Titan im Automobilbau für Motor-Komponenten

Die hohe Festigkeit, niedrige Dichte bei gleichzeitig exzellenter Korrosionsbeständigkeit machen Titan außerordentlich Attraktiv für Leichtbau-Komponenten im Automobilbau. Titan konnte sich dennoch bisher nicht in großem Umfang im Automobilbau durchsetzten. Ausschlaggebend hierfür ist vor allem der wesentlich höhere Preis als bei den Konkurrenzwerkstoffen wie Stahl und Aluminium. Dennoch ist Titan für einige Anwendungen von großem Interesse. Neue kostengünstige Produktionsprozesse, reduzierte Zylinderzahlen bei aufgeladenen Motoren und gestiegene Anforderungen erhöhen die Attraktivität wieder.

 

Pleuelstangen

Titan eignet sich hervorragend für den Einsatz als Pleuelstangenwerkstoff. Die in etwa gleiche Festigkeit und wesentlich niedrigere Dichte als Stahl lassen sich effektiv in Gewichtsreduktion umsetzen. Eine stärkere Gewichtsreduktion wird vor allem durch den im Verhältnis zur Festigkeit niedrigen E-Modul und die hierbei beeinflusste Steifigkeit erschwert. Auch die ungünstigen Tribologischen Eigenschaften, die eine Beschichtung notwendig machen wirken sich ungünstig auf den Bauteilpreis aus. Neue Titanlegierungen beseitigen jedoch beide Probleme. Zusätzlich lassen Sie sich besser in den Produktionsprozess integrieren, wie Laser-Cracken.

 

Pleuel aus Titan-Bor-SB62 getrennt durch Laser-Cracken (AMT).
Titan-MMC (Ti-6Al-4V+12%TiC) Pleuel (AMT).

Beide Pleuelstangen kommen ohne Beschichtung der seitlichen Anlaufflächen aus. Die Steifigkeit ist mit ca. 140 GPa für Ti-Bor-SB62 sowie 132 GPa für Titan-MMC höher als bei den herkömmlichen Titanlegierungen.

 

Ziel ist es kostengünstige Titan-Pleuelstangen herzustellen die sich gut in etablierte Produktionsprozesse integrieren lassen. Damit lassen sich weitere Gewichtsreduktionen bei Hochleistungsmotoren sowie aufgeladenen Motoren von neuen „Downsize“ Generation erreichen.

Titanventile

Einlassventil aus TiAl-Legierung der dritten Generation (AMT).

Ventile aus Titan werden seit den sechziger Jahren vorwiegend bei Rennmotoren eingesetzt. Der hohe Preis und die ungenügende Warmfestigkeit, speziell für Auslassventile, haben einen großflächigen Einsatz verhindert. Intermetallische TiAl-Legierungen der dritten Generation sowie neuentwickelte konventionelle Titanlegierungen weisen jedoch erheblich verbesserte Eigenschaften auf. Für spezielle Anwendungen sind auch orthorhombische Titanlegierungen von Interesse die sehr hohe Festigkeiten bei hohen Temperaturen Aufweisen.

AMT hat in jahrelangen Tests die besten verfügbaren Titanlegierungen für Ein- und Auslassventile getestet. Dadurch können wir heute Titanlegierungen der neuesten Generation anbieten. Diese sind herkömmlichen Legierungen hinsichtlich Festigkeit und Kriechbeständigkeit überlegen. Je nach Anforderungsprofil konventionelle Hochtemperatur- oder intermetallische Titanlegierungen.

Für Hochleistungsmotoren mit Tassenstößel oder Schlepphebel-Ventiltrieb sind Titanventile von Vorteil um die bewegten Massen zu reduzieren. Auch bei Rollen- und Kipphebeln ergeben sich Vorteile wenn die Gewichtsreduktion entsprechend konstruktiv umgesetzt wird.

 

 

Machbarkeitsstudie

Kurbelwelle aus Titan-Composite (Ti-MMC)

Titan-MMC-Kurbelwelle (AMT)

Obwohl eine Titan-Kurbelwelle sicherlich ein extremes Bauteil in Bezug auf die Kosten darstellt, erlauben neue Titan-Herstellungsprozesse auch Endkonturnahe Bauteile zu deutlich niedrigeren Kosten als bisher. Hier sollte die Machbarkeit des Bauteils demonstriert werden. Die volle Funktionalität ist gegeben bei erheblicher Gewichtsreduktion von über 40%. Ziel war es auch die maschinelle Bearbeitbarkeit von Titan-Verbundwerkstoffen (Ti-MMC’s) zu Untersuchen. Durch geeignete Bearbeitungsverfahren konnten die Bearbeitungszeiten und –Kosten wesentlich verringert werden. Die Verendete Legierung war eine Pulvermetallurgisch hergestellte Titan-MMC-Legierung, Ti-6Al-4V+12%TiC. Diese zeichnet ich durch hohe Festigkeit, Steifigkeit und sehr gute Verschleißbeständigkeit aus.

 

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