Räumen von Titan und Superlegierungen: Werkzeuge und Verfahrensstrategien

Die meisten Ratschläge zum Räumen beziehen sich auf Stahl. Fräst man dieselbe Keilnut oder Keilverzahnung in Ti-6Al-4V oder Inconel 718, versagen Regeln, die zuvor als unumstößlich galten – ein Standard-M2-Räumer, eine angenehme Schnittgeschwindigkeit, eine Spülung mit Kühlmittel – still und leise: Die Schneidkanten brechen ab oder runden sich bereits nach einem Bruchteil ihrer erwarteten Lebensdauer ab, Oberflächen verschmieren statt abzuscheren, und die Maße weichen mit zunehmendem Werkzeugverschleiß ab. An der Maschine hat sich nichts geändert. Das Material schon.

Titanlegierungen und Superlegierungen auf Nickelbasis dominieren die Luft- und Raumfahrt sowie den Bereich der Gasturbinen – Gebläsescheiben, Verdichterspulen, Turbinenscheiben, Strukturbauteile – und stellen aus gegensätzlichen Gründen eine Herausforderung dar. Titan macht einem das Leben schwer, weil Wärme und Haftung; Nickel-Superlegierungen besiegen dich mit Kaltverfestigung und Warmfestigkeit. Die Gegenmaßnahmen unterscheiden sich entsprechend, und die Anwendung der für Titan geltenden Vorgehensweise auf Inconel (oder umgekehrt) ist einer der häufigsten Fehler, die wir in Angebotsanfragen neuer Zulieferer aus der Luftfahrtbranche feststellen.

Dieser Artikel befasst sich zunächst mit den materialwissenschaftlichen Hintergründen dieser Herausforderung und geht anschließend auf die praktischen Lösungsansätze ein: Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen, Drehzahl und Steigung pro Zahn, Kühlmittelzufuhr, Abfolge bei der Mehrfachräumung, Oberflächenintegrität sowie den Beitrag der Maschine selbst. Er baut auf den Grundlagen aus Welche Werkstoffe lassen sich räumen? und geht näher auf die beiden Familien ein, die Abkürzungen am härtesten bestrafen.

Warum Titan und Superlegierungen dem Räumen widerstehen

Titan: Wärme, die nicht entweicht, Kanten, die nicht nachgeben

Ti-6Al-4V, das Arbeitstier der Luft- und Raumfahrt, leitet Wärme um ein Vielfaches schlechter als Stähle. Beim Räumen macht sich das doppelt bemerkbar: Die Schnittgeschwindigkeiten sind niedrig und die Späne dünn, und jeder Zahn durchläuft eine Bohrung, die bereits durch die vorangegangenen Zähne erwärmt wurde. Wärme, die nicht in das Werkstück oder den Span abfließen kann, staut sich an der Schneidkante – und die daraus resultierenden Kantentemperaturen führen zu all den Versagen, für die Titan bekannt ist.

Der zweite Mechanismus ist chemischer Natur. Titan ist bei Schneidetemperatur hochreaktiv: Es schweißt sich unter Druck an die Schneide – die “Aufbau-Kante”, die jedem bekannt ist, der diese Legierung bearbeitet – und jeder festsitzende Span, der abgerissen wird, reißt Fragmente der Schneide mit sich. Der darauf folgende Kraterverschleiß an der Spanfläche, der „halbmondförmige“ Verschleiß, der dem Versagen seinen Namen gibt, ist das klassische Erkennungsmerkmal einer fehlgeschlagenen Titanbearbeitung. Ein Titan-Räumer stirbt selten einen sauberen Tod durch allmählichen Flankenverschleiß; er stirbt durch Anhaftung und Schneidkantenbruch.

