Bestes Ti-6Al-4V-Pulver (TC4-Pulver) für die additive Fertigung

TC4-Pulver, auch bekannt als Ti-6Al-4V, ist ein Titanlegierungspulver, das aus 90 % Titan (Ti), 6 % Aluminium (Al) und 4 % Vanadium (V) besteht. Es ist weithin für seine außergewöhnliche Festigkeit, geringe Dichte und hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt. TC4-Pulver wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaftskombination branchenübergreifend häufig eingesetzt und ist daher ein äußerst gefragtes Material für verschiedene Anwendungen.

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Übersicht über TC4-Pulver

TC4 gehört zum zweiphasigen α+β-Titanlegierungssystem. Das Aluminium stabilisiert die Alpha-Phase, während Vanadium ein Beta-Stabilisator ist. Dies führt zu einem guten Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Duktilität und Hochtemperatureigenschaften.

Zu den Hauptmerkmalen von TC4-Pulver gehören:

  • Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
  • Ausgezeichnete Dauerfestigkeit und Bruchzähigkeit
  • Gute Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen
  • Hervorragende Korrosionsbeständigkeit
  • Erhältlich in verschiedenen Partikelgrößenverteilungen

TC4-Pulver hat sich als hervorragende Wahl zur Gewichtsreduzierung und Leistungsverbesserung in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Medizintechnik und anderen anspruchsvollen Anwendungen erwiesen.

Zusammensetzung von TC4-Pulver

TC4-Pulver hat die folgende nominelle Zusammensetzung:

Element Gewicht %
Titan (Ti) Gleichgewicht
Aluminium (Al) 5,5–6,75 %
Vanadium (V) 3,5–4,5 %
Eisen (Fe) 0-0,40 %
Sauerstoff (O) 0-0,20 %
Kohlenstoff (C) 0-0,08 %
Stickstoff (N) 0-0,05 %

 

Die Menge an Aluminium und Vanadium kann optimiert werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Der Verunreinigungsgrad von Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff wird minimiert.

Eigenschaften von TC4-Pulver

Zu den wichtigsten Eigenschaften von TC4-Pulver gehören:

Eigentum Wert
Dichte 4,41-4,43 g/cm3
Schmelzpunkt 1600–1660 °C
Wärmeleitfähigkeit 6,7 W/mK
Elektrischer widerstand 1,7 μΩ.cm
Elastizitätsmodul 110 GPa
Poissonzahl 0,32-0,34
Zugfestigkeit 900-1200 MPa
Streckgrenze 860-900 MPa
Verlängerung 8-15 %
Ermüdungsfestigkeit 400-500 MPa

 

Die Eigenschaften wie ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Ermüdungsbeständigkeit, Kriech- und Korrosionsbeständigkeit machen TC4 für kritische Anwendungen in allen Branchen geeignet.

Produktionsmethode für TC4-Pulver

TC4-Pulver kann mit folgenden Methoden hergestellt werden:

  • Gaszerstäubung – Hochdruck-Inertgasstrahl, der zum Zerstäuben der geschmolzenen TC4-Legierung verwendet wird, was zu kugelförmigen Pulverpartikeln führt.
  • Plasma-Rotationselektrodenprozess – Durch die zentrifugale Zerkleinerung eines schnell rotierenden geschmolzenen Metallstroms entsteht kugelförmiges Pulver.
  • Hydrid-Dehydrid-Prozess – Titanhydrid wird zersetzt, um feines Titanpulver zu ergeben, das dann mit anderen elementaren Pulvern vermischt wird.

Die Gaszerstäubung bietet eine hervorragende Kontrolle über Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Morphologie und Fließfähigkeit.

Anwendungen von TC4-Pulver

TC4-Pulver wird häufig verwendet in:

  • Additive Fertigung – Selektives Laserschmelzen zur Herstellung leichter Strukturteile für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie.
  • Metallspritzguss – Zur Herstellung kleiner, komplexer netzförmiger Komponenten wie Verbindungselemente, Verbindungen und chirurgische Instrumente.
  • Thermische Spritzbeschichtungen – werden durch Plasma- oder HVOF-Spritzen aufgetragen, um Verschleiß-/Korrosionsbeständigkeit in Schiffs-, Öl- und Gas- sowie biomedizinischen Anwendungen zu gewährleisten.
  • Pulvermetallurgie – Pressen und Sintern zur Herstellung hochfester Teile wie Kompressor- und Turbinenschaufeln.

Spezifikationen von TC4-Pulver

TC4-Pulver ist in verschiedenen Größenbereichen, Formen und Reinheitsgraden erhältlich:

  • Partikelgröße: Von 15–45 μm für AM-Methoden, bis zu 100 μm für thermische Spritzverfahren.
  • Morphologie: Die nahezu kugelförmige Pulverform sorgt für optimale Fließfähigkeit und Packungsdichte.
  • Reinheit: Von kommerzieller Reinheit bis hin zu hohen Reinheitsgraden basierend auf Verunreinigungsgrenzen und Prozessanforderungen.
  • Sauerstoffgehalt: Für die meisten Anwendungen wird der Wert unter 2000 ppm gehalten.
  • Durchflussrate: Pulver speziell für hervorragende Durchflussraten über 25 s/50 g.

