REFORM

Ressourceneffiziente Formgebungsverfahren für Titan und hochwarmfeste Legierungen

Im Verbundvorhaben "REFORM" wurden ressourceneffiziente Formgebungsverfahren für Bauteile aus Titan sowie hochwarmfesten Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis entwickelt, die sich auch für mittlere und kleine Stückzahlen verwenden lassen.

Titan und hochwarmfeste Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis werden in thermisch und mechanisch hoch belasteten Bereichen, zum Beispiel in Verbrennungsräumen in Fahrzeugmotoren, eingesetzt. In der Luft- und Raumfahrttechnik werden Komponenten für Gasturbinen daraus hergestellt, in der Medizintechnik entstehen aus diesen Werkstoffen Implantate. Titan ist außerdem ein hervorragender Leichtbauwerkstoff. Weitere Anwendungsfelder sind die chemische Industrie sowie die Offshore- und Energietechnik. Vor allem in der Luftfahrt- und Energietechnik nimmt der Verbrauch zu.

Bei der Fertigung kleiner und mittlerer Stückzahlen wird die Formgebung durch spanende Verfahren dominiert, die mit hohen Materialverlusten verbunden sind. Umformverfahren waren bisher aufgrund der hohen Werkzeugkosten bei geringen Stückzahlen unwirtschaftlich. In der Massivumformung ist typischerweise die Negativform des Bauteils im Werkzeug abgebildet. Mit einem Werkzeug kann nur eine einzige Bauteilgeometrie gefertigt werden. Die neu entwickelten Umformverfahren basieren auf Verfahrenstechniken des Längs- und Querwalzens und erlauben den Einsatz flexibler, einfacher und kostengünstiger Werkzeuge. Produktsortimente, die bisher spanend hergestellt wurden, können nun auch wirtschaftlich mit umformenden Verfahren hergestellt werden. Durch deren Einsatz wird wesentlich weniger Anfangsmaterial benötigt und weniger Energie verbraucht, zudem werden die CO2-Emissionen gesenkt.

Die Substitution abfallintensiver spanender Verfahren durch umformende Verfahren zieht hohe Material- und Energieeinsparungen nach sich: Die Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung von Schaufeln für Flugzeugtriebwerke führte in einer Beispielanwendung zur Materialeinsparung von 17 Prozent, zur Energieeinsparung von 28 Prozent und zur CO2-Reduktion von etwa 12.000 Tonnen pro Jahr. In einer weiteren Verfahrensanwendung erbringt die neue umformtechnische Prozesskette zur Herstellung von Ventilsitzringen eine Materialeinsparung von 52 Prozent, eine Energieeinsparung von 55 Prozent und eine CO2-Reduktion von etwa 1.800 Tonnen pro Jahr. Als Nebeneffekt lassen sich mit den ressourceneffizienteren Herstellungsverfahren Bauteile mit verbesserten Eigenschaften produzieren. Langfristig sind die ressourceneffizienten Umformverfahren auch für andere Industriezweige, beispielweise für die Stahl- und Metallindustrie, nutzbar.


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Kontakt

Dr.-Ing. Bernd Lorenz
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Telefon: +49 (0) 371 5397-1332

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Fona - Forschung für Nachhaltigkeit
Forschungszentrum Jülich
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung