I'm back to writing my hilariously entertaining titanium articles. Many of you have asked me what my favorite use of titanium is and I am torn between Robocop (a good guy) and the Terminator (a baddie turned goodie). The Terminator is a 1984 movie by James Cameron telling the classic story of a cyborg (half man, half machine) sent in time to kill Sarah Connor, the future mother of the leader of the human resistance in the future. Make sense? All you really need to know is that Arnold Schwarzeneggar played the Cyberdyne systems model 101 (T800) cyborg (NOT robot!) and that his metallic endo-skeleton is a hyper-alloy-combat chassis making him very strong, tough and heavy. What a shame the previous model the T-600, which was actually made out of titanium was discontinued from manufacture!! Allegedly the T-600s had rubber skins and could be easily spotted, so they upgraded to a model with better looking skin, hair and teeth. Ultimate objective: Rise of the Machines!

Even if you disagree with their end goals (to annihilate the human race) you have to admit the Machines' use of super-strong yet lightweight and corrosion resistant metallic replacement for calcium-based bones with titanium is a great choice. We are doing the same things today with biomedical implants. If you have a metallic implant in your body there is a 99%  probability it is made out of titanium. So go ahead, call yourself a cyborg if you like. Just don't go around being bad like the Terminator!

Writing: Eliana Fu

Een gietstuk is veelal de meest optimale economische keuze als het om componenten gaat waarvan de vorm hol moet zijn of diep inspringende patronen kent zoals een product met koelribben. De afmetingen en gewichten van titaan gietstukken zijn echter nogal beperkt vanwege de gelimiteerde inhoud van een vacuüm smeltoven. Smeedstukken van titaan kennen deze beperking niet.

Over het algemeen kan men ook stellen dat smeedstukken een hogere zuiverheid en een beter gecontroleerde microstructuur hebben dan gietstukken. Ook komen in smeedstukken nagenoeg geen porositeiten voor zoals dat vaak wel het geval is bij gietstukken. Dankzij het smeden krijgt men een uitstekende textuur c.q. vezelrichting die de mechanische waarden verbetert op vele specifieke plaatsen van het smeedstuk.

De meest gebruikte norm die voor titaansmeedstukken wordt gebruikt is ASTM B381. Titaan grade 2 en 3 worden meestal gebruikt als ongelegeerde smeedkwaliteit. Titaan grade 5 en 23 worden vanwege hun hoge mechanische waarden ook wel de werkpaarden van alle titaankwaliteiten genoemd. Grade 19 en 21 zijn bètalegeringen met hoge sterkte terwijl grade 20 en 22 hun tegenhangers zijn vanwege de toevoeging van palladium. Andere titaanlegeringen die interessant zijn voor het smeedproces zijn de grades 9, 12 en 18 die allen redelijk hoge mechanische waarden bezitten. Het smeden van titaan kan handmatig gebeuren maar ook met het extrusie- en het matrijssmeedproces.

Bij handmatig smeden maakt men gebruik van smeedhamers met platte kanten of van een pers. Ook worden er eenvoudige hulpgereedschappen gebruikt zoals stuiksmeedzadels, ponsmallen, doorns etc. waardoor deze vorm van smeden het best vergeleken kan worden met het werk van een ouderwetse smidse. Handgevormde producten zoals ringen, schijven, blokken, assen e.d. kunnen met handsmeden in de regel niet exact op de gewenste afmetingen en toleranties vervaardigd worden. Ondanks deze tekortkoming blijken deze smeeddelen toch goedkoper te zijn dan de stukken die gemaakt zijn m.b.v. matrijssmeden. Dit gaat vooral op indien het aantal stukken gering is en of er een speciale matrijs gemaakt moet worden. Ook is dit van toepassing indien het om extra grote smeedstukken gaat. Het andere voordeel van handsmeden is dat de doorlooptijd erg kort is temeer omdat er geen speciale gereedschappen nodig zijn. De meeste producten kunnen in allerlei grootte en vormen vervaardigd worden vanuit knuppels of staven die normaal gesproken vanuit voorraad leverbaar zijn.

