Titanwerkstoffe für Anwendungen in der Luftfahrt

Für die Luftfahrt ist Titan attraktiv vor allem wegen seiner hohen Festigkeit, niedrigen Dichte und exzellenten Korrosionsbeständigkeit. Ein genereller Trend ist die Zunahme von Titan im Flugzeugbau in den vergangenen Jahrzehnten. Dies gilt sowohl für den zivilen wie auch den militärischen Flugzeugbau. Diese Entwicklung wird anhalten. Neue Flugzeug-Generationen die aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen bestehen  ebenfalls zu einem gewissen Anteil aus Titan. Dies aus Gründen der Festigkeit aber auch wegen der guten chemischen Kompatibilität und dem niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten.

 

Titan im Triebwerksbau

 

Titan wird seit einigen Jahrzehnten im Flugtriebwerksbau verwendet. Über die Jahre sind dabei die Anforderungen gestiegen bis zu möglichen Dauereinsatztemperaturen von 600°C. Diese Temperatur stellt die Augenblickliche Grenze dar. Limitierend ist hierbei weniger die Festigkeit als die geforderte Oxidations- sowie Kriechbeständigkeit. Beispiel für Hochtemperatur-Titanlegierungen sind Timetal-1100, Timetal-834 und andere.

Um diese Begrenzung zu Überwinden sind neue Titanlegierungen entwickelt worden, vorwiegend auf intermetallischer Basis. Diese Titanlegierungen bestehen aus intermetallischen Phasen wie TiAl, Ti2AlNb oder Ti3Al. Diese intermetallischen Phasen weisen Eigenschaften auf die zwischen denen von Metallen und Keramiken liegen. Sie sind oftmals, aber nicht generell, spröder als Metalle, weisen aber im Gegensatz zu Keramik eine gewisse Duktilität auf. Diese intermetallischen Legierungen können je nach Phase für Temperaturen bis zu ca. 800°C eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil ist die sehr gute Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen.

 

Titan für Komponenten der Flugzeugzelle

 

Auch für die Flugzeugzelle wird Titan schon seit den 50er Jahren verwendet. Von einigen Beta-Titanlegierungen für das Mach-3 Aufklärungsflugzeug Lockheed SR-71 abgesehen, wird vorwiegend die Legierung Ti-6Al-4V verwendet. Diese Legierung ist die am besten Untersuchte Titanlegierung. Somit lassen sich Komponenten damit zuverlässig auslegen.

Die gestiegenen Anforderungen bezüglich Wirtschaftlichkeit und Leichtbau machen es aber erforderlich neuere Titanlegierungen mit höher Festigkeit zu Verwenden. Eine Reihe von neuen Titanlegierungen wie beispielsweise Ti-5553 weisen exzellente Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit und Dauerfestigkeit auf.

Ebenfalls von großem Interesse ist die Steifigkeit von Komponenten. Titanlegierungen mit höherer Steifigkeit sind meistens sogenannte Titan-MMC-Legierungen (Titanium-Metal-Matrix-Composites). Hier enthält der Werkstoff Partikel oder Fasern. Durch die Mischung ist der E-Modul höher als bei konventionellen Titanlegierungen. Somit lässt sich die hohe Festigkeit von Titan für viele Bauteile erst sinnvoll Nutzen.

 

AMT bietet eine Palette von außergewöhnlichen Titanlegierungen an. AMT hat Erfahrung mit diesen Legierungen und kann dem Kunden bei der Auswahl behilflich sein. AMT kann bei einigen Legierungen auch sehr große und schwere Schmiedeteile, bis zu 4 Tonnen, anbieten. Dies kann beispielsweise für Fahrwerksanwendungen der Fall sein.    

 

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