Titan-Befestiger decken eine spezielle Anforderung ab: hohe Festigkeit, geringes Gewicht und eine Korrosionsbeständigkeit, die Edelstahl nicht liefern kann. Grade 5 (Ti-6Al-4V) ist die dominierende Legierung für strukturelle Befestiger und wird unter ASTM F468 für Bolzen, Schrauben und Stehbolzen sowie unter ASTM F467 für Muttern spezifiziert. Dieser Leitfaden zeigt, welche Formen verfügbar sind, welche mechanischen Eigenschaften tatsächlich relevant sind und wie Titan-Befestiger im Vergleich zu Edelstahl- und Nickelbasis-Alternativen abschneiden.

Warum Ti-6Al-4V für Befestiger?

Die Eignung von Titan-Befestigern beruht im Wesentlichen auf drei Eigenschaften:

  • Festigkeit zu Gewicht. Grade 5 Titan erreicht 900-1100 MPa Zugfestigkeit bei einer Dichte von 4.43 g/cm3. Das entspricht ungefähr hochfesten Legierungsstahlschrauben bei nur rund 57% des Gewichts. Im Vergleich zu A4-80-Edelstahlbefestigern ist Titan etwa 40% leichter und deutlich fester.
  • Korrosionsbeständigkeit. Titan bietet sehr gute Beständigkeit gegen chloridhaltige Umgebungen und ist deutlich weniger anfällig als Edelstahl für Loch- und Spaltkorrosion in Meerwasser- und Chemieanwendungen.
  • Geringes magnetisches Verhalten und etablierter Medizineinsatz. Titanbefestiger werden oft dort ausgewählt, wo geringes magnetisches Verhalten wichtig ist. Titanlegierungen sind außerdem im Medizinbereich verbreitet, wobei Implantatanwendungen separate Anforderungen an Legierung, Sauberkeit, Oberflächenzustand und regulatorische Validierung stellen.

Verfügbare Kopfarten und Konfigurationen

Sechskantschrauben

Standard-Sechskantschrauben nach DIN 931 (Teilgewinde) und DIN 933 (Vollgewinde) sind die häufigste Form. Typisch verfügbar von M5 bis M24, größere Größen auf Bestellung. Eingesetzt in Flanschverbindungen, Strukturbaugruppen und Gerätemontage.

Zylinderschrauben mit Innensechskant

DIN 912-Schrauben werden häufig in Luftfahrt, Motorsport und Präzisionsgeräten verwendet. Der Innensechskant erlaubt hohe Anzugsdrehmomente bei kompakter Kopfform. Standardbereich M3 bis M20.

Linsenkopf- und Senkschrauben

Linsenkopfschrauben nach ISO 7380 und Senkschrauben nach DIN 7991 werden eingesetzt, wenn flache oder bündige Kopfgeometrien gefragt sind, etwa in Gehäusen, Rennfahrzeugen oder maritimen Beschlägen.

Stehbolzen und Gewindestangen

Doppelseitige Stehbolzen nach ASTM F468 werden in Druckbehälter- und Wärmetauscherflanschen verwendet. Titan-Stehbolzen kommen in chemischen Reaktoren, Chloralkalizellen und Offshore-Komponenten zum Einsatz, in denen die Befestiger dasselbe korrosive Medium überstehen müssen wie das Grundgerät.

Sechskantmuttern und selbstsichernde Muttern

Sechskantmuttern aus Grade 5 nach ASTM F467 sind in Standard- und Dünnformen erhältlich. Selbstsichernde Ausführungen mit Nyloneinsatz erhöhen die Vibrationssicherheit. Titan-Schrauben-Mutter-Kombinationen vermeiden außerdem galvanische Korrosion durch Mischverbindungen.

Gewindestandards

Titan-Befestiger werden sowohl in metrischen als auch in zölligen Gewinden hergestellt:

  • ISO Metrisch (M3 bis M24): Regelgewinde ist Standard, Feingewinde auf Anfrage. In industriellen und europäischen Anwendungen am häufigsten.
  • UNC / UNF: erforderlich für nordamerikanische Spezifikationen und viele Luftfahrtstandards. Typischer Bereich von #6-32 bis 1"-8 UNC.
  • Gewindeklasse: 6g/6H metrisch, 2A/2B Unified als Standard. Präzisere Klassen sind für Sonderanwendungen möglich.

Mechanische Eigenschaften — Grade 5 Befestiger nach ASTM F468

Zugfestigkeit: mindestens 900 MPa (typisch 950-1100 MPa)

Streckgrenze (0.2% Offset): mindestens 830 MPa

Bruchdehnung (4D): mindestens 10%

Brucheinschnürung: mindestens 25%

Dichte: 4.43 g/cm3

Härte: HRC 30-36

Scherfestigkeit: ca. 550 MPa

Betriebstemperaturbereich: -54°C bis +315°C (oberhalb davon werden Kriechen und Oxidation relevant)

Vergleich: Ti Grade 5 vs Edelstahl vs Inconel 718

Der Vergleich mit den häufigsten Alternativen in korrosiven oder leistungsintensiven Anwendungen sieht wie folgt aus:

Zugfestigkeit: Ti Gr.5 — 900-1100 MPa | SS 316 A2-70 — 700 MPa | SS 316 A4-80 — 800 MPa | Inconel 718 — 1240 MPa

Streckgrenze: Ti Gr.5 — 830 MPa | SS 316 A2-70 — 450 MPa | SS 316 A4-80 — 600 MPa | Inconel 718 — 1030 MPa

Dichte: Ti Gr.5 — 4.43 g/cm3 | SS 316 — 7.98 g/cm3 | Inconel 718 — 8.19 g/cm3

Chloridkorrosion: Ti Gr.5 — ausgezeichnet | SS 316 — mäßig (Lochfraß in warmem Meerwasser) | Inconel 718 — ausgezeichnet

Max. Einsatztemperatur: Ti Gr.5 — 315°C | SS 316 — 800°C | Inconel 718 — 700°C

Magnetisch: Ti Gr.5 — nein | SS 316 — leicht (kaltverfestigt) | Inconel 718 — leicht

Relative Kosten: Ti Gr.5 — hoch | SS 316 A2-70 — niedrig | SS 316 A4-80 — mittel | Inconel 718 — sehr hoch

Die zentrale Aussage ist einfach: Titan gewinnt bei Gewicht und Chloridbeständigkeit. Inconel 718 gewinnt bei absoluter Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Edelstahl A4-80 ist die wirtschaftlichere Option für moderate Korrosionsbedingungen ohne Gewichtsvorgabe.

Anwendungen nach Branchen

Marine und Offshore

Unterwasserausrüstung, Schiffssysteme, Entsalzungsanlagen und Offshore-Rohrleitungen profitieren von der Kombination aus geringem Gewicht, guter Meerwasserbeständigkeit und solider Ermüdungsleistung.

Luft- und Raumfahrt

Grade 5-Befestiger werden in Flugzeugstrukturen, Fahrwerksbaugruppen und Triebwerksgehäusen eingesetzt. Luftfahrtbefestiger aus Titan verlangen vollständige Materialrückverfolgbarkeit und werden oft nach NAS- oder NASM-Normen gefertigt.

Chemische Verfahrenstechnik

Bei Titanreaktoren, Wärmetauschern und Titanrohrleitungen sind Titan-Befestiger nötig, um galvanische Korrosion zwischen Grundkörper und Fremdwerkstoffschrauben zu vermeiden. Besonders verbreitet sind Stehbolzen und Muttern in M16 bis M24.

Motorsport und Medizin

Im Motorsport werden Stahlbefestiger an Motoren, Fahrwerken und Verkleidungen häufig durch Titan ersetzt, um Gewicht zu sparen. In Medizinanwendungen wird für Implantate meist Grade 23 statt industriellem Standard-Grade 5 verwendet, zusammen mit einer entsprechenden regulatorischen Validierung.

Oberflächenoptionen

  • Natur (bearbeitet oder gewalzt): Standardoberfläche. Die natürliche Oxidschicht bietet bereits vollen Korrosionsschutz.
  • Anodisiert (farbig): Definierte Oxidschichtdicken erzeugen Interferenzfarben wie Blau, Violett oder Gold. Eingesetzt zur Kennzeichnung oder aus optischen Gründen.
  • Silber- oder Nickelplattiert: reduziert Fressen und Festgehen in Hochtemperatur-Luftfahrtanwendungen. Silberbeschichtung ist eine typische Anti-Galling-Lösung.
  • Wachs- oder PTFE-Beschichtung: dient als Gewindeschmierstoff zur Verringerung von Fressneigung bei der Montage.

Galling: ein praktischer Hinweis

Titan neigt stark zu Galling. Wird ein trockener Titanbolzen in eine Titanmutter eingeschraubt, kann es zum Kaltverschweißen der Gewindeflanken kommen. In der Praxis werden Titanverschraubungen daher meist mit Anti-Seize-Paste, geeigneter Beschichtung oder Wachs/PTFE-Schmierung montiert.

FILTURE liefert Grade 5 Titan-Befestiger wie Sechskantschrauben, Innensechskantschrauben, Linsenkopfschrauben, Stehbolzen und Muttern in metrischen Größen von M3 bis M24 gemäß ASTM F468/F467. Sonderlängen, nicht standardisierte Kopfgeometrien und beschichtete Oberflächen sind auf Anfrage möglich. Weitere Informationen finden Sie in unserem Titan-Befestigerkatalog oder senden Sie uns Ihre Spezifikation für ein Angebot.