Titandraht bei 1668 C: Schmelzpunkt vs. Service

Titandraht bei 1668 C: Schmelzpunkt vs. Einsatz

Ein Datenblatt für Titandraht beginnt mit einem Schmelzpunkt von 1668 C, und Käufer lesen dies vernünftigerweise als Hitzebeständigkeitswert. Das ist es nicht. Zwischen dem Schmelzpunkt und der Temperatur, bei der ein Draht in Luft tatsächlich arbeiten kann, liegt eine Lücke von mehr als tausend Grad, und diese Lücke wird durch Oxidation gefüllt. Diese Seite trennt die beiden Zahlen, da ein Teil, der für 1668 C ausgelegt ist, bei 600 C versagt, während ein Teil, der für die tatsächliche Einsatzgrenze ausgelegt ist, dies nicht tut.

Schmelzpunkt ist eine Herstellungszahl

1668 C ist die Temperatur, bei der das Metall flüssig wird. Das ist wichtig für den Gießer, für den Schweißer, der genug Energie in eine Verbindung einbringen muss, und für jeden, der Vakuumlötung oder Elektronenstrahlarbeiten durchführt. Für einen Konstrukteur sagt es fast nichts über den Einsatz aus, denn lange vor dieser Temperatur hat die Oberfläche bereits mit der umgebenden Atmosphäre reagiert. Der Siedepunkt von 3287 C fällt in die gleiche Kategorie: eine Eigenschaft des Metalls, keine Grenze für einen Draht.

Die tatsächliche Grenze in Luft ist Oxidation

Titan ist reaktiv. Bei Raumtemperatur ist das entstehende Oxid wenige Nanometer dick und schützt das Metall, weshalb Titan vielen Chemikalien widersteht. Erhitzt man dieses Oxid, wächst es, und oberhalb von etwa 600 C hört der Sauerstoff auf, auf der Oberfläche zu bleiben, und beginnt in das Metall zu diffundieren, wodurch eine harte, spröde Schicht entsteht, die als Alpha-Phase bekannt ist. Der Draht behält seine Form und verliert seine Duktilität, und der Ausfall erscheint später als Riss an einer Biegung oder an einer Schweißnahtwurzel.

Für den Dauerbetrieb in Luft wird kommerziell reiner Titandraht normalerweise unter etwa 300 C gehalten, und viele Spezifikationen sind konservativer. Im Vakuum oder in hochreinem Inertgas verschiebt sich die Grenze um Hunderte von Grad nach oben, weshalb eine Ofenhalterung und ein Ofenelement nicht dasselbe Design haben, auch wenn sie aus demselben Grad gefertigt sind. Die Atmosphäre, nicht nur die Temperatur, entscheidet über die Antwort.

Geringe Wärmeleitfähigkeit ändert, wie der Draht sich erwärmt

Die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt 21,9 bis 23,9 W/m·K, etwa ein Viertel der von Kohlenstoffstahl und weniger als ein Zehntel der von Kupfer. In einen Draht eingebrachte Wärme bleibt dort, wo sie eingebracht wurde. Beim Schweißen ist dies hilfreich, da sich die Lichtbogenenergie am Gelenk konzentriert, anstatt sich im Draht zu verteilen, und es ist unhilfreich, da die gleiche Konzentration eine schmale Wärmeeinflusszone und einen steilen thermischen Gradienten erzeugt, der in dünnen Abschnitten Restspannungen hinterlassen kann.

Im Einsatz bedeutet die geringe Leitfähigkeit, dass ein Titandraht, der als Bindedraht oder Stütze verwendet wird, die Temperatur nicht schnell ausgleicht, sodass ein Teil, das einen thermischen Zyklus durchläuft, eine Verzögerung zwischen seinen Enden aufweist. Wo der Draht eher wegen seiner Beständigkeit als wegen seiner Festigkeit verwendet wird, liegt er mit einem spezifischen Widerstand von 4,9 bis 5,1 µΩ·m um eine Größenordnung über Kupfer, was für Heizelemente und Sensorik anstelle von Leitfähigkeit geeignet ist.

Festigkeit bei Temperatur, nicht nur bei Raumtemperatur

Der Spezifikationsblock auf dieser Seite gibt eine Streckgrenze von 800 bis 2000 MPa an. Geglühtes, kommerziell reines Titan liegt weit darunter, mit Gr2, das von 345 MPa Zugfestigkeit und einer Streckgrenze nahe 275 MPa spezifiziert ist, und die höheren Werte gehören zu kaltgezogenem Draht oder einer Legierungsklasse. Derselbe Block gibt eine spezifische Wärme von 0,124 bis 0,132 kJ/kg·K an, während der Wert bei Raumtemperatur für Titan etwa 0,52 kJ/kg·K beträgt; die Angabe auf der Seite scheint in anderen Einheiten zu sein. Beide werden so beibehalten, wie sie auf der Quellseite standen, und eine Bestellung sollte nach Grad und Standard erfolgen.

Welcher Grad auch immer gewählt wird, die bei Temperatur relevante Festigkeit ist geringer als der Zertifikatswert. Titan wird beim Erwärmen allmählich weicher, und ein Draht, der nach seiner Streckgrenze bei Raumtemperatur dimensioniert ist, kriecht oder dehnt sich in einer heißen Anwendung lange vor dem Bruch. Wo das Teil eine Feder oder ein belasteter Binder über etwa 250 C ist, sollte das Design eine Heißfestigkeitszahl und eine Kriechzulage verwenden, nicht nur das Mill-Zertifikat allein.

Wo Titandraht seinen Platz in der Hitze verdient

Die Anwendungen, die funktionieren, sind diejenigen, die moderate Temperatur mit Korrosion oder Gewicht kombinieren. Chemische Prozessanlagen verwenden Titandraht zum Binden und für Netzunterstützung, wo die Umgebung Edelstahl zerstören würde. Die Luft- und Raumfahrt nutzt ihn in Bereichen, die einige hundert Grad sehen und geringes Gewicht benötigen. Vakuumöfen und Wärmebehandlungsapparate verwenden ihn im heißen Bereich, wo kein Sauerstoff vorhanden ist, mit dem er reagieren kann. Medizinische und Laborgeräte verwenden ihn dort, wo der Draht wiederholt gereinigt und sterilisiert werden muss.

Die Anwendungen, die enttäuschen, sind diejenigen, die blanken Titandraht in einen Luftofen über 600 C geben und erwarten, dass er sich wie ein feuerfestes Metall verhält. Das wird er nicht. Wenn dieser Einsatz erforderlich ist, handelt es sich bei dem Material nicht um Titandraht, und die ehrliche Antwort ist, die Legierung oder die Atmosphäre zu ändern, anstatt den Lieferanten zu wechseln.

Bestellhinweise

Geben Sie den Grad und die UNS-Nummer, den Durchmesser und die Toleranz, den Zustand, die Spulenlänge und das Gewicht, die Oberfläche und den Standard mit seinem Zertifikatsniveau an. Geben Sie dann die Einsatzbedingung an: Temperatur, Atmosphäre, ob der Draht belastet ist und ob er Zyklen durchläuft. Ein Draht, der für 300 C in Luft bestellt wird, und ein Draht, der für 600 C im Vakuum bestellt wird, können vom selben Grad und Durchmesser sein und dennoch unterschiedliche Glühungen und unterschiedliche Oberflächenschutzbehandlungen benötigen, und die einzige Möglichkeit, wie die Mühle dies weiß, ist, wenn die Anfrage dies angibt.