Im Streben nach den von den Vereinten Nationen festgelegten Zielen für nachhaltige Entwicklung konzentriert sich die Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend auf Energie- und Ressourceneffizienz. Um in diesem Bereich Verbesserungen zu erzielen und gleichzeitig die hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen an Flugzeuge zu erfüllen und sogar zu übertreffen, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlichen und industriellen Partnern erforderlich. Eine solche Partnerschaft zwischen dem Materials Center Leoben (MCL) und der voestalpine BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG hat kürzlich einen Durchbruch in diesem Bereich erzielt.
Gemeinsam entwickelten sie ein Materialmodell für 15-5 PH, einen sogenannten Maraging-Stahl, der in strukturell kritischen Flugzeugkomponenten verwendet wird und dessen Herstellung einen äußerst energieintensiven Schmiedeprozess in mehreren Schmiedeschritten erfordert. Das Modell berücksichtigt den Einfluss dieses Prozesses auf verschiedene Bestandteile der Mikrostruktur des Stahls, die entscheidend für seine mechanischen Eigenschaften sind. Ein Beispiel ist die Veränderung der Korngröße durch Rekristallisation, also die Neubildung der Kornstruktur des Stahls als Reaktion auf Verformung. Ein weiteres Beispiel ist der Einfluss des Prozesses auf mikrometerkleine nichtmetallische Einschlüsse im Stahl – beides entscheidende Faktoren für die Bruchzähigkeit des Materials, also seiner Fähigkeit der Ausbreitung von Rissen zu widerstehen.
Wirkungen und Effekte
Durch die Anwendung des am MCL entwickelten Modells und die optimale Nutzung der hochmodernen Spindelpresse der voestalpine BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG konnte der Schmiedeprozess so weit optimiert werden, dass zwei der wichtigsten Schmiedeschritte zu einem einzigen kombiniert werden konnten – bei gleichzeitig verbesserter Zähigkeit. Durch den Wegfall eines gesamten Schmiedeschritts konnte der Energie- und Zeitaufwand im Produktionsprozess erheblich reduziert werden, was zu jährlichen Kosteneinsparungen von über 300.000 Euro führte – mit einem Potenzial von über 1 Million Euro pro Jahr bei Anwendung auf ähnliche Flugzeugteile.
In Zukunft kann das im Rahmen dieses Projekts entwickelte Modell auch bei der Entwicklung neuer, hocheffizienter Bauteilgeometrien eingesetzt werden, um die Wettbewerbsfähigkeit der voestalpine BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG auf dem Weltmarkt zu stärken.
Dr. Thomas Hönigmann
Junior Scientist Steel Engineering
Materials Center Leoben Forschung GmbH
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IC-MPPE / COMET-Zentrum
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Projektpartner
• Materials Center Leoben Forschung GmbH, Österreich
• Montanuniversität Leoben, Österreich
• BÖHLER Aerospace GmbH & Co KG, Österreich