Titan Grade 5 ist Ti-6Al-4V, UNS R56400: eine Alpha-Beta-Legierung mit 5,50 bis 6,75 % Aluminium und 3,50 bis 4,50 % Vanadium, Rest Titan. Die Mindest-Zugfestigkeit beträgt 895 MPa gegenüber 345 MPa für Reintitan Grade 2, bei einer Dichte von 4,43 g/cm³. Es ist der Grade, der spezifiziert wird, wenn Reintitan nicht fest genug ist.
Chemische Zusammensetzung von Titan Grade 5
Die folgenden Grenzwerte sind die Anforderungen von ASTM B348 (Stab und Vorblock) und ASTM B265 (Platte, Blech und Band). Aluminium stabilisiert die Alpha-Phase und Vanadium die Beta-Phase; das macht die Legierung wärmebehandelbar. Die interstitiellen Elemente sind begrenzt, weil jedes die Festigkeit erhöht und die Duktilität senkt.
| Element | Min., Gew.-% | Max., Gew.-% | Funktion oder Grund für den Grenzwert |
|---|---|---|---|
| Aluminium (Al) | 5.50 | 6.75 | Alpha-Stabilisator |
| Vanadium (V) | 3.50 | 4.50 | Beta-Stabilisator, ermöglicht Wärmebehandelbarkeit |
| Eisen (Fe) | – | 0.40 | Beta-Stabilisator, kontrolliertes Restelement |
| Sauerstoff (O) | – | 0.20 | Begrenzt für Duktilität und Zähigkeit |
| Kohlenstoff (C) | – | 0.08 | Interstitiell |
| Stickstoff (N) | – | 0.05 | Stärkster interstitieller Härtungsbildner |
| Wasserstoff (H) | – | 0.015 | 150 ppm; begrenzt das Risiko der Hydridversprödung |
| Restelemente, je | – | 0.10 | Aus Schwamm und Rücklaufmaterial |
| Restelemente, gesamt | – | 0.40 | Summe der obigen Werte |
| Titan (Ti) | Balance | ||
Wo AMS 4928 strenger ist als ASTM
Das überrascht bei Zeichnungen mit Luftfahrt-Herkunft. AMS 4928 (Stab, Vorblock und Schmiedeteile) hält Wasserstoff auf 0,0125 % und Eisen auf 0,30 %, gegen die ASTM-Grenzen von 0,015 % und 0,40 %. Material, das ASTM B348 besteht, kann eine AMS-4928-Prüfung daher allein an der Chemie nicht bestehen, weshalb AMS 4928 Titanstab auf die AMS-Grenzen erschmolzen werden muss und nicht nachträglich korrigiert werden kann. Manche Bestellungen schreiben zusätzlich eine Yttriumgrenze von maximal 0,005 % vor. Sie ist keine allgemeine Anforderung von ASTM B348 und muss in der Bestellung festgelegt sein, damit sie im Zeugnis ausgewiesen wird.
Mechanische Eigenschaften von Titan Grade 5
Die Zug- und Streckgrenzen-Mindestwerte sind über ASTM B348 Grade 5, B265 Grade 5 und B381 Grade F-5 im geglühten Zustand identisch. Es sind Abnahmeschwellen, keine Auslegungswerte. Die Anforderungen an Bruchdehnung und Brucheinschnürung sind nicht identisch: B348 und B381 messen die Bruchdehnung in 4D und ergänzen ein Brucheinschnürungs-Minimum von 25 Prozent, während B265 die Bruchdehnung in 2 in. (50 mm) misst und gar keine Brucheinschnürung fordert. B265-Platte zu bestellen und dann gegen einen Brucheinschnürungswert zu prüfen ist ein häufiger Weg, konformes Material zurückzuweisen.
| Eigenschaft, geglüht | ASTM-Mindestwert (metrisch) | ASTM-Mindestwert (imperial) | Typischer Herstellerwert für Stabmaterial |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 895 MPa | 130 ksi | 950 bis 1070 MPa (138 bis 155 ksi) |
| Streckgrenze, 0,2 % Offset | 828 MPa | 120 ksi | 880 bis 1015 MPa (128 bis 147 ksi) |
| Bruchdehnung (4D nach B348 und B381; 2 in. nach B265) | 10 % | 10 % | 15 bis 20 % |
| Brucheinschnürung (nur B348 und B381; von B265 nicht gefordert) | 25 % | 25 % | 38 bis 51 % |
| Härte | nicht spezifiziert | 30 bis 36 HRC (etwa 330 HV) | |
| Charpy-Kerbschlagarbeit | nicht spezifiziert | 17 bis 24 J | |
| Bruchzähigkeit, KIc | nicht spezifiziert | etwa 75 bis 107 MPa-m^0,5, zustandsabhängig | |
Mindestwerte für Blech und Platte ändern sich mit der Dicke
Dünne Abmessungen sind fester und weniger duktil als schwere Platten derselben Schmelze; eine einzelne Blechzahl führt daher in die Irre. Die veröffentlichten AMS-4911-Mindestwerte für geglühtes Blech und Platte lauten wie folgt; prüfen Sie vor Verwendung die aktuelle AMS-Revision.
