LKR erzielt Durchbruch bei energieeffizienter Titanumformung

Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen des AIT Austrian Institute of Technology hat im Rahmen des COMET-Projekts ProMetHeus (Teilprojekt „Titania“) einen technologischen Durchbruch bei der Umformung von Titanblechen (Ti-6Al-4V) erzielt. Durch ein innovatives Tiefziehverfahren unter 500 °C konnten erhebliche Einsparungen bei Energieverbrauch, Zeit und Kosten realisiert werden. Ein entsprechendes Patent befindet sich kurz vor der Erteilung.

Eine Frau und eine Mann in blauen Arbeitsanzügen betrachten ein Metallteil und stehen vor einer Maschine

Titan in der Luftfahrt: Unverzichtbar, aber herausfordernd

Titan bleibt aufgrund seiner hohen spezifischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringen Dichte ein Schlüsselmaterial der Luftfahrtindustrie. Gleichzeitig stellen traditionelle Umformungsverfahren enorme Herausforderungen dar: Das bisher übliche superplastische Umformen (SPF) erfordert extrem hohe Temperaturen von 840 bis 930 °C und verursacht nicht nur hohe Energiekosten, sondern auch die Bildung der spröden „α-case“-Schicht, die aufwendig entfernt werden muss.

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Innovation: Tiefziehen unter 500 °C

Das LKR-Team entwickelte ein neuartiges Heißtiefziehverfahren, bei dem Titanbleche auf eine Temperatur unterhalb der klassischen SPF-Grenze vorgewärmt und dann umgeformt werden. Durch diese Methodik können kostengünstigere Warmarbeitsstähle anstelle teurer Nickelbasislegierungen als Werkzeugmaterial genutzt werden. Die reduzierte Temperatur verringert zudem die Sauerstoffaufnahme erheblich, wodurch die Bildung einer α-case-Schicht weitgehend vermieden wird.

Erste Testläufe im Jahr 2022 zeigten bereits den erfolgreichen Tiefzug eines Bauteils mit einer Tiefe von 44 mm. Inzwischen konnte diese Tiefe auf 68,5 mm gesteigert werden – das Maximum des verwendeten Testwerkzeugs.

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Starke Ergebnisse und industrielle Vorteile

Die optimierte Prozessführung ermöglicht nicht nur kürzere Vorwärmzeiten und niedrigere Temperaturen, sondern bewies auch eine hohe Reproduzierbarkeit – selbst bei Blechen mit rauerer Oberfläche, wie sie von voestalpine BÖHLER Bleche GmbH & Co KG zur Verfügung gestellt wurden.

Auch die mechanischen Eigenschaften überzeugen: Eine Bruchdehnung von über 10 % wurde ohne zusätzliche Wärmebehandlung erreicht. Erste Tests eines zweistufigen Umformprozesses verliefen ebenfalls erfolgreich, was das Potenzial für komplexere Bauteile unterstreicht.

Besonders hervorzuheben ist, dass der Prozess ohne signifikante Bildung der α-case-Schicht auskommt – ein erheblicher Vorteil gegenüber traditionellen Verfahren.

Erfolgsbasis für industrielle Kommerzialisierung

Georg Kunschert, Projektverantwortlicher von ProMetHeus-Titania, erklärt:
„Unsere neuartige Technik bietet zahlreiche Verbesserungen gegenüber bestehenden Ti-6Al-4V-Umformverfahren und stellt eine echte Erfolgsgeschichte innerhalb des COMET-Projekts ProMetHeus dar. Die bisherigen Ergebnisse bilden eine vielversprechende Grundlage für die industrielle Kommerzialisierung dieser innovativen Titanumformung – mit großem Potenzial für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, den chemischen Apparatebau und die Medizintechnik.“