Titanplatten und -bleche der Güteklasse 4 nach ASTM F67
- Standard: ASTM F67
- Grad: Güteklasse 4 (unlegiertes Titan)
- UNS: R50700
- Lieferform: Platte, Blech oder Streifen
- Zustand: Geglüht, wie bestellt
- Dicke: 0,3–60 mm; anpassbar bis zu 100 mm
- Breite: 400–2000 mm
- Länge: 1000–6000 mm
Anpassbare Größen sind verfügbar, die genauen Produktparameter sollten jedoch gemäß der jeweils geltenden Standardausgabe und Bestellung bestätigt werden.
Produktübersicht
Titanplatten, -bleche und -bänder der Güteklasse 4 nach ASTM F67 sind gewalzte, kommerziell reine Titan-Flachprodukte, die zur Herstellung von chirurgischen Implantaten (UNS R50700) verwendet werden. Güteklasse 4 weist die höchste spezifizierte Festigkeit der vier unlegierten Güteklassen nach ASTM F67 auf. Diese Festigkeit wird durch einen höheren, aber streng kontrollierten Sauerstoffgehalt in Verbindung mit Grenzwerten für Eisen, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff erreicht, wobei die für unlegiertes Titan typische Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität erhalten bleiben.
Das Material eignet sich für medizinische Flachprodukte, die eine relativ hohe Festigkeit, gute Beständigkeit gegen physiologische Korrosion und nur begrenzte Umformbarkeit erfordern. Im Vergleich zu den Güteklassen 1 bis 3 weist Güteklasse 4 eine geringere Duktilität, Tiefziehfähigkeit und komplexe Kaltumformbarkeit auf; Verarbeitung und Gerätedesign müssen hinsichtlich tatsächlicher Dicke, Walzrichtung, Mikrostruktur, Ermüdung und Oberflächenbeschaffenheit validiert werden. Die Konformität mit ASTM F67 gilt für das Rohmaterial und stellt keine automatische Zulassung für ein fertiges Implantat dar.
| Spezifikation | Kaltgewalztes Titanblech | Warmgewalzte Titanplatte |
| Standard | ASTM F67 | |
| Noten | Gr4 | |
| Dicke | 0,3–4,75 mm | 0,5–20 mm |
| Standard-Materialstärken | 0,5 / 0,6 / 0,8 / 1,0 / 1,5 / 2,0 / 2,5 / 3,0 / 4,0 mm | 5 / 6 / 8 / 10 / 12 / 15 / 20 / 25 / 30 / 35 / 40 / 50 / 60 mm |
| Breite | 400–1200 mm | 400–1000 mm |
| Länge | 1000–3000 mm | 1000–2000 mm |
| Notiz | Blechdicke ≤ 4,75 mm | Medizinische Titanplatten und -bleche. Typische Dicke 0,5–20 mm; Breite ≤1200 mm; polierte oder gebeizte Oberflächen erhältlich. |
Grenze zur medizinischen Nutzung: Platten und Bleche gemäß ASTM F67 sind Rohmaterialien für Medizinprodukte und keine zugelassenen Fertigimplantate. Der Hersteller des Medizinprodukts bleibt für Design, Fertigung, Reinigung, Sterilisation, biologische Bewertung, Risikomanagement und die Einhaltung regulatorischer Vorgaben verantwortlich.
Hauptmerkmale
- Höchstfeste unlegierte Güte: Die geglühte Güteklasse 4 weist die höchste spezifizierte Festigkeit unter den vier unlegierten Güteklassen nach ASTM F67 auf und eignet sich für Reintitanplatten und -blechteile, die eine höhere Belastbarkeit und Beständigkeit gegen bleibende Verformung erfordern.
- Kontrollierte Reinstchemie: Es werden keine Legierungszusätze vorgenommen; O, Fe, N, C und H werden streng kontrolliert, um eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Kontrolle von Duktilität, Zähigkeit, Walzkonsistenz und Chargengleichmäßigkeit zu erreichen.
- Gute Biokompatibilität: Ein stabiler TiO₂-Passivfilm trägt dazu bei, die Ionenfreisetzung in physiologischen Umgebungen zu begrenzen. Das fertige Gerät bedarf noch einer entsprechenden biologischen Evaluierung.
