Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss des Aluminiumgehalts in Titanlegierungen auf die senkfunkenerosive Bearbeitbarkeit und die resultierende Bauteilfunktionalität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326341551

Titanwerkstoffe weisen besonders aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeiten und Temperaturbeständigkeiten großes Potential auf, Effizienzsteigerungen in Turboarbeitsmaschinen und Strahlantrieben zu ermöglichen. Der Trend in der Werkstoffentwicklung verläuft hin zu höherlegierten und damit intermetallischen Titanwerkstoffen für diese Einsatzgebiete. Die Bearbeitung der betreffenden Bauteile mittels konventioneller Fertigungsverfahren wird jedoch durch eine zunehmend erschwerte Zerspanbarkeit und komplexere Designs immer anspruchsvoller. Zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Titanlegierungen stellen funkenerosive Verfahren eine wichtige Alternative dar, da die Bearbeitung unabhängig von den mechanischen Werkstoffeigenschaften stattfindet. Bestimmte fertigungstechnisch anspruchsvolle Elemente an Turbinenkomponenten werden heute schon standardmäßig funkenerosiv bearbeitet, wie z.B. Dichtschlitze und Kühlbohrungen an Turbinenschaufeln oder auch Diffusorinnenkonturen oder Schaufelgeometrien an Blisks im Prototypenbau.Für die Zukunft ist davon auszugehen, dass der Bedarf für die Funkenerosion in diesem Bereich weiter wachsen wird. Dies setzt allerdings voraus, dass die Leistungsfähigkeit des Prozesses gesteigert und insbesondere eine deterministische Auslegung ermöglicht wird. Aus dem Stand der Technik ergibt sich jedoch, dass bis heute für Titanlegierungen keine abgesicherten Kenntnisse zur werkstoffgerechten Technologieauslegung existieren. Ferner wurde bisher nicht die Frage geklärt, welche speziellen Eigenschaften in niedriglegierten Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V dafür verantwortlich sind, dass bei der funkenerosiven Senkbearbeitung - im Gegensatz zu den meisten anderen Anwendungsfällen wie insbesondere den hochlegierten Gamma-Titanaluminiden - elektrisch umgepolt werden muss und bei welchen Legierungsgehalten die Grenze zu ziehen ist. Dieses Forschungsvorhaben adressiert in Grundlagenuntersuchungen die Erforschung des Einflusses unterschiedlicher Anteile und Verteilungen der beiden Hauptbestandteile Titan und Aluminium auf den Senkerosionsprozess. Hiermit soll schließlich modellbasiert ein Prozess- und Werkstoffverständnis generiert werden, das die deterministische Prozessauslegung für die senkfunkenerosive Bearbeitung von Titan und Titanlegierungen ermöglichen wird. Darüber hinaus ist für das 3. und 4. Forschungsjahr vorgesehen, die resultierende Bauteilfunktionalität mittels sowohl statischer als auch dynamischer Bauteilprüfungen in Relation zum funkenerosiven Bearbeitungsprozess zu bringen. Hiermit soll schließlich Anwendern ermöglicht werden, Bearbeitungsprozesse hinsichtlich der sich fertigungsbedingt einstellenden Bauteilfunktionalität gezielt auszulegen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen