Titan

Titan ist ein hochschmelzendes Leichtmetall von grauer Farbe, das sich durch niedrige Dichte, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit auszeichnet.

SymbolTi
Ordnungszahl22
Atomgewicht47,90
spezifisches Gewicht bei 20° C4,51 g/cm3
Schmelzpunkt1600 °C
Siedepunkt3260 °C
Schmelzwärme393 kJ/kg
spezifische Wärmekapazität bei 20° C0,61 kJ/(kg · K)
Wärmeleitfähigkeit22 kJ/(m · K)
therm. Längenausdehnungskoeffizient 8,4 10-6/K

Es wird aus seinen oxidischen Erzen (Rutil TiO2 und Ilmenit FeTiO3) durch Chlorierung, Reduktion des gebildeten Titanchlorids mit Magnesium und Vakuumdestillation der Magnesiumrückstände gewonnen und im Lichtbogenofen unter Schutzgas oder Vakuum umgeschmolzen.

Titanlegierungen, gemeinsam mit Molybdän, Chrom und/oder Aluminium haben sehr hohe Festigkeit bei geringem Gewicht.

Titan im Stahl
γ-Eisen kann nur bis zu 0,75 % Ti in fester Lösung enthalten, α-Eisen jedoch bis zu rund 6 % Tit. Titan ist ein außergewöhnlich starker Karbidbildner, alle titanhaltigen Stähle enthalten daher bei entsprechender Kohlenstoffmenge das Karbid TiC (siehe auch Titankarbid). Mit gewissen Begleitelementen im Stahl, z. B. mit Sauerstoff und Stickstoff, bildet Titan sehr beständige Verbindungen und dient daher u. a. als Desoxidationsmittel und Denitrierungsmittel.

Unter den Verbindungen des Titans im Stahl ist das Titanoxid die beständigste. Üblicherweise verbindet sich das Element unter oxidierenden Bedingungen bei 1600 °C zu Ti02. Ist jedoch die Sauerstoffkonzentration niedrig, wie in beruhigtem Stahl, oder ist die bei der Desoxidation zugesetzte Titanmenge sehr groß, dann kann sich auch das Oxyd Ti203 bilden.
In Stählen mit höherem Kohlenstoffgehalt findet sich bei Anwesenheit größerer Mengen an Titan mitunter auch eine komplexe Verbindung von Titan-Zyannitrid und Titancarbonitrid TiCN. Einschlüsse dieser Art sind unerwünscht, da sie die Bearbeitbarkeit verschlechtern und zur Entstehung von Eigenspannungen beitragen.

Titan wird (in kleineren Mengen) häufig als Desoxidationsmittel verwendet, so dass sich Gehalte bis rd. 0,025 % im Stahl vorfinden. Ist der Titangehalt höher, dann wurde das Element wahrscheinlich zum Zwecke des Legierens zugegeben.

Unberuhigter Stahl wird mitunter durch Zusätze von Ferrotitan mit hohem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt in der Pfanne teilweise desoxidiert; in der Kokille wird außerdem Aluminium zugegeben, um die Gasentwicklung in Grenzen zu halten. Titanzugaben zu unberuhigtem Stahl führen zu einer besseren Oberfläche der Blöcke, da Seigerungen und Lunker in Nähe der Oberfläche weitgehend vermieden werden.

Titan im Gusseisen
Roheisen und Gusseisen enthalten sehr häufig Titan, das sich im Schliffbild oft in Form rötlicher Einschlüsse mit kantiger Form darbietet. Diese Einschlüsse bestehen aus Titannitrid, Titankarbid oder Gemengen aus beiden.

Titanzusätze zu Gusseisen fördern die Bildung von feinem Grafit bei der Unterkühlung. Diese Erscheinung ist vermutlich in erster Linie der Verbindung von Titan mit Schwefel zuzuschreiben. Eine noch feinere Grafitausbildung erhält man nach dem Spülen der Schmelze mit Kohlendioxid oder Argon, wobei sich der Wasserstoff abscheidet. Durch eine solche Behandlung wird überdies das Makrogefüge verbessert. Bei der Bildung von Grafit entsteht jedoch auch ein ferritisches Grundgefüge, das geringere Festigkeit haben kann. In der Grundmasse gelöstes Titan verbessert aber im Allgemeinen die Festigkeit des Gusseisens.

Gusseisensorten mit feinlamellarem Grafit haben ein dichtes Gefüge, neigen daher nicht so stark zum Wachsen und haben auch eine bessere Korrosionsbeständigkeit in sauren Lösungen. Um die Neigung zum Wachsen möglichst gering zu halten, wird hochsiliziumhaltigen, hitzebeständigen Gusseisen mitunter Titan zugesetzt. In hochchromlegierten Gusseisensorten kann das eutektische Karbid durch Titanzusätze verfeinert werden. Bessere mechanische Eigenschaften sind ebenfalls die Folge einer solchen Behandlung.

Die feinverteilten Titankarbide und -nitride in der weicheren Grundmasse gewährleisten guten Verschleißwiderstand des Gusseisens, ohne die Bearbeitbarkeit zu beeinträchtigen.

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