Titan und Aluminium sind beide Leichtmetalle, die zur Gewichtsersparnis spezifiziert werden, sodass sie am Ende um dieselben Aufgaben in Luftfahrt, Schifffahrt und Hochleistungsanwendungen konkurrieren. Der Kompromiss wird klar, sobald man beide gegenüberstellt: Aluminium ist leichter und deutlich günstiger, Titan ist wesentlich stärker, hält Wärme besser, widersteht Korrosion und übersteht Ermüdung. Diese Seite vergleicht die beiden hinsichtlich Gewicht, Festigkeit, Temperatur, Korrosion, Ermüdung, Kosten und Fertigung und zeigt, wann welches Material die richtige Wahl ist.
Gewicht und Dichte
Beim reinen Gewicht gewinnt Aluminium. Seine Dichte liegt bei etwa 2,7 g/cm3 gegenüber rund 4,5 g/cm3 bei Titan, sodass ein Aluminiumteil etwa 40 Prozent leichter ist als dasselbe Teil aus Titan. Wenn das einzige Ziel das leichtestmögliche Teil bei geringer Belastung und niedriger Temperatur ist, ist Aluminium kaum zu schlagen. Der Grund, warum Titan dennoch gegenüber Aluminium gewählt wird, liegt darin, dass die reine Dichte nur die halbe Geschichte ist. Festigkeit und die Bedingungen, die das Teil überstehen muss, entscheiden den Rest.
| Eigenschaft | Titan | Aluminium |
|---|---|---|
| Dichte | Rund 4,5 g/cm3 | Etwa 2,7 g/cm3, sodass ein Aluminiumteil etwa 40 Prozent leichter ist |
| Zugfestigkeit | Grade 5 (Ti-6Al-4V) erreicht etwa 895 MPa | Etwa 310 MPa für 6061-T6 und etwa 572 MPa für 7075-T6 |
| Temperatur | Grade 5 bleibt für tragende Anwendungen deutlich oberhalb des Bereichs von Aluminium geeignet | Verliert oberhalb von etwa 150 Grad Celsius rasch an Festigkeit und wird darüber hinaus kaum noch als struktureller Werkstoff eingesetzt |
| Korrosion | Der mit weitem Abstand stärkere Werkstoff; seine Oxidschicht widersteht Meerwasser, Chloriden und den meisten Chemikalien ohne Beschichtung | In diesen Anwendungen üblicherweise durch Beschichtung oder Eloxieren geschützt |
Festigkeit und spezifische Festigkeit
Titan ist deutlich fester. Grade 5 Titan (Ti-6Al-4V) erreicht etwa 895 MPa Zugfestigkeit, gegenüber rund 310 MPa bei 6061-T6 Aluminium und etwa 572 MPa beim hochfesten 7075-T6. Beim Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht liegen 7075 Aluminium und Grade 5 Titan nah beieinander, doch Titan trägt bei gleichem Querschnitt deutlich mehr absolute Last, wodurch ein Bauteil dünner ausgeführt werden kann und mehr Kraft aufnimmt. Wo die Last hoch ist oder der Querschnitt klein bleiben muss, leistet Titan, was Aluminium nicht kann.
Temperatur
Die Temperatur trennt sie. Aluminium verliert oberhalb von etwa 150 Grad C schnell an Festigkeit und wird darüber hinaus kaum noch als Strukturmetall eingesetzt. Titan Grade 5 behält nutzbare Festigkeit bis etwa 400 Grad C und darüber, weshalb Titan in heißen Bereichen von Triebwerk und Zellenstruktur vorkommt, während Aluminium in den kühleren Strukturbereichen bleibt. Für jedes Bauteil, das dauerhafter Hitze ausgesetzt ist, ist Titan das Metall, das standhält.
Korrosionsbeständigkeit
Titan ist der deutlich bessere Korrosionswerkstoff. Sein Oxidfilm widersteht Meerwasser, Chloriden und den meisten Chemikalien ohne Beschichtung. Aluminium bildet ein eigenes Oxid und bewährt sich unter milden Bedingungen, doch es neigt in Meerwasser zu Lochfraß, korrodiert in alkalischen und salzhaltigen Umgebungen und benötigt für den Außen- und Meereseinsatz meist Eloxieren oder Lackierung. In einer korrosiven oder maritimen Umgebung hält Titan dort, wo blankes Aluminium es nicht tut. Derselbe Korrosionsfall gilt für nichtrostenden Stahl, behandelt im Titan vs. Edelstahl Vergleich.