- Gute Korrosionsbeständigkeit: Die Leistung ist im Allgemeinen in Salzlösungen, Körperflüssigkeiten und vielen Chloriden ausgezeichnet, jedoch erfordern Spalten, Reibkorrosion, Kopplung ungleicher Metalle und Fluoridbelastung eine Bewertung auf Geräteebene.
- Gute Schweißbarkeit: Qualifiziertes Schutzgas-, Laser- oder Widerstandsschweißen ist zulässig; das heiße Metall muss vor Verunreinigungen durch O, N, H und C geschützt werden.
- Geringste Formtoleranz unter den vier Sorten: Güteklasse 4 weist im Allgemeinen eine geringere Dehnung, Tiefziehfähigkeit und Kaltumformbarkeit als die Güteklassen 1, 2 und 3 auf. Komplexe Biege-, Stanz- oder Ziehvorgänge können größere Radien, geringere Reduktionen pro Arbeitsgang und Zwischenglühen erfordern. Lasttragende Implantate müssen weiterhin auf Geräteebene hinsichtlich Statik, Ermüdung und Risiko validiert werden.
Chemische Zusammensetzung
Für ASTM F67 Güteklasse 4 gelten die folgenden Grenzwerte. Die Werte sind Massenprozente. Die formale Abnahme richtet sich nach der Vertragsfassung und dem Prüfbericht des Herstellers.
| Element | Anforderungen nach ASTM F67 Klasse 4 |
| Stickstoff, N | ≤0,05% |
| Kohlenstoff, C | ≤0,08% |
| Wasserstoff, H | ≤0,015% |
| Eisen, Fe | ≤0,50% |
| Sauerstoff, O | ≤0,40% |
| Restelemente, jeweils | ≤0,10% |
| Restelemente, insgesamt | ≤0,40% |
| Titan, Ti | Gleichgewicht |
Technische Referenzen: Offizieller Anwendungsbereich der ASTM F67 und Herstellerdaten für Güteklasse 4 / UNS R50700.
- Sauerstoff, Stickstoff und Eisen: Sauerstoff ist der wichtigste interstitielle Festigkeitsverstärker, der zur Erzielung der Festigkeitsklasse 4 beiträgt; Stickstoff und Eisen tragen ebenfalls dazu bei. Festigkeitsklasse 4 erlaubt höhere Sauerstoff- und Eisengrenzwerte als Festigkeitsklasse 3, wodurch die Festigkeit erhöht, gleichzeitig aber Duktilität, Zähigkeit, Tiefziehfähigkeit und die Fähigkeit zur komplexen Umformung verringert werden.
- Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff: Diese Elemente erfordern eine strenge Kontrolle. Ein Überschuss erhöht die Härte und verringert die Duktilität; Wasserstoff kann die Bildung von Hydriden und Versprödung begünstigen.
- Restelemente: Die einzelnen und die Gesamtgrenzwerte müssen kontrolliert werden. Die Prüfung nur der Hauptverunreinigungen genügt nicht den vollständigen Anforderungen an die chemische Zusammensetzung.
- Titangehalt: Die Spezifikation gibt Titan als Rest an. Eine nominelle Reinheitsangabe ersetzt nicht die chargenspezifische chemische Analyse und den Materialbericht.
Mechanische Eigenschaften
ASTM F67 legt die Zugfestigkeitseigenschaften von Walzprodukten der Güteklasse 4 bei Raumtemperatur fest. Flachproben werden im Allgemeinen längs zur Walzrichtung entnommen; die formale Abnahme muss den geltenden Anforderungen an Dicke, Probenahmerichtung, Probenform, Zustand und der offiziellen Normtabelle entsprechen.
