Die Rolle von Software in modernen Abkantpressen
In der sich schnell entwickelnden Welt der Metallverarbeitung sind Präzision und Effizienz von größter Bedeutung. Hier kommt die Abkantpressen-Software ins…
Stahl spielt eine entscheidende Rolle in vielfältigen Anwendungen moderner Flugzeuge und Luftfahrtsysteme. Verschiedene Stahlsorten werden für Strukturbauteile verwendet, wobei ihre hohe Festigkeit, Zähigkeit, Steifigkeit und Korrosionsbeständigkeit genutzt werden.
Dank dieser vorteilhaften Eigenschaften werden essenzielle Komponenten wie Fahrwerke, Triebwerksaufhängungen, Bolzen und Rumpfteile häufig aus Stahl gefertigt.
Um den anspruchsvollen Anforderungen moderner Flugzeuge gerecht zu werden, konzentriert sich die laufende Forschung darauf, die Eigenschaften von Stahl zu verbessern und neue Verfahren zu entwickeln, die seine Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen deutlich steigern und so die Gesamtleistung der Flugzeuge erhöhen.
Ultra-Hochfeststähle (UHSS) sind Stähle mit einer Streckgrenze von über 1380 MPa. Sie finden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungseigenschaften breite Anwendung in kritischen Bauteilen wie Triebwerkslagern und Fahrwerken.
Im strukturellen Design von Luftfahrtprodukten ist Leichtbau ein zentrales Konzept. Obwohl Materialien mit hoher spezifischer Festigkeit wie Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Verbundwerkstoffe weit verbreitet sind, nimmt der Einsatz von Stahl in Flugzeugstrukturen ab.
Dennoch bleibt UHSS das bevorzugte Material für Hauptlager von Triebwerken und Fahrwerke. Das Erreichen einer Zugfestigkeit von mehr als 2 GPa bei UHSS in einer einzelnen Anwendung ist problemlos möglich.
Die Kontrolle der Größe, Menge und Verteilung von Nanopartikeln ist entscheidend für die Verbesserung von Festigkeit und Zähigkeit von Baustahl. Forscher veröffentlichten im Journal of Materials Research and Technology einen Artikel, der eine neuartige Verstärkungsmethode für Luftfahrtstähle beschreibt.
Die neueste Methode kombiniert Nano-Partikel mit geringem Gitterfehlanpassung und die Erzeugung einer Martensitmatrix mit vielen Versetzungen. Durch die synergetische Wirkung von NiAl-Nanopartikeln und hochdichten Versetzungen wird das Material verstärkt.
Eine nanoskalige Ko-Ausfällungs-Methodik mit NiAl stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Zähigkeit dar. Durch eine Steigerung der Festigkeitsklasse können verschiedene Nanopartikel synergetisch kombiniert werden, sodass die Leistung über das Niveau hinausgeht, das durch die Verstärkung mit nur einem Typ von Nanopartikel erreicht wird.
Die Entwicklung neuer Ultra-Hochfeststähle (UHSS) erfordert eine sorgfältige Abstimmung von Legierungszusammensetzung, Herstellungsprozessen und Gebrauchseigenschaften. Ziel ist es, nicht nur die Grenzen konventioneller UHSS zu überwinden, sondern auch innovative Mechanismen zur Verstärkung und Zähigkeitssteigerung umfassend zu erforschen und zu nutzen, um das optimale Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit zu erzielen.
Hexagonales Bornitrid (hBN) ist ein bedeutendes 2D-Material, das für seine flache Schichtstruktur, chemische Inertheit und hohe thermische Stabilität bekannt ist. Diese Eigenschaften machen es vielseitig einsetzbar. Neben seiner Funktion als Substrat dient hBN auch als Isolator und hervorragende Schutzschicht, die Korrosion verhindert und Widerstand gegen Hochtemperaturoxidation bietet.
Forscher berichteten in Advanced Materials Interfaces über ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD), mit dem hBN gleichmäßig auf großflächigen Oberflächen unterschiedlichster Legierungen und Stähle – unabhängig von deren komplexer Geometrie – abgeschieden werden kann.
Im Gegensatz zu früheren Berichten, die nur einen begrenzten Schutz durch hBN gegen Korrosion und Oxidation zeigten, demonstriert diese Studie einen effektiven Schutz der Stähle gegenüber 10 % Salzsäure (HCl) und eine hohe Oxidationsbeständigkeit bei 850 °C in Luft. Zudem wurde eine deutliche Reduzierung des Reibungskoeffizienten von mit hBN beschichteten Stählen festgestellt.
Das Team hob die Wirksamkeit von direkt auf Stählen synthetisierten hBN-Filmen hinsichtlich Korrosions- und Hochtemperaturschutz hervor und zeigte zudem verbesserte tribologische Eigenschaften auf.
Die Schutzschicht erhöhte den Schutz der Bauteile für bis zu 10 Tage. Diese Beschichtung wird die Lebensdauer zahlreicher Luftfahrtkomponenten – insbesondere jener in den Brennkammern moderner Triebwerke – signifikant verbessern.
Für Stahlbauteile in Flugzeugen wird eine spezielle chemische Behandlung, die Passivierung, eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit deutlich zu erhöhen. Hersteller setzen verschiedene Arten von ausscheidungshärtenden rostfreien Stählen in unterschiedlichen Bereichen von Flugzeugen ein.
Custom450 wird für Turbinenschaufeln verwendet, AM350 für Wellen, Rotoren und Turbinenschaufeln, während 15-5PH und 17-4PH für Strukturbauteile wie Klappen bevorzugt werden. Diese Materialien und Behandlungen sind entscheidend für die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von Luftfahrtkomponenten unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.
Ein in Metals veröffentlichter Artikel untersuchte das elektrochemische Verhalten von passiviertem 15-5PH, 17-4PH, Custom450 und AM350 Edelstahl unter Verwendung von Zitronen- und Salpetersäurebädern. Die Passivierung erfolgte über verschiedene Zeiträume und Temperaturen.
Die Bewertung wurde in Natriumchlorid- (NaCl) und Schwefelsäure- (H2SO4) Lösungen mittels potentiodynamischer Polarisationskurven (PPC) gemäß ASTM G5-13 durchgeführt.
In H2SO4 wurde eine sekundäre Passivierung beobachtet, während in NaCl eine Pseudo-Passivierung mit instabiler Passivschicht auftrat. Die Stromdichten in NaCl lagen zwischen 10^-4 und 10^-5 mA/cm2, während sie in H2SO4 etwa 10^-2 bis 10^-3 mA/cm2 betrugen.
Zitronensäure zeigte eine wirkungsvolle Passivierung, wobei die Korrosionsbeständigkeit in einigen Fällen mit der von Salpetersäure vergleichbar war. Neue Forschungen heben hervor, dass Zitronensäure leicht für Passivierungstechniken eingesetzt werden kann, da sie weniger umweltschädlich ist und keine Giftstoffe freisetzt.
Weltweit bemühen sich Forscher, die Emissionen und Umweltauswirkungen der Luftfahrtbranche zu minimieren. Der Einsatz natürlicher Materialien kann den Ausstoß von Treibhausgasen deutlich reduzieren.
Um eine Alternative zu herkömmlichem Stahl zu entwickeln, haben Forscher einen effizienten Top-down-Ansatz vorgestellt, um natürlichen Bambus in “Bambusstahl” umzuwandeln. Diese Methode wird in einem Artikel in ACS Applied Materials and Interfaces beschrieben.
Die Herstellung beinhaltete das Entfernen von Lignin und Hemizellulose, Gefriertrocknung, Epoxidimprägnierung und Verdichtung mit gleichzeitiger Aushärtung. Das resultierende Bambusstahl-Komposit ist ein extrem starkes Material mit einer spezifischen Zugfestigkeit von 302 MPa g^-1 cm^3 und übertrifft damit konventionellen hochfesten Stahl (227 MPa g^-1 cm^3).
Bambusstahl zeigte eine hohe Zugfestigkeit (407,6 MPa), eine Rekord-Biegefestigkeit (513,8 MPa) und bemerkenswerte Zähigkeit (14,08 MJ/m^3). Dieser Ansatz mit dem natürlich reichlich vorhandenen Bambus bietet großes Potenzial für nachhaltige Luftfahrt- und Bauwerkstoffe, die speziell für Strukturbauteile entwickelt werden.
