Niederdruck-Turbinenschaufeln aus Titan-Aluminium
Zu den größten zu überwindenden Hindernissen gehören vor allem die im Zusammenhang mit der Schmiedeverarbeitung von Barrenformen. Diese Schwierigkeiten kamen angesichts des eingeschränkten Temperaturbereichs für die Deformationsverarbeitung sowie die begrenzte Warmbearbeitbarkeit von Gamma-TiAl-Legierungen nicht unerwartet. Daher bevorzugt man bisher isotherme Umformprozesse. Viele Fortschritte wurden bei der Vergrößerung des Verformungsfensters durch die Zugabe von beta-Phasen-Titan in die Mikrostruktur von gamma-TiAl-Legierungen erreicht. Mithilfe von EU-Mitteln für das Projekt DATACAST (Development of a low cost advanced gamma titanium aluminide casting technology) entwickelten Forscher eine Niob und Molybdän enthaltende Gamma-TiAl-Legierung. Die geschützte TNM-Legierung erstarrt in der beta-Phase und weist einen modifizierbaren beta/B2-Phasenvolumenanteil auf (die geordnete Phase von beta bei niedrigen Temperaturen). Dank des hohen Volumenanteils an beta-Phase bei erhöhten Temperaturen kann die neue Legierung mit geringfügigen Modifikationen und kostengünstig unter Verwendung von herkömmlicher Ausrüstung geschmiedet werden. Die Mitglieder von DATACAST konzentrierten sich auf Ingo-Verarbeitungstechnologien mittels Vakuum-Lichtbogenschmelzen (VAR) und Plasmalichtbogenschmelzen (PAM). Sie demonstrierten die Machbarkeit der Umwandlung der resultierenden Barren zu kleinformatigen Schmiedeteilen durch Skull-Schmelzen mittels VAR oder Vakuuminduktionsschmelzen. Diese können dann verwendet werden, um mit Schleuderguss gefolgt von heißisostatischem Pressen und Bearbeiten Dauerformen zu erzeugen. Umfangreiche Untersuchungen der Homogenität der einzelnen VAR- und PAM-geschmolzenen Barren zeigten ihre Eignung für den Einsatz als Verbrauchs-VAR-Skull-Schmelzer-Elektroden. Die Blöcke können im Skull-Schmelzer weiter homogenisiert werden, um die spezifizierten chemischen Zusammensetzungen zu erhalten. Die Arbeiten an der Drehgeschwindigkeit des Gussrads, der Gießzeit und der Kippkurve des Tiegels verbesserte das Gießen von Schnecken mittels Schleuderguss. Mit der im Rahmen von DATACAST entwickelten Technologie können Barren auf TiAl-Basis in Schmiedeteile umgeformt werden, die die strengsten Anforderungen für qualitativ hochwertige Materialien für die Herstellung von Niederdruckturbinenschaufeln erfüllen. TiAl ist leicht und widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen und ist dadurch ein ideales Material für Flugzeugtriebwerkskomponenten. TiAl-Schaufeln ermöglichen Einsparungen bei Gewicht und Kraftstoffverbrauch und tragen damit zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen bei.
Schlüsselbegriffe
Turbinenschaufeln, Titan-Aluminium, Flugzeugtriebwerk, Schmiedeverarbeitung, Barren, DATACAST
