Bearbeitung von Schmiedeteilen für die Luft- und Raumfahrt-Kraftstoffförderung

Die Bearbeitung von Schmiedeteilen für die Luft- und Raumfahrt-Kraftstoffförderung bezieht sich auf die Herstellung von Metallteilen durch Schmiedeverfahren in Kombination mit Präzisionsbearbeitung für kritische Komponenten von Flugzeugtriebwerken, Raketenantriebssystemen oder Satelliten-Treibstoffversorgungssystemen. Diese Komponenten werden hauptsächlich für den Transport von Flugzeugtreibstoff, flüssigem Wasserstoff/flüssigem Sauerstoff usw. verwendet, um Zuverlässigkeit und Sicherheit in großen Höhen, bei hohen Geschwindigkeiten, extremen Temperaturen (-200°C bis +500°C) und hohem Druck (>10 MPa) zu gewährleisten. Schmiedeverfahren (wie Gesenkschmieden oder Präzisionsschmieden) bieten eine ausgezeichnete Kornfeinung, Festigkeit und fehlerfreie Struktur. Im Vergleich zu Guss- oder Bearbeitungsverfahren kann die Lebensdauer von Schmiedeteilen um das 2- bis 5-fache erhöht werden, was den hohen Zuverlässigkeitsanforderungen der Luft- und Raumfahrt entspricht (gemäß AS9100-Standard). Typische Komponenten sind Kraftstoffpumpengehäuse, Ventilkörper, Düsenverbindungsstücke und Rohrleitungsflansche.

1. Materialeigenschaften

Für Schmiedeteile für die Luft- und Raumfahrt-Kraftstoffförderung werden häufig Hochleistungslegierungen verwendet, um Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und geringes Gewicht zu gewährleisten:

• Titanlegierung (Ti-6Al-4V): Leicht (Dichte 4,5 g/cm³), hohe Festigkeit (>900 MPa), beständig gegen Kraftstoffkorrosion, geeignet für kryogene Flüssigwasserstoffsysteme.
• Nickelbasis-Superlegierung (Inconel 718, Hastelloy X): Hochtemperaturbeständig (>1000°C), oxidationsbeständig, geeignet für die Kraftstoffförderung von Hochtemperatur-Gasturbinen.
• Edelstahl (17-4PH, 15-5PH): Ausscheidungshärtend, Härte HRC>40, ermüdungsbeständig, geeignet für Mitteltemperatur-Flugzeugtreibstoffsysteme.
• Andere: Aluminiumlegierung (7075-T6) für leicht belastete Komponenten oder Kobaltbasislegierung für extreme Verschleißanwendungen.

2. Bearbeitungsmethoden

Die Bearbeitung von Schmiedeteilen kombiniert Rohschmieden, Wärmebehandlung und Feinbearbeitung, um Präzision (Toleranz ±0,02 mm) und Oberflächenqualität (Ra≤0,8μm) zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Schritten gehören:

• Präzisionsgesenkschmieden (Closed-Die Forging): Verwenden von Hochtemperaturformen (800-1200°C) zum Schmieden von Rohlingen, um nahezu endformnahe Teile zu erzeugen. Vorteile: Materialausnutzung >90 %, Reduzierung der Bearbeitungsmenge. Geeignet für komplexe Formen wie Pumpengehäuse.
• Isothermes Schmieden (Isothermal Forging): Schmieden bei konstanter Temperatur in Vakuum oder inerter Gasatmosphäre, geeignet für Titan/Nickel-Legierungen, um Oxidation und Verformung zu vermeiden. Hohe Präzision, gleichmäßiges Korn.
• Wärmebehandlung: Vakuumhärten + Aushärten, um die Festigkeit zu erhöhen (z. B. Erhöhung der Härte von Inconel 718 von HRC 30 auf 45).
• Feinbearbeitung:
  • 5-Achsen-CNC-Bearbeitung: Entfernen von Aufmaß, Bearbeiten von Freiformflächen und Bohrungen. Verwenden von hochsteifen Werkzeugmaschinen (wie DMG Mori) in Kombination mit CAM-Software zur Optimierung der Pfade, Steuerung der Vibration <5μm.
  • Elektrochemische Bearbeitung (ECM) oder Laserbearbeitung: Berührungslose Feinbearbeitung von Innenräumen, Vermeidung von Wärmespannungen, Oberflächenrauheit Ra<0,4μm.
  • Schleifen/Polieren: Endgültige Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.
• Hilfsprozesse: Zerstörungsfreie Prüfung (Ultraschall/Röntgen), um Risse auszuschließen; Oberflächenbeschichtung (wie DLC- oder Keramikbeschichtung) zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit.