Zerspanen von Titanlegierungen
Höchstwahrscheinlich gibt es kein geeigneteres Material für Anwendungen im Bereich der Hochleistungs-Flugzeugtriebwerke als Titan und seine Legierungen. Mit einer Dichte von 4,5g/cm3 sind Titanlegierungen nur halb so schwer wie Stahl oder nickelbasierte Superlegierungen. Darüber hinaus weisen sie ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Mit Abschluss der Forschungsarbeiten im Rahmen des europäischen DUTIFRISK-Projekts haben die Ingenieure bei den Bemühungen, die Bauweise von modernen Gasturbinenkomponenten zu verbessern, einen Meilenstein erreicht. In einem herkömmlichen Turbinenverdichter werden die Schaufeln getrennt von der Scheibe hergestellt und anschließen mechanisch miteinander verbunden. Unter Leitung der MTU Aero Engines haben die Partner des DUTIFRISK-Projekts eine alternative Möglichkeit erforscht, bei der die Schaufeln und die Scheibe eine einzelne Komponente ohne Verbindungsdiskontinuität bilden. Während des linearen Reibschweißens wird die Schaufel mit hohem Druck gegen die Scheibe gepresst. Diese normal zur Verbindung aufgebrachte Last wird so lange aufrechterhalten, bis die Verbindung hergestellt ist. Ziel war es, optimierte Maschinenparameter zur Herstellung von Blisks aus geschmiedetem β-Ti6246 mithilfe des linearen Reibschweißens zu identifizieren. Die so mit der Scheibe verbundenen Schaufeln bestanden aus geschmiedetem α/β-Ti64, Ti6246 und Ti6242 mit unterschiedlicher Mikrostruktur im Vergleich zu den Scheiben. Neben anderen interessanten mechanischen Eigenschaften stellt die Verwendung von hochfesten metastabilen β-Ti-Legierungen beim Schmieden ein geringes Maß an Eigenspannungen nach dem Zerspanen sicher. Der Einfluss der Mikrostruktur und der Spannungen auf das Ermüdungsverhalten von Titanlegierungen wurde unter Verwendung einer modernen Software zur Simulation von Systemen evaluiert. Aufbauend auf der Finiten-Elemente-Methode (FEM) war es mit dem Softwareprogramm DEFORM-2D möglich, eine detaillierte Analyse sowie eine realistische Modellierung des komplexen Metallumformungsprozesses im Computer durchzuführen. Anschließend wurden wichtige Informationen über physikalische Parameter verglichen. Es stellte sich heraus, dass sie mit Eigenspannungsmessungen, die währen der Erprobung der Extrusion gesammelt wurden, in Übereinstimmung standen. Die genaue Charakterisierung aller geschweißten Materialkombinationen für die Scheibe und die Schaufeln könnte in Zukunft eine Auswahlhilfe zur Ermöglichung einer intelligenten Gestaltung darstellen.