Der dritte Mechanismus ist elastischer Natur: Der Elastizitätsmodul von Titan beträgt etwa die Hälfte desjenigen von Stahl, daher ist das Material springt zurück. Unter Schneiddruck wird das Werkstück vom Zahn weggebogen, prallt dann hinter diesem zurück und klemmt sich an der Flanke und an den Seiten des Räumwerkzeugs fest. Dadurch steigen Reibung und Wärmeentwicklung weiter an, und das Werkzeug kann im fertigen Formabschnitt eingeklemmt werden – weshalb bei Titanwerkzeugen großzügige Seiten- und Flankenfreistellungen zwingend erforderlich sind und warum sich eine Räuse, die genau wie ihr Stahlpendant dimensioniert ist, in einer Titanbohrung verklemmen kann.

Nickel-Superlegierungen: härter beim Zerspanen, hart im heißen Zustand

Inconel 718 – die Standardlegierung für rotierende Bauteile im Heißbereich – greift die Kante über zwei unterschiedliche Mechanismen an. Der erste ist schnelle Arbeitsverfestigung: Nickel-Superlegierungen verfestigen sich bei Verformung stark, sodass die Oberflächenschicht, an der ein Zahn gerieben oder teilweise eingeschnitten hat, messbar härter wird als das darunterliegende Material. Ein Zahn, der zu wenig in das Material eindringt, kann diese Hautschicht nicht durchdringen; stattdessen reibt er darüber hinweg, wodurch die Oberfläche weiter verfestigt wird und eine glasartige Schicht zurückbleibt, die nachfolgende Zähne kaum noch durchschneiden können.

Der zweite ist Warmfestigkeit. Nickel-Superlegierungen sind so konzipiert, dass sie – dank ihrer Gamma-Prime- und Gamma-Double-Prime-Verfestigungsphasen – ihre Festigkeit auch bei Temperaturen beibehalten, bei denen Werkzeugstähle bereits versagen. Inconel 718 wird durch eine feine Dispersion harter Gamma-Double-Prime-Ausscheidungen verstärkt, die in eine Matrix eingebettet sind, die bei Schneidetemperatur zäh bleibt. Das Werkzeug steht während des gesamten Schnittvorgangs einem abrasiven, zähen und unerweichten Werkstück gegenüber; es gibt keine Entlastung.

Im Vergleich: Titan ist von mäßiger Stärke, aber mit aggressiver chemischer Zusammensetzung und hoher Hitzeentwicklung; Nickelsuperlegierungen sind extrem kraftvoll und hart, dazu noch mit abrasiver Metallurgie. Jede der folgenden Strategien entspricht einem dieser vier Mechanismen.

Strategie für das Räumen von Titan: scharf, langsam und mit reichlich Kühlmittel

Halte die Klinge scharf – stumpfe Werkzeuge begünstigen chemische Reaktionen

Da bei Titan vor allem Haft- und Wärmebruch auftreten, ist die Schärfe der Schneide die wichtigste Entscheidung bei der Werkzeugauswahl. Eine scharfe Geometrie mit positivem Spanwinkel schneidet Titan sauber ab und hält die Temperatur niedrig; eine stumpfe oder stark geschliffene Schneide pflügt und reibt, wodurch genau der Druck und die Wärme vervielfacht werden, die das Druckschweißen antreiben. Titan-Räumwerkzeuge verfügen daher über größere Spanwinkel als bei Stahl-Räumern, wobei die Schneiden wirklich scharf geschliffen sein müssen – die Art der Schneidenaufbereitung, die bei Werkstücken aus gehärtetem Stahl die Lebensdauer verlängert, kann hier sogar schädlich sein. Auch die Schärfe ist ein Verschleißfaktor: Sobald die Schneide an Schärfe verliert, beschleunigt sich der Haftzyklus. Die Bearbeitung von Titan erfordert daher eine strengere Disziplin bei Überwachung der Standzeit von Räumwerkzeugen — Ziehen Sie das Werkzeug schon beim ersten Anzeichen von Kantenverschleiß heraus, nicht erst, wenn ein sichtbarer Defekt auftritt.

