Die meisten Titaneinkäufer sehen sich nie mehr als die erste Seite eines Werkstoffzeugnisses an. Sie prüfen, ob dort „Grade 5“ steht, suchen nach einem Stempel und legen es ab. Genau so gelangt Material, das außerhalb der Spezifikation liegt oder schlecht rückverfolgbar ist, in eine Baugruppe. Das Zeugnis eines Titanbarrens enthält mehr Information als eine einzige Zeile mit dem Grade, sofern Sie wissen, welche Zahlen zu lesen sind und was ein gutes Labor tatsächlich misst.
Nachfolgend ein durchgerechnetes Beispiel anhand einer realen Barrencharge, die wir kürzlich erschmolzen und prüfen ließen: Charge (Chargennummer nicht angegeben), Bezeichnung TC4 (Ti-6Al-4V, entspricht Grade 5), Φ600 mm, geprüft in einem akkreditierten unabhängigen Labor. Wir lesen ihn so, wie es eine Wareneingangsprüfung tun sollte.
Die Analysetabelle wird für oben und unten ausgewiesen: genau darauf kommt es an
Das Erste, worauf zu achten ist, ist kein Wert, sondern der Aufbau der Spalten. Ein ernstzunehmender Barrenbericht gibt zwei Analysen an: eine vom oben des Barrens und eine vom unteren Ende. Hier die tatsächlichen Werte aus dieser Charge:
| Element (Gew.-%) | Oben (上) | Unten (下) | Grenzwert ASTM B348 Gr 5 | Bewertung |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium (Al) | 6.53 | 6.35 | 5.5 bis 6.75 | Im Bereich |
| Vanadium (V) | 3.87 | 3.77 | 3.5 bis 4.5 | Im Bereich |
| Eisen (Fe) | 0.18 | 0.19 | ≤ 0.40 | Deutlich darunter |
| Sauerstoff (O) | 0.186 | 0.181 | ≤ 0.20 | Darunter, kontrolliert |
| Kohlenstoff (C) | <0.004 | 0.004 | ≤ 0.08 | Deutlich darunter |
| Stickstoff (N) | 0.007 | 0.007 | ≤ 0.05 | Deutlich darunter |
| Wasserstoff (H) | <0.0006 | <0.0006 | ≤ 0.015 | Deutlich darunter |
Warum zwei Enden? Titanlegierungen werden in der Regel zwei- oder dreifach im Vakuumlichtbogen umgeschmolzen (VAR). Beim Erstarren des Barrens erstarren die Legierungselemente nicht vollkommen gleichmäßig; schwerere und leichtere Bestandteile können sich in unterschiedlichen Höhen anreichern, ein Phänomen mit der Bezeichnung Seigerung. Aluminium schwankt meist stärker als Vanadium, weil es unter Vakuum flüchtig ist. Weichen oberes und unteres Ende stark voneinander ab, ist die Mitte dieses Barrens ein Risiko.
Bei dieser Charge liegt die Al-Spanne bei 6.53 → 6.35 (Δ0.18) und V bei 3.87 → 3.77 (Δ0.10). Das sind kleine, enge Differenzen, beide deutlich innerhalb des Fensters für Grade 5. So sieht chemische Homogenität auf dem Papier aus. Aus demselben Grund verlangen Luftfahrtspezifikationen und die Vorgaben der FAA, dass Stabmaterial auf einen bestimmten Barren und zumindest auf die obere oder untere Hälfte, aus der es abgetrennt wurde, rückverfolgbar ist, damit die Analyse auf dem Zeugnis tatsächlich dem Metall in Ihrer Hand entspricht.
Die interstitiellen Elemente sind wichtiger als Al und V
Aluminium und Vanadium bestimmen die Legierung. Die vier leichten Elemente, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff, die „interstitiellen Elemente“, bestimmen, ob sich der Werkstoff wie gewünscht verhält. Sie sitzen in den Zwischengitterplätzen des Titangitters, und jedes Zehntelprozent verschiebt die mechanischen Eigenschaften erheblich.
