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Titanaluminid

MTU entwickelt neuen Werkstoff für Turbinenschaufeln

Aero Engines setzt nach sieben Jahren Entwicklungszeit den hochtemperaturfesten Leichtbauwerkstoff Titanaluminid (TiAl) für Turbinenschaufeln ein.

Erste Anwendung ist der Getriebefan von Pratt & Whitney für die A320neo-Familie. Die Schaufeln aus dem neuen Werkstoff bilden die dritte Rotorstufe der einzigartigen dreistufigen, schnelllaufenden Niederdruckturbine.

Und die Forschung geht weiter: Die Werkstoffspezialisten arbeiten bereits an einer verbesserten TiAl-Legierung. Ziel ist es, noch weitere Turbinenstufen aus dem Material zu realisieren.

Turbinenschaufeln aus TiAl sind nur halb so schwer wie solche aus Nickellegierungen bei gleicher Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Der hohe Aluminiumgehalt macht den Werkstoff zudem oxidations- und korrosionsbeständig. Das prädestiniert ihn für Anwendungen unter extremen Bedingungen – hohen Temperaturen und Drücken – wie sie in einer schnelllaufenden Niederdruckturbine herrschen.

Titanaluminide eröffnen laut MTU neue Design-Horizonte, denn auch andere Triebwerkskomponenten können leichter gebaut werden: An den sonst massiven Turbinenscheiben und -wellen aus schweren Nickellegierungen treten dank des Einsatzes von TiAl-Schaufeln reduzierte Flieh-kräfte auf. Die Folge: Auch die Scheiben können sehr viel leichter gebaut werden. Jede Gewichtsreduzierung wirkt sich senkend auf Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen aus.

Die größte Hürde für den Einsatz des Leichtbau-Werkstoffs im Getriebefan war das Beherrschen der Verarbeitbarkeit: TiAl ist kaum umformbar. Das Schmieden von Turbinenschaufeln mit herkömmlichen und preisgünstigen Methoden war bislang nicht möglich. Durch thermodynamische Berechnungen wurde ausgelotet, in welchem Temperaturbereich und mit welcher Phasenkonfiguration geschmiedet werden kann. Mit der entwickelten TiAl-Legierung kann der Schmiedeprozess nun auf konventionellen Umformmaschinen durchgeführt werden – das ist der eigentliche Clou.

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