Hard-Alloys Machining

Compared to aluminum, processing of titanium alloys, steel alloys or other nickel alloys is very challenging due to its strength properties. Aerospace steels tensile strength starts at 1000MPa, while aluminum is in the range of 300MPa.

Alpha-Beta (α-ß) Legierungen

Diese Legierungen weisen sowohl α als auch ß-Phase auf und enthalten sowohl α als auch ß-Stabilisatoren. Die einfachste und beliebteste Legierung in dieser Gruppe ist Ti6Al4V, das hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Legierungen dieser Kategorie sind leicht formbar und weisen eine hohe Raumtemperaturfestigkeit und eine moderate Hochtemperaturfestigkeit auf. Die Eigenschaften dieser Legierungen können durch Wärmebehandlung verändert werden.

Beta (ß) Legierungen

Beta (ß)-Legierungen enthalten Übergangsmetalle wie V, Nb, Ta und Mo, die die ß-Phase stabilisieren. Beispiele für kommerzielle ß-Legierungen sind Ti11.5Mo6Zr4.5Sn, Ti15V3Cr3Al3Sn und Ti5553. Beta-Legierungen sind gut wärmebehandelbar, allgemein schweißbar und haben eine hohe Festigkeit. Im lösungsbehandelten Zustand ist eine ausgezeichnete Umformbarkeit zu erwarten. ß-Legierungen neigen jedoch zum duktil-spröden Übergang und sind daher für kryogene Anwendungen ungeeignet. Beta-Legierungen haben eine gute Eigenschaftskombination für Bleche, schwere Profile, Verbindungselemente und Federanwendungen.

Die Haupteigenschaften von Edelstahl kommen vom Chrom, einem Legierungselement. Dieses Metall ist chemisch gesehen sehr reaktiv und besonders anfällig für Oxidation. Das Oxid erzeugt eine feine, transparente und schützende Haut. Mit Eisen und Nickel legiert, bewirkt es die Bildung einer oxidierten Oberflächenverbindung, die Korrosion reduzieren oder vollständig verhindern kann.

Die Martensitischen Stähle
Martensitische Stähle werden wegen ihrer hohen mechanischen Festigkeitseigenschaften verwendet. Die häufigsten haben 13% Chrom (max. 27%) mit einem Minimum von 0,08% Kohlenstoff (max. 0,15%). Es gibt 3 sehr spezifische martensitische Stähle, die speziell für die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurden und die aufgrund unterschiedlicher Härte schwer zu bearbeiten sind.

15-5 PH Martensitischer Edelstahl von HRC 31 bis HRC 43
17-4 PH Martensitischer Edelstahl von HRC 28 bis HRC 43
13-8 PH Martensitischer Edelstahl von HRC33 bis HRC47

Die Ferritischen Stähle
Ferritische Stähle können nicht angelassen werden.
Zu dieser Kategorie zählen feuerfeste Stähle mit hohem Chromgehalt (bis zu 30%).

Die Austenitischen Stähle
Austenitische Stähle werden am häufigsten eingesetzt, weil sie eine hohe chemische Beständigkeit, eine kupfer- oder messinggleiche Duktilität und gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Chromgehalt beträgt ca. 18% (max. 30%), der Nickelgehalt ca. 10% (max. 36%), während der Kohlenstoffgehalt sehr niedrig ist. Die Stabilität von austenitischen Stählen wird durch die Zugabe von Elementen wie Titan und Niob erreicht.

Viele Teile für die Luft- und Raumfahrt werden aus Platten- und Stangenmaterial hergestellt, das Buy-to-Fly-Verhältnis ist oft extrem hoch. Das führt zu einen hohen Zerspanungsanteil.
Da die Maschine nicht jedes Mal an die Komponente angepasst werden kann, ist es wichtig, intelligente Bearbeitungsprozesse zu etablieren. Wie zum Beispiel 

• Hochgeschwindigkeitsfräsen
• Trochoides Fräsen
• Eintauchen und Bohren
• Fräsen mit hohem Vorschub und geringer Schnitttiefe

• Werkzeugsteifigkeit/ Stabilität
• Kühlmittelfluss
• Prozesssicherheit
• Mikroschneidengeometrie mit geringen Schnittkräften
• Hohe Zerspanraten