Titan vs. Aluminium bei der Herstellung von Flugzeugteilen

May 04, 2023

Die Vielfalt der Materialien, aus denen Flugzeugteile hergestellt werden, nimmt zu. Flugzeugverbundwerkstoffe wie Glasfaser, Kohlefaser und Thermoplast werden zunehmend zum Bau weiterer Flugzeugkomponenten verwendet.

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Vielseitigkeit, geringes Gewicht und Haltbarkeit sind nur einige der Schlüsselmerkmale, die Verbundwerkstoffe für verschiedene Teile eines Flugzeugs, Jets oder eines anderen Fahrzeugs geeignet machen.

Aber herkömmliche Flugzeugmaterialien wie Aluminium und Titan bleiben in dieser Branche Standard, und das aus vielen Gründen. Flugzeugaluminium und -titan bieten Vorteile, die nicht immer erreicht werden können, weshalb diese Metalle besonders wichtig sind, wenn es darum geht, Flugzeuge mit maximaler Effizienz und Sicherheit in den Flug zu bringen und zu halten.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften und der Verbreitung dieser beiden Materialien in der Luft- und Raumfahrt lohnt es sich auch, Aluminium mit Titan zu vergleichen, um besser zu verstehen, warum und wo sie verwendet werden und welches die bessere Wahl ist, um eine optimale Leistung von Flugzeugkomponenten zu erzielen.

Flugzeugaluminium zeichnet sich durch ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aus, das ideal ist, um Flugzeugkomponenten ohne Festigkeitsverlust dünn, leicht und aerodynamisch zu halten. Aluminium ist außerdem ein zuverlässiger elektrischer Leiter und ein ausgezeichneter Wärmeleiter. Faktoren wie Kriechfestigkeit und Zugfestigkeit variieren je nach Aluminiumlegierung.

Titan in Flugzeugqualität ist dichter als Aluminium, gilt aber immer noch als leichte Option unter den Flugzeugmetallen. Es bietet nicht das gleiche Maß an thermischer und elektrischer Leitfähigkeit. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, Kompatibilität mit anderen Materialien und Festigkeit eignet es sich jedoch besser für den Einsatz bei einigen Flugzeugteilen, die eine hohe Festigkeit ohne Übergewicht oder Korrosionsanfälligkeit erfordern.

Welche Flugzeugteile werden aus Titan- und Aluminiumqualitäten hergestellt?

Obwohl Verbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt mittlerweile den Großteil der Struktur von Verkehrsflugzeugen ausmachen, ist Aluminium das zweithäufigste Material, gefolgt von Titan. Stahl wird neben anderen Materialien auch verwendet, wenn auch nicht im Vordergrund.

Aluminium in Luft- und Raumfahrtqualität wird hauptsächlich für den Rumpf, die Flügelhäute und die Motorhaube des Flugzeugs sowie für Teile seiner Struktur verwendet. Das geringe Gewicht, die Flexibilität und die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium machen es zu einem geeigneten Material für diese Elemente. Abgesehen von diesen Vorteilen ist Aluminium jedoch zugänglich, da es eines der am häufigsten vorkommenden Metalle und das dritthäufigste Element in der Erdkruste ist und daher im Vergleich zu anderen Legierungen für die Luft- und Raumfahrt relativ kostengünstig ist.

Im Rahmen des Flugzeugs, in Triebwerksteilen, im Fahrwerk sowie in Flugzeugsystemen und -komponenten werden verschiedene Titanqualitäten verwendet. Die Sorte Ti-10V-2Fe-3A1 wird beispielsweise aufgrund ihrer hervorragenden Härtbarkeit, hohen Festigkeit und Beständigkeit gegen Ermüdung und Korrosion in Fahrwerken verwendet. Im Gegensatz dazu eignet sich die Sorte Ti-8A1-1Mo-1V aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit für Flugzeugkompressorschaufeln und Kompressorscheiben.

Neue Herstellungsverfahren für Flugzeugaluminium und Titan

Konventionelle Zerspanung und Metallbearbeitung sind die wichtigsten Herstellungsmethoden für die Herstellung von Flugzeugteilen aus Aluminium, Titan und anderen für die Luft- und Raumfahrt geeigneten Materialien wie Inconel. Während diese Verfahren immer noch zur Herstellung von Bauteilen eingesetzt werden, werden bei der Herstellung von Flugzeugkomponenten neue Verfahren wie der 3D-Druck, auch Additive Fertigung genannt, eingesetzt.

In seinen Anfängen war der 3D-Druck nur für die Herstellung von Teilen aus Polymeren nützlich, die für Verbundwerkstoffe für Flugzeuge geeignet sein können. Dies gilt jedoch nicht für Metalle wie Titan und Aluminium. Das änderte sich mit der Entwicklung druckbarer Metallpulver und verbesserter Druckverfahren wie der Laser-Pulverbettschmelze.

Sowohl Titan- als auch Aluminiumteile können mit pulverförmigen Versionen der Metalle 3D-gedruckt werden. Die Prozesse verringern jedoch einen Großteil der Integrität der Materialien und Probleme wie Porosität und Rissbildung können ihre Festigkeit beeinträchtigen. Diese Probleme werden jedoch durch verbesserte Herstellungsmethoden und die Einführung von Verstärkungselementen wie keramischen Nanodrähten angegangen, die direkt dem Metallpulver hinzugefügt werden.

Diese neuen Fertigungsmethoden könnten 3D-gedruckte Aluminium- und Titankomponenten zu Standardteilen eines Flugzeugs, Hubschraubers oder Raumfahrzeugs machen und nicht zu den experimentellen und bemerkenswerten Komponenten, die sie heute sind.