Neue Einsatzmöglichkeiten für Titan in Gasturbinentriebwerken
Ein Schlüsselfaktor beim Bau von Gasturbinen ist die Entwicklung geeigneter Materialien. Der Wirkungsgrad des Motors hängt dabei entscheidend von der Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber hohen Temperaturen ab. Für eine Gewichtsreduktion kommt es zudem auf ein gutes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht an. Aluminiumlegierungen zeichnen sich zwar durch ein sehr gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aus, halten allerdings keinen Temperaturen über 130°C stand, sodass sie für Gasturbinen weniger geeignet sind. Nichtrostende Stähle sind ähnlich fest wie die meisten Titanlegierungen, haben aber mit mehr als 50 % eine deutlich höhere Dichte. Vor diesem Hintergrund sollten EU-finanzierte Forscher eine Titanlegierung für Zwischenkompressorhüllen entwickeln, die Betriebstemperaturen von mindestens 50°C über dem technischen Standard aushält. Koordinator war das Projekt GOTA (Greater operating temperature alloy). Das Material sollte nicht nur höheren Betriebstemperaturen standhalten, sondern auch mit der industriellen Fertigung von Gussteilen, Schmieden und Schweißen von Luft- und Raumfahrtkomponenten kompatibel sein. Im ersten Schritt wurden umfangreiche Materialproben vor allem zum thermischen Verhalten durchgeführt. Die Titanlegierung Ti+ übertraf dabei die Vorgaben für Festigkeit und Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Anschließend wurden die Umformeigenschaften u.a. beim Blechrollen, Ringwalzen, Schwerkraftguss und Schleuderguss sowie Knopfschmelzen getestet. GOTA bestätigte damit bei Ti+ eine um 50°C höhere Einsatztemperatur in Zwischenverdichtergehäusen als bei herkömmlichen Materialien. Mit der höheren Betriebstemperatur sind nun Flugzeugtriebwerke mit niedrigerem Kraftstoffverbrauch und damit geringerem CO2- und Stickoxidausstoß durchaus machbar.
Schlüsselbegriffe
Gasturbine, Titanlegierung, Flugzeugtriebwerke, GOTA, Luft- und Raumfahrtkomponenten