| Eigentum | ASTM F67 Güteklasse 4 geglüht Referenz | Notiz |
| Zugfestigkeit | ≥550 MPa | Die offizielle, anwendbare Produkttabelle regelt die Einhaltung. |
| 0,2% Streckgrenze | 483-655 MPa | Ein festgelegter Bereich, nicht ein Minimum. |
| Verlängerung | ≥15% | Vorbehaltlich der Größe und der Beschaffenheit der Probe |
| Flächenreduzierung | Normalerweise nicht anwendbar auf flache Zugproben | Prüfen Sie die Einhaltung der geltenden Produkt-/Probenanforderungen. |
ASTM F67 Güteklasse 4 – Anforderungen an geglühte Bleche/Platten
| Eigentum | Referenzmaterial, geglüht, Güteklasse 4 |
| Zugfestigkeit | Mindestens 550 MPa |
| 0,2% Streckgrenze | 483-655 MPa |
| Verlängerung | Mindestens 15% |
| Elastizitätsmodul | Typischerweise ca. 105 GPa |
Wichtig: Die mechanischen Eigenschaften müssen unter Berücksichtigung der Blechdicke, der Walzrichtung, der Probenform und der offiziellen Tabelle ermittelt werden. Allgemeine Website-Daten ersetzen nicht die Vertragsannahme, und die alleinige Einhaltung der ASTM F67-Norm für Rohmaterialien qualifiziert kein fertiges Implantat.
HTN-Liefer- und Qualitätsdokumentation
HTN organisiert die Lieferung von unlegiertem Titanblech, -platten und -bändern nach ASTM F67 Grad 4 gemäß den Kundenanforderungen. Das Material stammt aus qualifizierten Titanwerken. Original-Werksberichte, Rückverfolgbarkeit der Schmelzen sowie chemische und mechanische Daten können auf Anfrage bereitgestellt werden. HTN prüft alle relevanten Informationen, darunter Chargennummer, Dicke, Breite, Länge, Toleranzen, Zustand, Walzrichtung, Oberfläche, Ebenheit und Verpackung, und kann unabhängige Nachprüfungen, Zuschnitte, saubere Verpackung und Inspektionen durch Dritte organisieren.
Typische Anwendungen
- Hochfestes Material für orthopädische, traumatologische oder kranio-maxillofaziale Fixationsplatten und zugehörige Teile nach Validierung auf Geräteebene;
- Hochfeste Platten- und Blechteile für zahnärztliche, kranio-maxillofaziale und restaurative Vorrichtungen;
- Blechteile für chirurgische Instrumente, die eine relativ hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und begrenzte Umformbarkeit erfordern;
- Rohmaterial für Implantatkomponenten, Schalen, Stützen und strukturelle Teile aus unlegiertem Titan;
- Medizinische Abdeckplatten, Verbindungslaschen, Positionierungsteile und Stützteile;
- Präzisionsblech- und Plattenteile, geschnitten, geformt oder bearbeitet nach Kundenzeichnungen;
- Forschung, Prototypen und kundenspezifische Materialien für medizinische Geräte;
- internationale Projekte, bei denen auch die Anforderungen der ISO 5832-2, die behördlichen Vorgaben und die Kundenanforderungen erfüllt werden.
Anwendungsbereich: ASTM F67 Güteklasse 4 Blech und Platte ist Rohmaterial für chirurgische Implantate und kein zugelassenes Fertigprodukt. Das Endprodukt muss separat die geltenden Vorschriften, die Designvalidierung, die biologische Bewertung sowie die Anforderungen an Reinigung, Sterilisation und Rückverfolgbarkeit erfüllen.
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Fertigungs- und Bearbeitungseigenschaften
Walzen, Schneiden und Maßkontrolle
Bleche und Platten der Güteklasse 4 können durch Scheren, Sägen, Wasserstrahlschneiden oder validierte Bearbeitungsverfahren geschnitten werden. Aufgrund der hohen Festigkeit sind scharfe Werkzeuge, eine stabile Unterlage, ausreichend Kühlmittel und ein kontrollierter Vorschub erforderlich. Anschließend sind Grate und verunreinigte Kanten zu entfernen, um Wärmeentwicklung, Anhaften, Oberflächenbeschädigungen und Eigenspannungen zu minimieren.
Kaltarbeit
Güteklasse 4 lässt sich in begrenztem Umfang kalt biegen, stanzen, ziehen, spinnen oder walzformen, seine Umformbarkeit ist jedoch geringer als bei den Güteklassen 1 bis 3. Größere Biegeradien, geringere Reduktionen pro Arbeitsgang und Zwischenglühen können erforderlich sein. Die tatsächlichen Grenzen hängen von der Dicke, der Walzrichtung, der Korngröße, dem Oberflächenzustand und dem Kaltverformungsgrad ab.
