PREP Pulver aus feuerfester Titanlegierung
TiAl ist eine neue Klasse von Legierungen für die Luft- und Raumfahrt, die ein ausgezeichnetes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht sowie eine hohe chemische und thermische Stabilität aufweist. Die Gamma-Titanaluminid-Legierung verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (über 600 Grad Celsius). TiAl ist die neueste Werkstoffklasse, die mit Nickelsuperlegierungen bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerksteilen wie Niederdruckturbinen konkurriert.
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Inhaltsübersicht
Überblick über PREP-Pulver aus feuerfester Titanlegierung
Die PREP-Legierung (Plasma Rotating Electrode Process) ist ein hochleistungsfähiges Pulver aus einer feuerfesten Titanlegierung, das für die additive Fertigung von Bauteilen entwickelt wurde, die hervorragende mechanische Eigenschaften bei extremen Temperaturen erfordern.
Dieser Artikel bietet einen umfassenden Leitfaden zu PREP-Titanlegierungspulver, der die Zusammensetzung, Eigenschaften, Druckparameter, Anwendungen, Spezifikationen, Lieferanten, Handhabung, Inspektion, Vergleiche, Vor- und Nachteile sowie häufig gestellte Fragen behandelt. Die quantitativen Informationen werden in einfach zu referenzierenden Tabellen dargestellt.
Zusammensetzung des PREP-Titanlegierungspulvers
Die PREP-Legierung hat eine komplexe Zusammensetzung mit verschiedenen gelösten Elementen:
| Element | Gewicht % | Zweck |
|---|---|---|
| Titan | Bilanz | Element der Hauptmatrix |
| Aluminium | 5 – 7 | Mischkristallverfestiger |
| Zinn | 1 – 3 | Mischkristallverfestiger |
| Zirkonium | 0.5 – 2 | Kontrolle der Kornstruktur |
| Molybdän | 1 – 3 | Mischkristallverfestiger |
| Silizium | 0.5 – 1.5 | Oxidationsbeständigkeit |
| Niobium | 1 – 3 | Hartmetall-Former |
| Tantal | 1 – 3 | Hartmetall-Former |
Zur Verstärkung der Korngrenzen werden auch Spuren von Bor und Kohlenstoff zugesetzt.
Eigenschaften des PREP-Titanlegierungspulvers
Die PREP-Legierung weist eine außergewöhnliche Kombination von Eigenschaften auf:
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Hohe Festigkeit | Ausgezeichnete Zug- und Kriechfestigkeit bis zu 700°C |
| Ermüdungsfestigkeit | Hohe Ermüdungsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen |
| Bruchzähigkeit | Bis zu 100 MPa-√m |
| Oxidationsbeständigkeit | Bildet schützende Oxidhaut |
| Thermische Stabilität | Mikrostrukturelle Stabilität nach längerer Exposition |
| Schadenstoleranz | Widerstandsfähig gegen Rissbildung |
| Biokompatibilität | Ungiftig und nicht allergen |
Die Eigenschaften ermöglichen leichte Bauteile für anspruchsvolle Anwendungen.
AM-Druckparameter für PREP-Titanlegierungspulver
Typische AM-Prozessparameter sind:
| Parameter | Typischer Wert | Zweck |
|---|---|---|
| Höhe der Schicht | 30-50 μm | Auflösung versus Baugeschwindigkeit |
| Laserleistung | 150-500 W | Ausreichendes Schmelzen ohne Verdunstung |
| Scan-Geschwindigkeit | 750-1500 mm/s | Dichte versus Produktionsrate |
| Abstand zwischen den Luken | 80-120 μm | Mechanische Eigenschaften |
| Heißisostatisches Pressen | 900°C, 100 MPa, 3 Stunden | Innere Hohlräume beseitigen |
Optimierte Parameter für Dichte, Mikrogefüge, Baurate und Nachbearbeitungsanforderungen.
Anwendungen von 3D-gedruckten PREP-Titanteilen
Komponenten aus PREP-Legierungen werden für kritische Anwendungen eingesetzt, darunter:
| Industrie | Komponenten |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Verdichterteile, Halterungen |
| Automobilindustrie | Pleuelstangen, Ventile, Turboladerräder |
| Medizinische | Orthopädische Implantate, chirurgische Werkzeuge |
| Chemisch | Pumpen, Ventile, Reaktionsgefäße |
| Stromerzeugung | Komponenten des Heißgaswegs |
Zu den Vorteilen gegenüber geschmiedeten Pendants gehören komplexe Geometrien und eine beschleunigte Entwicklung.
Spezifikationen für PREP-Titanpulver für AM
PREP-Legierungspulver muss strenge Spezifikationen erfüllen:
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Partikelgrößenbereich | 15-45 μm typisch |
| Partikelform | Sphärische Morphologie |
| Scheinbare Dichte | >2,5 g/cc |
| Dichte des Gewindebohrers | >4,5 g/cc |
| Hall-Durchflussmenge | >35 Sekunden für 50 g |
| Reinheit | >99,95% |
| Sauerstoffgehalt | <1000 ppm |
Kundenspezifische Größenverteilungen und kontrollierte Sauerstoffgehalte möglich.
Lieferanten von PREP Titanlegierungspulver
PREP-Legierungspulver wird geliefert von:
| Anbieter | Standort |
|---|---|
| Praxair | USA |
| AP&C | Kanada |
| Tekna | Kanada |
| Metalysis | UK |
| LPW-Technologie | UK |
| EOS | Deutschland |
Die Preise reichen von $250/kg bis $450/kg, je nach Qualität, Größenverteilung und Auftragsvolumen.
Handhabung und Lagerung von PREP Titanium Powder
Da es sich um ein reaktives Material handelt, ist eine sorgfältige Handhabung von PREP-Legierungspulver unerlässlich:
- Versiegelte Behälter unter Inertgas wie Argon lagern
- Vermeiden Sie die Einwirkung von Luft und Feuchtigkeit bei der Handhabung
- Verwenden Sie ordnungsgemäß geerdete Geräte
- Vermeiden Sie Staubansammlungen, um die Explosionsgefahr zu minimieren.
- Lokale Entlüftung empfohlen
- Geeignete PSA tragen und Einatmen vermeiden
Richtige Techniken und Kontrollen verhindern die Oxidation des Pulvers.
Inspektion und Prüfung von PREP-Titan-Pulver
PREP-Legierungspulverchargen werden validiert:
| Methode | Geprüfte Parameter |
|---|---|
| Siebanalyse | Partikelgrößenverteilung |
| SEM-Bildgebung | Morphologie der Partikel |
| EDX | Chemie/Zusammensetzung |
| XRD | Vorhandene Phasen |
| Pyknometrie | Dichte |
| Hall-Durchflussmenge | Fließfähigkeit des Pulvers |
Die Prüfung nach ASTM-Normen gewährleistet die Konsistenz von Charge zu Charge.
Vergleich der PREP-Legierung mit alternativen Titanpulvern
Die PREP-Legierung ist im Vergleich zu anderen Titanwerkstoffen wie folgt:
| Legierung | Stärke | Oxidationsbeständigkeit | Kosten | Druckbarkeit |
|---|---|---|---|---|
| PREP | Ausgezeichnet | Ausgezeichnet | Hoch | Gut |
| Ti64 | Gut | Gut | Mittel | Messe |
| Ti6242 | Ausgezeichnet | Gut | Hoch | Messe |
| CP-Ti | Niedrig | Ausgezeichnet | Niedrig | Ausgezeichnet |
PREP bietet die besten Allround-Eigenschaften, ist aber teurer als Arbeitslegierungen wie Ti64.