Met het matrijssmeden worden smeedstukken vervaardigd m.b.v. gevormde hamers en/of persen. Het gebruik van persen geniet de voorkeur indien het om grotere smeedstukken gaat en indien men een speciale structuur met bepaalde hoge mechanische eigenschappen moet hebben. Matrijssmeedstukken kunnen qua vorm nauwkeurig gedefinieerd worden waardoor de producten in grote hoeveelheden identiek aan elkaar zijn. Ook biedt dit proces het voordeel dat het voormateriaal optimaal benut kan worden vanwege de speciaal op maat gevormde matrijzen. Dit voordeel komt juist bij het relatief kostbare titaan goed tot zijn recht. In het algemeen kan men stellen dat het matrijssmeden in combinatie met goede procescondities zal leiden tot een constante productkwaliteit hetgeen vooral tot uitdrukking komt in de nagenoeg constante mechanische waarden. Hoewel matrijssmeden diverse voordelen biedt t.a.v. materiaaluitsparing en reproduceerbaarheid zal het duidelijk zijn dat de hoge matrijskosten alleen maar terugverdient kunnen worden met het maken van grote series. Met matrijssmeden kan men zeer nauwkeurige smeedstukken maken die lichter zijn dan 100 gram zoals bijvoorbeeld gasturbinebladen tot stukken die meer dan een ton wegen. Tot nu toe worden alle commerciële titaanlegeringen gebruikt voor dit smeedproces.

Met het extrusieproces kan een breed scala productvormen verkregen worden indien men eindproducten moet vervaardigen met gecompliceerde vormen. Dit product kan tot stand komen met bijvoorbeeld het ringwalsen gevolgd door het vonkstuiklassen. Ringen op deze wijze gemaakt, hebben een laszone die na inspectie 90% van de sterkte van het basismateriaal bezitten.

Extrusie bij hoge temperatuur is een zeer bekende methode om naadloze titaanbuizen te vervaardigen. Dit proces wordt ook gebruikt om pijpen te maken met een diameter tot wel 600 mm en een wanddikte tot 30 mm. Dit geschiedt niet alleen in de commercieel zuivere kwaliteiten doch ook met het gelegeerde Ti-6Al-4V (Ti-grade 5). Met hetzelfde proces kan men ook buisjes produceren met een uitwendige diameter van slechts 1 mm.

Door gebruik te maken van de combinatie smeden en extruderen kan men pijpen maken in allerlei maten die voorzien worden van een flens. Dankzij het gebruik van een geëxtrudeerde voorlasflens kan men nu een las leggen die behoorlijk ver verwijderd is van die plaatsen die toch al reeds onder hogere mechanische spanningen staan.

Conventionele extrusietechnieken kunnen worden gebruikt om allerlei staven en holle vormen van titaan te produceren zoals men ook doet met andere hoogwaardige legeringen. Inherent aan dit proces is de hoge materiaalreductie dat in het algemeen leidt tot een aanzienlijke verbetering van de structuureigenschappen zoals zuiverheid en korrelgrootte hetgeen weer een goede uitwerking heeft op het mechanisch gedrag.

Afbeelding 1: Handmatig smeden van titaan knuppels tot kleinere diameters in China.

Afbeelding 2: Matrijssmeden van een titaan flens.

Zie jij vanaf dit moment nog maar 2 boards op dit forum? Dan is het vrijwel zeker dat je nog 0 berichten hebt gepost en een zogenaamd "leeslid" bent.

Vanaf dit moment is er iets veranderd, dit heeft diverse redenen waarvan de nieuwe manier van spam anno 2017 de voornaamste is.
Daarnaast vinden we het gewoon wel zo netjes dat iedereen die gebruikt maakt van dit forum zich even voorstelt.

Vanaf dit moment kunnen gasten (dus personen die niet gratis en vrijblijvend op ons forum zijn geregistreerd) enkel nog één board zien, namelijk het board Starten, log maar eens uit dan kun je het zien.

In dit board staat slechts één topic met de boodschap dat dit forum niet zichtbaar is voor ongeregistreerde gasten en het verzoek met directe link om je te registreren.

Nadat je geregistreerd bent ben je lid van dit forum en ben je een zogenaamd "leeslid", je hebt dan 0 berichten op de teller.


Op dit moment is dit de situatie waarin jij je dan bevind, het board starten is nu verdwenen en in plaats daarvan zie je twee nieuwe boards.
Het eerste board is het board "even voorstellen", hier bedanken we je voor je registratie en vragen we je jezelf voor te stellen.
Zodra je je hebt voorgesteld ontgrendelen alle board zich op het forum, je ziet dan weer alles zoals eerst en zelfs nog meer!

Lukt het niet helemaal dan kan je eerst even oefenen, dit kan in het tweede board, het "oefenboard".
Heb je vragen of lukt het helemaal niet dan kan je altijd even een email sturen naar beheer@lasforum.nl

Veel forum plezier!

Tantaal (Ta) is een metaal dat d.m.v. elektrolyse vrijgemaakt wordt uit o.a. columbieterts. Tantaal behoort tot de reactieve metalen en het heeft een uiterst resistente tantaalpentoxidehuid. De prestaties van deze oxidehuid is zo uitzonderlijk goed dat het ook wel vergeleken wordt met de corrosiebestendigheid van glas. De reden is dat tantaalpentoxide uiterst moeilijk oplosbaar is in chemicaliën en dat verklaart tevens de uitmuntende corrosiebestendigheid. Bij kamertemperatuur is tantaal bestand tegen vrijwel alle corrosieve zuren. Tantaal is een duur metaal met een hoog soortelijk gewicht (16,6) en het is goed verkrijgbaar in vrijwel alle productvormen.

Tantaal heeft een smeltpunt van maar liefst 2996ºC. Zelfs bij hoge temperaturen is tantaal extreem goed bestendig tegen de meeste agressieve chemicaliën. Tantaal bezit goede mechanische eigenschappen en een hoge thermische geleidbaarheid. Omdat het ook duktiel is, kan men er ook draad en folie van maken. Al deze eigenschappen hebben ervoor gezorgd dat tantaal op veel uiteenlopende plaatsen gebruikt wordt in de apparatenbouw, de procesindustrie en in elektronische componenten.

De mechanische eigenschappen blijven tot 200ºC goed op peil. De mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid zullen sterk gaan afwijkingen bij toenemende verontreinigingen. Daarom wordt in de praktijk veelal een tantaalkwaliteit gebruikt met een zuiverheid van 99,9%. Tantaal heeft een KRG-rooster.

Tantaal is goed mechanisch te bewerken en voor het draaien kan men het beste hardmetalen beitels gebruiken. Boren kan prima worden gedaan met standaard hoge snelheidsboren. Men dient altijd overvloedig snijolie te gebruiken.

Vanwege de hoge prijs wordt tantaal veelal dunwandig toegepast. Lassen van dunne plaat is lastig vanwege het hoge smeltpunt en de gevoeligheid om gassen in zich op te nemen. Daarom dient men de afkoelende las te beschermen totdat een bepaalde temperatuur is bereikt. Naast TIG en elektronenstraallassen wordt ook laserlassen gebruikt. De beste resultaten behaalt men met het lassen in een couveuse. Ook kan men tantaal explosief plateren op koolstofstaal en roestvast staal.

Tantaal en tantaallegeringen bezitten een goede combinatie van eigenschappen waardoor zij ook bijzonder goed geschikt zijn voor hoge temperatuurtoepassingen in inerte en vacuümcondities. Puur tantaal wordt veelal gebruikt in hoge temperatuurtoepassingen zoals hitteschilden in straalmotoren en in vacuümovens. Andere toepassingen bij hoge temperaturen zijn bevestigingsartikelen, smeltkroezen, omhulsel voor thermokoppels, thermowells, verwarmingselementen, roosters, containers voor vloeibare metalen enz. Tantaal is namelijk resistent tegen vele vloeibare metalen.

Andere toepassingen zijn warmtewisselaars, reactoren, afsluiters, meetflenzen, bekledingsmateriaal en reparatiemateriaal voor geëmailleerde vaten.

Reactorvaten van tantaal die al vele decennia worden gebruikt om via absorptie zoutzuur te produceren uit waterstofchloridegas voldoen nog steeds probleemloos. Daarnaast wordt tantaal gebruikt in apparatuur waarmee insecticiden, explosieven, hoogwaardige chemicaliën en farmaceutische producten worden gemaakt. Bovendien treft men tantaal waaiers aan in zwavelzuur pompen, als spindoppen voor de productie van synthetische vezels. Incidenteel worden er ook implantaten van gemaakt.

Wat is vormgeheugenmetaal?

Vormgeheugenmetaal is een metaallegering die na een beperkte deformatie bij een relatief lichte temperatuurverhoging weer geheel terugkomt in zijn oude geprogrammeerde vorm onder afgifte van arbeid. Dit heeft te maken met een structuuromslag in het metaal van martensitisch naar austenitisch of andersom. De meest bekende kwaliteit is een legering van ongeveer 50% titaan en 50% nikkel dat men ook wel NItinol® noemt. Ook zijn er bepaalde koperlegeringen bekend die over deze opmerkelijke eigenschap beschikken.

