teil Last trägt und spanend bearbeitet werden muss. Grade 7 und 11 geben den breitesten Korrosionsspielraum in reduzierenden Säuren und Spalten, Grade 16 und 17 decken denselben Einsatz mit weniger Palladium ab, und Grade 12 übernimmt in heißen Chloridsolen. Grade 23 ist nur richtig, wo Bruchzähigkeit oder Implantatkonformität die Anforderung ist.

Was ist der festeste Titan-Grade?

Unter den in normalem Industrievolumen bestellten Graden ist Grade 5 der festeste, mit 895 MPa (130 ksi) Mindest-Zugfestigkeit geglüht. Höhere Zahlen existieren im ASTM-System: B348 setzt 1138 MPa Minimum für die Beta-Legierungen Grade 19 und 20 und 1172 MPa für Grade 21 im hochfesten ausgelagerten Zustand. Der festeste Reintitan-Grade ist Grade 4 mit 550 MPa. Grade 23 hat trotz des höheren Preises als Ti-6Al-4V niedrigere Mindestwerte als Grade 5, weil er Festigkeit gegen Bruchzähigkeit tauscht.

Welcher Titan-Grade wird für medizinische Implantate verwendet?

Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) und die Reintitan-Grade sind die Implantatwerkstoffe, aber die Norm zählt mehr als der Grade-Name. Implantatmaterial wird nach ASTM F136 für Ti-6Al-4V ELI gekauft, mit UNS R56401, oder nach ASTM F67 für unlegiertes Titan. Dieselbe Legierung als allgemeiner Konstruktionsstab nach ASTM B348 trägt UNS R56407 und ein niedrigeres Zugfestigkeitsminimum und ist für Implantatzwecke nicht mit F136-Material austauschbar.

Wie die Zahlen in diesen Tabellen gemessen werden

Eine Gütetabelle gibt Grenzwerte. Sie sagt nicht, wie ein Wert ermittelt wurde, und zwei Zeugnisse, die dieselbe Zahl nach unterschiedlichen Verfahren angeben, beantworten nicht dieselbe Frage. ASTM B348 klärt dies, indem es die Prüfverfahren benennt, auf die es sich stützt, sodass die Grundlage geprüft statt angenommen werden kann.

Dies sind die Verfahren, die ASTM B348 in seinen referenzierten Dokumenten und Prüfabschnitten benennt. Die Benennung eines Verfahrens klärt, wie ein Wert ermittelt wurde. Sie fügt keine Prüfstufe hinzu, die die Bestellung nicht verlangt hat, und sie macht zwei unterschiedliche Bestimmungen nicht austauschbar.

Eine weitere Unterscheidung entscheidet, wie diese Werte auf einem Zeugnis gelesen werden. Die obigen Grenzwerte sind Schmelzanalysengrenzen, die an der Schmelze genommen werden, während eine später am Fertigprodukt durchgeführte Produktanalyse nach ASTM B348 ihre eigene Toleranz trägt und die Güte nicht erweitert. Dieser Vergleich sowie die Bestellfelder, die steuern, was ein Zeugnis ausweist, sind dargestellt auf der Grade 5 Zertifizierungsleitfaden.

Spezifikationsdetails mit Quellenangabe

Innerhalb des ASTM-Systems unterscheiden sich die vier unlegierten Güten hauptsächlich durch Sauerstoff und Festigkeit: Die Sauerstoffgrenzen steigen von 0,18% (Grade 1) auf 0,25%, 0,35% und 0,40% (Grades 2, 3 und 4), gemäß ASTM B265, Tabelle 1, und die Mindestzugfestigkeit steigt entsprechend von 240 auf 550 MPa, gemäß Tabelle 2 derselben Norm.

Die Gütenummern sind nicht fortlaufend: ASTM B265, Tabelle 1 reicht von Grade 1 bis Grade 38, und die Nummern 8, 10 und 22 sind keiner Zusammensetzung zugeordnet. UNS-Nummern liefern den eindeutigen Querverweis, zum Beispiel R50400 für Grade 2 und R56400 für Grade 5, nach derselben Tabelle.

Wenn die Güte festgelegt ist, lautet die nächste Frage, wer sie liefert. Die Index der Titan-Lieferantenlisten gruppiert Vergleiche von Unternehmensseiten nach Produktfamilie und Güte.