Titanbearbeitung

Komplexe Werkstücke aus Titan effizient zerspanen

09.06.2010 | Autor / Redakteur: Josef Giessler und Siegfried Bohnet / Bernhard Kuttkat

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Drei Dinge machen den Werkzeugen bei der Titan-Zerspanung das Leben schwer: extrem schlechte Wärmeleitfähigkeit, relativ niedriger Elastizitätsmodul und Neigung zum Kleben. Bild: Walter

Titanwerkstoffe sind auf dem Vormarsch. Geringes Gewicht, hohe Festigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit sind willkommene Eigenschaften, erschweren aber die Bearbeitung. Doch darauf abgestimmte Werkzeuge zerspanen auch widerspenstige Titanlegierungen.

Folgt man den Aussagen der Flugzeughersteller, dann wird künftig doppelt so viel Titan durch die Lüfte fliegen wie bisher. Die neue Generation der Passagierjets wie der Boeing Dreamliner oder der Airbus A350 XWB bestehen zu rund 15 bis 20% aus Titanlegierungen. Bei der aktuellen Generation liegt der Anteil bei lediglich 7%.

Mehr Bauteile und neue Legierungen aus Titan

Die steigende Menge Titanbauteile ist dabei nur die eine Seite. Die andere ist die Einführung moderner Legierungen. Neben der klassischen Flugzeugbaulegierung Ti6Al4V gewinnt das neue Material Ti5553 (Ti5Al5V5Mo3Cr) an Bedeutung.

Der Hauptvorteil dieses Highend-Werkstoffs ist eine erhöhte Warmfestigkeit. Die ersten Bauteile aus „Titan triple-five three“, wie Insider sagen, werden bereits gefertigt. Die weltweite Verbreitung wird noch eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen.

In der Luft- und Raumfahrt braucht alles Neue seine Zeit, weil jeder Veränderung umfangreiche Laboruntersuchungen und Genehmigungsverfahren vorausgehen. Dass die Diskussion um Titanwerkstoffe wie selbstverständlich bei der Luft- und Raumfahrt ansetzt, wird schnell klar, wenn man sich vergegenwärtigt, dass etwa 80% der Anwendungen diesem Bereich zugeordnet werden können.

Bauteile aus Titan meist mit hohem Zerspanvolumen

Zur hohen Anzahl der Anwendungen gesellt sich ein hohes Zerspanvolumen. Das liegt an den typischen Konturen. Die Wanddicken der fertigen Bauteile sind dünn, die Formen äußerst komplex; ein häufiger Prozess ist das Fräsen tiefer Taschen.

Weitere wichtige Sparten, für die Titan bearbeitet wird, sind Medizintechnik, Motorsport und die chemische Industrie. In der Medizintechnik wird unter anderem die Flugzeugbaulegierung Ti6Al4V für Gelenkimplantate verwendet. Der Werkstoff ist nicht nur flugtüchtig, er hat auch eine gute Gewebeverträglichkeit.

Schlechte Wärmeleitfähigkeit, niedrige Elstizität und Neigung zum Kleben erschweren Titanzerspanung

Drei Dinge machen den Werkzeugen bei der Ti-Zerspanung das Leben schwer:

• Eine extrem schlechte Wärmeleitfähigkeit (Ti6Al4V = 7,56 W/mK, Stahl Ck45 = 51,9 W/mK);
• ein vergleichsweise niedriger Elastizitätsmodul (Ti6Al4V = 110 kN/mm2, Stahl Ck45 = 210 kN/mm2) und
• eine ausgeprägte Neigung zum Kleben.

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