Monash-Ingenieure stellen die höchste spezifische Festigkeit einer Titanlegierung her

Eine erstmalige Studie unter der Leitung von Ingenieuren der Monash University hat gezeigt, wie modernste 3D-Drucktechniken zur Herstellung einer ultrahochfesten kommerziellen Titanlegierung eingesetzt werden können – ein bedeutender Fortschritt für die Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs-, Energie- und Biomedizinindustrie.

Australische Forscher unter der Leitung von Professor Aijun Huang und Dr. Yuman Zhu von der Monash University nutzten ein 3D-Druckverfahren, um eine neuartige Mikrostruktur zu manipulieren. Auf diese Weise erreichten sie eine noch nie dagewesene mechanische Leistung.

Die in Nature Materials veröffentlichte Forschungsarbeit wurde an handelsüblichen Legierungen durchgeführt und kann sofort angewendet werden.

“Titanlegierungen erfordern komplexe Gussverfahren und thermomechanische Bearbeitung, um die für einige kritische Anwendungen erforderlichen hohen Festigkeiten zu erreichen. Wir haben herausgefunden, dass die additive Fertigung ihr einzigartiges Herstellungsverfahren nutzen kann, um ultrastarke und thermisch stabile Teile aus handelsüblichen Titanlegierungen herzustellen, die direkt im Betrieb eingesetzt werden können”, sagt Professor Huang.

“Nach einer einfachen Nachwärmebehandlung einer handelsüblichen Titanlegierung werden ausreichende Dehnungen und Zugfestigkeiten von über 1.600 MPa erreicht, die höchste die höchste spezifische Festigkeit unter allen bisher in 3D gedruckten Metallen. Diese Arbeit ebnet den Weg zur Herstellung von Strukturwerkstoffen mit einzigartigen Mikrostrukturen und hervorragenden Eigenschaften für breite Anwendungen.”

In den letzten zehn Jahren hat der 3D-Druck eine neue Ära in der Metallherstellung eingeläutet, denn dank seiner Designfreiheit kann nahezu jedes geometrische Teil hergestellt werden.

Titanlegierungen sind gegenwärtig die führenden 3D-gedruckten Metallkomponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Die meisten handelsüblichen Titanlegierungen aus dem durch 3D-Druck hergestellten Titanlegierungen weisen jedoch für viele strukturelle Anwendungen keine zufriedenstellenden Eigenschaften auf, Dies gilt insbesondere für ihre unzureichende Festigkeit bei Raum- und Hochtemperaturen unter rauen Einsatzbedingungen.

“Unsere Ergebnisse bieten einen völlig neuen Ansatz für die Ausscheidungshärtung in handelsüblichen Legierungen, der für die Herstellung echter Bauteile mit komplexer Form für tragende Anwendungen genutzt werden kann. Diese Anwendung gibt es bisher noch bei keiner Titanlegierung”, sagt Professor Huang.

“Der 3D-Druck und die einfache Wärmebehandlung bedeuten auch, dass die Prozesskosten im Vergleich zu anderen Materialien mit ähnlicher Festigkeit stark reduziert sind.”

Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieser Arbeit zu grundlegenden Erkenntnissen über die Prinzipien der Verfestigung und Versetzungstechnik auf dem Gebiet der physikalischen Metallurgie führen werden.

Professor Huang leitete die Forschungsarbeit mit dem Titel “Ultrastrong nanotwinned titanium alloys through additive manufacturing” zusammen mit Dr. Yuman Zhu vom Monash Centre for Additive Manufacturing.

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