Produktdetails
Titanteile vereint zwei einzigartige Eigenschaften: Formgedächtnis (Formgedächtnisverhalten) und Superelastizität (superelastisches Verhalten).
Formgedächtnis
Es ist bekannt, dass Formgedächtnislegierungen (FGL) beim Übergang von einer komplexen rautenförmigen Kristallstruktur in eine einfache kubische Struktur ein Formgedächtnis entwickeln, das die Rückstellung in die ursprüngliche Form ermöglicht. Bei der Rückstellung in die ursprüngliche Form wird eine enorme Kraft freigesetzt. Die Legierung Titanteile kann eine Kraft von 60 kg/mm erzeugen, was deutlich höher ist als die Kraft der vorherigen Formänderung. Normalerweise ist sie etwa zehnmal höher. Das bedeutet, dass die abgegebene Energie wesentlich größer ist als die zugeführte Energie.
Anwendung von Formgedächtnislegierungen
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Formgedächtnislegierungen werden bereits in Rohrleitungsverbindungen und Automatisierungstechnik eingesetzt. Gehäuse aus Formgedächtnislegierungen können Schweißverbindungen ersetzen. Dabei wird das Innenrohr bei niedriger Temperatur um etwa 4 % ausgedehnt und anschließend erhitzt, wodurch es wieder seine ursprüngliche Form annimmt und eine dichte Verbindung bildet. Die Flugzeuge des US Marine Corps verwenden 100.000 dieser Gehäuse für ihre Hydrauliksysteme und hatten über viele Jahre hinweg keinerlei Probleme mit Ölleckagen oder Beschädigungen. Beschädigte Rohre von Schiffen oder U-Booten in Ölfeldern lassen sich mit Formgedächtnislegierungsteilen problemlos reparieren. Auch an schwer zugänglichen Stellen können Formgedächtnislegierungs-Dübel verwendet werden. Diese werden in Bohrungen eingesetzt, erhitzt, und die Enden spalten sich und formen sich zu einseitigen Bauteilen.
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Formgedächtnislegierungen eignen sich besonders für thermomechanische Anwendungen und die automatische Temperaturregelung. Wir haben automatische Arme entwickelt, die tagsüber Fenster öffnen und nachts bei sinkenden Temperaturen schließen. Auch die Konstruktion von Wärmekraftmaschinen aus Formgedächtnislegierungen ist vielfältig. Sie alle können zwischen zwei Übertragungsmedien mit geringer Temperaturdifferenz eingesetzt werden. Dies eröffnet neue Wege zur Nutzung von industriellem Kühlwasser, Abwärme aus Kernreaktoren, Meerestemperaturdifferenzen und Solarenergie. Ein häufiges Problem ist der geringe Wirkungsgrad von lediglich 4–6 %, der verbessert werden muss.
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Die Anwendung von Formgedächtnislegierungen im medizinischen Bereich ist ebenfalls bemerkenswert. Beispielsweise fixieren Knochenlamellen zur Verbindung von Knochenbrüchen nicht nur die Bruchstücke, sondern üben während der Heilungsphase auch Kompression aus, um die Bruchstücke zusammenzufügen. Drähte in der Kieferorthopädie, lange Klammern für Hirnaneurysmen und den Samenleiter sowie Stützplatten für die rekonstruktive Chirurgie werden nach der Implantation in den menschlichen Körper durch die Körpertemperatur stabilisiert. Auch Thrombusfilter sind ein neues Produkt aus Formgedächtnislegierungen. Der gerade Filter verfestigt sich nach der Implantation in eine Vene langsam und verhindert so, dass 95 % des geronnenen Blutes zu Herz und Lunge gelangen. Formgedächtnislegierungen können zudem im 3D-Druckverfahren eingesetzt werden.
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Da Formgedächtnislegierungen lebensechte Legierungen sind, können wir mithilfe ihrer Fähigkeit, sich unter bestimmten Temperaturen umzuformen, viele verschiedene Arten von automatischen Steuerungsgeräten entwickeln. Die Anwendungsbereiche von Formgedächtnislegierungen erweitern sich stetig.
Superelastizität
Superelastizität bedeutet, dass die Probe eine deutlich höhere Dehnung als die Elastizitätsgrenze aufweist, sich aber beim Entlasten selbstständig zurückbildet. Das heißt, unter der Ausgangsphase bewirkt äußere Spannung eine Martensit-Phasenumwandlung. Daher zeigt die Legierung ein anderes mechanisches Verhalten als andere Werkstoffe. Ihre Elastizitätsgrenze liegt weit über der von Standardwerkstoffen und sie gehorcht nicht dem Hookeschen Gesetz. Im Gegensatz zum Formgedächtnis ist Superelastizität unabhängig von Wärme. Insgesamt beschreibt Superelastizität die Zunahme der Spannung in einem bestimmten Verformungsbereich mit zunehmender Dehnung. Man unterscheidet zwischen linearer und nichtlinearer Superelastizität. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve der linearen Superelastizität verläuft annähernd linear. Nichtlineare Superelastizität bedeutet, dass beim Be- und Entladen im oben genannten Temperaturintervall sowohl eine spannungsinduzierte Martensit-Phasenumwandlung als auch eine inverse Phasenänderung auftreten. Daher wird nichtlineare Superelastizität auch als Transformations-Pseudoelastizität bezeichnet. Die Transformations-Pseudoelastizität von Titanteilen kann bis zu 8 % erreichen. Die Superelastizität von Titanteilen ändert sich mit den Wärmebehandlungsbedingungen. Wenn der Bogendraht auf über 400℃ erhitzt wird, beginnt die Superelastizität abzunehmen.
