Titan och titanlegeringar är ett mycket ungt material och användes först på 1950-talet i industriell skala. Titan är i mångas ögon materialens Rolls Royce. Hög draghållfasthet och utmattningshållfasthet kombinerat med låg densitet, hög specifik styvhet och mycket goda korrosionsegenskaper är kännetecknande för titan.

Som gjutgods betraktat är titanlegeringar en relativt ny materialgrupp. Titangjutgods utgör endast några få procent av den totala volymen av titanprodukter avsedda för konstruktion. Som på många andra områden slår sig dock gjutning fram som en totalekonomiskt konkurrenskraftig tillverkningsmetod. Titanlegeringar är dock mycket svåra att gjuta, dels på grund av den höga smälttemperaturen och dels på dess höga kemiska reaktivitet i smält tillstånd. All hantering av smälta inklusive avgjutningen måste ske under vakuum eller skyddsatmosfär.

Det finns ett stort antal titanlegeringar att välja mellan. Man skiljer i huvudsak på de låglegerade, inklusive rentitan, som i huvudsak används där förhöjd korrosionshärdighet är prioriterat, de höglegerade där hållfastheten är viktig samt en relativt ny växande grupp som är titanaluminider (TiAl, Ti3Al) som främst utvecklats för gasturbiner inom flygindustrin. Den vanligaste legeringen är Ti-6Al-4V som erbjuder hållfasthet i klass med seghärdningsstål.

 

Egenskaper

Titanlegeringar utgör en viktig materialgrupp vid vissa extrema belastningssituationer. De egenskaper som främst bidrar till detta är:

  • Hög specifik hållfasthet (brottgräns/densitet och sträckgräns/densitet).
  • God utmattningshållfasthet och god duktilitet.
  • Mycket goda högtemperaturegenskaper upp till ca 600°C.
  • Utmärkta lågtemperaturegenskaper (gäller vissa legeringar).
  • Mycket goda korrosionsegenskaper, främst i neutrala och oxiderande miljöer     samt i kloridlösningar vid förhöjd temperatur, till exempel havsvatten.

Genom dessa egenskaper har materialgruppen en given plats inom flyg- och rymdindustrin samt den kemiska industrin. Den höga materialkostnaden gynnar en övergång till tillverkningsmetoder med högt materialutbyte, främst gjutning vid komplicerade geometrier. Tekniken för gjutning av titanlegeringar finns idag och gjuterier för dessa legeringar finns framförallt i Belgien, Japan, Kina, Tyskland och USA.

Titanlegeringar har högre specifik hållfasthet än aluminiumlegeringar och stål i konkurrerande applikationer. Högtemperaturegenskaperna såsom varmhållfasthet och korrosionshärdigheten ger kombinationer som få andra material klarar.

 

Användningsområden

Gjutgods kan konkurrera med smidda eller bearbetade titanprodukter inom många områden. I många fall kan titangjutgods ersätta stål, aluminium, kompositmaterial med flera

Inom petrokemiska, livsmedels- och cellulosaindustrierna används titangjutgods i pumpar och ventiler, där främst korrosionsegenskaperna tas till vara. Denna marknad växer kraftigt, även om flera länder i viss utsträckning redan ersatt andra material med titan.

Inom den marina sektorn finns flera stora potentiella marknader. Pumpar, pumphjul, ventiler och komplicerade rörsektioner är några exempel på produkter, där titan ersatt bronser och nickelbaslegeringar, vilket har lett till stora viktsbesparingar.

I flygplanskonstruktioner kan hjulnav, fästen, dörrlås, landningsställ och rörkopplingar för högtryckssystem nämnas.

Komponenter i flygmotorer – turbinhus, fästen för svetskonstruktioner, kompressorhjul samt statorblad och ledskenor på kompressorsidan är några exempel.

Den medicinska industrin är ett intressant område med vissa utvecklingsmöjligheter. Proteser och implantat tillverkas i allt större utsträckning i titan tack vare dess goda biokompatibilitet och låga vikt. I knä- och armbågsleder, höftleder, käkproteser och hjärtklaffar används titangjutgods med stor framgång. Denna marknad väntas växa.

2106