Niedrige Schnittgeschwindigkeit, Kühlmittelzufuhr

Die Wärmeentwicklung an der Schneidkante steigt mit der Schnittgeschwindigkeit, und Titan kann diese Wärme nicht über den Span abführen – daher besteht die einzige Möglichkeit darin, weniger Wärme zu erzeugen: schneidet deutlich langsamer als bei der Stahlbearbeitung. Der Vorteil dabei ist, dass das Räumen nie geschwindigkeitsabhängig war; ein Hub wird nach wie vor in Sekunden gemessen, sodass eine Geschwindigkeit im Bruchteil der Stahlgeschwindigkeit nur wenig Zykluszeit kostet, während sie einen überproportionalen Gewinn an Schneidkantenstandzeit bringt. Das Kühlmittel ist unterdessen ein tragender Bestandteil des Prozesses: Es wird in großem Volumen, idealerweise unter Druck, in die Schneidzone und entlang der Flanken geleitet, wo sich Reibung durch Rückfederung aufbaut, sodass es die tatsächlich arbeitenden Zähne erreicht, anstatt von der Bohrungsmündung abzprallen.

Beschichtungen und Maßnahmen gegen Kraterverschleiß

Moderne PVD-Beschichtungen aus der TiAlN-Familie – einschließlich aluminiumreicher Varianten, die für Legierungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurden – bieten der Schneide den doppelten Schutz vor den beiden Faktoren, die Titan am stärksten angreifen: eine Hitzebeständigkeitsbarriere, die das Substrat isoliert, und eine chemisch inerte Oberfläche, die dem Aufschweißen widersteht. Die Beschichtung verlängert die Lebensdauer einer scharfen Schneide; sie ersetzt jedoch nicht die Schärfe, und eine Beschichtung, die auf eine unzureichend scharfe Schneide aufgebracht wird, verfestigt das Problem. Wenn Verschmierungen, Titanrückstände an den Flanken oder sichelförmiger Verschleiß an der Spanfläche auftreten, ist die Checkliste für Gegenmaßnahmen kurz und handgrifflig: Geschwindigkeit reduzieren, Kühlmitteldruck erhöhen und Zielgenauigkeit verbessern, nachschleifen, um eine wirklich scharfe positive Schneide wiederherzustellen, die Unversehrtheit der Beschichtung überprüfen und sicherstellen, dass der Anstieg pro Zahn groß genug ist, damit jeder Zahn schneidet statt reibt.

Strategie für Nickel-Superlegierungen: Schneiden unterhalb der gehärteten Schicht

Warum der Steigungswert pro Zahn nicht zu klein sein darf

Die zentrale Regel beim Räumfräsen von Superlegierungen ist für Ingenieure, die mit Stahl ausgebildet wurden, kontraintuitiv: Wenn sich das Material durch die Bearbeitung verfestigt, ist ein “sanftes” Zerspanen mit feiner Zahnung kontraproduktiv.. Ein Zahn, der zu flach zubeißt, gleitet über die vom vorherigen Zahn hinterlassene verhärtete Haut und reibt an ihr, anstatt sie abzuscheren. Jeder Zahn muss tief genug zubeißen, um unter die zuvor ausgehärtete Schicht eindringen in festes Material. Deshalb weist eine Räumspindel aus Superlegierung oft weniger, dafür aber stärker belastete Zähne auf als eine Stahlräumspindel für dieselbe Form – und deshalb ist eine niedrige Drehzahl in Verbindung mit einer erheblichen Zahnbelastung das Markenzeichen des Räumens mit Nickellegierungen: langsamer als bei Stahl, aber niemals federleicht.

Werkzeugwerkstoffe: von PM-Schnellarbeitsstahl bis hin zu Hartmetallzähnen

Herkömmlicher Schnellarbeitsstahl bietet hier eine zu geringe Standzeit, um wirtschaftlich zu sein. Die realistische Leiter beginnt mit HSS aus der Pulvermetallurgie — Von PM hergestellte Sorten der Klasse M-4, deren feine, gleichmäßige Karbidstruktur den abrasiven Phasen standhält — und steigt auf Zähne aus Hartmetall oder eingesetzte Segmente für das Schruppen unter hoher Beanspruchung, bei dem der Materialabtrag am größten ist. PM-HSS bietet Zähigkeit und Nachschleifbarkeit zu vertretbaren Kosten; Hartmetall bietet Warmhärte bei einem Werkstoff, der genau dort fest bleibt, wo das Werkzeug am schwächsten ist. Bei der Herstellung von Superlegierungen werden häufig beide Werkstoffe kombiniert, und fast alle sind aus denselben Gründen wie bei Titan mit einer PVD-Beschichtung der TiAlN-Familie versehen.

Aufteilung der Bearbeitung: Schruppen, Vorschlichten, Schlichten mit Räumwerkzeugen

Bei einer einzigen Räumnadel, die ein Formteil aus einer Nickellegierung sowohl grob- als auch feinschlicht, muss ein einziges Werkzeug gleichzeitig höchsten Belastungen standhalten und höchste Geometriegenauigkeit gewährleisten – und bei Superlegierungen führt ein solcher Kompromiss zum Versagen. Die gängige Praxis ist eine Räumersatz: Die Schruppräumung sorgt mit ihrer hohen Steigung pro Zahn dafür, dass sie bei maximaler Schneidkantenerschonung unter die gehärtete Schicht vordringt; die Halbfertigräumung bringt die Form bei mäßiger Belastung und einer frischeren Geometrie nahe an die Zielabmessungen heran; der Feinstreibel verfügt über leichte, präzise Zähne, deren einzige Aufgabe die Endabmessung, Form und Oberfläche ist – geschützt vor den Arbeitsschritten, die ihn vorzeitig abnutzen würden. Durch die Aufteilung des Prozesses wird auch der Verschleiß aufgeteilt: Das teure Fertigbearbeitungswerkzeug bleibt scharf, da es nie für Schrupparbeiten eingesetzt wird, und der Schruppbrocher kann intensiv betrieben und häufig wiederaufbereitet werden, ohne die endgültige Geometrie zu beeinträchtigen. Die damit zusammenhängende Frage der Bearbeitung von gehärtetem gegenüber geglühtem Material wird behandelt in Harträumung vs. Weichräumung.

Die Spitzenanwendung: Tannenbaum-Schlitze in Turbinenscheiben

Wenn es eine Anwendung gibt, die den Stand der Technik beim Räumen von Superlegierungen definiert, dann ist es die Tannenbaum-Steckplatz — die sich verjüngende, mehrlappige Schwalbenschwanzverbindung, mit der die Turbinenschaufeln in einer Triebwerksscheibe verankert sind. Das Werkstück ist eine geschmiedete Scheibe aus der Inconel-Familie; die Geometrie besteht aus einer tiefen, abgewinkelten Form mit mehreren Radien, die innerhalb enger Toleranzen gefertigt und Dutzende Male identisch um den Rand herum wiederholt wird; die Folgen eines Defekts wären katastrophal. Jede der oben genannten Schwierigkeiten – Kaltverfestigung, Warmfestigkeit, abrasive Phasen – tritt hier in höchster Intensität auf.

In diesem Artikel finden Sie alle Antworten zum Thema „Fichtenbaum-Räumen“ im industriellen Maßstab: Mehrfachräumsequenzen mit Schruppen, Vorschlichten und Schlichten, verteilt auf eine Kette von nacheinander eingezogenen Räumnadeln; Hartmetall- und PM-HSS-Werkzeuge mit PVD-Beschichtungen für die Luft- und Raumfahrt; niedrige Hubgeschwindigkeiten mit Hochdruck-Kühlmittel, das durch den Schnitt gespült wird; Maschinen von außergewöhnlicher Steifigkeit und Hublänge. Das ist Räumtechnik auf höchstem technischen Niveau, ausführlich beschrieben in Räumen von Tannenbaum-Nuten in Turbinenscheiben. Die Drahterodierung hat sich hier einen festen Platz erobert – bei Prototypen, Reparaturen und Kleinserien –, da die Erosion die Härte von Inconel mühelos überwindet; bei den Stückzahlen eines Triebwerksprogramms sprechen jedoch, wie in […] dargelegt, die Skaleneffekte eindeutig für das Räumfräsen. Räumen vs. Drahterodieren. Was bei diesem Vergleich oft außer Acht gelassen wird, ist die Oberflächenintegrität, die in dieser Branche kein Nebengedanke ist.