| Dicke | Zugfestigkeit, min. | Streckgrenze, min. | Bruchdehnung in 2 in., min. |
|---|---|---|---|
| Über 0,025 bis 0,063 in. | 134 ksi (924 MPa) | 126 ksi (869 MPa) | 8 % |
| Über 0,063 bis 0,1874 in. | 134 ksi (924 MPa) | 126 ksi (869 MPa) | 10 % |
| Über 0,1874 bis 4,000 in. | 130 ksi (895 MPa) | 120 ksi (828 MPa) | 10 % |
Die Anforderungen verschieben sich zudem mit Prüfrichtung, Stabdurchmesser und Vorgaben der Designbehörde. Details je Form in unserem Leitfaden zu ASTM B348 Stäben und Knüppeln und Leitfaden für Bleche und Platten nach ASTM B265.
Lösungsgeglüht und ausgelagert
Typische Werte für Stab im Zustand STA aus Werksdatenblättern sind 1034 bis 1186 MPa (150 bis 172 ksi) Zugfestigkeit, 945 bis 1076 MPa (137 bis 156 ksi) Streckgrenze, 15 bis 17 % Bruchdehnung und 41 bis 46 % Brucheinschnürung, wobei die Härte auf rund 35 bis 39 HRC steigt. Die Härte für jeden Grade und der Grund, warum sie keine Anforderung der B348 ist, stehen auf Titanhärte nach Grade. Dies sind Werkswerte, keine Normminima, und sie gelten nur in Querschnitten, die ausreichend schnell abschrecken.
Physikalische Eigenschaften von Titan Grade 5
Physikalische Eigenschaften sind Legierungskonstanten und ändern sich nicht mit der bestellten Norm. Wo Quellen abweichen, sind beide Werte angegeben.
| Eigenschaft | Wert (metrisch) | Wert (imperial) | Hinweis |
|---|---|---|---|
| Dichte | 4,43 g/cm³ | 0.160 lb/in3 | Walzwerksdatenblätter nennen 4,42 bis 4,47 |
| Schmelzbereich | 1604 bis 1660 °C | 2920 bis 3020 °F | Solidus bis Liquidus; einige Hersteller nennen 1538 C |
| Beta-Transus | etwa 995 °C | etwa 1825 °F | Toleranz +/- 14 °C. ASM-Datenblätter nennen 980 °C; vor der Beta-Verarbeitung je Schmelze bestätigen |
| Elastizitätsmodul, Zug | 113,8 GPa | 16500 ksi | Bereich 105 bis 120 GPa |
| Schubmodul | 44 GPa | 6380 ksi | Bereich 40 bis 45 GPa |
| Poissonzahl | 0.342 | 0.342 | Veröffentlichter Bereich 0,31 bis 0,37 |
| Wärmeleitfähigkeit, 20 C | 6,7 bis 7,1 W/m-K | 46,5 bis 49,2 Btu-in/h-ft2-F | Niedrig; leitet die Zerspanungswärme ins Werkzeug |
| Spezifische Wärmekapazität | 526 bis 570 J/kg-K | 0,126 Btu/lb-F | Einige Quellen nennen bis zu 570 J/kg-K |
| Wärmeausdehnungskoeffizient, 20 bis 100 C | 8.6 µm/m-K | 4.78 µin/in-F | Etwa 9,2 µm/m-K über 20 bis 315 C |
| Spezifischer elektrischer Widerstand | etwa 1.7 µΩ-m | 170 µΩ-cm | Rund das 100-fache von Kupfer |
| Härte, geglüht | 30 bis 36 HRC | Etwa 330 HV, 334 HB | |
| Härte, lösungsgeglüht und ausgelagert | 35 bis 39 HRC | Herstellerwert | |
| Magnetische Permeabilität | 1,00005 bei 1,6 kA/m | Reagiert nicht auf einen Magneten | |
Normen und Produktformen
Grade 5 wird je Produktform nach einer anderen ASTM-Nummer gekauft. Die falsche zu zitieren ist der häufigste Bestellfehler bei dieser Legierung: Ein Werk kann nicht gegen eine Norm zertifizieren, die die Form nicht abdeckt.
