Materialauswahl und Bearbeitungsprozesse für Flugzeugtriebwerksschaufeln

Flugzeugtriebwerksschaufeln sind die Kernkomponenten von Flugzeugtriebwerken, deren Leistung sich direkt auf die Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Triebwerks auswirkt. Das Schaufelmaterial muss hohe Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Kriechfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Derzeit werden hauptsächlich folgende Materialien verwendet:
1. Hochtemperaturlegierungen, wie z. B. Nickelbasislegierungen (wie INCONEL, Waspaloy), die für Hochtemperaturbauteile wie Turbinenschaufeln geeignet sind;
2. Titanlegierungen (wie Ti6Al4V), die für Fan-/Verdichterschaufeln verwendet werden und Leichtbauweise und Festigkeit kombinieren;
3. Verbundwerkstoffe, wie z. B. kohlenstofffaserverstärktes Epoxidharz, die hauptsächlich für Fan-Schaufeln verwendet werden und das Gewicht deutlich reduzieren und die Effizienz steigern können.
Darüber hinaus sind intermetallische Verbindungen (wie Titanaluminide) aufstrebende Materialien, die das Potenzial haben, die Temperaturbeständigkeit weiter zu verbessern.

In Bezug auf die Bearbeitungsprozesse sind die Schaufelfertigungstechniken komplex und präzise:

CNC-Bearbeitung: Fünf-Achsen-Simultanfräsen wird zur Formgebung komplexer Freiformflächen eingesetzt, wobei der Schwerpunkt auf Hochgeschwindigkeitszerspanung und Schwingungsunterdrückungstechniken liegt.

Präzisionsschmieden: Wird verwendet, um hochpräzise Rohlinge zu erzeugen, die den vollständigen Metallfluss beibehalten und die nachfolgende Bearbeitungszugabe reduzieren.

Spezielle Verfahren: Dazu gehören superplastische Umformung/Diffusionsschweißen (für Titanlegierungs-Hohlprofile) und Feinguss (für gerichtet erstarrte/einkristalline Turbinenschaufeln).

Oberflächenbehandlung und Prüfung: Umfasst Elektropolieren, Kugelstrahlen und zerstörungsfreie Prüfmethoden wie Wirbelstromprüfung und Koordinatenmessung, um Fehlerfreiheit zu gewährleisten.

Die Auswahl dieser Materialien und Verfahren zielt darauf ab, Leistung, Gewicht und Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen und sich an die extremen Arbeitsbedingungen in verschiedenen Triebwerksbereichen (z. B. Hochtemperaturturbine vs. Kaltseitenlüfter) anzupassen.