Problem mit Reaktivität beim Gießen von Flugzeugteilen überwinden
Titanlegierungen sind in der Luftfahrtindustrie aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeit, geringen Dichte, Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit weithin im Einsatz. Größere Titankomponenten werden typischerweise unter Nutzung thermochemischer Prozesse gefertigt. Obgleich das teuer ist, ist es derzeit aufgrund der ausgezeichneten Qualität und Zuverlässigkeit des Produkts gegenüber dem kostengünstigeren Gießen zu bevorzugen. Ein chinesisch-europäisches Konsortium rief das EU-finanzierte Projekt "Casting of large Ti structures" (COLTS) auf den Plan, um die Qualität von Gussprodukten zu verbessern und die Kosten weiter zu senken. Gießen ist ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Metall in eine hohle Form gegossen wird und das Material zu einem verfestigten Formteil abgekühlt. Das chinesische Team brachte umfassende Erfahrungen im Gießen und Elektronenstrahlschweißen von Ti-Legierungen ein. Sie wurden von der europäischen Gruppe um das Fachwissen in der Computermodellierung des Gießens und Schweißens sowie bei der Bewertung von Mikrostrukturen und Eigenschaften der Materialien ergänzt. Ausgewählte Demonstratoren waren ein großer Zylinder, ein kubischer Space-Frame, ein Türrahmen und Querverbindungen, die viele dünnwandige Bauteile enthalten. Geschmolzene Titanlegierungen sind höchst reaktiv und müssen unter besonderen, der Temperatur nach begrenzten Bedingungen geschmolzen werden. Das wiederum erschwert das Füllen von Formhohlräumen, insbesondere für dünne und/oder große Güsse. Die Forscher wandten eine metallbasierte Beschichtung auf von dem Konsortium entwickelten starken Wachsen an, um die endgültigen Formen zum Gießen der Teile mit begrenzter Wachsverformung zu fertigen. Die Beschichtungen hemmten beträchtlich die Reaktivität mit der geschmolzenen Legierung. Geschweißte und gegossene Komponenten zeigten sich vielversprechend darin, die Anforderungen in Bezug auf Abmessungen, Oberflächen und mechanische Eigenschaften zu erfüllen. Eine anschließende Modellierung legt nahe, dass die Prozesse optimierbar sind, um so die Ziele komplett zu erreichen. Die Projektbauteile sind nun im Museum der Europäischen Weltraumorganisation in den Niederlanden ausgestellt und bestätigen die Bedeutung der Ergebnisse. Die COLTS-Titangusstechnologie wird bald für leichtere, kostengünstigere und leistungsfähigere Komponenten für den Luft- und Raumfahrtsektor sorgen, die entlang des Produktlebenszyklus geringere Auswirkungen auf die Umwelt haben werden. Die Resultate bedeuten einen Anschub für den EU-Luft- und Raumfahrtsektor und werden Einfluss auf wichtige Anwendungen in zahlreichen weiteren Bereichen des Ti-Einsatzes ausüben.
Schlüsselbegriffe
Titan, Ti, Legierungen, Luft- und Raumfahrt, Gießen, Form, Modellierung, Demonstratoren, Beschichtung, Wachse
