Inconel vs. Titan: Eigenschaften, Preis, Festigkeit

Für Bauteile, die extremer Hitze, aggressiven chemischen Angriffen oder dauerhaftem Kriechen standhalten müssen, Inconel (Nickel-Chrom-Superlegierungen) ist in der Regel die bessere Wahl. Für Teile, bei denen geringe Masse, hohe spezifische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit in vielen Medien oder Biokompatibilität wichtig sind, Titanlegierungen (insbesondere Ti-6Al-4V / Grade 5) in der Regel gewinnen. Die richtige Auswahl hängt von der Betriebstemperatur, dem angestrebten Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht, der Korrosionsart, der Herstellbarkeit und den Kosten ab.

Treffen Sie die Auswahl durch die Beantwortung von drei technischen Fragen:

• Wie hoch ist die Spitzen- und Dauerbetriebstemperatur? Wenn das Teil bei Temperaturen über ~400-500°C belastet wird und Kriechen oder Oxidation zu befürchten sind, sollten Sie Inconel-Legierungen bevorzugen (viele behalten ihre Festigkeit bis 700-980°C, je nach Sorte).

• Ist das Gewicht entscheidend? Wenn eine geringe Masse eine zwingende Voraussetzung ist (Luft- und Raumfahrt, Rennsport, tragbare Geräte), bieten Titanlegierungen ein viel besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.

• Ist Biokompatibilität oder Chloridbeständigkeit erforderlich? Für Implantate und viele maritime/chemische Anwendungen ist Titan wegen seines passiven Oxids und seiner nachgewiesenen Biokompatibilität in der Regel vorzuziehen; Inconel wird in stark oxidierenden oder schwefelhaltigen Hochtemperaturchemien bevorzugt.

Wenn zwei oder mehr dieser Einschränkungen gleichzeitig auftreten, ist ein hybrider Ansatz (Bimetallverbindungen, Beschichtungen oder die selektive Verwendung eines Metalls für die heiße Zone und des anderen für Strukturteile) oft der richtige technische Kompromiss.

Was bedeuten Inconel und Titan?

• Inconel ist ein markenrechtlich geschützter Familienname für mehrere Nickel-Chrom-Superlegierungen, die für den Einsatz in Turbinen, in der chemischen Industrie und in der Kerntechnik entwickelt wurden; zu den gängigen Sorten gehören Inconel 625 und 718. Die Marke gehört zu Special Metals, und in den zugehörigen technischen Merkblättern werden die Zusammensetzung und die Temperaturgrenzen für jede Legierung beschrieben.

• Titan Metall und Titanlegierungen wurden nach Verbesserungen der Pulvermetallurgie und des Kroll-Verfahrens in großem Umfang industriell genutzt. Ti-6Al-4V (gemeinhin als Ti-64 oder Grade 5 bezeichnet) wurde zum Arbeitspferd der Industrie für Teile in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik, da es eine geringe Dichte mit hoher Festigkeit verbindet.

Grundlegende Metallurgie und wichtigste Legierungsfamilien

• Inconel (Superlegierungen auf Nickelbasis): Nickel ist das Matrixelement, das durch Chrom, Molybdän, Niob (Columbium) und manchmal Kobalt oder Aluminium verstärkt wird. Diese Legierungen sind auf Oxidationsbeständigkeit, Mischkristallverfestigung und Ausscheidungshärtung ausgelegt (718 ist aushärtbar). Die unterschiedlichen Zusammensetzungen erklären, warum eine Inconel-Sorte für Korrosion und eine andere für hohe Festigkeit optimiert ist.

• Titan-Legierungen: Elementares Titan wird mit Aluminium, Vanadium, Molybdän, Eisen und anderen Elementen legiert, um α-, β- oder α-β-Gefüge zu erzeugen. Ti-6Al-4V ist eine α-β-Legierung, die zur Erzielung von Festigkeit und Zähigkeit wärmebehandelt werden kann; bei handelsüblichen reinen Sorten (CP-Ti) wird die Festigkeit gegen Duktilität und Korrosionsbeständigkeit eingetauscht.

Mechanische Eigenschaften und spezifische Festigkeit

Anmerkungen zu den Zahlen: In Werkstoffdatenblättern und Industriehandbüchern werden Spannen je nach Wärmebehandlung und Zustand angegeben; die Tabelle enthält repräsentative, häufig genannte Werte für Inconel 718 und Ti-6Al-4V (geglüht/typisch, Grad 5) um technische Kompromisse zu erleichtern. Verwenden Sie die Datenblätter der Hersteller für die endgültigen Konstruktionswerte.

Die wichtigsten technischen Erkenntnisse: Inconel bietet eine überragende Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation/Spaltangriff in vielen Prozesschemien; Titan bietet einen starken Gewichtsvorteil und bewährte Korrosions-/Biokompatibilität für viele nasse Umgebungen.

Hochtemperaturverhalten, Kriech- und Oxidationsbeständigkeit

• Inconel-Legierungen (z. B. 718, 625) sind ausdrücklich für den Einsatz bei hohen Temperaturen ausgelegt: Viele Sorten weisen eine ausgezeichnete Kriechfestigkeit und Oxidationsstabilität auf und behalten bei Temperaturen über ~400-500°C eine viel höhere Zugfestigkeit als Titan. Das macht sie zum Standard für heiße Abschnitte von Gasturbinen, Industrieheizungen und chemische Reaktoren, die heißen, korrosiven Gasen ausgesetzt sind.

• Titan-Legierungen verlieren jenseits von ~300-400°C schnell an Festigkeit und entwickeln in einigen oxidierenden Atmosphären bei erhöhten Temperaturen Zunder- und Versprödungserscheinungen; ihre Kriechfestigkeit ist im Vergleich zu Superlegierungen auf Nickelbasis begrenzt. Für moderate Temperaturen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt (Flugzeugstruktur), ist Titan ideal; für den Dauereinsatz bei hohen Temperaturen in der Energieerzeugung wird Titan nur selten verwendet.

Korrosionsverhalten und Umgebung

• In wässrigen und vielen oxidierenden Hochtemperaturatmosphären: Inconel-Sorten sind aufgrund von Chrom und speziellen Legierungen oxidations- und lochfraßbeständig; 625 wird besonders für seine Beständigkeit gegen wässrige Korrosion und Lochfraß/Chloridangriff in vielen aggressiven Chemikalien gelobt.

• Titan: bildet eine sehr stabile, schützende Oxidschicht, die eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen viele korrosive Medien wie Meerwasser, Chlor und viele Säuren bietet. Die Biokompatibilität von Titan ergibt sich aus diesem stabilen Oxid. In stark reduzierenden, fluoridhaltigen oder bestimmten oxidierenden Hochtemperaturumgebungen kann Titan jedoch angegriffen werden.

Praktische Regel: Wählen Sie Titan für allgemeine wässrige und biomedizinische Umgebungen; wählen Sie Inconel für oxidierende oder schwefelhaltige Hochtemperaturchemikalien und wenn eine hohe Kriechfestigkeit erforderlich ist.

Inconel vs. Titan Preisvergleich 2025 (USD, ungefähr)

Schnelle Umrechnungen verwendet: 1 kg = 2,20462 lb. Die Preise sind zur besseren Lesbarkeit auf 2 signifikante Stellen gerundet. (Alle Spannen spiegeln Unterschiede in Angebot, Qualität und Region wider und sind ungefähre Angaben (Stand: 26. August 2025).

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Pro Kilogramm ist Inconel (insbesondere die hochwertigen Sorten 625/718 und Pulver) im Allgemeinen teurer als herkömmliche Titansorten.Denn Inconel enthält hohe Anteile an Nickel, Molybdän und anderen teuren Legierungselementen und erfordert oft eine komplexe Verarbeitung.

• Titan Grad 5 (Ti-6Al-4V) liegt oft im Mittelfeld: billiger als viele Inconel-Fertigprodukte, aber teurer als handelsübliches Reintitan (Grad 2).

• Schrott-/Recyclingpreise variieren stark (Zustand, Sauberkeit und Zertifizierung sind wichtig). Für sauberen, getrennten Inconel-Schrott können hohe Ankaufspreise erzielt werden; für gemischten Schrott sind die Preise deutlich niedriger.

• Pulver (für die additive Fertigung) sind eine große Prämie - sowohl für Inconel als auch für Titan - und sollten separat budgetiert werden.

Hinweise zu Fertigung, Schweißen und Bearbeitung

• Schweißen: Viele Inconel-Legierungen sind mit passenden Schweißzusätzen schweißbar; 718 ist aushärtbar und verfügt über bewährte Schweißverfahren, aber die Wärmebehandlung nach dem Schweißen und die Prozesskontrolle sind entscheidend, um unerwünschte Phasen zu vermeiden. Special Metals veröffentlicht Schweiß- und Wärmebehandlungsrichtlinien für gängige Güten.

• Schweißen von Titan: Das Titanschweißen erfordert strenge Sauberkeit, inerte Abschirmung (Argon) und Kontrolle der interstitiellen Kontamination (Sauerstoff, Stickstoff). Titanschweißspezialisten und kontrollierte Atmosphären sind Standard. Die ASTM-Spezifikationen (z. B. B348 für Stäbe) legen die zulässigen Produkt- und Prozessbedingungen fest.

• Bearbeitungen: Beide Werkstoffe sind im Vergleich zu Stählen und Aluminium schwer zu bearbeiten. Inconel härtet schnell aus und kann Werkzeugverschleiß verursachen; Ti-6Al-4V ist gummiartig, verursacht Werkzeugrattern und haftet an den Schneidkanten. Die Bearbeitungsstrategien unterscheiden sich: Inconel profitiert von starren Aufspannungen, Hochtemperatur-Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen und konservativen Vorschüben; Titan benötigt niedrige Schnittgeschwindigkeiten, hohe Steifigkeit und Kühlung, um Kantenanhaftungen zu vermeiden. Vergleichende Bearbeitungsstudien belegen, dass die Schnittkräfte bei Inconel 718 gegenüber Ti-6Al-4V unter vielen Bedingungen deutlich höher sind.

Thermische, elektrische und physikalische Eigenschaften, die das Design beeinflussen

• Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit: Beide Metalle haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit; die niedrige Leitfähigkeit von Titan konzentriert thermische Gradienten, während die etwas höhere Leitfähigkeit von Inconel einige thermische Spannungen mildert - dennoch erfordern beide eine Analyse der thermischen Spannungen bei Anwendungen mit hohem Wärmestrom.

• Modulus-Differenz: Der Modul von Titan (~110-120 GPa) ist viel niedriger als der von Inconel/Stahl (~200 GPa), was sich auf Steifigkeit, Eigenfrequenz und Durchbiegung unter Last auswirkt. Bei Konstruktionen, die eine Steifigkeit pro Volumeneinheit erfordern, muss dies berücksichtigt werden (Verwendung größerer Abschnitte oder hybrider Verbundwerkstoffe).

Normen und verbindliche Spezifikationen

Bei der Spezifikation von Materialien und der Auswahl von Lieferanten sollten Sie sich auf maßgebliche Normen beziehen:

• Inconel (Familie): Herstellerdatenblätter und UNS/EN/ASTM-Bezeichnungen (z. B. UNS N07718 für 718, UNS N06625 für 625). Die technischen Merkblätter der Hersteller (Spezialmetalle) sind die wichtigsten Referenzdokumente für Zusammensetzung und Wärmebehandlung.

• Titan: ASTM-Spezifikationen wie ASTM B348 (Stangen und Knüppel für Ti-6Al-4V), ASTM F67/F136 für Implantatsorten und AMS/AMS-STD-Produktspezifikationen. Verwenden Sie diese, um die Akzeptanz mechanischer Tests und chemischer Grenzwerte zu dokumentieren.

Typische Industrieanwendungen und eine Nutzungsmatrix

Kompromisse bei Kosten, Lieferkette und Lebenszyklus

• Kosten für Rohmaterial: sowohl Inconel als auch Titan sind teurer als herkömmliche Stähle und Aluminium. Nickelsuperlegierungen haben oft hohe Kosten für Legierungselemente (Niob, Molybdän), während die Titanproduktion (Kroll + Schmelze + Verarbeitung) den Stückpreis hoch hält. Marktschwankungen bei Nickel, Vanadium und Schrott beeinflussen die Preise. Bei vielen Konstruktionen überwiegen die Lebenszykluskosten (Wartung, Ausfallzeiten, Austauschintervalle) die Rohstoffkosten.

• Bearbeitungskosten: Bearbeitungs- und Schweißschwierigkeiten erhöhen die Herstellungskosten; die Reinheitsanforderungen von Titan und der Werkzeugverschleiß von Inconel müssen einkalkuliert werden. Beschichtungen (Wärmedämmung oder Korrosionsschutz) oder Bimetallverbindungen verursachen zusätzliche Kosten, können aber die Hybridleistung erhöhen.

Checkliste für die Auswahl von Design und Technik

1. Definieren Sie die maximale Dauerbetriebstemperatur und die Spitzentransiententemperatur.

2. Identifizieren Sie den vorherrschenden Korrosionsmechanismus (Chlorid-Lochfraß, Schwefelangriff, Fluorid, biologisch).

3. Wählen Sie die in Frage kommenden Werkstoffe (z. B. Inconel 625 oder 718; Ti-6Al-4V oder CP-Ti) und fordern Sie die vollständigen Datenblätter an.

4. Überprüfung der Herstellbarkeit: Schweißspezifikation, Fähigkeiten des Lieferanten, erwartete Toleranzen.

