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PRODUKTE

Titanerze sind seit Ende des 18. Jahrhunderts bekannt, als der englische Priester und begeisterte Mineraloge Gregor in Cornwall dunkle Sande entdeckte, die vorwiegend das Oxid FeTiO3 (Ilmenit) enthielten. Anschließend fand der Chemiker M. H. Klaproth in Sandstichproben aus Ungarn das Oxid TiO2 (Rutil). Er nannte das neu entdeckte Element Titan, in Anlehnung an die Titanen der griechischen Mythologie.
Die hohe Stabilität der Verbindungen zwischen Titan und Sauerstoff machte es jedoch praktisch unmöglich, das Element mit den herkömmlichen Eisenhüttenverfahren aus den Erzen herauszulösen. Erst zu Beginn des 20. Jahrhundert war es mit der Entwicklung der Prozesse nach Hunter und Kroll möglich, reines Titan für die Nutzung im industriellen Maßstab zu gewinnen.

Der erste Schritt bei der Herstellung von Titanschwamm ist die Chlorierung des Rutilerz oder Ilmenit enthaltenden Titans.

Chlor und Kohle werden mit Rutil zu Titantetrachlorid kombiniert, das anschließend mit Magnesium zur Reaktion gebracht wird. Die Unterprodukte sind Schwamm und Magnesiumchlorid. Mit dem Verfahren der Vakuumdestillation werden das Magnesium und das Magnesiumchlorid herausgelöst und anderweitig verwertet. Der Titanschwamm wird mit Schrott und Bindemitteln im Vakuum-Lichtbogenofen zu Rohblöcken geschmolzen.

Titan ist ein allotropes Element, das zwei Strukturen haben kann: mit hexagonal dichtester Kugelpackung (EC), genannt Phase α (T < 883°C) und mit kubisch raumzentrierter Gitterstruktur (CCC), Phase β genannt (T > 883°C).
Von der Art der Legierungselemente hängt es ab, welche der beiden Strukturformen vorliegt, welche mechanischen Eigenschaften das Material folglich hat und wie es letztendlich angewendet wird: α-stabilisierende Elemente bilden sich mit Aluminium, Sauerstoff, Kohle und Stickstoff; β-stabilisierende Legierungselemente mit Eisen, Chrom, Silizium und Nickel, während Vanadium, Molybdän und Niobium isomorphe Verbindungen mit β-Phase ausbilden. Andere Elemente wie Zirkonium, Hafnium oder Zinn haben keine wesentlichen Auswirkungen auf die β-transus-Temperatur der Legierung, in der sie enthalten sind, verbessern aber tendenziell die mechanischen Eigenschaften.

Draht und Barren aus Titan
Titanrohre
Titanplatten
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Klassifizierung

Titan wird in verschiedene Grade eingestuft. Für den Handel wird Titan mit dem Kürzel ASTM B265 (Gr 1,2,3,4,5,7,11,12) gekennzeichnet. Die Grade unterscheiden sich nach dem Fremdstoffgehalt (Grad 1 hat den geringsten Fremdstoffanteil). Mit den Graden 1 bis 4 ist reines Titan klassifiziert, auch wenn Grad 4 sehr viel belastbarer und weniger duktil ist als Grad 1. Grad 4 enthält höhere Anteile an Sauerstoff, das (bei reinem Titan) als Legierungselement eingestuft wird. Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff sind interstitielle Legierungen.

Grad 1: Titan mit geringem Sauerstoffanteil. Geeignet zum Tiefziehen und zur Kaltumformung. Es zeichnet sich durch ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aus. Außerdem lässt sich Titan Grad 1 leicht schweißen sowie kalt und warm bearbeiten.

Grad 2: Ausgezeichnet formbar, widerstandsfähig und sehr korrosionsbeständig.
Es ist etwas belastbarer als Titan Grad 1 und eignet sich deshalb ideal für eine Vielzahl von chemischen und marinen Anwendungen. Der Sauerstoffanteil ist höher als der von Titan mit Grad 1. Das Material findet breite Verwendung, weil es einen guten Kompromiss zwischen Beständigkeit, Schweißbarkeit und Formbarkeit darstellt.

Grad 3: Titan mit einem höheren Sauerstoffanteil als Titan der Grade 1 und 2. Es ist ausgezeichnet schweißbar und wird für Druckbehälter verwendet. Es handelt sich um ein Titanmaterial mit erhöhter mechanischer Festigkeit (typische Streckgrenze 462 MPa). Es ist mäßig duktil und ausgezeichnet schweißbar. Titan Grad 3 hat eine Dichte von 4,51 g/cm3 und somit nur 60% des Stahlgewichts.

Grad 4: Das hochwertigste Titan. Verwendet wird es für den Bau von Instrumenten, medizinischen und zahnmedizinischen Anlagen, außerdem in der Uhrenindustrie, für Automationen und in vielen weiteren Fällen. Von den genannten Klassen ist Grad 4 mit einer Mindeststreckgrenze von 480 MPa am belastungsfähigsten. Dieser Grad eignet sich für Anwendungen, bei denen Belastbarkeit und Korrosionsbeständigkeit eine große Rolle spielen.

Grad 5: Die in Grad 5 eingestufte Legierung Ti6Al4V (Ti64) ist die meistverwendete Titanlegierung, weil sie günstige mechanische Eigenschaften hat, aber eine geringe Duktilität aufweist. Grad 5 ist zudem als Alpha-Beta-Legierung eingestuft und wird vielfach in Anwendungen verwendet, bei denen es auf hohe Beständigkeit ankommt. Dazu gehören die Raumfahrt, Offshore- und Meeresanwendungen sowie die Energieerzeugung.

Grad 7: Palladiumlegiertes Titan Grad 7 (Ti-Pd-Legierung) ist die korrosionsbeständigste aller derzeit erhältlichen Titanlegierungen. Dieser Grad eignet sich besonders für Anwendungen, die Beständigkeit gegen generelle und örtlich beschränkte Spaltkorrosion erfordern.

Grad 9: Diese Titanlegierung kann bei höheren Temperaturen angewendet werden, als die gehandelten reinen Titanklassen 1 bis 4. Dieses Titan ist kalt walzbar und wird dank seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit in der Industrie, der Raumfahrt und für Sportausrüstungen eingesetzt.


Biokompatibilität
Es ist unbestritten, dass ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit im physiologischen Bereich, Bioverträglichkeit und günstige mechanische Eigenschaften eine optimale Verbindung eingehen und deshalb Titan und seine Legierungen in biomedizinischen Anlagen erfolgreich angewendet werden.
Ihre Grenze findet die Verbreitung von Titanlegierungen durch die hohen Kosten des Fertigteils. Der Preis von Titan ist wegen der Bearbeitungs- und Materialkosten mehr als doppelt so teuer wie rostfreier Stahl.

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