TC4 (Ti-6Al-4V) Titanlegierung

TC4 (Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titanlegierung) ist eine der am weitesten verbreiteten Titanlegierungssorten weltweit. Sie wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, in Medizinprodukten, im Meerestechnikbau und in der High-End-Fertigung eingesetzt.

Dieser Artikel soll Materialauswahl- und Angebotsteams eine vollständige Referenz für die TC4-Titanlegierung bieten – von der grundlegenden Materialdefinition bis zur Angebotsvorbereitung –, damit Sie beurteilen können, ob TC4 für Ihr Projekt geeignet ist.

Hohes Festigkeits-
zu-Gewicht-Verhältnis
Ausgezeichnet
Ermüdungsfestigkeit
Wärmebehandelbar
Alpha-Beta-Legierung
Gute Korrosions-
Beständigkeit

TC4 (Ti-6Al-4V) Titanlegierung: Grundlegender Überblick

TC4 (Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titanlegierung) ist eine mittelfeste duale Alpha-Beta-Titanlegierung. Sie basiert auf Titan und ist mit 6% Aluminium und 4% Vanadium legiert. Aluminium wirkt als Alpha-Stabilisator, während Vanadium als Beta-Stabilisator wirkt. Zusammen ermöglichen diese beiden Elemente, dass TC4 sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen ein starkes Gesamtgleichgewicht der mechanischen Eigenschaften beibehält.

Innerhalb der Titanlegierungsfamilie gehört TC4 zur hochfesten Klasse. Im Vergleich zu kommerziell reinen Titansorten wie TA1 und TA2, ist die Zugfestigkeit von TC4 etwa zwei- bis dreimal höher. Gleichzeitig bietet es ein sehr ausgereiftes Gleichgewicht aus Festigkeit, Duktilität und Verarbeitbarkeit, weshalb es die kommerziell am besten etablierte Titanlegierung mit dem umfassendsten technischen Datenbestand bleibt.

TC4 Ti-6Al-4V Titanlegierung Blech und gefertigte Strukturteile für die hochfeste Metallfertigung

Kernvorteile von TC4 (Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titanlegierung)

Festigkeits-Gewichts-Verhältnis

TC4 hat eine Dichte von etwa 4,43 g/cm³, was nur etwa 56% der von Stahl entspricht, während seine Zugfestigkeit 895 MPa überschreiten kann. Bei gleichem Festigkeitsniveau kann durch die Verwendung von TC4 das Strukturgewicht erheblich reduziert werden.

Korrosionsbeständigkeit

TC4 zeigt sehr gute Leistungen in Meerwasser, Salznebel und oxidierenden Umgebungen. Der stabile Oxidfilm, der sich auf der Oberfläche bildet, trägt dazu bei, das Material vor Korrosion zu schützen.

Breiter Einsatztemperaturbereich

TC4 kann über einen Temperaturbereich von etwa -100°C bis 400°C stabile mechanische Eigenschaften beibehalten, was es für eine Vielzahl anspruchsvoller Umgebungen geeignet macht.

Gute Biokompatibilität

TC4 ist ungiftig und mit menschlichem Gewebe kompatibel, was es zu einem gängigen Material für medizinische Implantate und chirurgische Instrumente macht.

TC4 im Vergleich mit gängigen Konstruktionswerkstoffen

Eigenschaft TC4 (Ti-6Al-4V) Grade 2 kommerziell reines Titan Edelstahl 304 6061 Aluminiumlegierung
Dichte (g/cm³) 4.43 4.51 8.0 2.7
Zugfestigkeit (MPa) ≥895 ≥345 ≥515 ≥310
Streckgrenze (MPa) ≥828 ≥275 ≥205 ≥276
Dehnung (%) ≥10 ≥30 ≥40 ≥12
Maximale Einsatztemperatur (°C) ~400 ~400 ~870 ~200
Korrosionsbeständigkeit Ausgezeichnet Hervorragend Gute Mäßig

Entsprechung von TC4-Sortenbezeichnungen, Normen und Lieferzuständen

TC4 / Ti-6Al-4V / Grade 5 Querverweis

Normensystem Sortenbezeichnung Gängiger Markt / Region
ASTM / UNS Grade 5 / R56400 Amerika und internationale Märkte
ISO Ti-6Al-4V International
GB (China) TC4 Festlandchina
DIN / EN (Deutschland / Europa) 3.7165 / 3.7164 Europa
AMS (Luft- und Raumfahrt) AMS 4928, AMS 4911 Luft- und Raumfahrt
JIS (Japan) TAP6400 Japan