Wie sich der Prozess im Vergleich zu Stahl unterscheidet: Ein qualitativer Vergleich

Die folgende Tabelle fasst zusammen, wie sich der Prozess verändert, wenn das Werkstück von legiertem Stahl über Titan bis hin zu Nickel-Superlegierungen wechselt. Die Angaben sind bewusst qualitativ gehalten: Genaue Geschwindigkeiten, Belastungen und Werkzeugspezifikationen liegen im Ermessen des Werkzeugkonstrukteurs und hängen von der Form, der Maschine und dem Materialzustand ab – kein verantwortungsbewusster Hersteller veröffentlicht allgemeingültige Werte für schwierige Legierungen.

Liest man die Zeilen quer durch, bestätigt sich das Muster: Es steht nichts über die Grundsatz Was die Änderungen beim Räumvorgang angeht – ein Werkzeug, progressiver Zahnabstand, ein Hub –, so zielen alle Parameter auf geringere Wärmeentwicklung, besseren Kantenschutz und tiefere, sauberere Einschnitte ab. Selbst schwierige Legierungen bringen den Prozess nicht zum Erliegen; sie verlangen dafür lediglich den vollen Preis.

Oberflächenintegrität: Die weiße Schicht und die Frage der Ermüdung

In der Luft- und Raumfahrt wird die Oberflächenqualität nicht allein anhand der Rauheit beurteilt. Ermüdungskritische Bauteile werden anhand folgender Kriterien beurteilt: Oberflächenintegrität — der Zustand des obersten Bruchteils eines Millimeters, in dem Risse entstehen. Dabei dominieren zwei Zustände: der weiße Schicht, eine dünne, harte, spröde, ungehärtete Struktur, die entsteht, wenn die Oberfläche über die Umwandlungstemperatur hinaus erhitzt und innerhalb von Mikrosekunden durch Kühlmittel abgeschreckt wird; und kaltverfestigte oder verschmierte Schichten, wo durch Reibung statt Scherung eine verformte Haut mit hoher Restspannung entsteht.

Hier wird die Wahl des Verfahrens zu einer metallurgischen Frage und nicht nur zu einer wirtschaftlichen. Beim Drahterodieren wird Metall durch Schmelzen und Verdampfen abgetragen, sodass jede Schnittfläche eine dünne Umschmelzschicht und eine Wärmeeinflusszone aufweist, die bei ermüdungskritischen Bauteilen möglicherweise anschließend entfernt werden muss. Ein ordnungsgemäß ausgeführter Räumschnitt schert das Metall unterhalb der Umwandlungstemperatur ab – mechanische Abtragung, keine Umschmelzschicht – und erzeugt mit scharfen Werkzeugen und angemessener Zahnbelastung Oberflächen, die frei von einer weißen Schicht sind. Bei rotierenden Bauteilen, bei denen ein Oberflächenfehler zum Stillstand eines Motors führen kann, ist dieser Unterschied ein wesentlicher Grund dafür, dass das Räumen bei Tannenbaumnuten nach wie vor seine Position behauptet. Die Einschränkung gilt jedoch in beide Richtungen: a schlecht geführt Das Räumen – stumpfe Schneidkanten, unzureichende Steigung pro Zahn, zu wenig Kühlmittel – kann selbst zu Verschmierungen, Kaltverfestigung und thermischen Schäden an der Oberfläche einer Superlegierung führen. Die Oberflächenintegrität ist ein Merkmal eines korrekt durchgeführten Prozesses, und die Prüfmaßnahmen (Ätzprüfungen, Probenahme zur Restspannungsmessung, metallografische Überprüfung) gehören vom ersten Tag an in den Prozessplan.

Was die Maschine beisteuern kann

Das Räumen von schwierigen Werkstoffen ist ein Systemproblem, und die Maschine macht die Hälfte des Systems aus. Zunächst einmal, Steifigkeit und Kraftreserve: Beim Räumfräsen von Superlegierungen mit starkem Zahnanstieg steigt die Schnittkraft erheblich an, und Maschine, Spannvorrichtung und Werkstück müssen dieser Kraft ohne Durchbiegung standhalten – was eine Sicherheitsreserve über der berechneten Belastung bedeutet, nicht eine Belastung, die dieser entspricht. Eine Maschine, die ohne Sicherheitsreserve ausgelegt ist, wird vibrieren, sich verziehen und ihre eigenen Geometriefehler in jede Form einprägen.

