Verfahrenstechnik

Herstellung großer TiAl-Bauteile - Ohne Fehlerstellen und mit hoher Homogenität

Ref.-Nr. F-0017

Keywords: Titanaluminid, TiAl, große Bauteile, Luftfahrt, Turbinenscheibe, TiAl Components

Forscher des Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) haben durch ihr breites Knowhow und ihre Expertise im Umgang mit Titanaluminiden (TiAl) ein Verfahren entwickelt, mit dem es erstmals möglich ist, größere Bauteile aus TiAl herzustellen. Die bisher begrenzenden Nachteile, wie die große Sprödigkeit, die hohe Inhomogenität und die Vielzahl an Fehlerstellen, die bei Versuchen größere Bauteile aus TiAl herzustellen entstanden sind, konnten reduziert oder ganz eliminiert werden. Als Endprodukte liegen geschmiedete Teile mit hoher chemischer und mikrostruktureller Homogenität und Fehlerfreiheit vor. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wurde an Bauteilen mit bis zu 29 cm Durchmesser bewiesen. Das Verfahren lässt sich aber auch für größere Bauteile anwenden. Durch diese Erfindung ist es möglich herkömmliche Ti- und Ni-Legierungen durch TiAl zu substituieren und dadurch insbesondere rotierende Systeme effizienter zu gestalten, was besonders relevant für Triebwerksbauteile ist. Vorteile von TiAl-Legierungen sind prinzipiell die geringe Dichte, die es ermöglicht, im Vergleich zu Nickel eine Gewichtsreduktion von ca. 50% zu erreichen, sowie sehr gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften.

Vorteile

  • Hohe Nutzungsdauer
  • Reduzierter Verschleiß
  • Effizienzsteigerung
  • Kostenreduktion möglich
  • Alleinstellungsmerkmale: Herstellung großer TiAl Bauteile, hohe Homogenität im Bauteil und bauteilübergreifend, feine Mikrostruktur, hohe Temperaturbeständigkeit, Fehlerfreiheit im Werkstoff möglich
  • Potenzielle Anwendungsgebiete: Luft- & Raumfahrt (Turbinen, Blisks), Energietechnik (Gasturbinen), Automobilindustrie (Kolben, Pleuel, ...), Kompressoren Technik, u.a.m.

Kommerzielle Anwendung

Die Technologie wird zur Lizenzierung und für gemeinsame Kooperationen angeboten; z.B. für Weiterentwicklungen hin zu noch größeren Bauteilen. Interessant ist die Verwendung von TiAl im Bereich von großen Turbinenscheiben, Rotoren und anderen gewichts- und temperaturkritischen Bauteilen, die durch eine Substitution weiter optimiert werden können. Dies wird schon mit kleineren Bauteilen aus TiAl gemacht. Die Technologie wurde im Labormaßstab überprüft und ein Demonstrator hergestellt, anhand dessen die genannten Eigenschaften geprüft werden konnten. Weitere denkbare Anwendungen sind, z.B. der Bereich der Kraftwerksturbinen, Motorkomponenten, Hochruckkompressoren, u.a.m.

Aktueller Stand

Es wurden nationale und internationale Patente angemeldet. Erteilte Patente werden derzeit weiterverfolgt in den USA, Russland, China, Indien, Kanada, Schweiz, Spanien, Frankreich, Großbritannien, Italien, Schweden, Österreich und in Deutschland.

Relevante Veröffentlichungen

J.D.H. Paul et al.: Up-Scaling of TiAl Component size: a Novel Solution. Aeromat 2014.

Dr.-Ing. Ilona Gehrig

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