Gängige Lieferzustände von TC4 und ihre Eigenschaften

Lieferzustand Bezeichnung Typische Zugfestigkeit Typische Streckgrenze Dehnung Typische Anwendungen
Geglüht M / A ≥895 MPa ≥828 MPa ≥10% Allgemeine Fertigung und Schweißen
Lösungsgeglüht ST ~900 MPa ~830 MPa ≥12% Ausgangszustand vor der Alterung
Lösungsgeglüht und ausgehärtet STA ≥1000 MPa ≥900 MPa ≥8% Hochfeste Anwendungen
Spannungsarmgeglüht SR Ähnlich dem geglühten Zustand Ähnlich dem geglühten Zustand ≥10% Geschweißte Strukturteile

Hinweis: Für die Blechfertigung ist geglühtes TC4-Blech oder -Plattenmaterial im M-Zustand für die meisten Anwendungen in der Regel ausreichend.

Chemische Zusammensetzung und Schlüsselparameter von TC4

Die chemische Zusammensetzung von TC4 (Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titanlegierung) ist sorgfältig ausbalanciert, um die bestmögliche Kombination aus mechanischer Leistung und Verarbeitungskompatibilität zu erzielen.

Chemische Zusammensetzung von TC4 nach Gewicht

Element Minimum Maximum Hinweise
Aluminium (Al) 5.50% 6.75% Alpha-Stabilisator, der die Festigkeit erhöht
Vanadium (V) 3.50% 4.50% Beta-Stabilisator, der die Duktilität verbessert
Eisen (Fe) — 0.40% Verunreinigungselement
Sauerstoff (O) — 0.20% Interstitielles Element, das die Festigkeit beeinflusst
Kohlenstoff (C) — 0.08% Verunreinigungselement
Stickstoff (N) — 0.05% Interstitielles Element
Wasserstoff (H) — ≤0,015% Muss kontrolliert werden, um die Schweißbarkeit zu gewährleisten
Andere Elemente, jeweils — 0.10% Verunreinigungsgrenze pro Element
Andere Elemente, gesamt — 0.40% Gesamtverunreinigungsgrenze
Titan (Ti) Rest — Basiselement

Physikalische Eigenschaften von TC4

Eigenschaft Metrischer Wert Imperialer Wert Hinweise
Dichte 4,43 g/cm³ 0,160 lb/in³ Bei Raumtemperatur
Schmelzbereich 1604-1660°C 2920-3020°F Solidus- bis Liquidus-Bereich
Beta-Transus-Temperatur ~995°C ~1820°F Alpha-plus-Beta-zu-Beta-Umwandlungstemperatur
Wärmeleitfähigkeit 6,6-7,9 W/m·K 45,8-54,8 BTU·in/hr·ft²·°F Niedriger als bei den meisten Metallen
Wärmeausdehnungskoeffizient 8,6×10⁻⁶ /°C 5,0×10⁻⁶ /°F Von 0 bis 100 °C
Spezifische Wärmekapazität 0,586 J/g·°C 0,14 BTU/lb·°F Bei Raumtemperatur
Elektrischer Widerstand 1,68×10⁻⁶ Ω·m 1,68×10⁻⁶ Ω·m Bei Raumtemperatur
Elastizitätsmodul 105–114 GPa 200–16.500 ksi Bei Zug / Druck
Querkontraktionszahl 0.31 0.31 —

Mechanische Eigenschaften von TC4 geglühtem Blech

Eigenschaft Metrischer Wert Imperialer Wert Hinweise
Zugfestigkeit, UTS ≥895 MPa ≥130 ksi Mindestanforderung
Streckgrenze, 0,2% Dehnung ≥828 MPa ≥120 ksi Mindestanforderung
Dehnung, 50 mm Messlänge ≥10% ≥10% Mindestanforderung
Querschnittsverringerung ≥25% ≥25% Typischer Wert
Härte 280–360 HB 32–38 HRC Typischer Bereich
Ermüdungsfestigkeit 570–620 MPa 83–90 ksi Bei 10⁷ Zyklen
Schubmodul 41–45 GPa 950–6.530 ksi —

Für welche Blechumformverfahren ist TC4 geeignet?

TC4 (Ti-6Al-4V Alpha-Beta-Titanlegierung) wird in der Blechverarbeitung immer häufiger eingesetzt. Im Vergleich zu Standardstählen stellt es jedoch spezifischere Anforderungen an die Verarbeitungsmethoden.

TC4 Blechverarbeitung – Prozesskompatibilität

Verfahren Eignung Wichtige Überlegungen
Laserschneiden Hoch Am besten für Dicken bis 15 mm geeignet; Wärmeeintrag muss kontrolliert werden
Wasserstrahlschneiden Hoch Minimale wärmebeeinflusste Zone; höhere Verarbeitungskosten
Plasmaschneiden Mittel Größere wärmebeeinflusste Zone; besser für dickere Bleche geeignet
Scheren Hoch Gut geeignet für geradliniges Schneiden von dünnem Blech
CNC-Biegen Mittel Rückfederung ist erheblich; Überbiegungskompensation ist in der Regel erforderlich
Stanzen und Umformen Mittel Hohe Umformkraft erforderlich; Warmumformung wird empfohlen
WIG-Schweißen Hoch Argonschutz ist zwingend erforderlich; Rückseitenschutz ist unerlässlich
MIG-Schweißen Mittel Argonbasiertes Mischschutzgas ist erforderlich

Was sollte bei der Prüfung von Zeichnungen für TC4-Teile zuerst bestätigt werden?

Wesentliche Zeichnungsprüfpunkte für TC4-Blechumformteile

Prüfpunkt Was zu bestätigen ist Risiko bei Nichtbeachtung
Materialspezifikation Anforderungen an Werkstoffgüte, Norm und MTR Falsches Material geliefert
Maßtoleranzen Ob die Toleranz für die Prozessfähigkeit realistisch ist Zusätzliche Bearbeitung oder Ausschuss
Biegeradius Vergleich zwischen erforderlichem Radius und erreichbarem Mindestradius Rissbildung oder übermäßige Rückfederung
Wandstärke Ob die tatsächliche Dicke der Konstruktionsabsicht entspricht Bauteilversagen oder unnötiges Gewicht
Lochgröße und -abstand Schneidspalt und Randabstand Verformung oder Materialriss
Oberflächenrauheit Erforderliche Oberflächenart und Ra-Wert Zusätzliche Nachbearbeitungsvorgänge können erforderlich sein
Schweißanforderungen Verbindungsart, Festigkeitsanforderungen und Prüfkriterien Schwache Verbindungen oder Ausschuss
Wärmebehandlungsanforderungen Erforderlicher Zustand und Validierungsmethode Festigkeit kann außerhalb der Spezifikation liegen

Welche Projektarten eignen sich besser für TC4?

Empfohlene Anwendungsbereiche für TC4-Blechbauteile

Branche Typische Anwendung Warum TC4 gewählt wird
Luft- und Raumfahrt Strukturhalterungen, Gehäuse, Wärmetauscher Gewichtsreduzierung und hohe Ermüdungsfestigkeit
Medizinische Geräte Gehäuse für chirurgische Instrumente, Implantat-Teststücke Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit
Meerestechnik Meerwassersystemkomponenten, Offshore-Ausrüstung Meerwasserkorrosionsbeständigkeit
Chemische Verarbeitung Tanks, Behälter, Rohrverteiler Beständigkeit gegen Säuren und Laugen
Hochleistungsautomobilbau Abgaskomponenten, Aufhängungsteile Leichtbau und Hochtemperaturbeständigkeit
Sportartikel Fahrradrahmen, Rennkomponenten Hohe spezifische Festigkeit
Halbleiter Prozesskammerkomponenten Gute Reinheit und Korrosionsbeständigkeit

Welche Informationen sollten Sie bei der Angebotsanfrage für TC4 bereitstellen?

