Welche Bearbeitungsschritte sichern eine hohe Ermüdungsfestigkeit von Titanbauteilen?

Die Sicherstellung einer hohen Ermüdungsfestigkeit von Titanbauteilen erfordert eine Bearbeitungsphilosophie, die die Integrität des Werkstoffs unterhalb der Oberfläche priorisiert. Ermüdungsrisse entstehen immer an der Oberfläche – daher muss der gesamte Fertigungsprozess darauf ausgerichtet sein, eine fehlerfreie Oberfläche ohne Kerbwirkungen, Mikrorisse oder Zug-Eigenspannungen zu schaffen. Dies erfordert einen disziplinierten, mehrstufigen Ansatz.

Strategische Bearbeitungsreihenfolge und Spannungsarmglühen

Die Grundlage für ermüdungsbeständige Teile wird bereits in der Schruppbearbeitung gelegt. Aggressive Materialabträge erzeugen erhebliche Eigenspannungen. Um zu verhindern, dass diese Spannungen das Bauteil verziehen und eine instabile Basis für die Schlichtbearbeitung schaffen, ist eine Zwischenstufe des Spannungsarmglühens zwingend erforderlich. Dieses Verfahren, ein zentraler Bestandteil der Wärmebehandlung für CNC-Bauteile, entspannt die im Material nach dem Schruppen gespeicherten Spannungen. Durch die Stabilisierung der Bauteilgeometrie vor der Endbearbeitung stellen wir sicher, dass die finalen Maße stabil bleiben und keine vorgespannten Zustände vorliegen, die die Ermüdungsleistung unvorhersehbar verschlechtern könnten.

Kontrollierte Schlichtparameter für Oberflächenintegrität

Die Schlichtbearbeitung muss so gesteuert werden, dass an der Oberfläche ein druckeigenspannter Zustand entsteht. Dies wird durch den Einsatz von scharfen Werkzeugen, hohen Vorschüben und geringen Schnitttiefen erreicht. Ein scharfes Werkzeug schert das Material sauber ab, während ein hoher Vorschub eine größere Schneidkantenbeteiligung erzeugt, die mechanisch Druckeigenspannungen induziert. Umgekehrt führen stumpfe Werkzeuge oder zu geringe Vorschübe zu Reibung und Erwärmung, wodurch Zugspannungen entstehen, die die Ermüdungslebensdauer drastisch verkürzen. Diese Präzision ist ein Markenzeichen unseres Präzisionsbearbeitungsservice, bei dem Parameter nicht nur auf Maßhaltigkeit, sondern gezielt auf Oberflächenqualität abgestimmt werden.

Werkzeugbahnstrategie und Werkzeugzustandsmanagement

Die Werkzeugbahn selbst ist entscheidend. Durchgängiges Gleichlauffräsen gewährleistet eine konstante Spanbelastung und vermeidet Werkzeugumkehrmarken, die als Kerbwirkungen wirken können. Trochoidale oder dynamische Frässtrategien sind hervorragend geeignet, da sie einen gleichmäßigen Eingriff sicherstellen und thermische Schwankungen sowie Vibrationen minimieren. Ebenso ist ein striktes Werkzeuglebensdauer-Management unverzichtbar. Werkzeuge werden nach konservativen Standzeitvorgaben gewechselt oder anhand von Verschleiß überwacht, um jede Beeinträchtigung der Oberflächenqualität auszuschließen. Diese Strategien werden in unserem Mehrachsen-Bearbeitungsservice vollständig umgesetzt, der optimale Werkzeugorientierungen und kontinuierliche Bearbeitungspfade ermöglicht.

Unkonventionelle Bearbeitungen und Entgraten

Für schwer zugängliche Bereiche, die mit herkömmlichen Werkzeugen nicht erreichbar sind, kann die Funkenerosive Bearbeitung (EDM) eingesetzt werden. Die dabei entstehende „weiße Schicht“ oder Recast-Schicht ist jedoch spröde und äußerst schädlich für die Ermüdungsfestigkeit. Sie muss vollständig durch nachfolgende Verfahren wie Trowalisieren und Entgraten von CNC-Teilen oder manuelles Polieren entfernt werden. Ebenso müssen alle scharfen Kanten und Grate sorgfältig beseitigt werden, da sie bevorzugte Initiationspunkte für Ermüdungsrisse darstellen.

Endgültige Oberflächenveredelung

Nach der Zerspanung können gezielte Nachbearbeitungsprozesse die Ermüdungsfestigkeit weiter erhöhen. Elektropolieren ist hierbei besonders wirksam, da es die Oberfläche anodisch abträgt und Mikro-Rauhigkeiten, Mikrorisse und verschmierte Materialreste entfernt. Das Ergebnis ist eine metallurgisch saubere Oberfläche mit reduzierten Kerbwirkungen. Für Hochleistungsbauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie wird häufig Kugelstrahlen (Shot Peening) eingesetzt, um gezielt eine tiefe, stabile Druckeigenspannungsschicht zu erzeugen. Diese Schicht muss stark genug sein, um jegliche im Betrieb auftretende Zugspannungen zu überlagern und so die Rissinitiierung effektiv zu verhindern.