Schlussbericht - Dechema Forschungsinstitut

Ausscheidungshärtung erreicht. Die unvermeidbare Reduktion der Bruchdehnung ist für den
geplanten Einsatz in der Luftfahrt unproblematisch. Matsumoto et al. schlagen die Legierung
Ti 20V 4Al 1Sn vor, eine near--Legierung mit einer Zugfestigkeit von annähernd 1300MPa
[17]. Ein weiterer neuer Werkstoff ist die Legierung Ti 13Cr 1Fe 3Al, die ähnliche
Eigenschaften besitzt, jedoch ohne Vanadium und Molybdän auskommt [18]. - und near--
Legierungen eignen sich auf Grund der hohen Affinität zu Sauerstoff jedoch nicht für den
Einsatz bei hohen Temperaturen in normaler Atmosphäre. Die Ausscheidungshärtung lässt
sich nicht auf -, near--, und --Legierungen anwenden, so dass sich durch die hier
beschriebenen Modifikationen keine Hochtemperaturtitanlegierung herstellen lässt.
Eine neue Legierung, die für den Einsatz bei Temperaturen oberhalb 450°C vorgesehen
ist, ist die Legierung Ti 6Al 2Zr 2V 1,5Mo [19]. Diese insbesondere in China untersuchte --
Legierung hat bei Raumtemperatur ähnliche Eigenschaften wie die Legierung Ti 6Al 4V,
zeichnet sich aber durch eine Kriechbeständigkeit aus, die derjenigen von near--
Legierungen vergleichbar ist. Sie lässt sich aber aufgrund des höheren -Anteils besser
schmieden.
Die Oxidationsbeständigkeit ist für die Erweiterung des Einsatzes von Titanwerkstoffen
oberhalb 540°C sehr problematisch. Ab etwa 550°C setzt neben einer Oxidation der
Oberfläche, gefolgt von einem Abplatzen der Oxidschicht, auch eine Aufhärtung des
Gefüges durch Einlagerung von Sauerstoff ein. -Titan kann bei diesen Temperaturen bis
etwa 20% Sauerstoff lösen. Um die Oxidationsbeständigkeit zu steigern, wurde am Institute
of Chemical Technology in Prag, Tschechien, Silizium als Legierungselement eingesetzt.
Erste Versuche an den Experimentallegierungen TiSi2 und TiSi8 bei Temperaturen von
850°C ergaben viel versprechende Ergebnisse [20].
Für zahlreiche Anwendungen wird in der Technik Reintitan in verschiedenen
Reinheitsgraden verwendet. In Deutschland stehen für die unterschiedlichen
Kundenanforderungen mittlerweile bei der Firma ThyssenKrupp Titanium etwa fünfzehn
verschiedene Reintitansorten zur Verfügung. Die im Vergleich zu Titanlegierungen bereits
geringe Festigkeit nimmt mit steigender Temperatur weiter ab, so dass Reintitan nur bis etwa
100°C eingesetzt werden kann. Eine neue Legierung auf Basis des Reintitans, TiAl1,5,
besitzt gegenüber dem Ausgangswerkstoff eine verbesserte Warmfestigkeit bis etwa 300°C
[21].
2.1.1. Rohstoffgewinnung
Der Kroll-Prozess stellt weiterhin das wichtigste Verfahren zur Gewinnung von Titan dar.
Aus diesem Prozess resultiert der Titanschwamm, der dann zu den verschiedenen
Reintitansorten und Titanlegierungen weiterverarbeitet wird. Zurzeit wird versucht, einige
sehr energieaufwändige Schritte des Kroll-Prozesses, insbesondere die Umwandlung von
Titantetrachlorid (TiCl4) zu Titan, durch den Einsatz von Kalziumchlorid (CaCl2) zu ersetzen
[22, 23] und so die Rohstoffkosten zu senken. Zusätzlich werden zurzeit in China neue
Produktionsanlagen zur Herstellung von Titanschwamm aufgebaut, um so die Produktion in
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