Zweitens, Geschwindigkeitsregelung über den gesamten Hub. Eine niedrige Schnittgeschwindigkeit ist nur dann von Vorteil, wenn es sich um eine kontrollierte, gleichbleibende niedrige Geschwindigkeit handelt – nicht um einen Anstieg zu Beginn des Schnitts oder eine Abweichung bei steigender Belastung. Servogesteuerte Maschinen haben hier einen echten Vorteil: Eine programmierte, gleichmäßige Geschwindigkeit bei wechselnder Belastung führt direkt zu einer gleichmäßigen Spandicke, einer gleichmäßigen Kantenbelastung und einer wiederholbaren Oberflächenbeschaffenheit von Zahn zu Zahn; siehe Servo- vs. hydraulische Räummaschinen für den praktischen Vergleich. Drittens, Kühlmittel als technische Infrastruktur: Hochdruckförderung, Filterung, die Späne von der Pumpe und dem Schnitt fernhält, sowie eine ausreichende Förderleistung für einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb. Eine für den Einsatz mit Stahl ausgelegte Maschine, die mit einem Räumwerkzeug aus einer hochfesten Legierung aufgerüstet wurde, versagt in der Regel an den Leitungen, nicht am Werkzeug.

Werkzeugökonomie: Kürzere Lebensdauer macht die Aufarbeitung zu einer strategischen Maßnahme

All dies läuft auf eine wirtschaftliche Tatsache hinaus: Räumer aus schwierigen Legierungen verschleißen schneller als Räumer aus Stahl. Der Adhäsionsverschleiß von Titan und die Kombination aus Verhärtung und Abrieb bei Nickel verkürzen die Standzeit der Schneidkanten, und die Anforderungen bei der Bearbeitung von Superlegierungen mit Mehrfachräumwerkzeugen führen zu einem erhöhten Bedarf an Werkzeugen im Einsatz. Die Werkzeugkosten pro Teil hängen daher weniger vom Anschaffungspreis ab als davon, wie viele Teile jeder Räumwerkzeug während seiner Lebensdauer liefert – was fast ausschließlich von der Aufarbeitung abhängt: Schneiden bis zu einer definierten Verschleißgrenze (weit vor dem sichtbaren Versagen), Nachschleifen, Neubeschichtung, Wiedereinsatz. Jeder gut durchgeführte Zyklus stellt den Großteil der ursprünglichen Leistungsfähigkeit zu einem Bruchteil der Ersatzkosten wieder her, wie in Überholung von Stempeln. Die entscheidende Betriebsregel: Bei schwierigen Legierungen muss die Verschleißgrenze festgelegt werden früher als bei Stahl, da Kantenbruch, Kraterbildung und Verschmieren die Werkstückoberfläche beeinträchtigen, lange bevor sie zum Stillstand der Maschine führen. Wenn man eine Titan-Räuse bis zur Verschleißgrenze für Stahl einsetzt, tauscht man kostengünstiges Nachschleifmaterial gegen ausrangierte Luftfahrtteile ein.

Häufig gestellte Fragen

Lässt sich Titan räumen?

Ja. Titanlegierungen, darunter Ti-6Al-4V, werden routinemäßig für Keile, Keilnuten und Formteile in der Luft- und Raumfahrt geräumt – vorausgesetzt, der Prozess ist speziell auf Titan ausgelegt: scharfe, positiv geneigte Schneidkanten, PVD-Beschichtungen der TiAlN-Familie, Schnittgeschwindigkeiten deutlich unter den für Stahl üblichen Werten, Hochdruck-Kühlmittelzufuhr in die Schnittzone sowie großzügige Freiräume für die Rückfederung des Werkstoffs. Was Titan jedoch nicht verzeiht, ist der Einsatz eines Stahlwerkzeugs mit Stahlparametern; diese Kombination führt aufgrund von Anhaftungen und Kraterverschleiß schnell zum Versagen.