| Produktform | ASTM-Spezifikation | ASME-Äquivalent | AMS-Spezifikation |
|---|---|---|---|
| Stangen und Knüppel | B348 Grade 5 | SB-348 | AMS 4928 (geglüht), 4965 (lösungsgeglüht und ausgelagert), 4967 (geglüht, wärmebehandelbar) |
| Platte, Blech und Band | B265 Grade 5 | SB-265 | AMS 4911 (geglüht) |
| Schmiedeteile | B381 Grade F-5 | – | AMS 4928 (Schmiedeteile und Schmiedevormaterial) |
| Draht | B863 Grade 5 | – | AMS 4928 (Draht) |
| Nahtlose Rohrleitung | B861 Grade 5 | SB-861 | – |
| Geschweißte Rohrleitung | B862 Grade 5 | – | – |
ASTM B381 verlangt, dass das Schmiedevormaterial selbst ASTM B348 entspricht; hinter einer Schmiedebestellung steht also die Stabnorm. Und ASTM B338 deckt Grade 5 nicht ab: B338 ist die Spezifikation für Kondensator- und Wärmetauscherrohre, und ihre Grade-Liste umfasst die Reintitan- und korrosionsbeständigen Legierungs-Grade, nicht Grade 5. Anfragen nach „ASTM B338 Grade 5 Rohr" können nicht wie geschrieben zertifiziert werden. Wo die Konstruktion Rohrleitung statt Kondensatorrohr akzeptiert, sind die Wege ASTM B861 für nahtlose und ASTM B862 für geschweißte Rohrleitungen; wo die Konstruktion wirklich B338-Wärmetauscherrohr verlangt, muss der Grade wechseln, denn unter dieser Spezifikation existiert kein Grade-5-Weg.
Auf europäischen Zeichnungen erscheint Grade 5 als Werkstoffnummer 3.7165 (TiAl6V4), und Luftfahrt-Werkstoffleistungsblätter tragen 3.7164 für dieselbe Legierung. Beide entsprechen UNS R56400.
Grade 5 vs. Grade 23 und Grade 2
Drei Grade decken den größten Teil des industriellen Titaneinkaufs ab, mit Abwägung zwischen Festigkeit, Duktilität und Umformbarkeit.
| Grade 2 (Reintitan) | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) | |
|---|---|---|---|
| UNS-Nummer zu ASTM B348 / B265 | R50400 | R56400 | R56407 |
| Zugfestigkeit, min. | 345 MPa (50 ksi) | 895 MPa (130 ksi) | 828 MPa (120 ksi) |
| Streckgrenze, min. | 275 MPa (40 ksi) | 828 MPa (120 ksi) | 759 MPa (110 ksi) |
| Bruchdehnung, min. | 20 % | 10 % | 10 % |
| Sauerstoff, max. | 0.25 % | 0.20 % | 0.13 % |
| Eisen, max. | 0.30 % | 0.40 % | 0.25 % |
| Gewählt für | Umformen, Schweißen, Korrosionsanwendungen | Festigkeit und Wärmebehandelbarkeit | Bruchzähigkeit, Kryotechnik und Implantatanwendungen |
Grade 23 ist dieselbe nominelle Legierung mit heruntergezogenen interstitiellen Elementen und erkauft Bruchzähigkeit und Tieftemperatur-Duktilität mit etwa 67 MPa Mindest-Zugfestigkeit. Eine Bezeichnungsfalle: Grade 23 ist UNS R56407, wenn nach ASTM B348, B265, B381 oder B863 bestellt. UNS R56401 gehört zu ASTM F136, der chirurgischen Implantatspezifikation, und die beiden sind auf einem Zeugnis nicht austauschbar. Alle Details in Grade 5 vs. Grade 23 Titan, und die Abwägung Festigkeit gegen Umformbarkeit gegenüber Reintitan behandeln wir in Grade 2 vs. Grade 5 Titan.