Glühen und Wärmebehandlung
Durch Glühen wird die Duktilität wiederhergestellt, die Eigenspannungen werden reduziert und das gleichachsige α-Gefüge stabilisiert. Reines Titan wird nicht konventionell ausscheidungsgehärtet; Titan der Güteklasse 4 erzielt seine hohe Festigkeit hauptsächlich durch kontrollierte interstitielle Elemente, und Kaltverformung kann die Festigkeit weiter steigern. Geeignete Atmosphären sind erforderlich, um Oxidation, α-Phasenaushärtung und Wasserstoffaufnahme zu verhindern.
Schweißen und Verbinden
Qualifiziertes WIG-, Laser- oder Widerstandsschweißen ist zulässig. Vor dem Schweißen gründlich reinigen und das Schmelzbad, die Wurzel und die heiße Wärmeeinflusszone vollständig abschirmen. Schweißnähte an Bauteilen erfordern eine Prüfung auf Festigkeit, Dauerfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Sauberkeit.
Typische physikalische Eigenschaften
Nachfolgend sind typische Werte der Güteklasse 4 in der Nähe von Raumtemperatur angegeben; sofern nicht ausdrücklich anders vermerkt, handelt es sich nicht um verbindliche Chargenannahmewerte gemäß ASTM F67.
| Physikalische Eigenschaften | Referenzwert |
| Dichte | Ca. 4,51 g/cm³ |
| Elastizitätsmodul bei Raumtemperatur | Ca. 105 GPa |
| Wärmeleitfähigkeit bei 21°C | Ca. 16 W/(m·K) |
| Mittlerer CTE, 20-100 °C | Ca. 8,6 × 10⁻⁶/K |
| Referenzwert für die Schmelztemperatur | Ca. 1670 °C |
| Poisson-Verhältnis | Typischerweise ca. 0,34 |
| Kristallstruktur bei Raumtemperatur | HCP-Alpha-Titan |
| Magnetismus | Im Wesentlichen nicht magnetisch |
| Verstärkungsmechanismus | Hauptsächlich kaltverformbar; nicht konventionell aushärtbar |
| Spezifische Wärmekapazität bei Raumtemperatur | Typischerweise ca. 520 J/(kg·K) |
Physikalische Eigenschaften (Referenz): Herstellerangaben für Güteklasse 4 / UNS R50700. Die Werte variieren je nach Temperatur, Mikrostruktur, Orientierung, Kaltverformung und Wärmebehandlung.
Korrosionsbeständigkeit
TiO₂-Qualität der Güteklasse 4 bildet spontan einen regenerierbaren TiO₂-Passivfilm und ist im Allgemeinen beständig gegen Salzlösungen, Körperflüssigkeiten und viele chloridhaltige Umgebungen. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Bauteils hängt jedoch auch von der Oberflächenbehandlung, Spalten, Mikrobewegungen, unterschiedlichen Metallen, den elektrochemischen Bedingungen sowie Sterilisations- oder Reinigungsrückständen ab.
Umgebungen, in denen die 4. Klasse im Allgemeinen gute Leistungen erbringt
- Kochsalzlösung und viele simulierte Körperflüssigkeiten;
- feuchte Luft und hochreines Wasser;
- neutrale Chloridlösungen;
- viele oxidierende Umgebungen;
- ordnungsgemäß kontrollierte Reinigungs- und Passivierungsprozesse;
- viele Sterilisationsprozesse für Medizinprodukte nach der Gerätevalidierung;
- Langzeitiger Gewebekontakt ohne Reibung;
- validierte Umgebungen für zahnärztliche und orthopädische Geräte.