RFQ-Checkliste für TC4-Blechbauteile

Kategorie Spezifischer Artikel Zweck
Material Güte wie TC4 / Ti-6Al-4V / Grade 5, anwendbare Norm wie ASTM B265 oder AMS 4911 und erforderliche Dicke Stellt sicher, dass das richtige Material beschafft wird
Abmessungen Gesamtgröße, einschließlich Länge × Breite × Höhe, Blechdicke und Menge Wird zur Berechnung des Materialgewichts und der Bearbeitungsschritte verwendet
Geometrie 2D-Zeichnungen wie DXF oder PDF oder 3D-Modelle wie STEP oder IGES, zusammen mit Biegedetails Wird zur Bewertung der Fertigungsmachbarkeit verwendet
Toleranzen Maßtoleranzen und erforderliche Oberflächenrauheit Hilft bei der Bestimmung des Bearbeitungsschwierigkeitsgrads
Fertigungsprozess Schneidverfahren, Biegeschritte, Schweißanforderungen falls Schweißen erforderlich ist, und Oberflächenbehandlung Klärt die erforderlichen Arbeitsgänge
Qualitätsanforderungen Ob MTR- oder EN 10204 3.1-Zertifizierung erforderlich ist, Prüfanforderungen und etwaige Sonderprüfungen Definiert den Prüfumfang
Anwendungsinformationen Endgültige Einsatzumgebung, Temperaturbereich und Lastbedingungen Hilft bei der Bestätigung der Materialeignung
Logistikinformationen Lieferort, Verpackungsanforderungen und Lieferzeit Unterstützt Produktionsplanung und Versandarrangements

FAQs​

Grade-2-Reintitan ist kostengünstiger als TC4 und bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit. Seine Festigkeit ist jedoch deutlich geringer, mit einer Zugfestigkeit von etwa 345 MPa im Vergleich zu etwa 895 MPa bei TC4. Eine Substitution ist nur machbar, wenn die geringere Festigkeit von Grade 2 für Ihre Belastungsanforderungen noch ausreicht. Wenn Ihr Design von der hohen spezifischen Festigkeit von TC4 abhängt, wird Grade-2-Reintitan nicht die gleiche Leistung erbringen, selbst wenn die Wandstärke erhöht wird.

SR MFG schreibt keine strikte Mindestbestellmenge vor. Wir akzeptieren sowohl Einzelstück-Prototypen als auch Produktionsaufträge jeder Größe. Bei Einzelstück- oder sehr kleinen Serienbestellungen ist der Stückpreis höher, da die festen Rüstkosten auf weniger Teile verteilt werden. Am besten besprechen Sie Ihre benötigte Menge während der Angebotsphase mit uns, damit wir ein genaues Angebot erstellen können.

TC4 sollte in einer sauberen, trockenen Umgebung gelagert werden, fern von Feuchtigkeit und korrosiven Substanzen. Wenn das Material bereits geschnitten oder bearbeitet wurde, sollten frisch freigelegte Kanten mit einem leichten Öl oder einer temporären Schutzfolie geschützt werden, um Oberflächenverunreinigungen zu vermeiden. Die Langzeitlagerung von TC4-Blech in feuchten oder salznebelhaltigen Umgebungen kann zu Oberflächenoxidation führen, sodass vor der Verarbeitung oder Montage möglicherweise eine Reinigung erforderlich ist.

Ja. Alle von SR MFG gelieferten TC4-Materialien werden mit EN 10204 3.1 Abnahmeprüfzeugnissen, geliefert, die die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften auflisten. Jede Charge kann anhand der Schmelznummer und des Chargencodes zurückverfolgt werden. Für Projekte, die eine Drittanbieterprüfung erfordern, wie z. B. SGS, Bureau Veritas oder DNV, können wir diese Dienstleistungen auf Anfrage gegen zusätzliche Kosten arrangieren.

SR MFG bietet die folgenden Oberflächenbehandlungsoptionen für TC4-Teile an: Beizen zur Entfernung von Zunder und zur Erzeugung einer sauberen Oberfläche, Sandstrahlen für eine gleichmäßige matte Oberfläche, Polieren für einen hochglänzenden Spiegeleffekt, Anodisieren in Typ II oder Typ III für verbesserte Korrosionsbeständigkeit oder Farbanforderungen sowie physikalische Gasphasenabscheidung, oder PVD, für verbesserte Verschleißfestigkeit oder dekoratives Aussehen. Bitte geben Sie Ihre Oberflächenbehandlungsanforderungen während der Angebotsphase an, damit wir die Machbarkeit bestätigen und ein genaues Angebot erstellen können.