Wärmebehandlung: geglüht vs. lösungsgeglüht und ausgelagert
Das meiste Grade-5-Material wird geglüht geliefert, bei etwa 690 bis 790 °C (1275 bis 1450 °F) für eine halbe bis zwei Stunden, dann luft- oder ofengekühlt. Das Spannungsarmglühen läuft niedriger, bei 540 bis 650 °C (1000 bis 1200 °F), eingesetzt nach Zerspanung oder Schweißen, um Eigenspannungen abzubauen, ohne die Zugeigenschaften zu ändern.
Für höhere Festigkeit wird bei 913 bis 954 °C (1675 bis 1750 °F) lösungsgeglüht, wasserabgeschreckt und dann bei 524 bis 552 °C (975 bis 1025 °F) drei bis acht Stunden ausgelagert und luftgekühlt. Wo Bruchzähigkeit mehr zählt als Zugfestigkeit, wird stattdessen ein Beta-Glühen nahe 1065 °C (1950 °F) mit Auslagern bei 620 bis 705 °C (1150 bis 1300 °F) verwendet.
Die Grenze ist die Durchhärtbarkeit. Grade 5 härtet in schweren Querschnitten nicht durch: Querschnitte deutlich über etwa 25 mm (1 in) erreichen keine vollen STA-Eigenschaften, und jede Verzögerung zwischen Ofen und Abschreckbecken kostet Festigkeit. Nennen Sie den Zustand auf der Bestellung, statt anzunehmen, ein schwerer Stab lasse sich auf eine Dünnquerschnitts-Tabelle auslagern. Zwei Prozesswarnungen der Werke gelten durchgängig: Wasserstoff, aufgenommen beim Säurebeizen oder bei fehlerhafter Wärmebehandlung, bildet spröde Hydride, weshalb die 0,015-%-Grenze existiert, und Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffaufnahme bei der Warmumformung hinterlässt eine harte, spröde Randschicht, die entfernt werden muss.
Anwendungen
Walzwerksdatenblätter beziffern Ti-6Al-4V auf mehr als die Hälfte des gesamten Titanverbrauchs. Wiederkehrende Anwendungen sind:
- Verdichterschaufeln, Scheiben und Ringe von Triebwerken sowie Strukturteile der Zelle
- Verbindungselemente und kritische Schmiedeteile, wo Festigkeit pro Gewicht die Auslegung bestimmt
- Offshore- und Marineteile im Meerwassereinsatz
- Druckbehälter und chemische Prozessausrüstung außerhalb des Einsatzes in reduzierenden Säuren
- Medizin- und Dentalgeräte, wobei Implantate auf den ELI-Grade und Implantatnormen gehen, nicht auf Grade 5
- Motorsportkomponenten, Sportartikel und Handwerkzeuge
Korrosion ist der Punkt, an dem Grade 5 falsch eingesetzt wird. Eine stabile Titandioxidschicht bildet sich, sobald die Oberfläche Luft oder Wasser berührt, mit einer Korrosionsrate von null in Meerwasser bei Raumtemperatur. Diese Schicht bricht in Flusssäure zusammen, und die Legierung wird von Salz-, Schwefel- und Phosphorsäure in Arbeitskonzentrationen angegriffen. Grade 5 ist anfällig für chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion und sollte nicht mit rot rauchender Salpetersäure verwendet werden. Der Dauereinsatz wird auf etwa 350 bis 400 °C (660 bis 750 °F) begrenzt. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit schickt die Zerspanungswärme zudem ins Werkzeug statt in den Span; die Zerspanung braucht daher niedrige Geschwindigkeiten, kräftige Vorschübe, steife Aufspannungen und Vollstrahlkühlung.
So spezifizieren Sie Titan Grade 5 auf einer Bestellung
Eine vollständige Grade-5-Bestellposition erspart eine Klärungsrunde und lässt das Zeugnis gleich beim ersten Mal korrekt ausstellen. Geben Sie an:
- Grade und Bezeichnung: Grade 5, Ti-6Al-4V, UNS R56400. Ergänzen Sie 3.7165 bei europäischen Zeichnungen.
- Norm und Revision: ASTM B348, B265, B381, B863, B861 oder B862 je nach Form, oder die AMS-Nummer.
- Produktform: Rundstab, Vierkantstab, Vorblock, Platte, Blech, Band, Schmiedeteil, Draht, Rohrleitung.
- Abmessungen und Toleranz: Durchmesser oder Dicke, Breite, Länge sowie Toleranzklasse oder Plus/Minus-Werte.