Umgebungen, die eine sorgfältige Bewertung erfordern
- Fluoridhaltige Reinigungsmittel, Flusssäure oder Mundinfektionen mit hohem Fluoridgehalt;
- lokale Versauerung in sauerstoffarmen Spalten;
- kombinierte Reibkorrosion, Verschleiß und Korrosion;
- galvanische Kopplung mit ungeeigneten, ungleichen Metallen;
- kathodische Wasserstoffbeladung oder unsachgemäße elektrochemische Behandlung;
- starke reduzierende Säuren;
- heiße, konzentrierte Salze oder ungewöhnliche Desinfektionsmittel;
- Bereiche mit Partikeln, Rückständen oder Oberflächenschäden;
- neue Anwendungsgebiete ohne gerätespezifische Korrosions- und biologische Validierung.
Technischer Hinweis: Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit gegenüber Körperflüssigkeiten werden nicht allein durch die Güteklasse bestimmt. Rauheit, Reinheit, Mikrobewegungen, Abrieb, Spalten, unterschiedliche Metalle, Fluoridbelastung und Sterilisationsrückstände können das Endprodukt beeinträchtigen.
Typischer industrieller Fertigungsablauf für Titanbleche und -platten der Güteklasse ASTM F67 Grad 4
- Rohstoffauswahl und Chargenvorbereitung: Auswahl von qualifiziertem, hochreinem Schwamm und streng kontrollierter Reinstrückführung, wobei O, Fe, N, C, H und Reststoffe genau kontrolliert werden.
- Elektrodenpräparation: Eine abschmelzende Elektrode homogenisieren, verdichten und verschweißen, dabei Eisenpartikel, Öl, Feuchtigkeit und Fremdverunreinigungen vermeiden.
- Vakuumschmelzen und Barrenherstellung: Üblicherweise wird VAR oder ein anderes qualifiziertes Vakuumverfahren angewendet. ASTM F67 legt die Anforderungen an das Fertigmaterial fest; spezielle Schmelzmengen- oder Rohmaterialbeschränkungen müssen in der Bestellung angegeben werden.
- Barrenaufbereitung und -zerlegung: Ungeeignete Enden abschneiden, Oberflächenfehler entfernen und durch Schmieden oder Walzen die Gussstruktur aufbrechen.
- Warmwalzen von Brammen: Die konditionierte Bramme wird unter kontrollierter Temperatur auf eine mittlere Dicke warmgewalzt, wobei die Gleichmäßigkeit der Verformung, die Kornstruktur, die Zunderbildung und die Kantenqualität kontrolliert werden.
- Glühen und Oberflächenbehandlung: Wenden Sie die qualifizierte Glühbehandlung an, entfernen Sie Zunder und Alpha-Phase und kontrollieren Sie die Wasserstoffaufnahme und Eisenverunreinigung.
- Kaltwalzen, Richten und Fertigstellen: Nach Bedarf kaltwalzen oder fertigwalzen, anschließend richten, schneiden, schleifen, polieren oder beizen, um die bestellte Dicke, Toleranz, Ebenheit, Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen.
- Reinigung: Um Öl-, Schleifmittel-, Eisen- und Beizrückstände zu entfernen, verwenden Sie validierte mechanische oder chemische Reinigungsverfahren. Die abschließende Reinigung des Implantats obliegt weiterhin dem Gerätehersteller.
- Inspektion: Prüfen Sie die chemische Zusammensetzung, die Zugeigenschaften, die Dicke, Breite, Länge, Ebenheit, Oberfläche und das Aussehen. Ultraschallprüfung, Korngrößenanalyse, Mikrostrukturanalyse oder spezielle Oberflächenanforderungen müssen bei Bedarf angefordert werden.
- Identifizierung, Verpackung und Rückverfolgbarkeit: Halten Sie die Temperatur, Charge, Platte/Blatt und die Korrespondenz im Bericht ein. Verwenden Sie Zwischenlagepapier, Schutzfolie oder eine andere vereinbarte saubere Verpackung, um Kratzer, Verformungen und Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
Fertigungs- und Prüfvermerk: ASTM F67 legt die Materialanforderungen fest, aber spezielle Schmelzpunktzahl, Ultraschallklasse, Mikrostruktur, Korngröße, Ebenheit, geschliffene oder polierte Oberfläche, saubere Verpackung, EN 10204 3.1 Dokumentation und Fremdprüfung müssen in der Bestellung bestätigt werden.
