Titan ist unschlagbar, wo Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit zusammen gefordert sind: Implantate und chirurgische Instrumente, Flugzeugstrukturteile, Armaturen für Chemieanlagen, Meerwasserpumpen, Hochleistungsteile für Fahrräder und Motoren. In der Zerspanung steht es jedoch an der Spitze der Klasse „schwierige Werkstoffe“. Dieser Beitrag, die Fortsetzung unserer Artikel zu Edelstahl und Aluminium, behandelt die praktischen Aspekte von Titan für Einkäufer und Konstrukteure.
Grade 2 und Grade 5: Eigenschaften
| Eigenschaft | Grade 2 (Reintitan, 3.7035) | Grade 5 (Ti-6Al-4V, 3.7165) |
|---|---|---|
| Zusammensetzung | 99 %+ Ti, wenig O/Fe | 6 % Al, 4 % V |
| Zugfestigkeit | 345–480 MPa | 895–1.000 MPa (geglüht) |
| Dichte | 4,51 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet (Chloride, Meerwasser, oxidierende Säuren) | Sehr gut |
| Härte | ~145 HB | ~330 HB |
| Schweißbarkeit | Sehr gut | Gut (Schutzgas zwingend) |
| Zerspanbarkeit (C45 = 100) | ~35–40 | ~20–25 |
| Typische Anwendung | Chemie, Marine, Wärmetauscher, Medizin (Grade 2/4) | Luftfahrt, Implantate (ELI-Variante Grade 23), Motorsport |
| Norm | ASTM B348, DIN 17862 | ASTM B348, AMS 4928 |
Bei medizinischen Implantaten wird statt Grade 5 das sauerstoffärmere Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) verwendet; bei chirurgischen Instrumenten sind Grade 2 und Grade 4 verbreitet. Die Dokumentationsanforderungen erläutert unser Beitrag zu Medizintechnikteilen.
Warum Titan schwer zu zerspanen ist
- Geringe Wärmeleitfähigkeit: Die Schnittwärme wird nicht mit dem Span abgeführt, sondern staut sich an der Schneide; die Werkzeugstandzeit sinkt.
- Chemische Reaktivität: Bei hoher Temperatur reagiert es mit dem Schneidstoff; Aufbauschneiden (BUE) und Kolkverschleiß entstehen.
- Niedriger Elastizitätsmodul: Halb so hoch wie bei Stahl; dünnwandige Teile federn unter Schnittkraft, was Schwingungen und Maßabweichungen erzeugt.
- Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und Kaltverfestigung: Die Schnittkräfte sind hoch; wiederholtes Reiben an der Oberfläche führt zur Verfestigung.
- Entzündlichkeit: Feine Späne und Staub können sich entzünden; Kühlschmierstoff und Spänemanagement sind ein Sicherheitsthema.
Schnittparameter und Werkzeugwahl
- Schnittgeschwindigkeit: 60–90 m/min für Grade 2, 40–70 m/min für Grade 5 (unbeschichtetes oder PVD-beschichtetes Hartmetall). Weit unter Stahl (200–300 m/min).
- Vorschub und Schnitttiefe: Mittlerer bis hoher Vorschub, konstante Schnitttiefe; geringer Vorschub verstärkt die Kaltverfestigung.
- Werkzeug: Feinkorn-Hartmetall, scharfe positive Schneidengeometrie, hoher Drall; PVD-Beschichtung TiAlN oder AlCrN. Beim Fräsen ist die Hochleistungsstrategie (HEM/trochoidal) Standard.
- Steifigkeit: Kurze Werkzeuglänge, kräftige Spannung, ratterfreie Anfahrstrategie.
- Spankontrolle: Lange, zähe Späne; beim Drehen Spanbrechergeometrie und Hochdruckkühlung.
Kühlung
Reichlich Kühlschmierstoff unter Hochdruck (70+ bar) ist für Standzeit und Sicherheit gleichermaßen entscheidend; Trockenbearbeitung wird bei Titan nicht empfohlen. Hochdruckkühlung bricht den Span und führt die Wärme ab; beim Langdrehen ist Ölkühlung üblich. Die Späne werden getrennt gesammelt und gelagert; Titanspäne sind im Recycling wertvoll, müssen wegen der Brandgefahr aber trocken und separat gehalten werden.
Toleranz und Oberfläche
In Titan sind Toleranzen von ±0,01–0,02 mm erreichbar, doch Durchfederung dünner Wände und Wärmedehnung müssen berücksichtigt werden. Ra 0,8 µm ist beim Drehen Routine, Ra 0,4 µm mit sorgfältigen Parametern möglich. Titan ist beim Schleifen anfällig (Brand, Rissbildung); wenn möglich wird Feindrehen dem Schleifen vorgezogen. Kantenbrechen und Entgraten verlangen Sorgfalt; bei Medizinteilen werden Elektropolieren oder Eloxieren (farbige Titananodisation) angewendet.
Materialbeschaffung und Zeugnis
In der Türkei wird Titan nicht im Inland erzeugt; Stangen und Bleche werden aus Europa, den USA oder Asien importiert. In Standarddurchmessern (Ø10–100 mm Grade 5, Grade 2) kann Lagermaterial verfügbar sein; Sondermaße dauern 4–10 Wochen. Der Preis liegt beim 15–30-Fachen von Stahl und beim 8–15-Fachen von Aluminium 6082 und ist volatil. Zeugnis: ein 3.1-Zeugnis mit chemischer Analyse und mechanischer Prüfung nach ASTM B348 oder AMS-Spezifikation; in Medizin und Luftfahrt sind Schmelzennummer und Rückverfolgbarkeit Pflicht. Bei kritischen Projekten ist die Beistellung des Materials durch den Kunden aus seiner eigenen freigegebenen Quelle (Free-Issue) ein verbreiteter und empfohlener Weg.
Preisstruktur
Etwa 30–50 % des Preises eines Titanteils entfallen auf das Material, 40–60 % auf Bearbeitungszeit und Werkzeugkosten. Ein Teil gleicher Geometrie kann 4–8-mal teurer als in Stahl und 6–12-mal teurer als in Aluminium sein. Die größte Einsparung des Konstrukteurs liegt in der Senkung des Zerspanungsanteils: stangennahe Geometrie, geschmiedete/vorgeformte Rohteile oder additive Fertigung + Schlichtbearbeitung. Weitere Empfehlungen in unserem DFM-Beitrag.
Titanteile beim Lohnfertiger kaufen
- Konkret nach Titanerfahrung fragen: Welche Grades, welche Teile, wie viel pro Jahr?
- Sind Hochdruckkühlung und geeignete Werkzeuginfrastruktur vorhanden?
- Wie sind Materialquelle und Zeugniskette? Wird Beistellmaterial akzeptiert?
- Wie werden Spänemanagement und Materialtrennung (keine Vermischung mit Stahl) sichergestellt?
- Mit dem Muster Messprotokoll und Oberflächenmessung anfordern; bei Titan bestimmt die Erstteilleistung die Serie.
Die Hauptwerkstoffe von TORNELLE sind Stahl, Edelstahl, Aluminium und Messing; Titanprojekte bewerten wir projektbezogen nach Geometrie, Stückzahl und Materialbeschaffung und sagen bei ungeeigneten Aufträgen offen ab.
Titan-Hinweise für Konstrukteure
- Wandstärke nicht unter 1,5 mm senken; Durchfederung und Schwingung verfälschen das Maß.
- Eckenradien groß halten; scharfe Innenecken sind für Werkzeug und Ermüdungslebensdauer problematisch.
- Bei Gewinden reichen 60–70 % Gewindetiefe statt Vollprofil; Gewindebohren ist in Titan riskant, Gewindefräsen wird bevorzugt.
- Verhältnis Bohrungslänge/Durchmesser unter 5:1 halten; bei tiefen Bohrungen machen Wärme und Späne Probleme.
- Oberflächenangaben: Angeben, welche Flächen funktional und welche optisch sind; unnötiges Ra 0,4 verdoppelt die Kosten.
- Alternativwerkstoff diskutieren: Viele „Titan“-Teile funktionieren auch in 1.4404 oder 7075.
Beschichtung und Nachbearbeitung
Die eigene Oxidschicht des Titans bietet Korrosionsschutz; eine zusätzliche Beschichtung ist meist nicht nötig. Farbige Anodisation (Typ II/III) ist bei Medizinteilen zur Kennzeichnung und Optik verbreitet; für Härte können Nitrieren oder DLC-Beschichtung angewendet werden. Passivieren und Reinigen unterliegen bei Medizinteilen der Validierung; fragen Sie, mit wem der Lieferant diese Prozesse ausführt und welche Belege er vorlegt.
Häufig gestellte Fragen
Soll ich Grade 2 oder Grade 5 wählen?
Grade 2, wenn Korrosionsbeständigkeit Priorität hat und die Belastung gering ist; Grade 5, wenn hohe Festigkeit gefordert ist. Grade 2 ist leichter zu bearbeiten und günstiger.
Warum sind Titanteile so teuer?
Material 15–30-mal Stahl, Bearbeitungszeit 3–5-mal; hoher Werkzeugverschleiß. Insgesamt ist ein 4–8-facher Preisunterschied normal.
Kann Titan auf dem Langdrehautomaten bearbeitet werden?
Ja; Medizinschrauben und kleine Implantatteile werden auf Langdrehautomaten gefertigt. Ölkühlung und Spezialwerkzeuge sind erforderlich.
Kann ich statt Titan Edelstahl verwenden?
Wenn das Gewicht nicht kritisch und die Chloridkorrosion nicht extrem ist, reichen 1.4404 oder Duplex-Edelstahl in den meisten Anwendungen aus und sind deutlich wirtschaftlicher.
Fazit
Titan ist ein Werkstoff, der mit den richtigen Parametern, Kühlung und Materialkette sicher bearbeitet werden kann, aber nicht die Routinearbeit jedes Betriebs ist; bei der Lieferantenwahl sind konkrete Erfahrung und Infrastruktur zu erfragen. Um zu bewerten, ob Ihr Teil in Titan oder Edelstahl sinnvoller ist, senden Sie die Zeichnung über unser Angebotsformular; wir antworten mit einer Empfehlung zum Alternativwerkstoff.