5. Durchführung von Finite-Elemente-Analysen für thermische Gradienten, Kriechen und Ermüdung bei Betriebstemperatur.

6. Validierung durch Tests im kleinen Maßstab: Korrosionsproben, Schweißversuche, Kriechversuche, wo nötig.

7. Dokumentieren Sie die Beschaffung mit den korrekten ASTM/UNS/AMS/EN-Spezifikationen und Analysezertifikaten.

FAQs

1. Welches Metall ist stärker - Inconel oder Titan?
Die Festigkeit hängt von der jeweiligen Sorte und der Temperatur ab. Bei Raumtemperatur können beide vergleichbare Zugfestigkeiten aufweisen (wärmebehandeltes Inconel 718 kann höhere Werte aufweisen), aber Inconel behält die Festigkeit bei hohen Temperaturen viel besser bei, während die Festigkeit von Titan oberhalb von 300-400 °C abfällt.

2. Welches Metall ist leichter?
Titan hat eine um etwa 45-55% geringere Dichte (≈4,4 g/cm³) als Nickelsuperlegierungen (≈8,1 g/cm³). Dies verschafft Titan einen großen Vorteil bei massensensiblen Konstruktionen.

3. Sind Titanimplantate sicherer als Inconel?
Ja - Titanlegierungen (Grad 5, CP-Ti) sind aufgrund ihrer Biokompatibilität und ihres stabilen Oxids für Implantate weithin akzeptiert. Legierungen auf Nickelbasis können bei einigen Patienten allergische Reaktionen hervorrufen, weshalb sie nur selten für Dauerimplantate verwendet werden.

4. Was ist im Meerwasser korrosionsbeständiger?
Titan ist dank seines passiven Oxids im Allgemeinen sehr gut gegen Korrosion im Meerwasser geschützt. Bestimmte Inconel-Sorten sind ebenfalls korrosionsbeständig, aber Titan wird oft bevorzugt, wenn die Lebenszykluskosten den Anschaffungspreis rechtfertigen.

5. Kann ich beide Materialien problemlos schweißen?
Beide können geschweißt werden, haben aber jeweils besondere Anforderungen: Das Schweißen von Inconel muss die Aushärtung bewältigen und unerwünschte Phasen vermeiden; das Schweißen von Titan erfordert eine strenge Schutzgasabschirmung, um Verunreinigungen zu vermeiden. Verwenden Sie qualifizierte Schweißverfahren und erfahrene Schweißer.

6. Wie sieht es mit der Ermüdungsleistung aus?
Das Ermüdungsverhalten hängt stark von der Oberflächenbeschaffenheit, der Temperatur und der Umgebung ab. Inconel kann eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Ermüdungslebensdauer aufweisen; Titan eignet sich gut für zyklische Belastungen bei Umgebungs- und gemäßigten Temperaturen, wenn es so konstruiert ist, dass Spannungskonzentrationen vermieden werden. Verwenden Sie stets anwendungsspezifische Daten.

7. Was ist billiger?
Der Preis variiert je nach Markt, aber beide sind im Vergleich zu Kohlenstoffstählen teuer. Verarbeitung, Bearbeitung und Endbearbeitung machen oft den Großteil der Bauteilkosten aus. Holen Sie bereits in einer frühen Phase des Konstruktionszyklus Angebote für Rohmaterial und Fertigung ein.

8. Kann ich Beschichtungen verwenden, um Vorteile zu kombinieren?
Ja. Beschichtungen, thermische Barrieren oder Verkleidungen können ein billigeres Substrat mit einer korrosions- oder hitzebeständigen Auflage versehen. Bimetallverbindungen (Reibschweißen, Explosionskleben) sind gängige Lösungen für die Verbindung von Titan und Inconel, wenn die Stärken der beiden Metalle in unterschiedlichen Bereichen benötigt werden.

9. Gibt es Ersatzlegierungen, die beide Eigenschaften imitieren?
Es gibt kein Metall, das gleichzeitig die Hochtemperatur-Kriechfestigkeit von Inconel und die geringe Dichte von Titan aufweist. Moderne Verbundwerkstoffe oder gerichtet erstarrte Superlegierungen und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe werden dort eingesetzt, wo keines der beiden Metalle ausreicht.

10. Welche Prüfbescheinigungen oder Lieferantenunterlagen sollte ich verlangen?
Verlangen Sie die chemische Zusammensetzung (C of A), Berichte über mechanische Prüfungen, Aufzeichnungen über Wärmebehandlungen und die Einhaltung der in der Bestellung angegebenen ASTM/AMS/UNS/EN-Spezifikationen. Verlangen Sie für kritische Teile die Rückverfolgbarkeit bis zur Schmelze und ggf. zerstörungsfreie Prüfungen.