Meestal geschiedt het deformeren van vormgeheugenmetaal bij kamertemperatuur en het verwarmen bij circa 60°C. Bij deze laatstgenoemde temperatuur heeft het materiaal een structuurverandering gekregen waardoor de atomen hun oude positie weer innemen. Dit leidt dan op zijn beurt weer tot het terugkomen in de oorspronkelijke vorm. Stel dat men een rechte draad bij kamertemperatuur in een bepaalde vorm buigt dan zal het zich weer geheel strekken tot de rechte oorspronkelijke vorm bij circa 60°C onder afgifte van arbeid. Deze arbeid kan men gebruiken om iets te activeren. Een voorbeeld hiervan is een actuator van geheugenmetaal die een sprinklerinstallatie start m.b.v. de warmte die vrijkomt tijdens een brand. Wel zal de deformatie beperkt moeten blijven tot maximaal 8% en dat betekent dat men het materiaal niet mag knikken.

Over de productie van vormgeheugenmetaal is veel te zeggen maar in deze blog is het niet relevant genoeg om er uitgebreid bij stil te staan. In onderstaande opsomming kan men zich daar wel een ruw idee over vormen hoewel men niet de indruk moet krijgen dat het om een simpel proces gaat. Dit blijkt in de praktijk namelijk niet het geval te zijn omdat de problematiek rond het smelten, legeren en de nodige warmtebehandelingen heel wat expertise en ervaring vereist.
Na het smelten en op 'maat' maken van de legering in een vacuüm vlamlichtboogoven ontstaat er een gieteling die als knuppel verder wordt uitgesmeed. Daarna worden er allerlei producten van gewalst die zo hun uiteindelijke vorm zullen krijgen. Deze producten krijgen een speciale warmtebehandeling voordat deze de fabriek mogen verlaten.

Om het geheel wat concreter te maken, kan men denken dat er van deze legering een spiraalveer gemaakt moet worden. Men gaat dan als volgt te werk. Een gewalste rechte draad wordt op een doorn met een bepaalde spoed gewonden en gefixeerd zodat deze vorm niet kan veranderen. Afhankelijk van de draaddikte wordt het geheel gedurende enige tijd in een vacuümoven gebracht met een temperatuur van ongeveer 500°C. De draad zal na deze warmtebehandeling de spiraalvorm als definitieve vorm aannemen. Trekt men deze veer uit bij kamertemperatuur tot bijvoorbeeld een grillige vorm, dan zal de veervorm weer geheel terugkomen bij ± 60°C onder afgifte van enige arbeid. Men kan overigens met een nieuwe warmtebehandeling weer een andere gewenste vorm aan de veer geven. Het geheugeneffect kan enigszins achteruit gaan door het mechanisch over te belasten of door een te grote vervorming te geven. Ook kan het achteruit gaan door het aan een te hoge temperatuur bloot te stellen.
De mate van het terugkomen in de oude vorm is afhankelijk van de temperatuur van het geheugenmetaal. Indien de temperatuurhysterese ligt tussen 20 en 60°C dan zal slechts het geheugeneffect ongeveer voor de helft benut worden bij een temperatuur van 40°C. Men kan dus met behulp van de temperatuur een systeem dat geactiveerd wordt met geheugenmetaal regelen.

Toepassingen kan men vinden in de lucht- en ruimtevaart, brandpreventie, actuatoren, motoren en medische toepassingen zoals implantaten omdat Nitinol biocompatibel is. Bij deze laatstgenoemde toepassing kan men denken aan ribbreukfixatie elementen, stents, spandraden voor scoliose patiënten, wervel blokkade units, elementen die botbreuken sneller laten helen en speciale spiralen tegen prostaatvergroting. Ook wordt gekeken naar kunstspieren die bij spierziekten en verlammingen weer mogelijk ledematen kunnen laten bewegen. Met dit laatstgenoemde zijn reeds succesvolle proeven gedaan.

Met een motor van geheugenmetaal kan men de restwarmte uit heet water benutten om daar weer kinetische energie van te maken. Op YouTube kan men dergelijke motoren in allerlei soorten zien na het typen van ‘shape memory engine’ en een goed voorbeeld hiervan kan men zien op onderstaande video: