Hochfester Edelstahl für die Luftfahrt

Edelstahl mit einer Zugfestigkeit von über 800 MPa und einer Streckgrenze von über 500 MPa wird üblicherweise als hochfester Edelstahl bezeichnet, Edelstahl mit einer Streckgrenze von über 1380 MPa als ultrahochfester Edelstahl. Die Entwicklung der Luftfahrtindustrie hat gezeigt, dass die Verbesserung der Leistung von Flugzeugen und Triebwerken weitgehend von Metallmaterialien abhängt. Aufgrund der hohen Festigkeit, Zähigkeit, Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und guten Schlagfestigkeit von Stahl werden einige wichtige Strukturkomponenten von Flugzeugen wie Fahrwerke, Träger, hochbelastete Verbindungen, Befestigungselemente und andere hochfeste Edelstahlsorten immer noch verwendet.

Zu hochfestem Edelstahl gehören hauptsächlich martensitisch ausgehärteter Edelstahl und halbaustenitisch ausgehärteter Edelstahl. Die Festigkeit von martensitisch ausgehärtetem Edelstahl wird durch Martensitumwandlung und Ausscheidungshärtung erreicht. Der Vorteil liegt in der hohen Festigkeit. Gleichzeitig ist seine Korrosionsbeständigkeit aufgrund des geringen Kohlenstoff-, Chrom-, Molybdän- und/oder Kupfergehalts im Allgemeinen nicht geringer als die von austenitischem Edelstahl 18Cr-8Ni. Er ist frei schneidbar, gut schweißbar, benötigt nach dem Schweißen kein lokales Glühen, der Wärmebehandlungsprozess ist relativ einfach. Der Hauptnachteil besteht darin, dass seine Struktur selbst im geglühten Zustand immer noch kohlenstoffarmer Martensit ist, sodass eine tiefe Kaltverformung schwierig ist. Die typische Stahlsorte ist 17-4PH und PH13-8Mo, das zur Herstellung hochfester, korrosionsbeständiger Lagerkomponenten wie Motorlagerteilen, Befestigungselementen usw. verwendet wird, die bei 400 °C arbeiten. PH13-8Mo wird häufig in korrosionsbeständigen Strukturteilen für Lager in der Luftfahrt für mittlere Temperaturen verwendet.

Der halbaustenitische, ausscheidungsgehärtete Edelstahl kann im austenitischen Zustand bearbeitet, kalt verformt und geschweißt werden. Anschließend können die Martensitumwandlung und die Ausscheidungshärtung durch Anpassung der Alterung gesteuert werden, um unterschiedliche Festigkeiten und Zähigkeitskoordinationen zu erzielen. Der Stahl weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und Wärmefestigkeit auf, insbesondere Spannungskorrosionsbeständigkeit, und eignet sich besonders für die Herstellung von Teilen, die bei Temperaturen unter 540 °C verwendet werden. Der Nachteil besteht darin, dass der Wärmebehandlungsprozess komplex ist und die Anforderungen an die Temperaturregelung der Wärmebehandlung sehr genau sind (±5 °C). Die Kaltverfestigungstendenz von Stahl ist groß und für die Kaltverformung mit tiefer Verformung sind häufig viele Zwischenglühzeiten erforderlich. Typische Güten sind 17-7PH, PH15-7Mo usw. Diese Stahlsorte wird hauptsächlich in der Luftfahrtindustrie verwendet, um bei Temperaturen unter 400 °C an korrosionsbeständigen Strukturen zu arbeiten, wie beispielsweise an allen Arten von Rohren, Rohrverbindungen, Federn, Befestigungselementen usw.

 

Flugzeugfahrwerk

Die für den Bau von Flugzeugfahrwerken verwendeten Materialien sind 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 und andere Flugzeugfahrwerke und Befestigungselemente mit höheren Anforderungen bestehen meist aus ausscheidungsgehärtetem Edelstahl, wie 17-4PH für DAS Fahrwerk der F-15-Flugzeuge, 15-5pH für das Fahrwerk der B-767-Flugzeuge. PH13-8mo-Stahl hat das Potenzial, 17-4PH zu ersetzen, 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo und andere Stähle aufgrund seiner besseren Spannungskorrosionsbeständigkeit als ausscheidungsgehärteter Edelstahl der gleichen Güteklasse.

Das Gleitlager

Das deutsche Unternehmen FAG hat den stickstoffhaltigen martensitischen Edelstahl Cronidur30 (0.31%C-0.38%N-15% Cr-L %Mo) entwickelt, der im PESR-Verfahren durch Elektroschlacke-Umschmelzen unter Stickstoffatmosphäre mit hohem Druck hergestellt wird. Es handelt sich um einen hochtemperaturbeständigen Edelstahl mit hohem Stickstoffgehalt, der vollständig gehärtet ist und korrosionsbeständiger als SUS440 ist. Aufgrund seiner Eigenschaften als vollständig gehärteter Typ ist er nicht für hohe DN-Werte (D: Lagerinnendurchmesser/mm, N: Wellenumdrehung/mm) geeignet. Derselbe Cronidur30 kann durch Hochfrequenzabschrecken gleichzeitig die Restdruckspannung und die Bruchzähigkeit von DN4 Millionen erreichen. Da die Anlasstemperatur jedoch unter 150 °C liegt, kann er dem Anstieg der Lagertemperatur durch Thermoschock nach dem Abschalten des Motors nicht standhalten.

Tragstrukturbauteile für Flugzeuge

Hochfester Edelstahl in der Tragstruktur von Flugzeugen wird hauptsächlich 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo usw., einschließlich Lukendeckelriegel, hochfester Bolzen, Feder und andere Teile. Zivilflugzeuge verwenden solchen hochfesten rostfreien Stahl für Tragflächenholme, wie beispielsweise 15-5PH-Stahl für die Tragflächenholme der Boeing 737-600; PH13-8Mo-Stahl für die Tragflächenholme des Typs A340-300. Ph13-8Mo wird für Teile verwendet, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, insbesondere für die Querleistung, wie beispielsweise Rumpfrahmen. In jüngerer Zeit wurde Custom465 aufgrund seiner erhöhten Zähigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit getestet. Custom465 wurde von Carpenter auf der Grundlage von Custom450 und Custom455 für die Herstellung von Klappenführungen, Vorflügelführungen, Getrieben, Motoraufhängungen usw. für Flugzeuge entwickelt. Der Stahl ist gegenwärtig in den technischen Spezifikationen MMPDS-02, AMS5936 und ASTM A564 enthalten. Zur Herstellung der Flugzeugstruktur wird hochfester Edelstahl HSL180 (0,21C-12,5Cr-1,0Ni-15,5Co-2,0Mo) verwendet, der mit 1800 MPa die gleiche Festigkeit wie niedrig legierter Stahl (z. B. 4340) und die gleiche Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit wie ausscheidungsgehärteter Edelstahl (z. B. SUS630) aufweist.