Titan – attraktiver Werkstoff mit hoher Korrosionsbeständigkeit

Für die aktuelle Luftfahrtindustrie ist Titan grad 5 überaus attraktiv und das in erster Linie wegen der höheren Festigkeit, der überaus geringen Dichte und der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit des Materials. Ein aktueller Trend ist die starke Steigerung des Anteils von Titan im internationalen Bau von Flugzeugen in den letzten Jahrzehnten.

Das gilt einerseits für den zivilen wie auch andererseits für den militärischen Bau von Flugzeugen. Diese Weiterentwicklung wird weiter bestehen. Neue Generationen von Flugzeugen die aus Kohlefaser-Verbundstoffen bestehen ebenfalls zu einem hohen Anteil aus Titan. Das aus Gründen der Festigkeit aber auch wegen der ausgezeichneten chemischen Kompatibilität und dem geringen Koeffizienten was die Wärmeausdehnung anbelangt.

Titan beim Bau von Triebwerken

Der Werkstoff wird seit wenigen Jahrzehnten beim Bau von Flugtriebwerken hinzugezogen. Über Jahre hinweg sind allerdings die Anforderungen angestiegen bis hin zu Dauereinsatz-temperaturen von 650° C. Diese Temperatur stellt die derzeitige Obergrenze dar. Ein Begrenzungsfaktor ist in diesem Zusammenhang weniger die Festigkeit als die erforderliche Oxidations- sowie Kriechbeständigkeit. Ein Beispiel für Titanlegierungen im Hochtemperaturbereich sind Timetal-1100, Timetal-834 und andere.

Um diese Einschränkung zu überwinden sind neuartige Legierungen aus Titan erforscht worden, in erster Linie auf intermetallischer Grundlage. Diese Legierungen bestehen aus inter-metallischen Phasen. Diese Art von Phasen verfügen über Eigenschaften die zwischen jenen von Metall und Keramik liegen. Sie sind aber nicht immer spröder als Metall, weisen im Gegensatz zu keramischen Stoffen aber eine gewisse Duktilität auf. Darunter versteht man die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich unter Scherbelastung vor einem Bruch plastisch zu verformen. Diese intermetallischen Arten von Legierung können je nach Phase für Temperaturbereiche bis zu ca. 850°C verwendet werden. Ein zusätzlicher Vorteil ist die gute Festigkeit auch bei höheren Temperaturen.

Titan für Bestandteile der Zelle von Flugzeugen

Auch für die Zelle von Flugzeugen wird Titan bereits seit den 60er Jahren angewendet. Von manchen Beta-Legierungen für das Flugzeug Lockheed SR-71 abgesehen, wird in erster Linie Ti-6Al-4V verwendet. Diese Art von Legierung ist die am meisten getestete Titanlegierung. Damit lassen sich Bestandteile zuverlässig herstellen.

Die höheren Anforderungen in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und den Leichtbau machen es jedoch nötig neuere Legierungen mit höherer Festigkeit anzuwenden. Eine Anzahl von neuen Legierungen wie zum Beispiel Ti-5553 weisen hervorragende Eigenschaften in Bezug der Festigkeit und Dauerfestigkeit auf.

Auch von großer Wichtigkeit ist die Steifigkeit der Flugzeugkomponenten. Legierungen aus Titan mit größerer Steifigkeit sind Titan-MMC-Legierungen. Dort enthält der Stoff Partikelteile oder Faserstoffe. Durch diese Mischung ist der E-Modul besser als bei üblichen Legierungen aus Titan. Auf diese Art und Weise kann man die Festigkeit von Titan für zahlreiche Bauteile erst sinnvoll nutzen.