Bild 4: Fertigungsfolge IM FOKUS Erst durch die Entwicklung eines Verfahrens, durch das bei konstant hoher Temperatur die Werkzeuge mit extrem geringen Geschwindigkeiten bewegt werden können, ist es gelungen, Bauteile aus Titanaluminid durch Schmieden herzustellen. Bei dem sogenannten Isothermschmieden haben sowohl das Werkzeug als auch das Schmiedestück die gleiche Temperatur, damit während der langen Umformzeiten die Schmiedestücktemperatur in dem notwendigen engen Fenster gehalten werden kann. Sowohl Gesenk- als auch Schmiedestücktemperatur betragen daher beispielsweise für die Legierungsvariante g-TAB 1.150 °C (daher „Isothermschmieden“). Zur Vermeidung von Rissen muss die Geschwindigkeit des Pressenstößels extrem niedrig gewählt werden. Da die Gesenke auch beheizt sind, wird die Umformtemperatur konstant gehalten. Die Gesenke bestehen aus Molybdänlegierungen, da dieser Werkstoff eine hinreichende Warmfestigkeit unter den genannten Bedingungen aufweist. Zum Schutz der Werkzeuge vor Oxidation muss der gesamte Prozess in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden. Die in der Produktion installierten Isothermpressen verfügen über entsprechende Einrichtungen, bei denen der gesamte Pressenraum einschließlich Erwärmungsofen unter Stickstoff gehalten wird. Bild 3 zeigt oben die auf Umformtemperatur erwärmte Ronde im geöffneten Isothermgesenk. In der unteren Bildhälfte liegt die fertig geschmiedete Aufmaßschaufel im Gesenk. Die Temperatur von Gesenk und Schmiedestück wird konstant auf über 1.000 °C eingestellt. Nach Abgraten, Wärmebehandlung und Fertigbearbeitung zeigen die auf diese Weise hergestellten Schaufeln die gewünschten Gebrauchseigenschaften. Bei den erforderlichen hohen Gesenktemperaturen besitzen die zur Verfügung stehenden Molybdänlegierungen nicht mehr die Warmfestigkeit, die zum sonst üblichen Präzisionsschmieden mit engen Toleranzen notwendig sind. Daher können zurzeit nur Schaufeln mit Aufmaß geschmiedet werden. Durch elektrochemisches Bearbeiten (ECM – Electro Chemical Milling) oder Fräsen wird die Endkontur des Schaufelblatts hergestellt, während der Schaufelfuß durch Fräsen und Schleifen seine Form erhält. Bild 4 zeigt auf der linken Seite den Aufmaß- Schmiederohling. In der Mitte ist das mittels ECM bearbeitete Schaufelblatt zu sehen, rechts die fertige Schaufel. Zusammen mit dem für die ECM-Bearbeitung notwendigen Zapfen zur Einleitung der erforderlichen hohen Ströme und dem Schmiedeaufmaß ist bei dieser heute zur Verfügung stehenden Technologie der Materialverlust noch hoch. Verdichterschaufeln aus unterschiedlichen TiAl-Legierungen für verschiedene Versuchsträger wurden erfolgreich geschmiedet. Nach der erfolgreichen Herstellung von Verdichterschaufeln mit relativ kleiner Blattlänge von zirka 30 mm war die nächste Herausforderung das Schmieden von Turbinenschaufeln mit über 200 mm Länge. Als Einsatzmaterial dienen gegossene Zylinder aus der Legierung TNM (Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B). Die vorherrschende Phase in dieser Legierung im Gusszustand bei Umformtemperatur ist die relativ leicht umformbare ß-Phase, sodass sich vor dem eigentlichen Schmieden eine Kornfeinung durch Strangpressen erübrigt. Zur Umformung massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2016 29
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