- Zustand: geglüht, spannungsarmgeglüht oder lösungsgeglüht und ausgelagert. Bei STA die Querschnittsgröße angeben, damit die Durchhärtbarkeit geprüft werden kann.
- Oberfläche: schmiederoh oder schwarz, gebeizt, geschält, gedreht, spitzenlos geschliffen oder poliert, mit Rauheitswert, wenn funktionsrelevant.
- Prüfung und Zeugnis: Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204, Rückverfolgbarkeit über die Chargennummer, Zugprobenorientierung und Probenlage, plus Ultraschallklasse bei Bedarf.
- Kennzeichnung und Verpackung: Methode der Chargennummer-Kennzeichnung und Exportverpackungsanforderung.
Beiyu Titanium liefert Grade 5 als Stab, Vorblock, Platte, Blech, Schmiedeteil und Draht nach ASTM- und AMS-Spezifikationen, mit Abnahmeprüfzeugnissen 3.1 nach EN 10204 und Rückverfolgbarkeit über die Chargennummer. Senden Sie eine Zeichnung oder Spezifikationszeile, und wir bestätigen schriftlich, welche Norm, welcher Zustand, welche Toleranz und Oberfläche machbar sind. Stababmessungen und Bestelldetails stehen auf der Ti-6Al-4V Titanstab Grade 5 Seite.
Ist Titan Grade 5 dasselbe wie Ti-6Al-4V?
Ja. Grade 5 ist die ASTM-Grade-Bezeichnung, Ti-6Al-4V das Legierungskürzel, und beide beschreiben UNS R56400. Dasselbe Material wird als Ti64 geschrieben, TA6V auf französischen Zeichnungen, TC4 in chinesischer Praxis und 3.7165 als deutsche Werkstoffnummer. Was zählt, ist die Norm, nach der es zertifiziert wurde, und der Lieferzustand, nicht der Name.
Ist Titan Grade 5 magnetisch?
Nein. Grade 5 enthält keine ferromagnetische Phase, und seine magnetische Permeabilität beträgt 1,00005 bei 1,6 kA/m, im Wesentlichen die des freien Raums; es haftet nicht an einem Magneten. Das macht es einsetzbar nahe empfindlicher Instrumentierung und in Magnetresonanz-Umgebungen, die Stahl ausschließen.
Rostet Titan Grade 5?
Nein. Rost ist Eisenoxid und braucht Eisen als Grundmetall. Grade 5 bildet eine dünne Titandioxidschicht, die sich bei einem Kratzer an Luft oder in Wasser sofort neu bildet, und die Korrosionsrate in Meerwasser bei Raumtemperatur ist null. Die Grenzen sind chemisch, nicht atmosphärisch: Flusssäure entfernt die Schicht, reduzierende Säuren greifen das Metall an, und Chloride können bei einem belasteten Teil Spannungsrisskorrosion antreiben.
Wie fest ist Titan Grade 5 im Vergleich zu Stahl?
Grade 5 hat eine Mindest-Zugfestigkeit von 895 MPa bei 4,43 g/cm³. Bau- und mittelkohlige Stähle liegen niedriger in der Festigkeit bei etwa 7,85 g/cm³; Grade 5 hat also rund 56 Prozent der Dichte von Stahl. Ob er bei Festigkeit pro Gewicht gewinnt, hängt ganz davon ab, mit welchem Stahl verglichen wird. Gegen gehärtete legierte Stähle mit 1500 MPa verliert er bei absoluter Festigkeit und gewinnt nur, wo Masse, Korrosionsbeständigkeit oder unmagnetisches Verhalten die Auslegung bestimmen. Auslagern verengt diese Lücke, ohne sie zu schließen.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) ist mit 5,50 bis 6,75% Aluminium und 3,50 bis 4,50% Vanadium spezifiziert, gemäß ASTM B265, Tabelle 1. Geglühtes Material muss eine Mindestzugfestigkeit von 895 MPa (130 ksi) und eine Mindeststreckgrenze von 828 MPa erreichen, gemäß ASTM B265, Tabelle 2.
Die Dichte beträgt 4.43 g/cm³ (ASM Handbook, Vol. 2), geringfügig unter den 4.51 g/cm³ von unlegiertem Titan, sodass die Legierung bei nur marginal geringerem Gewicht etwa das 2.6-fache der Mindestzugfestigkeit von Grade 2 (345 MPa, ASTM B265, Table 2) trägt. Stab und Vorblock werden geliefert nach ASTM B348, und Luft- und Raumfahrt-Stab im geglühten Zustand nach AMS 4928.