Geschichte der Ti-3Al-2,5V-Legierung in der Luft- und Raumfahrt

Titan ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erdoberfläche und steht an vierter Stelle der Strukturelemente. Aufgrund dieser Fülle und der einzigartigen Eigenschaften, die Titan bietet, war es die natürliche Wahl der Flugzeugkonstrukteure, es zum bevorzugten Material für den Bau von Flugzeugen zu machen. Beim Vergleich des Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht hat sich die Titanlegierung gegenüber den meisten anderen Strukturwerkstoffen der Luft- und Raumfahrt als überlegen erwiesen. Die geringe Dichte, die etwas mehr als die Hälfte der Dichte von Stahl beträgt, und die Kombination aus hoher Festigkeit haben dazu geführt, dass Titan immer häufiger eingesetzt wird, so dass jedes moderne Militär- und Verkehrsflugzeug erhebliche Mengen dieses Materials enthält.

Aufgrund der sehr strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie wurden zahlreiche Titanlegierungen entwickelt. Diese Legierungen erhöhen die Festigkeit von reinem Titan beträchtlich, wobei der Gewichtsvorteil erhalten bleibt. Als Rohrleitungsmaterial wurde eine Titanlegierung benötigt, die das Gewicht des Hydrauliksystems verringern und gleichzeitig hochfeste Eigenschaften bieten würde. Die Legierung Ti-6Al-4V war die erste Wahl, da sie bereits das Arbeitspferd der Branche war. Die Bemühungen, Rohre aus dieser Legierung herzustellen, blieben jedoch erfolglos, so dass eine Alternative gesucht wurde. CP-Titan erwies sich als nützlich für Rohrleitungen, hatte aber nicht die Festigkeit für die meisten hydraulischen Anwendungen.

Eine magerere Legierung, die dieselben Legierungselemente wie Ti-6Al-4V verwendet, erwies sich als ausreichend formbar für die Rohrherstellung und bot eine Reihe sehr nützlicher Eigenschaften für die Anwendung in Hydrauliksystemen. Diese Legierung, Ti-3Al-2,5V, kann mit den üblichen Rohrherstellungsverfahren kaltverformt werden, ist schweißbar und kann durch eine Kombination aus Kaltverformung und anschließender Wärmebehandlung auf eine breite Palette von Festigkeitsinduktivitäten verfestigt werden. Seit den späten 1960er Jahren werden in den Hydrauliksystemen von Flugzeugen mehr und mehr Rohre aus dieser Titanlegierung verwendet. Während unlegiertes Titan immer noch in einigen Hydraulikrohren für Flugzeuge verwendet wird, wird für die meisten neuen Anwendungen von Hydraulikrohren die Legierung Ti-3Al-2.5V verwendet. Diese Legierung wird auch als Band verwendet, das zu Rohren geformt und geschweißt werden kann, sowie als Folie, die in Wabenstrukturen verwendet wird.

Das erste militärische Flugzeugbauprogramm, bei dem die neue Titanlegierung verwendet wurde, war die Lockheed C-5A. Ti-3Al-2.5V-Rohre wurden für das Hydrauliksystem des Concorde Supersonic Transport ausgewählt, und Sandvik wurde als Lieferant ausgewählt. Die nächsten Anwendungen fanden sich in militärischen Kampfflugzeugprogrammen wieder. Boeing war das erste Unternehmen, das diese Legierung für ein Unterschall-Verkehrsflugzeug, die 767, einsetzte. Seitdem wurde diese Legierung für die meisten anderen kommerziellen Transport- und Pendlerflugzeuge gewählt. Ti-3Al-2,5V-Rohre werden in großem Umfang in der Raumfähre verwendet und finden Anwendung in Satelliten. Die meisten neuen Militärprogramme in der westlichen Welt verwenden jetzt diese Legierung für ihre Rohranwendungen, einschließlich Hubschraubern.

Chinesische Luftwaffe

Anfang der 1970er Jahre wurde das Ti-3Al-2,5V-Rohr erstmals für Sportprodukte verwendet. Der von Zirtech hergestellte Titan-Golfschaft wurde als Schaft mit denselben Vorteilen eingeführt, die diese Titanlegierung auch in der Luft- und Raumfahrt bot. Dazu gehörten hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Stoßdämpfung, Torsionsfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit.

Nach dem Golfschaft folgten Fahrradrahmen aus nahtlosem Ti-3Al-2,5V-Rohr. Prototypen von Rollstuhlrahmen wurden ebenfalls aus diesem Material hergestellt, ebenso wie Pfeile, Skistöcke und Tennisschläger. Die Sportanwendungen waren beim ersten Mal nicht erfolgreich, wurden aber mit dem Aufkommen neuer Verarbeitungstechnologien in den 1980er Jahren wieder eingeführt.

In den späten 1980er Jahren wurden nahtlose Ti-3Al-2,5V-Rohre unter der Bezeichnung ASTM Grade 9 von der American Society of Mechanical Engineers (ASME) als Werkstoff für den Einsatz in Kesseln und Druckbehältern zugelassen.