Metalldrücken Bohrungsdrücken – ein Verfahren der Umformung für Hohlstrukturen

Leichtbau war schon immer eine Grundforderung in der Luft- und Raumfahrt. Dort kommen vorzugsweise massive Bauteile aus teuren Titanwerkstoffen zum Einsatz. Mit inkrementellen Umformverfahren wie dem Bohrungsdrücken können aus vollzylindrischen Halbzeugen leichte Hohlwellen erzeugt werden.

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in Verbindung mit geringem Gewicht qualifizieren ß-Titanwerkstoffe für Leichtbauanwendungen in der Luftfahrt, dem Fahrzeug- und Energieanlagenbau. Diesen stehen hohe Material- und Verarbeitungskosten entgegen, sodass die Anwendungen bisher auf wenige Massivteile beschränkt bleiben. Der für die Luft- und Raumfahrt essezielle Leichtbau erfordert eine verstärkte Anwendung dieser Werkstoffe für massive Bauteile.

Kosteneffektive Fertigungsroute für Hohlwellen aus ß-Titanlegierungen

Das setzt ressourceneffiziente Fertigungsverfahren voraus. Dafür sind inkrementelle Verfahren der Massivumformung, hier das Bohrungsdrücken, in Prozessketten mit einer spanenden Bearbeitung für die Erzeugung von Hohlstrukturen besonders geeignet. Damit können das einzusetzende Materialvolumen und der Fertigungsaufwand drastisch reduziert werden. Die gemeinsamen Anstrengungen der Professur für Werkstoffe des Maschinenbaus der TU Chemnitz, des Instituts für Spanende Fertigung Dortmund und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz zielen auf eine kosteneffektive Fertigungsroute für Hohlwellen aus ß-Titanlegierungen.

Wegen des geringen Kenntnisstandes zur partiellen Umformung dieser Werkstoffe sind eingehende Forschungen zur Prozessfolge, besonders in Hinsicht auf Schädigungsfreiheit, Gefügeausbildung und Bearbeitbarkeit, Gegenstand der Untersuchung.

ß-Titanlegierungen für das Umformen interessanter

Titanlegierungen werden gewöhnlich unterschieden in α-, Near-α-, (α + ß)- sowie ß- und Near ß-Legierungen. Die α-Phase ist im Vergleich zur ß-Phase die festere, verfügt aber über eine entsprechend geringere Duktilität. Die liegt in der unterschiedlichen Gitterstruktur begründet.

Die ß-Phase weist im Gegensatz zur α-Phase (hdp-Gitterstruktur) eine krz-Gitterstruktur auf, welche mehr Gleitebenen besitzt. Das Umformvermögen der Legierungen mit einem hohen ß-Anteil lässt diese für die Anwendung von Umformverfahren aus diesem Grund interessant erscheinen.

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