Fortschrittliche Materialien für effiziente Triebwerke
Die Luftfahrtindustrie ist zunehmend auf der Suche nach Getriebefans für einen effizienteren Flug. Innovative Materialien mit optimierten mechanischen und physikalischen Eigenschaften werden zu erhebliche Senkungen des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen führen. Geared Turbofan-Triebwerke können in einigen Bereichen der Turbine und dem Motorgehäuse und der Halterung sehr hohe Temperaturen induzieren. Das EU-geförderte Projekt HITNIFO (Development of an advanced design and production process of high temperature Ni-based alloy forgings) wurde initiiert, um Hochleistungsmaterialien zu niedrigen Kosten durch Verbesserung der Prozesse zu produzieren und dabei Probleme im Zusammenhang mit schlechten Schmiede- und Schweißmöglichkeiten zu überwinden. Die Projektpartner wählten vielversprechende Materialien für das Gehäuse und die Halterung auf der Basis von Nickel-Legierungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen aus. Zum einen führten sie Glüh-Studien durch, um Veränderungen der Gefügeeigenschaften aufgrund von Zeit und Temperatur zu untersuchen. Die Versuche wurden verwendet, um die wichtigsten Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften wie Streckgrenze, Dehnung und Spannungsbruch zu identifizieren. Nach dem Entwurf und der Simulation des Genauschmiedeverfahrens im geschlossenen Gesenk und der Herstellung von Schmiedegesenken, bewerteten die Projektpartner die Auswirkungen des Verfahrens auf die Schmiede-Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften. Andere Aktivitäten umfassten Fließspannungsmessungen bei sieben verschiedenen Temperaturen und zwei unterschiedlichen Verformungsraten und die Messung der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit. Die Ergebnisse bildeten die Grundlage für die Finite-Elemente-Simulationen der Materialrestspannung. Insbesondere führten die Projektpartner Simulationen mit unterschiedlichen Maschendichten durch, um die Restspannungsverteilungen in Bauteilen mit komplexer Geometrie zu schätzen. Simulationen wurden dann mit experimentellen Ergebnissen verglichen. HITNIFO öffnet den Weg zur Entwicklung von Motoren mit höheren Abgastemperaturen und damit einer höheren Effizienz. Die Verwendung der optimierten Legierungen auf Nickelbasis sollte zur Verringerung des Motor- und daher Flugzeuggewichts führen und den Kraftstoffverbrauch verringern.
Schlüsselbegriffe
Jet-Motoren, hohe Temperaturen, Getriebefan, Legierung Schmiedeteile, Nickellegierungen