| Hebelwirkung des Elements |
|---|
| Sauerstoff (0,186 / 0,181%) ist der stärkste Hebel. Sauerstoff erhöht die Festigkeit, verringert aber Duktilität und Bruchzähigkeit. Mit 0,18% ist diese Charge ein normaler, einwandfreier Grade 5, sie würde jedoch versagen Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI), das Sauerstoff auf 0,13% begrenzt. Gleiche Legierung, anderes Budget für interstitielle Elemente. Unser Leitfaden zur Grade-Auswahl erläutert, wann dieser Unterschied ändert, welches Grade Sie bestellen sollten. |
| Wasserstoff (<0,0006%, also <6 ppm) verdient besondere Beachtung. Wasserstoff verursacht in Titan verzögerte Rissbildung (Wasserstoffversprödung). Die Obergrenze für Grade 5 liegt bei 150 ppm; dieser Barren liegt unter 6 ppm, und das ist es, was saubere Vakuumpraxis und reiner Titanschwamm bringen. |
| Stickstoff (0,007%) und Kohlenstoff (<0,004%) liegen beide eine Größenordnung unter ihren Grenzwerten. Besonders hoher Stickstoff bildet harte, spröde Einschlüsse, niedrige Werte sind daher vorteilhaft. |
Was eine Wareneingangsprüfung tatsächlich prüfen sollte
| Prüfung des Zeugnisses |
|---|
| Stimmt die Chargennummer auf dem Zeugnis mit der Kennzeichnung auf dem Metall überein? Die Chargennummer sollte physisch auf dem Barren oder Stab stehen, nicht nur auf dem Papier. Keine Übereinstimmung, keine Annahme. |
| Liegen sowohl oberes als auch unteres Ende innerhalb der von Ihnen bestellten Spezifikation: nicht nur ein Ende und nicht nur pauschal „Grade 5“. |
| Ist das Prüflabor unabhängig und akkreditiert? Dieser Bericht weist eine CNAS-Akkreditierung aus, und die Prüfverfahren sind je Element benannt (YS/T 1262-2018 für die metallischen Elemente; Reihe GB/T 4698 für O, N, H, C). Ein Zeugnis ohne Angabe der Prüfverfahren lässt sich nicht nachprüfen. |
| Passen die interstitiellen Elemente zu Ihrer Anwendung, nicht nur die Legierung? Wenn Sie ELI-Zähigkeit benötigen, ist ein Sauerstoffgehalt von 0,18% ein stiller Ablehnungsgrund, auch wenn er Grade 5 erfüllt. |
Vom Barren zu Ihrer Bestellung
Alles Nachgelagerte erbt diese chemische Zusammensetzung. Dieselbe Charge wird zu Ti-6Al-4V-Stab, Grade 5 Platte und Schmiedevormaterial, und das Werkstoffzeugnis, das Ihrer Bestellung beiliegt, sollte auf die hier gezeigte Barrenanalyse zurückführbar sein. Wird Zähigkeit mit besonders niedrigem interstitiellem Gehalt gefordert, ist das ein anderer Ausgangsbarren. Siehe Ti-6Al-4V ELI (Grade 23) Stab.
Zum Zeugnispaket selbst, einschließlich des Unterschieds zwischen den Dokumenten EN 10204 2.1, 2.2, 3.1 und 3.2, siehe wie man Titanqualität mit einem MTC verifiziert.
FAQ
Ist TC4 dasselbe wie Grade 5?
TC4 ist die chinesische (GB) Bezeichnung für Ti-6Al-4V; ASTM Grade 5 und AMS 4928 erfassen dieselbe nominelle Zusammensetzung mit 6% Al und 4% V. Die Grenzwerte der Zusammensetzung stimmen überein, weshalb ein TC4-Barren gegen ASTM B348 Grade 5 zertifiziert werden kann.
Warum wird Sauerstoff mit drei Nachkommastellen angegeben, Al aber nur mit zwei?
Weil bei 0,18% Sauerstoff eine Abweichung von 0,02% Streckgrenze und Zähigkeit messbar verändert, während eine Abweichung von 0,02% bei 6,4% Aluminium das nicht tut. Die Genauigkeit der Angabe richtet sich nach der Empfindlichkeit.
Was sagt mir eine Differenz zwischen oben und unten?
Sie quantifiziert die Seigerung im Barren. Kleine Differenzen (wie die 0,10 bis 0,18% hier) deuten auf eine homogene Schmelze hin. Große Differenzen bedeuten, dass die Zusammensetzung davon abhängt, aus welchem Bereich Ihr Stab geschnitten wurde, ein Risiko für Rückverfolgbarkeit und Gleichmäßigkeit.