Ermüdung und Steifigkeit
Titan bewältigt zyklische Belastung besser. Es besitzt eine Dauerfestigkeitsgrenze, eine Spannung, unterhalb derer es nahezu unbegrenzt laufen kann, während Aluminium keine echte Dauerfestigkeitsgrenze hat und unter wiederholter Belastung weiter Schäden ansammelt, bis es reißt. Titan ist zudem steifer, mit einem E-Modul von nahezu 105 GPa gegenüber etwa 69 GPa bei Aluminium, sodass es sich unter Last weniger durchbiegt. Für Federn, rotierende Teile, Verbindungselemente und alles, was millionenfach federt, ist Titan die sicherere Wahl gegen Ermüdung.
| Aspekt | Aussage des Leitfadens |
|---|---|
| Ermüdung und Steifigkeit | Titan bewältigt zyklische Belastung besser. Es besitzt eine Dauerfestigkeitsgrenze, eine Spannung, unterhalb derer es nahezu unbegrenzt belastet werden kann, während Aluminium keine echte Dauerfestigkeitsgrenze besitzt |
| Zerspanung, Umformung und Kosten | Aluminium ist günstiger im Einkauf und deutlich günstiger in Zerspanung, Strangpressen und Umformung; es lässt sich schnell schneiden und leicht formen, was einen echten Teil seines Kostenvorteils ausmacht |
| Galvanische Paarung | Wenn Titan und Aluminium in einer feuchten, leitfähigen Umgebung verbunden werden, ist Titan das edlere Metall, und das Aluminium wird zu dem Teil, das korrodiert |
Zerspanung, Umformung und Kosten
Aluminium ist in der Anschaffung günstiger und in der Zerspanung, beim Strangpressen und Umformen deutlich günstiger; es lässt sich schnell schneiden und leicht formen, was ein realer Teil seines Kostenvorteils ist. Titan kostet pro Kilogramm mehr, läuft langsamer in der Maschine, benötigt scharfe Werkzeuge und gutes Kühlmittel und erfordert beim Schweißen Schutzgasabdeckung. Für ein kostengetriebenes Teil unter milden Bedingungen ist Aluminium die wirtschaftliche Antwort. Die zusätzlichen Titankosten zahlen sich nur aus, wenn Festigkeit, Wärme oder Korrosion Aluminium ausschließen würden.
| Aspekt | Aussage des Leitfadens |
|---|---|
| Kostentreiber | Titan kostet mehr pro Kilogramm, läuft in der Maschine langsamer, braucht scharfe Werkzeuge und gute Kühlung und verlangt beim Schweißen eine Schutzgasabdeckung |
| Wann sich die Mehrkosten auszahlen | Nur wenn Festigkeit, Wärme oder Korrosion Aluminium ausschließen würden |
Kombination von Titan und Aluminium: Hinweise zur Galvanik
Wenn Titan und Aluminium in einer feuchten, leitfähigen Umgebung verbunden werden, ist Titan das edlere Metall, und das Aluminium wird zum Teil, das schneller korrodiert. Titan selbst bleibt unbeeinträchtigt. Luft- und Raumfahrtbaugruppen, die Titan mit Aluminium verschrauben, begegnen dem mit Dichtstoffen, Beschichtungen und Isolierung, damit sich das Aluminium nicht für das Paar opfert. Das ist ein Detail, das es zu beachten gilt, wann immer beide in dieselbe feuchte Verbindung konstruiert werden.
Welcher Werkstoff ist der richtige?
Wählen Sie Aluminium, wenn das Teil kostenempfindlich ist, kühl läuft, milden Bedingungen ausgesetzt ist und das geringstmögliche Gewicht bei niedriger Last das Ziel ist. Wählen Sie Titan, wenn die Last hoch ist, der Betrieb heiß läuft, die Umgebung korrosiv oder maritim ist oder das Teil ermüdungskritisch ist; in diesen Fällen verdient Titan seinen höheren Preis durch Langlebigkeit und durch eine höhere Tragfähigkeit bezogen auf sein Gewicht. Viele Konstruktionen verwenden beides, mit Aluminium in der kühlen, gering belasteten Struktur und Titan dort, wo Hitze, Last, Korrosion oder Ermüdung es überfordern würden.
