Wo kommen Titanlegierungen in Flugzeugen und Raumfahrzeugen zum Einsatz?

Titan ist ein wichtiger Werkstoff für den Flugzeugbau, insbesondere für Triebwerkslüfter, Kompressorscheiben und Schaufeln. Dank seiner Kombination aus Belastbarkeit, Hitzebeständigkeit, geringem Gewicht und Zuverlässigkeit kommt es auch bei Trägerraketen, Raumstationen, Raumfahrzeugen, Raketen und anderen anspruchsvollen Systemen zum Einsatz.

Legierungen für Flugzeugzellen kommen in der Regel bei Temperaturen unter 350 °C zum Einsatz und erfordern eine hohe spezifische Festigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Zu den typischen Bauteilen zählen Fahrwerke, Rahmen, Träger, Außenhäute und Hitzeschilde. Zu den Anwendungen im Triebwerksbereich gehören Kompressorscheiben, Schaufeln, Trommeln, Rotoren und Gehäuse. Die Iljuschin Il-76 verwendet hochfestes BT22-Titan für das Fahrwerk und tragende Träger; die F-22 nutzt dünnwandige Titanstrukturen im Bereich ihres heißen hinteren Rumpfes. Titan macht etwa 20% des Gewichts der J-20-Flugzeugzelle aus. Zu den Titan-Befestigungselementen zählen Nieten, Schrauben, Sicherungsschrauben, Titan-Niob-Nieten und geklebte Muttern.

Warum sich Konstrukteure in der Luft- und Raumfahrt für Titan entscheiden

1. Geringere strukturelle Belastung: Titan hat eine geringe Dichte, während seine Festigkeit fast der von Stahl mittlerer Festigkeit entspricht. Dank seiner hohen spezifischen Festigkeit können Konstrukteure Stahl in Fahrwerken, Trägern und anderen Bauteilen ersetzen.
2. Einsatzfähigkeit bei erhöhten Temperaturen: Ti-6Al-4V kann über längere Zeiträume bei Temperaturen um 350 °C eingesetzt werden, während Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si in Kompressorkomponenten bei Temperaturen um 500 °C zum Einsatz kommt. Titan behält seine Festigkeit bei steigender aerodynamischer Erwärmung besser bei als Magnesium und Aluminium.
3. Verträglichkeit mit Verbundwerkstoffen: Ein ähnliches Konstruktionsverhalten hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit sowie ein relativ nah beieinander liegendes elektrochemisches Potential tragen zur Gewichtsreduzierung bei und verringern das Risiko galvanischer Korrosion.
4. Korrosionsbeständigkeit und Lebensdauer: Eine hohe Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit tragen zu langlebigen, äußerst zuverlässigen Flugzeugen und Triebwerken bei.

Typische Anwendungsbereiche