Innovation für das Schmieden von Titanaluminidblättern
Gamma-Titanaluminid (γ-TiAl) stellte sich aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen als geeignet für Luftfahrtanwendungen heraus. Jedoch wurden dessen Anwendungen durch Schwierigkeiten bei der Bearbeitung beschränkt, die auf seine inhärente Spröde zurückzuführen sind. Eine vorher durchgeführte Forschung konzentrierte sich auf die Erhöhung der Raumtemperatur-Duktilität des Materials durch Legieren. Allerdings schlugen EU-finanzierte Forscher das Gesenkschmieden für die Herstellung von Niederdruckturbinenschaufeln aus γ-TiAl für Turbofan-Flugzeugmotoren vor. Beim Gesenkschmiedeverfahren bedecken Formen das Werkstück, das in etwa die Größe des endgültigen Schmiedeprodukts hat. Die Form der Schmiede wird in die Formen als Negativbild eingearbeitet. Da die beiden Formen sich aufeinander zu bewegen, sorgt der Druck auf das Rohmaterial für die gewünschte geschmiedete Form. Detaillierte Untersuchungen der Prozessparameter im Rahmen des Projekts HI-POTENTIAL (Highly innovative isothermal forging of gamma TiAl alloy for LPT blades) untermauerte die Idee mit starken Hinweisen. Die Schmiedeparameter wurden zuerst im Labor untersucht. Außerdem wurden Tests im industriellen Maßstab durchgeführt. Nach dem Schmieden würde eine Wärmebehandlung die für Niederdruck-Turbinenschaufeln gewünschte Mikrostruktur gewährleisten. Zusätzlich zu den mechanischen Eigenschaften wurde die Mikrostruktur nach Verformung und Wärmebehandlung unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie bewertet. Auf diesen Grundlagen wurde der optimale Herstellungsweg für das Schmieden von Turbinenblättern definiert. Anders als die meisten großen Hersteller ist das Team von HI-POTENTIAL bereit, die neue γ-TiAl-basierte Technologie für Turbofan-Triebwerke einzuführen. Eine enge Zusammenarbeit mit Flugzeugmotorenherstellern war maßgeblich für die gewünschte Eignung für Niederdruckturbinenschaufeln. Die Einführung von geschmiedeten Blättern aus γ-TiAl verspricht, die Leistung von Triebwerken und damit auch ihre Kraftstoffeffizienz zu erhöhen, um so die Umweltauswirkungen der Luftfahrt zu verringern. Die Technologie von HI-POTENTIAL wird der europäischen Industrie außerdem helfen, die heutigen Herausforderungen auf dem Luft- und Raumfahrtmarkt zu meistern.
Schlüsselbegriffe
Niederdruck-Turbinenschaufeln, Gamma-Titanaluminid, Gesenkschmieden, Turbofan-Flugzeugtriebwerk, Wärmebehandlung
