Titan-Zirkonium-Molybdän (TZM)

Titan-Zirkonium-Molybdän, kurz TZM, ist eine partikelverfestigte Molybdänlegierung mit etwa 0,5 % Titan, 0,08 % Zirkonium und 0,01 bis 0,04 % Kohlenstoff. Fein verteilte Titan- und Zirkoniumkarbide stabilisieren das Korngefüge und heben die Rekristallisationstemperatur von rund 1.100 °C bei reinem Molybdän auf etwa 1.400 °C an. Negele Hartmetall-Technik fertigt TZM-Bauteile pulvermetallurgisch nach Zeichnung, vom Einzelteil bis zur Serie, mit Lieferzeiten von 6 bis 8 Wochen aus Stuttgart.

Eigenschaften von TZM

TZM ist nach ASTM B387 als „Molybdenum Alloy 364" mit der UNS-Nummer R03640 spezifiziert. Die Legierungszusätze von Titan und Zirkonium bilden im Sinterprozess feine TiC- und ZrC-Ausscheidungen, die im kubisch raumzentrierten Molybdängitter Versetzungsbewegungen blockieren. Das Resultat ist ein Werkstoff, der oberhalb von 1.000 °C deutlich höhere Festigkeiten und eine spürbar bessere Kriechbeständigkeit als reines Molybdän aufweist, ohne dessen hohe Wärmeleitfähigkeit zu verlieren.

Im direkten Vergleich zu reinem Molybdän übersteigt TZM bei Raumtemperatur die Zugfestigkeit um typischerweise 30 bis 50 % und behält bis 1.200 °C noch Werte über 600 N/mm², während die Rekristallisationsschwelle um mindestens 250 °C nach oben verschoben ist. Damit bleibt die mechanische Belastbarkeit auch nach längerer thermischer Auslagerung erhalten, etwa in Wärmebehandlungsöfen oder in Heißkanalsystemen.

Quelle: Hauseigene Produktdaten (TZM), verifiziert gegen DIN/ISO-Normen und ASTM B387.

TZM im Werkstoffvergleich

Der Werkstoffvergleich macht die Positionierung von TZM innerhalb der Molybdän-Familie und gegenüber Wolfram nachvollziehbar. TZM ergänzt das Spektrum dort, wo reines Molybdän bei thermischer Belastung an seine Grenzen kommt, ohne den Kosten- und Gewichtsaufwand von Wolfram zu erfordern.

Bearbeitung und Herstellung von TZM

TZM wird pulvermetallurgisch hergestellt, was eine feine, homogene Mikrostruktur ermöglicht. Die European Powder Metallurgy Association dokumentiert das Verfahren als Standardroute für Refraktärmetalle: Pulver werden gemischt, isostatisch gepresst und in Wasserstoff- oder Vakuumatmosphäre bei etwa 1.800 °C gesintert. Anschließendes Schmieden, Walzen oder Strangpressen verdichtet das Gefüge weiter und richtet die Karbidausscheidungen aus, die TZM seine charakteristische Warmfestigkeit verleihen.

Die mechanische Bearbeitung von TZM ist gegenüber reinem Molybdän deutlich erleichtert. Drehen, Fräsen und Bohren erfolgen mit Hartmetallwerkzeugen bei reduzierten Schnittgeschwindigkeiten und ausreichender Kühlung. Negele setzt für TZM eigene Hartmetall-Schneidstoffe ein, die für die spröde Bruchcharakteristik von Refraktärmetallen ausgelegt sind. Hohe Oberflächengüten sind erreichbar, was insbesondere für Heißkanaldüsen und Anodenbauteile entscheidend ist.

Anwendungsgebiete von TZM

TZM kommt überall dort zum Einsatz, wo Bauteile dauerhaft hohen Temperaturen und gleichzeitig mechanischen Lasten standhalten müssen. Die Kombination aus Warmfestigkeit, Kriechbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit macht den Werkstoff für mehrere Industrien attraktiv.