Was das Zeugnis für den fertigen Stab dann zeigen muss, Zeile für Zeile mit dem Prüfverfahren hinter jeder Zahl, behandelt wer liefert ASTM-B348-Titanstab mit EN-10204-3.1-Zertifikaten.
Kann ich das Barrenzeugnis für meine Charge erhalten?
Ja. Material kann mit Werkstoffzeugnis und Abnahmeprüfzeugnis nach EN 10204 3.1 geliefert werden, mit Rückverfolgbarkeit über die Chargennummer vom Zeugnis bis zum gekennzeichneten Material. Senden Sie eine technische Anfrage mit Ihren Anforderungen an Grade, Norm und Dokumentation.
Wie ein realer Barrenbericht von oben bis unten aussieht
Die Position ist von Bedeutung, weil ein Barren nicht gleichmäßig erstarrt, und die Spalte mit der Probenahmeposition im Bericht macht genau das sichtbar. In einer unabhängigen Laboranalyse eines Ti-6Al-4V-Barrens von Beiyu, bewertet nach GB/T 3620.1-2016 und durchgeführt nach ASTM E2371-21a für die Legierungsmetalle sowie der Reihe GB/T 4698 für die interstitiellen Elemente, ergaben sich an jeder der drei Probenahmepositionen unterschiedliche Werte.
| Element, Gew.-% | Oben | Mitte | Unten | Spanne |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium | 6.34 | 6.29 | 6.15 | 0.19 |
| Vanadium | 4.22 | 4.31 | 4.23 | 0.09 |
| Eisen | 0.100 | 0.110 | 0.117 | 0.017 |
| Sauerstoff | 0.092 | 0.095 | 0.117 | 0.025 |
Jeder Wert liegt innerhalb des Fensters von ASTM B348 Grade 5 mit 5,50 bis 6,75 Prozent Aluminium, 3,50 bis 4,50 Prozent Vanadium, maximal 0,40 Prozent Eisen und maximal 0,20 Prozent Sauerstoff, dieser Barren besteht also an allen drei Positionen. Daraus ist abzulesen, dass Aluminium über einen Barren hinweg um 0,19 Prozent und Sauerstoff um 0,025 Prozent variierte, weshalb ein Bericht, der einen einzelnen Wert ohne seine Probenahmeposition angibt, weniger aussagt, als es scheint. Beiyu liefert diese Analyse mit der Chargennummer auf dem Zeugnis, sodass ein Einkäufer die Position dem tatsächlich gelieferten Material zuordnen kann.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Erst die Prüfverfahren machen das Zeugnis eines Titanbarrens nachprüfbar, und jede Elementgruppe im Bericht hat ihre eigene ASTM-Nummer. ASTM E539 behandelt die Analyse von Titanlegierungen mittels Röntgenfluoreszenzspektrometrie, den üblichen Weg für metallische Elemente wie Aluminium, Vanadium und Eisen; ASTM E1409 behandelt Sauerstoff und Stickstoff mittels Trägergasschmelzextraktion; und ASTM E1941 behandelt Kohlenstoff in reaktiven Metallen mittels Verbrennungsanalyse. Ein Bericht, der seine Prüfverfahren benennt, ob diese ASTM-Verfahren oder ihre GB/T-Entsprechungen, kann von einem zweiten Labor wiederholt werden, und genau das ist die praktische Definition eines nachprüfbaren Zeugnisses.
Beiyu Titanium führt bei eigenen Barrenbestellungen dieselbe Kette vom Schmelzen bis zum gekennzeichneten Produkt: Die chemische Zusammensetzung wird über ein externes oder werkseigenes Labor innerhalb des Qualitätsablaufs des Werks verifiziert, und die am Barren festgelegte Chargennummer begleitet das Material in warmgeschmiedete Stäbe mit 50 bis 500 mm Durchmesser in Längen bis 3000 mm nach ASTM B381 und ASME SB381. Gelesen im Zusammenhang mit dem obigen Bericht ist das der praktische Nutzen einer Analyse von oben und unten: Beiyu kann den Stab einer Bestellung über diese Chargennummer bis zu seiner Schmelze zurückverfolgen, weil die Nummer das Metall vom Barren bis zum Versand begleitet.
Technische RFQ senden
Bei Anfragen zur Rückverfolgbarkeit von Titanbarren oder Vorblöcken geben Sie Grade, Produktform, Anforderung an die Chargennummer, Abmessungen, Menge und das geforderte Format des Prüfberichts an.