Können Inconel und andere Nickel-Superlegierungen geräußert werden?

Ja – Inconel 718 und verwandte Legierungen werden im industriellen Maßstab geräußert, vor allem für die „Tannenbaum“-Nuten, in denen die Schaufeln in Turbinenscheiben gehalten werden. Die dafür erforderlichen Strategien umfassen eine größere Zunahme pro Zahn, damit jeder Zahn unterhalb der Kaltverfestigungsschicht schneidet, PM-HSS- oder Hartmetallwerkzeuge mit PVD-Beschichtungen für die Luft- und Raumfahrt, niedrige Schnittgeschwindigkeiten, Hochdruckkühlmittel sowie mehrstufige Räumvorgänge für Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtbearbeitung. Es handelt sich um anspruchsvolles, technisch ausgereiftes Räumverfahren – und um gängige Praxis in der gesamten Turbinenindustrie.

Welche Beschichtungen werden beim Räumen von Titan und Superlegierungen verwendet?

PVD-Beschichtungen der TiAlN-Familie sind der Industriestandard für beide Gruppen, wobei speziell für Luft- und Raumfahrtlegierungen alumiumbereicherte Varianten entwickelt wurden. Sie dienen als Hitzeschutzbarriere, die die Schneide vor Hitze schützt, und als chemisch inerte Oberfläche, die dem Druckschweißen von Titan widersteht. Die Beschichtung ergänzt – ersetzt jedoch niemals – die korrekte Kantenvorbereitung: Zuerst die Kante scharf schleifen, dann beschichten.

Warum wird die Räumgeschwindigkeit bei diesen Werkstoffen so niedrig gehalten?

Das liegt daran, wohin die Wärme geleitet wird. Titan leitet Wärme schlecht, sodass die an der Schneide entstehende Wärme dort verbleibt; Nickel-Superlegierungen behalten ihre Festigkeit bei Schneidtemperatur bei, sodass die Schneide bei zunehmender Erwärmung keine Entlastung erfährt. Eine höhere Schnittgeschwindigkeit erhöht direkt die Schnittekantentemperatur, und diese Temperatur ist ausschlaggebend für die Versagensarten beider Werkstoffgruppen – Adhäsion und Kraterbildung bei Titan, schneller abrasiver Verschleiß bei Superlegierungen. Da ein Schnittvorgang ohnehin nur wenige Sekunden dauert, kostet eine niedrige Schnittgeschwindigkeit kaum Zykluszeit und sorgt dafür für eine längere Standzeit, Maßhaltigkeit und Oberflächenintegrität. Sie ist die kostengünstigste Absicherung im Prozess.

Das Räumen von Titan und Superlegierungen in einem Satz: Die Legierungen geben den Ton an – Titan macht es einem schwer, wenn es heiß wird oder die Schneidkanten stumpf sind, Nickel macht es einem schwer bei leichten Schnitten und weichen Werkzeugen – und ein Prozess, der auf diese Gegebenheiten abgestimmt ist, von der Beschichtung über das Kühlmittel bis hin zur Maschine, erzeugt Formen in Luft- und Raumfahrtqualität mit einer Geschwindigkeit und zu Kosten, die keine Alternative erreichen kann.

Wir bauen Räummaschinen und entwickeln die dazugehörigen Werkzeugprogramme, einschließlich der hier beschriebenen Mehrfachräumsequenzen und Strategien für schwierige Legierungen. Wenn es sich bei Ihren Teilen um Formteile aus Titan oder Nickel-Superlegierungen handelt – Keilnuten, Tannenbaumnuten, Strukturprofile – und diese in Serienfertigung hergestellt werden sollen, senden Sie uns bitte die Zeichnungen, Materialspezifikationen und Jahresmengen zu. Wir werden Ihnen dann klar und deutlich darlegen, wie die Werkzeugausstattung, die Maschinenkonfiguration und der Prozessplan aussehen sollten.