Was ist Titan und wie wird es verwendet?
Titanmetall kommt nicht nur in der Natur vor, sondern ist mit anderen Elementen verbunden. Stattdessen ist das Titanelement jedoch das neunthäufigste Element in der Erdkruste (0,63 Massen-%) und kommt in den meisten eruptiven Gesteinen und relativen Sedimenten vor.
Im Jahr 1795 gelang es dem deutschen Chemiker Heinrich Klaproth, es aus Rutilmineralien (TiO2) zu isolieren und das Element zu taufen, das von den Figuren der Titanen der griechischen Mythologie, den Söhnen Uranus (Himmel) und Gea (Erde), inspiriert war.
Die wichtigsten Titanmineralien sind Rutil, Brookit, Anatas, Ilmenit und Titanit.
Das wichtigste extrahierte Mineral, Ilmenit, kommt in großen Sandvorkommen in Westaustralien, Norwegen, Kanada und der Ukraine vor. Die großen Rutilvorkommen in Nordamerika und Südafrika tragen ebenfalls erheblich zu den weltweiten Titanreserven bei. Die weltweite Metallproduktion erreicht ca. 90.000 Tonnen. Stattdessen beträgt die Titandioxidproduktion 4,3 Millionen Tonnen pro Jahr.
Titandioxid, TiO2, wird üblicherweise in schwarzer oder bräunlicher Form gefunden und ist als Rutil bekannt. Die am seltensten vorkommenden natürlichen Formen in der Natur sind Anatasit und Brooquit. Sowohl reines Rutil als auch reines Anatasit sind weiß. Das schwarze basische Oxid FeTiO3 liegt in seiner natürlichen Form als natürliches Mineral (Ilmenit)vor. Dies ist die wichtigste kommerzielle Titanquelle.
Reines Titan wird aus Ilmenit durch komplexe chemische Prozesse gewonnen, bei denen das Titanelement an Eisenmineralien gebunden ist.
Das im Handel erhältliche Titan ist in verschiedenen Qualitäten erhältlich, d. H. In verschiedenen Legierungen beginnend mit dem reinsten Material (CP) bis zu dem, das mit anderen Elementen (TITANLEGIERUNGEN) verbunden ist.
Die Reintitansorten (CP) sind:
Note 1: die reinste existierende. Es ist leicht zu verarbeiten und weist eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit auf.
Grad 2: Der in der Branche am häufigsten verwendeten Grad teilt die starke Korrosionsbeständigkeit mit Grad 1, ist jedoch widerstandsfähiger gegen mechanische Beanspruchung.
Klasse 3: hauptsächlich für die Luftfahrt bestimmt.
Klasse 4: Die mechanisch beständigste unter den reinen Titansorten.
Hinweis: Angesichts der oben genannten Eigenschaften ist leicht zu erkennen, dass diese Titanqualitäten nicht zum Radfahren verwendet werden können.
“TITANLEGIERUNGEN” sind alle Legierungen, denen durch metallurgische Prozesse andere Mineralien (Aluminium, Vanadium, Chromzinn usw.) zugesetzt werden, um ihre Mechanik zu verbessern
Der BUGIA \ ROSA-Rahmen wurde aus den folgenden Titanlegierungen hergestellt:
Grade 9
Bekannt als 3Al – 2,5V, da es aus 3% Aluminium und 2,5% Vanadium besteht, ist es eine leicht schweißbare Legierung mit einer hohen Bruchlast (dh der maximalen Kraft, die es brechen kann) und hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit (rostfrei). Angesichts dieser Eigenschaften ist es die im Fahrradbereich an der häufigsten verwendeten Legierung für den Bau der Rohrrahmenstruktur.
Grade 5
Bekannt als 6Al – 4V, da es aus 6% Aluminium und 4% Vanadium besteht, hat es einen sehr hohen Bruchkoeffizienten, ideal zum Aufbau der mechanischen Teile, aus denen der Rahmen besteht, wie z. B. Tretlager, Ausfallenden usw.
Es hat auch eine gute Schweißbarkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit (rostfrei) wie die zuvor erwähnte Klasse 9
Realisierung eines Titanrahmens mit WIG-Schweißen
Die Herstellung eines Titanrahmens mit WIG-Technologie (Tungsten Inert Gas) ist sehr speziell und erfordert spezielle Ausrüstung, eine sehr hohe Professionalität und manuelle Fähigkeiten.
Die Vorbereitung der Rohre (Abisolieren) muss sorgfältig von Hand erfolgen: Da die Bearbeitung der Rohre mit Schleifscheiben oder mechanischen Rohrschneidern deren Eigenschaften beeinträchtigen würde.
Während des Schweißens erwärmt sich Titan und mit einer starken Reaktion zu den atmosphärischen Elementen (Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in der Luft), die die Schweißnaht binden und oxidieren und das Material irreparabel schwächen. Aus diesem Grund muss es inert geschweißt werden in Schutzatmosphäre von Argon (Inertgas).
Das Schweißen des Rahmens und seiner mechanischen Komponenten erfolgt hauptsächlich auf zwei Arten:
- Schweißen unter einer Glocke in einer Schutzatmosphäre
Das Schweißen des Rahmens erfolgt durch Einführen der zu verbindenden Rohre, der Klemme mit der Wolframelektrode und der Materialstäbe in eine Glasglocke, in die Argon injiziert wird, um den in der Luft vorhandenen Sauerstoff zu sättigen und auszutreiben, während der Schweißer von außen macht die Verbindung durch spezielle Manipulatoren;
- “Gas Lens” Schweißen
Das Rahmenschweißen erfolgt außerhalb der Glocke – in der Luftfahrt weit verbreitetes Verfahren zum Schweißen der strukturellen Grundlagen von Flugzeugen. Mit dem klassischen WIG-Schweißsystem wird ein Argonkegel mit einem sehr großen Volumen (Gaslinse genannt) erzeugt, der die gesamte Schweißnaht abdecken und so vor den Gefahren von Sauerstoff schützen kann
Titan Vorteile (Physikalische und mechanische Eigenschaften)
- Dichte (Gewichtsverhältnis pro Volumeneinheit): Titan hat eine Dichte von etwa 4,5 g / cm³, die höher ist als bei anderen strukturell interessanten Leichtmetallen wie Aluminium oder Magnesium, jedoch fast halb so hoch wie die von Stählen (etwa 60% der Eisendichte).
- • Zug- und Druckfestigkeit: Titan hat eine hohe Zugfestigkeit, dh einen Streckgrenzewert (dh eine dauerhafte plastische Verformung) in der Größenordnung von 725 MPa für Klasse 9. Ein bemerkenswerter Wert, der es perfekt für die Konstruktion von Fahrradrahmen macht: Tatsächlich wirken die häufigsten Kräfte auf den Rahmen erfolgen entlang der Längs- oder Querrichtung des Rahmens: durch “Ziehen” oder “Kürzen”;
- Steifheit: Wenn wir eine Kraft auf einen Rahmen ausüben, verformt sich das Material, um es zu absorbieren, und kehrt dann in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Kraft aufhört zu wirken. Dieses Merkmal wird als plastische Verformung bezeichnet, die unterhalb der Elastizitätsgrenze arbeitet, dh der maximal anwendbaren Last ohne bleibende Verformung. Je höher die Festigkeit, desto mehr verformt sich das Material, um es zu “begrüßen”, und kehrt dann in seine ursprüngliche Position zurück, sobald die Last erschöpft ist. Der Wert der Steifheit eines Materials ist bei Fahrrädern sehr wichtig, da er die Größenordnung darstellt, der er vor dem Brechen widerstehen kann.
- Ermüdungsbeständigkeit: Während des Gebrauchs sind Fahrradrahmen Ermüdungserscheinungen ausgesetzt und müssen im Laufe der Zeit wiederholten Arbeitszyklen standhalten, die das Material “ermüden” und eine schwer vorhersehbare Crash-Pause verursachen. Titan “zeichnet sich” durch Ermüdungsbeständigkeit aus, weshalb es als “ewiges” Material gilt, genau wie die Kohlefaser, die jedoch unter dem Einfluss von UV-Strahlen leidet (Alterungsfaktor).
- Korrosionsbeständigkeit: atmosphärische Korrosion ist so subtil wie Ermüdung, weil sie das Material langsam, aber allmählich schwächt. Die Oxidation, die geduldig arbeitet, korrodiert die Dicke des Rohrs, verringert den Widerstandsabschnitt und verringert somit den tatsächlichen Wert der Kräfte, denen es widerstehen kann. Titan ist bei korrekter Bearbeitung “immun” gegen atmosphärische Korrosion (rostfrei): da die äußere Titanschicht durch einen sehr widerstandsfähigen Film oxidiert wird
Ein Titanrahmen ist angesichts der Materialkosten und der teuren Herstellungstechniken nicht jedermanns Sache.
Es ist ein wertvolles Material mit hohen mechanischen und Ermüdungsbeständigkeitseigenschaften und praktisch unempfindlich gegen atmosphärische Korrosion und Alterung.
Anspruchsvolle Radfahrer, die ein Fahrrad mit einem zuverlässigen Rahmen suchen, der sie nie zu Fuß lässt, aber leicht und schnell ist, müssen sich auf dieses Material konzentrieren.
Auf der anderen Seite gibt es nur wenige Fahrradhäuser, die komplette Modelle von Fahrrädern mit Titanrahmen anbieten. Daher wenden wir uns normalerweise an spezialisierte Unternehmen, die sowohl den Rahmen als auch die Montage der Komponenten zusammenbauen.