| Wahl | Aussage des Leitfadens |
|---|---|
| Aluminium | Wenn das Bauteil kostensensibel ist, kühl läuft, milden Bedingungen ausgesetzt ist und das geringstmögliche Gewicht bei niedriger Last das Ziel ist |
Werkstoffe im direkten Vergleich
| Eigenschaft | Titan Grade 2 (R50400) | Titan Grade 5 (R56400) | Aluminium 6061-T6 | Aluminium 7075-T6 |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit (min/typ) | 345 MPa | 895 MPa | ~310 MPa | ~572 MPa |
| Dichte | 4,51 g/cm3 | 4,43 g/cm³ | 2,70 g/cm3 | 2,81 g/cm3 |
| Nutzbare Temperatur | bis ~400 C | bis ~400 C+ | lässt oberhalb von ~150 C nach | lässt oberhalb von ~150 C nach |
| Meerwasserkorrosion | widersteht | widersteht | korrodiert lochfraßartig, benötigt Beschichtung | korrodiert lochfraßartig, benötigt Beschichtung |
| Relative Kosten je kg | höher | am höchsten | am niedrigsten | niedrig |
Häufige Fragen
Ist Titan fester als Aluminium? Ja, mit deutlichem Abstand. Grade-5-Titan hat etwa die dreifache Zugfestigkeit von 6061-T6-Aluminium und liegt deutlich über 7075-T6, wobei Aluminium je Bauteil leichter ist.
Ist Titan leichter als Aluminium? Nein. Aluminium ist nach Dichte etwa 40 Prozent leichter. Titan gewinnt beim Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bei höheren Lasten, nicht beim reinen Gewicht.
Was ist bei hohen Temperaturen besser? Titan. Aluminium verliert oberhalb von etwa 150 Grad C an Festigkeit, während Grade 5 Titan bis etwa 400 Grad C und darüber hinaus einsatzfähig bleibt.
Welches ist korrosionsbeständiger? Titan, eindeutig. Es kommt mit Meerwasser und Chloriden unbeschichtet zurecht, während Aluminium üblicherweise eloxiert oder lackiert werden muss und im Meeresumfeld dennoch lochfrisst.
Warum ist Titan teurer als Aluminium? Titan ist schwerer zu gewinnen, zu schmelzen, zu zerspanen und zu schweißen. Die Kosten zahlen sich in Festigkeit, Hitzebeständigkeit, Korrosionslebensdauer und Ermüdungsverhalten aus.
Kann man Titan mit Aluminium verschrauben? Ja, aber im Nassbetrieb korrodiert das Aluminium als das unedlere Metall, sodass die Verbindung eine Isolierung, Dichtmittel oder Beschichtung benötigt.
Beiyu Titanium ist die internationale Titan-Exportmarke der Jiaxing Beiyu New Materials Technology Co., Ltd., mit Fertigungsanbindung in Baoji, Shaanxi. Wenn Titan die bessere konstruktive Wahl ist, beginnen Sie mit der benötigten Produktform und nicht allein mit dem Legierungsnamen. Sehen Sie sich Beiyus Titan-Werkstoffprogramm, senden Sie dann Güte, maßgebliche ASTM- oder AMS-Norm, Abmessungen, Menge, Zustand, Anwendung und erforderlichen Prüfdokumentumfang an [email protected]. Für die Gütewahl nutzen Sie Vergleichsleitfaden für Titangüten, die Grade-5-Seite und den Grade-2-Seite. Sind EN 10204 3.1 Dokumentation oder Chargen-Rückverfolgbarkeit erforderlich, geben Sie die gewünschten Ergebnisse und Rückverfolgbarkeitsfelder an, damit der verfügbare Umfang vor der Auftragsfreigabe bestätigt werden kann.