Globale Lieferanten von TC4-Pulver

Zu den weltweit größten Anbietern von TC4-Pulver gehören:

  • AP&C (Kanada)
  • TLS Technik (Deutschland)
  • Tekna (Kanada)
  • Sandvik Osprey (Großbritannien)
  • Advanced Powders (USA)
  • CNPC Powder Group (China)

Diese Unternehmen produzieren verschiedene Qualitäten von TC4-Pulver, die auf die additive Fertigung, das thermische Spritzen, die Pulvermetallurgie und andere Anwendungen zugeschnitten sind.

Preise für TC4-Pulver

TC4-Pulver ist preislich höher als Stähle und Nickellegierungen:

  • Menge – 100–150 $ pro kg für Großbestellungen über 500 kg. Kleinere Mengen sind deutlich teurer.
  • Qualität – Hochreines, kugelförmiges Pulver, das unter streng kontrollierten Bedingungen mit fortschrittlichen Verfahren hergestellt wird, erfordert eine erstklassige Preisgestaltung.
  • Lieferant – Große globale Lieferanten bieten aufgrund höherer Produktionsmengen Kostenvorteile gegenüber kleineren Herstellern.
  • Geografie – Die Preise variieren je nach Region, wobei Europa und Nordamerika im Vergleich zu Asien höherpreisige Märkte sind.

Bei kritischen Anwendungen sollten Käufer bei der Beschaffung von TC4-Pulver eher auf Qualität als auf niedrigste Kosten achten.

Lagerung und Handhabung von TC4-Pulver

TC4-Pulver erfordert sorgfältige Lagerung und Handhabung:

  • Sollte in verschlossenen Behältern unter Inertgas wie Argon gelagert werden, um Oxidation zu verhindern.
  • Vermeiden Sie die Ansammlung von feinem Pulver, um das Risiko einer Staubexplosion zu minimieren.
  • Verwenden Sie beim Umgang mit Pulver geeignete PSA, Belüftung, Erdung und Sicherheitsmaßnahmen.
  • Vermeiden Sie den Kontakt zwischen Pulver und Zündquellen wegen der Gefahr der Entflammbarkeit.
  • Befolgen Sie die geltenden Sicherheitsrichtlinien des Sicherheitsdatenblatts des Lieferanten.

Beim Umgang mit diesem reaktiven feinen Titanlegierungspulver ist Vorsicht geboten.

Inspektion und Prüfung von TC4-Pulver

Wichtige Qualitätskontrolltests, die an TC4-Pulver durchgeführt wurden:

  • Chemische Analyse mit ICP-OES oder RFA, um sicherzustellen, dass die Zusammensetzung den Spezifikationen entspricht.
  • Partikelgrößenverteilung mittels Laserbeugung gemäß ASTM B822-Standard.
  • Morphologieanalyse mittels REM-Bildgebung.
  • Messung der Pulverdurchflussrate mit Hall-Durchflussmesser gemäß ASTM B213-Standard.
  • Dichtemessung mittels Heliumpyknometrie.
  • Verunreinigungsanalyse durch Inertgasfusion oder ICP-MS.
  • Mikrostrukturcharakterisierung durch Röntgenbeugung.

Durch gründliche Tests wird die Chargenkonsistenz und Pulverqualität für die beabsichtigte Anwendung sichergestellt.

Vergleich zwischen TC4- und Ti6Al4V-Pulvern

TC4 und Ti6Al4V sind zwei verglichene Titanlegierungspulver:

Parameter TC4 Ti6Al4V
Aluminiumgehalt 5,5–6,75 % 5,5–6,75 %
Vanadiumgehalt 3,5–4,5 % 3,5–4,5 %
Dichte Höher Untere
Zugfestigkeit Höher Untere
Duktilität Untere Höher
Oxidationsbeständigkeit Ähnlich Ähnlich
Kosten Höher Untere

 

TC4 bietet eine höhere Festigkeit, während Ti6Al4V eine bessere Duktilität bietet. TC4 eignet sich trotz höherer Kosten für anspruchsvollere Anwendungen.

Häufig gestellte Fragen zu TC4-Pulver

Q: Wie wird TC4-Pulver hergestellt?

A: TC4-Pulver wird kommerziell durch Gaszerstäubung, Plasma-Rotationselektrodenverfahren und Hydrid-Dehydrid-Verfahren hergestellt. Die Gaszerstäubung bietet die beste Kontrolle über die Partikeleigenschaften.

Q: Was sind die Hauptanwendungen von TC4-Pulver?

A: Zu den Hauptanwendungen von TC4-Pulver gehören additive Fertigung, thermische Spritzbeschichtungen, Metallspritzguss und Pulvermetallurgie zur Herstellung hochfester, leichter Strukturteile.

Q: Was ist die typische TC4-Pulvergröße, die für das selektive Laserschmelzen verwendet wird?

A: Für den SLM-Prozess liegt der ideale Größenbereich für TC4-Pulver bei 15–45 Mikrometern mit sphärischer Morphologie und gutem Pulverfluss und guter Packungsdichte.

Q: Erfordert TC4-Pulver besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung?

A: Ja, es ist hochreaktiv und erfordert eine sorgfältige Handhabung in einer inerten Atmosphäre unter Verwendung angemessener Belüftung, Erdung und persönlicher Schutzausrüstung, um Brand- oder Explosionsgefahren zu vermeiden.

Q: Wo kann ich TC4-Pulver kaufen, das für Luft- und Raumfahrtanwendungen geeignet ist?

A: Für Luft- und Raumfahrtteile, die eine hohe Festigkeit erfordern, kann TC4-Pulver von führenden Herstellern erworben werden, darunter AP&C, TLS Technik, Tekna, Sandvik Osprey und Advanced Powders.

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