Kunststoffverarbeitung: Heißkanaldüsen

In Heißkanalsystemen für die Spritzgießtechnik leitet die Düsenspitze die Wärme von der Heizpatrone an die Schmelze weiter. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von TZM von 140 W/mK ermöglicht eine schnelle und gleichmäßige Temperaturverteilung, was zu einer homogeneren Schmelze und kürzeren Zykluszeiten führt. Gleichzeitig widersteht das Material den Abrasiv- und Druckbelastungen, die bei glasfasergefüllten oder mineralisch gefüllten Thermoplasten auftreten.

Medizintechnik: Anoden in Röntgenröhren

In Drehanoden moderner Röntgenröhren treffen Elektronenstrahlen mit hoher Energiedichte auf die Anodenoberfläche. TZM dient als Substratmaterial für die Rhenium-Wolfram-Auftragsschicht und nimmt die Wärme zuverlässig auf, ohne durch Kriechen die Drehauswuchtung zu verlieren. Die Rekristallisationsbeständigkeit von TZM ist hier entscheidend, da die Anode pro Belichtung lokal weit über 1.000 °C erreicht.

Werkzeug- und Formenbau: Isotherme Schmiedegesenke

Beim isothermen Schmieden, insbesondere von Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt, befinden sich Werkzeug und Werkstück auf nahezu identischer Temperatur (typischerweise 900 bis 1.100 °C). TZM-Gesenke behalten unter diesen Bedingungen ihre Maßhaltigkeit, während konventionelle Werkzeugstähle versagen würden. Die Standzeit der Gesenke wird durch die Kriechbeständigkeit von TZM bestimmt.

Hochtemperaturtechnik: Wärmebehandlungsanlagen

In Vakuum- und Schutzgasöfen für die Wärmebehandlung von Stahl, Titan und Sondermetallen kommen TZM-Bauteile als Heizelemente, Stützstrukturen, Chargiergestelle und Strahlungsschirme zum Einsatz. Die Kombination aus geringer Wärmespeicherung (durch die spezifische Wärme von 0,25 J/gK) und hoher Festigkeit bei Betriebstemperatur reduziert Energiekosten und Taktzeiten.

Halbleiter- und Solartechnik: Ofen-Fixtures

Beim Ziehen und Tempern von Silizium-Einkristallen sowie bei Diffusionsprozessen in der Halbleiterfertigung halten TZM-Fixtures Wafer und Tiegel präzise in Position. Die geringe Kontamination durch flüchtige Bestandteile (in inerter Atmosphäre) und die Maßhaltigkeit über tausende Zyklen sichern hohe Ausbeuten in sensiblen Prozessen.

Lieferformen

Negele Hartmetall-Technik ist Hersteller, kein Lagerhalter. TZM wird kundenspezifisch nach Zeichnung gefertigt, ohne Mindestbestellmenge, mit typischen Lieferzeiten von 6 bis 8 Wochen ab Auftragseingang. Bei einfachen Geometrien sind auch kürzere Lieferzeiten realisierbar.

• Einbaufertige Bauteile nach Zeichnung: Heißkanaldüsen, Anodenrohlinge, Schmiedegesenke, Elektroden, Wellen, Stempel und Halterungen.
• Rohlinge und Ronden: Zylindrische Vorprodukte für die kundenseitige Weiterbearbeitung.
• Stifte und Stäbe: Auf Maß zugeschnittene Halbzeuge.
• Endkonturnahe Preforms: Maßlich an die finale Geometrie angenäherte Vorprodukte zur Reduzierung des Zerspanungsaufwands.
• Sonderformen: Geometrien außerhalb des Standardsortiments auf Anfrage.

Die Bandbreite reicht vom Einzelteil für Prototypen bis zur Mittel- und Großserie für etablierte Anwendungen. Für die Werkstoffauslegung steht die Technische Beratung von Negele zur Verfügung. Bei TZM lohnt sich häufig der Dialog vor der Konstruktion, da die werkstoffspezifische Auslegung (etwa bei Heißkanaldüsen oder Schmiedegesenken) deutliche Standzeitverlängerungen ermöglicht.

Normen und Standards

TZM ist international normativ erfasst. Die zentralen Bezugsdokumente sind:

Häufig gestellte Fragen zu TZM