Vor- und Nachteile von PREP Titanium Powder for AM
| Profis | Nachteile |
|---|---|
| Hervorragende Festigkeit bei hohen Temperaturen | Teuer im Vergleich zu Ti64 und CP-Ti |
| Ausgezeichnete thermomechanische Ermüdungsfestigkeit | Höhere Dichte als andere Titanlegierungen |
| Komplexe Geometrien realisierbar | Umgang mit kontrollierter Atmosphäre vorgeschrieben |
| Geringere Anisotropie als Ti64 und CP-Ti | Verarbeitung sehr technikabhängig |
| Anpassung der Eigenschaften an PREP-Knetformen | Begrenzte Lieferanten und Legierungsvarianten |
PREP ermöglicht eine außergewöhnlich leistungsfähige additive Fertigung, erfordert jedoch eine sehr strenge Kontrolle der Prozessbedingungen.
Häufig gestellte Fragen über PREP Titanlegierungspulver
F: Wofür wird die PREP-Titanlegierung bei AM verwendet?
A: Die PREP-Legierung wird für den 3D-Druck von Leichtbauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie für die Automobilindustrie verwendet, die extrem hohe mechanische Eigenschaften bei Temperaturen von bis zu 700 °C erfordern.
F: Welche Partikelgröße wird für den Druck von PREP-Titanlegierungen empfohlen?
A: Ein Pulvergrößenbereich von 15-45 Mikron bietet eine gute Balance zwischen Fließfähigkeit, hoher Auflösung und dichten gedruckten Teilen.
F: Muss PREP-Titan nach AM heißisostatisch gepresst werden?
A: HIP wird empfohlen, um innere Hohlräume zu beseitigen, die Ermüdungsfestigkeit zu maximieren und die volle Dichte zu erreichen. Für unkritische Anwendungen ist es nicht unbedingt erforderlich.
F: Welches Material hat die ähnlichsten Eigenschaften wie die PREP-Titanlegierung?
A: Ti-6Al-4V hat eine vergleichbare Dichte und eine gute Hochtemperaturfestigkeit, aber eine geringere Oxidationsbeständigkeit als die PREP-Legierungen.
F: Welche Vorteile bietet die PREP-Legierung gegenüber Ti-6Al-4V bei AM?
A: Die Hauptvorteile sind eine höhere Zug- und Dauerfestigkeit bis zu 700°C sowie eine deutlich bessere Kriech- und thermomechanische Ermüdungsbeständigkeit.
F: Welche Präzision kann mit gedruckten PREP-Titanteilen erreicht werden?
A: Nach der Nachbearbeitung können gedruckte PREP-Bauteile Maßtoleranzen und Oberflächengüte erreichen, die mit CNC-gefrästen Titanteilen vergleichbar sind.
F: Welche Fehler können beim Bedrucken der PREP-Titanlegierung auftreten?
A: Mögliche Defekte sind Rissbildung, Verformung, Porosität, unvollständige Verschmelzung und Oberflächenrauhigkeit. Die meisten können durch optimierte Parameter minimiert werden.
F: Können Stützstrukturen von PREP Titan AM Teilen leicht entfernt werden?
A: Richtig konstruierte Minimalstützen lassen sich aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften der PREP-Legierungen nach dem Druck leicht ablösen.
F: Welche Art der Nachbearbeitung wird bei PREP-Titanbauteilen üblicherweise durchgeführt?
A: Heißisostatisches Pressen, Wärmebehandlung, abrasive Fließbearbeitung, CNC-Bearbeitung und Elektropolieren sind gängige Nachbearbeitungsverfahren.
F: Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Ti-6Al-4V Grade 5 und Grade 23?
A: Sorte 5 hat einen höheren Sauerstoffgehalt für eine bessere Fließfähigkeit des Pulvers, während Sorte 23 einen niedrigeren Sauerstoffgehalt für eine höhere Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit aufweist.
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