Wo die beiden Werkstoffe auf dem Papier nicht mehr vergleichbar sind
Ein Gewichts- und Festigkeitsvergleich ist leicht zu veröffentlichen und schwer daraus zu bestellen. In dem Moment, in dem ein Aluminiumteil in Titan neu konstruiert wird, ändert sich die Abnahmegrundlage, und die Felder, die entscheiden, ob der Stab wie geliefert bearbeitet werden kann, sind nicht die Felder, die der Vergleich behandelt hat.
| Durch die Werkstoffwahl bestimmt | Wird weiterhin durch die Bestellung entschieden |
|---|---|
| Dichte, Steifigkeit und Korrosionsverhalten | Durchmessertoleranz, als Klasse oder als Wert |
| Welcher Grade für den Einsatzzweck geeignet ist | Geradheit, mit der Messlänge, über die sie gilt |
| Die maßgebliche Produktnorm | Oberflächenzustand, getrennt vom Lieferzustand angegeben |
| Mindestwerte mechanischer Eigenschaften | Prüfumfang und dessen Abnahmeklasse |
Was Beiyu zum Weg des präzisionsgeschliffenen Stabs veröffentlicht
Bei aus Aluminium umgestellten Teilen ist das Vormaterial meist Stab mit kleinem Durchmesser, daher sind die veröffentlichten Werte dieses Wegs diejenigen, von denen ein Zerspanungsangebot abhängt. Sie decken den dokumentierten spitzenlos geschliffenen Weg von 3,175 mm bis 25,4 mm Durchmesser ab, als Fertigungsmöglichkeit, anhand der die Bestellung geprüft wird, und nicht als Aussage über Lagerbestand.
| Feld | Veröffentlichter Wert |
|---|---|
| Durchmessertoleranz | ±0,0127 mm (±0,0005 in), auf Anfrage verengt auf ±0,0076 mm |
| Geradheit | 0,5 mm pro Meter, und 0,3 mm pro Meter bei Durchmessern bis 25 mm |
| Prüfung | Ultraschall, Wirbelstrom, optische Oberflächenprüfung, Laser-Durchmessermessung und Geradheit, jeweils an 100 Prozent des Loses |
| Zertifikat | Abnahmeprüfzeugnis EN 10204 3.1 mit Chargennummer-Rückverfolgbarkeit |
Diese Kontrollen gehören zum angebotenen Präzisionsprogramm und werden nicht auf den vollen Rundstabbereich von 1 mm bis 500 mm übertragen.
Für die absoluten Werte hinter diesem Vergleich, Dichte nach Titan-Grade und Gewicht je Meter nach Abmessung, siehe ist Titan schwer.
Spezifikationsdetails mit Quellenangabe
Die Titan-Auswahl ist breiter als die beiden Güten, die üblicherweise gegen Aluminium angeboten werden. ASTM B265 gibt eine Mindestzugfestigkeit von 620 MPa und eine Mindeststreckgrenze von 483 MPa für geglühtes Grade 9, Ti-3Al-2.5V, an, die kaltumformbare Zwischenlegierung für Hydraulikrohre, die in der Festigkeit zwischen dem technisch reinen Metall und Ti-6Al-4V liegt, sich dabei aber leichter umformen lässt als Letzteres. Derselbe Standard legt Bruchdehnungs-Mindestwerte von 20 Prozent für Grade 2 und 10 Prozent für Grade 5 fest, Werte, die es zu prüfen lohnt, wenn eine Konstruktion von einem duktilen Aluminium-Werkstoffzustand umgestellt wird.
| Güte | Mindestwerte, die der Leitfaden aus ASTM B265 zitiert |
|---|---|
| Grade 9, Ti-3Al-2.5V, geglüht | 620 MPa Zugfestigkeit und 483 MPa Streckgrenze; die kaltumformbare Zwischenlegierung für Hydraulikrohre |
| Grade 2 | 20 Prozent Mindestbruchdehnung |
| Grade 5 | 10 Prozent Mindestbruchdehnung |
Das Schmelzverhalten verankert den Temperaturkontrast mit Handbuchwerten. ASM Handbook Volume 2 gibt 660 C für den Schmelzpunkt von reinem Aluminium und einen Schmelzbereich von etwa 582 bis 652 C für 6061 an, gegenüber rund 1668 C für unlegiertes Titan, sodass Titan bei jeder gemeinsamen Betriebstemperatur viel weiter von seinem Schmelzpunkt entfernt arbeitet. Auf der Spezifikationsseite wird Ti-6Al-4V-Blech für die Luftfahrt nach SAE AMS 4911 im geglühten Zustand bestellt, während Aluminium für Strukturbauteile bestellt wird nach ASTM B209 für Blech und Platte sowie ASTM B221 für Strangpressprofile, jeweils mit temperspezifischen Eigenschaftstabellen.