Werkstoffe Leichtbau mit Titan

Autor / Redakteur: Josef Kraus / Josef-Martin Kraus

Die Anwendungschancen von Titan als Leichtbau-Werkstoff für Automobile steigen. Der Grund dafür wird in den künftigen Grenzwerten für CO2-Emissionen und damit im Zwang zur Gewichtseinsparung gesehen. Lohnende Objekte trotz werkstofflicher Mehrkosten sind Abgasanlagen. Eine Werkstoffsubstitution führt zu schnellen messbaren Erfolgen.

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Aufgrund der Substitution von Stahl wurde bei dieser Automobil-Abgasanlage das Gewicht von über 17 auf 9 kg reduziert. Bild: Thyssen-Krupp
Aufgrund der Substitution von Stahl wurde bei dieser Automobil-Abgasanlage das Gewicht von über 17 auf 9 kg reduziert. Bild: Thyssen-Krupp
( Archiv: Vogel Business Media )

Sogar für die Oberklasse ist Titan meist zu teuer. Daher findet man diesen leichten, weiß-metallisch glänzenden Edelwerkstoff in Automobilen eher selten, nur in einigen Premiummodellen. Das liegt daran, dass Leichtbau in der Industrie nicht beliebig viel kosten darf. So werden bei Automobilen je nach Modell Mehrkosten von maximal 2 bis 10 Euro pro Kilogramm Gewichtseinsparung toleriert. In der Luftfahrttechnik ist man dagegen bereit, für 1 kg eingespartes Gewicht bis zu 500 Euro mehr zu zahlen.

Titan – im Maschinenbau auf dem Vormarsch

Folglich wird das Anwendungspotenzial von Titan in der Luftfahrttechnik viel höher eingestuft. Bis 2011 soll dort der Bedarf weltweit auf 44000 t im Jahr steigen. Insgesamt wird er bis dahin auf 98000 t geschätzt. Im Vergleich zum vergangenen Jahr wäre das eine Steigerung um 12%. Die Antreiber sieht man dabei jedoch nicht nur in der Luftfahrtechnik, sondern auch im Maschinen- und Anlagenbau, im Bauwesen und in der Medizintechnik. In diesen Branchen kommen bei Titan die hohe Korrosionsbeständigkeit und chemische Passivität, das edle Aussehen oder die gute Biokompatibilität zum Tragen – noch mehr als die Leichtbaueigenschaften.

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„Der Werkstoffvorteil ist dabei so groß, dass sich dort die Mehrkosten für Titan lohnen“, erläutert Dr. Jürgen Kiese, Leiter F&E bei der Thyssen-Krupp Titanium GmbH in Essen. Diese Rechnung kann nach seiner Ansicht auch im Automobilbau aufgehen. Die entscheidenden Parameter dafür sieht er in den künftigen Grenzwerten für CO2-Abgasemissionen. Je niedriger die Werte sind, desto höher ist der Zwang zur Gewichtseinsparung. „Damit steigt die Akzeptanz, mehr in den Leichtbau zu investieren“, folgert der F&E-Leiter. So stehen im Automobilbau bereits Mehrkosten bis zu 30 Euro je Kilogramm Gewichtseinsparung zur Diskussion.

Titanproduktion ist sehr energieintensiv

Dabei scheinen die Kosten für Titan auf den ersten Blick nicht immer offensichtlich zu sein. Titan ist das vierthäufigste Metall auf der Erde. Es liegt in der Regel als Oxid vor. Genau das ist das Problem: Die Umwandlung zu verarbeitbarem Metall ist zeitlich lang und energieintensiv, sowohl bis zur Auslieferung des Titanschwamms als auch danach. So wird das porige Metall bei Thyssen-Krupp Titanium in konventionellen Vakuumlichtbogenöfen oder einem kürzlich installierten EB-Ofen (Electron Beam) weiterverarbeitet. Darin finden Umschmelzprozesse statt. Das Ergebnis sind rund 9000 t Reintitan und Legierungen im Jahr. Sie werden zu Halbzeugen, Barren oder Rohlingen weiterverarbeitet, zum Beispiel als „Flugzeuglegierungen“, die unter den Leichtmetallen die höchste gewichtsbezogene Festigkeit haben.

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