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Umformen Titan auf hydraulischen Heißpressen ressourcenschonend umformen

| Autor / Redakteur: Christof Merten / Dietmar Kuhn

Die Luftfahrt gilt als besonderer Schwerpunkt für Titananwendungen. Dort ersetzt Titan aus Gründen der Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Steifigkeit vielfach Stahllegierungen. Doch scheint Titan ziemlich teuer. Betrachtet man jedoch die Eigenschaften auch mit Blick auf die Bearbeitung, so relativiert sich dieser Eindruck.

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Bild 1: Die Luftfahrtindustrie ist eine der ersten Adressen für die Anwendung von Titanbauteilen, und das mit steigender Tendenz.
Bild 1: Die Luftfahrtindustrie ist eine der ersten Adressen für die Anwendung von Titanbauteilen, und das mit steigender Tendenz.
(Bild: Lufthansa)

Der Flugverkehr weist jährliche Wachstumsraten von etwa 5 % auf. Das Aufkommen wird sich bis zum Jahr 2030 verdoppeln. Rechnet man den Austausch bestehender Flugzeuge hinzu, kommt es bis dahin zu rund 30.000 Neuauslieferungen. Hinzu kommt, dass gerade im Bereich der Regionaljets immer mehr Schwellenländer eine eigene Luftfahrtindustrie mit steigenden Fertigungskapazitäten etablieren wollen.

Titan wird vor allem für den Flugzeugbau als Werkstoff immer wichtiger

Dem Werkstoff Titan kommt im Flugzeugbau eine wachsende Bedeutung zu (Bild 1). Nimmt das hochfeste Metall bei konventioneller Flugzeugfertigung in Alubauweise noch einen Anteil von etwa 6 % ein, steigt dieser bei der modernen Kompositbauweise auf 15 bis 20 % weil Flugzeuge dadurch leichter werden, sinkt der Treibstoffverbrauch pro Sitz und geflogenem Kilometer. Aber die Verarbeitung von Titan, in Verbindung mit oft geringen Stückzahlen bedingt spezielle Herstellungsprozesse mit entsprechend angepasster Umformtechnik und spezifischem Bauteilhandling.

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Dabei muss die Titanumformung vor dem Hintergrund steigender Stückzahlen und der auch im Flugzeugbau geltenden Notwendigkeit zur Senkung der Stückkosten leistungsstark, prozesssicher und höchst effizient möglich sein.

Die Verwendung von Titan ist in seinen herausragenden Eigenschaften begründet. Dazu gehören das günstige Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit, die gute Duktilität bei hoher Festigkeit und Steifigkeit, die hohe thermische Belastbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität (Bild 2).

Titan und Titanlegierungen begehrt, aber schwer zu verarbeiten

Titan und vor allem Titanlegierungen haben daher eine große Bedeutung als Konstruktionswerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt, für die chemische Industrie (Behälterbau), für die Medizintechnik (Herzschrittmacher, Zahnimplantate, Hüftprothesen) sowie für seewasserbeständige Bauteile im Schiffs- und Anlagenbau.

Erschwert wird der Einsatz von Titanbauteilen allerdings durch seine schwierige Verarbeitbarkeit. Effiziente umformtechnische Verfahren, wie beispielsweise das Tiefziehen oder Innenhochdruck-Umformen, können nur mit großen Einschränkungen angewendet werden und beschränken sich auf die Verarbeitung von Reintitanlegierungen niedriger Festigkeit. Selbst dünnwandige komplexe Bauteile werden daher in der Regel durch spanende Verfahren hergestellt, statt sie aus Blechformteilen zu fügen, wie es in der Stahl- und Aluminiumverarbeitung Stand der Technik ist. Will man komplexe Bauteile durch umformtechnische Verfahren herstellen, so gelingt dies nur bei erhöhten Temperaturen. Für die meisten Legierungen liegt die Verarbeitungstemperatur je nach Umformverfahren zwischen 700 und 1000 °C. Dies stellt besondere Herausforderungen an die Umformprozesse, die dazu benötigten Anlagen und Werkzeuge.

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