Leichte Legierung
Werkstoff revolutioniert Flugzeugbau

Dank eines neuen Werkstoffs heben Flugzeuge künftig leichter ab. 15 Jahre lang haben Wissenschaftler am GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht bei Hamburg an einer Legierung aus Titan und Aluminium gearbeitet, die im Vergleich zu gängigen Materialien wenig wiegt und auch starker Hitze trotzt. Jetzt macht sich der hohe Einsatz bezahlt.

HAMBURG. Rolls-Royce in Dahlewitz bei Berlin hat die erste Lizenz für das Titanaluminid der GKSS-Forscher erworben. Neben General Electric und Pratt & Whitney zählt der britische Konzern zu den drei weltweit größten Herstellern von Flugzeugturbinen.

Für die Geesthachter Werkstoff-Experten kommt die Vereinbarung mit Rolls-Royce einem Ritterschlag gleich. Kaum eine Industrie stellt so hohe Anforderungen an Werkstoffe wie der Flugzeugbau. Zwar schien die Mischung aus Titan und Aluminium prädestiniert für die Branche: Das Material ist nur halb so schwer wie Nickel oder Eisen, gleichzeitig aber ausgesprochen stabil. Doch es erwies sich als spröde - bei Temperaturen von mehr als 700 Grad Celsius war es mit der Festigkeit vorbei.

Jahrelang tüftelten Wissenschaftler in Deutschland, Japan oder den USA vergeblich an einer besseren Rezeptur für Titanaluminid - und wandten sich schließlich anderen Werkstoffen zu. Allein die GKSS-Experten hielten durch. "Die Entwicklung einer perfekten Legierung braucht Zeit", sagt Michael Oehring, zuständiger Abteilungsleiter in Geesthacht. Nicht nur das Mischungsverhältnis der chemischen Elemente bestimmt die Materialeigenschaften. Unter dem Mikroskop lassen sich Körner und Unregelmäßigkeiten erkennen, und dieses sogenannte Gefüge hängt auch von der Verarbeitung ab.

Mehr als 100 Legierungen mit verschiedenen Titan- und Aluminium-Mischungen hat die norddeutsche Arbeitsgruppe untersucht und bearbeitet. Die Wissenschaftler kooperierten dabei zwar bereits mit Rolls-Royce - doch ein industrieller Einsatz des Materials beim Turbinenbau war zunächst nicht möglich. "Lange reagierte das Titanaluminid zu empfindlich", sagt Dan Roth-Fagaraseanu, Werkstoffspezialist bei Rolls-Royce. "Seine Qualität schwankte zu stark."

Herkömmliche Titanaluminide besitzen meist gröbere Gefüge mit größeren Körnern, an denen sich Spannungen aufstauen. Das Material ist spröde und kann zerspringen. Als optimal erwies sich nun eine Variante mit einem Zusatz von Niob, Bor und Molybdän. Dank des Niobs bilden sich feinere Gefügebestandteile als gewöhnlich. Spannungen, die durch Kräfte von außen erzeugt werden, können leichter von Korn zu Korn übertragen werden.

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