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FinlandKUGELSTRAHLEN-ERFOLGSGESCHICHTEN FÜR LUFT- UND RAUMFAHRTANWENDUNGEN
KUGELSTRAHLEN-ERFOLGSGESCHICHTEN FÜR LUFT- UND RAUMFAHRTANWENDUNGEN
Kugelstrahlen hat seine Wirksamkeit bei der Verlängerung der Lebensdauer und der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Metallbauteilen bewiesen, indem es sie vor Dauerfestigkeitsbruch, Fretting-Fatigue, Spannungsrisskorrosion und einer Vielzahl anderer Versagensmechanismen schützt. Im Folgenden sind einige dieser Erfolgsgeschichten für Luft- und Raumfahrtanwendungen aufgeführt:
- APU-Auspuffkanäle (Auxiliary Power Unit)
- NASA-Langley-Studie zum Risswachstum
- Fan-Scheiben von Turbinentriebwerken
- HP-Verdichterrotoren von Turbinentriebwerken
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APU-Auspuffkanäle (Auxiliary Power Unit)
Ein bestimmter Typ einer Auxiliary Power Unit (APU) wird eingesetzt, um ein Flugzeug am Boden mit Energie zu versorgen, wenn die Haupttriebwerke abgeschaltet sind. Die rohrförmigen Auspuffkanäle bestehen aus einer hochtemperaturbeständigen 8009-Aluminiumlegierung und sind in End-zu-End-Konfiguration verschweißt. Zug-Zug-Dauerfestigkeitsversuche ergaben eine Dauerfestigkeit von 23 ksi (156 MPa) bei 3.000 Lastspielen im ungestrahlten, nur geschweißten Zustand. Glasperlenstrahlen der Schweißnähte führte zu einer Verbesserung der Dauerfestigkeit um 13 % auf 26 ksi (180 MPa).
NASA-Langley-Studie zum Risswachstum
Ingenieure der NASA führten eine Studie über Risswachstumsraten von Aluminium 2024-T3 mit und ohne Kugelstrahlen durch. Die Proben wurden mit einem Anfangsriss von 0,050″ (1,27 mm) getestet und anschließend bis zum Bruch zyklisch belastet. (Es sei darauf hingewiesen, dass der „Damage Tolerance Rogue Flaw“-Auslegungsfehler der United States Air Force bei 0,050″ (1,27 mm) liegt.) Es wurde festgestellt, dass das Risswachstum deutlich verzögert wurde, wenn Kugelstrahlen angewendet wurde. Wie die folgenden Ergebnisse zeigen, erhöhte sich bei einer Netzspannung von 15 ksi (104 MPa) die Restlebensdauer um 237 %. Bei einer Netzspannung von 20 ksi (138 MPa) erhöhte sich die Restlebensdauer um 81 %.
Dieser Test spiegelt Bedingungen wider, die härter sind als unter realen Einsatzbedingungen. In der Praxis liegen in der Regel keine anfänglichen Fehler vor, sodass unter diesen Spannungsniveaus noch bessere Verbesserungen der Dauerfestigkeit zu erwarten sind. (Hinweis zur Probenpräparation: Mittels Elektroerosionsbearbeitung (EDM) wurde ein Einstich in die Oberfläche eingebracht. Die Proben wurden anschließend im Dauerfestigkeitsversuch belastet, bis der Riss auf ~ 0,050″ (1,27 mm) angewachsen war. Falls Proben kugelgestrahlt wurden, erfolgte das Kugelstrahlen erst, nachdem der Anfangsriss von 0,050″ (1,27 mm) erzeugt war. Dies war der Ausgangspunkt für die oben genannten Ergebnisse.)
Turbinentriebwerk – Fan-Scheiben
Im Jahr 1991 erließ die Federal Aviation Authority (FAA) eine Lufttüchtigkeitsanweisung, die eine Rissprüfung an der Niederdruck-Fan-Scheibe verlangte. Zu diesem Zeitpunkt waren über 5.000 Triebwerke in Geschäftsreiseflugzeugen in den Vereinigten Staaten und Europa im Einsatz. Die FAA verlangte, dass Triebwerke, bei denen nach der Bearbeitung in der Schaufelzapfen-Nut kein Lanzengrundieren (Shot Peening) durchgeführt wurde, inspiziert werden. Bei diesen Triebwerken ohne Lanzengranulat-Kugelstrahlen musste die Lebensdauer der Scheiben von 10.000 auf 4.100 Zyklen (Starts und Landungen) reduziert werden. Scheiben, die vor 4.100 Zyklen gemäß AMS 2432 (computergesteuertes Kugelstrahlen) mit Lanzengranulat nachbearbeitet wurden, erhielten eine Verlängerung der Lebensdauer um 3.000 Zyklen.
Turbinentriebwerk – Hochdruckverdichterrotoren (HP Compressor Rotors)
Zwei führende Unternehmen in der Herstellung von Turbinenstrahltriebwerken fertigen gemeinsam Hochdruckverdichterrotoren. Einzelne Bauteile werden aus geschmiedetem Titan (Ti 4Al-6V) zerspant und anschließend zusammengeschweißt. Prüfungen ergaben folgende Ergebnisse:
- Im Schweißzustand – 4.000 Zyklen*
- Geschweißt und poliert – 6.000 Zyklen
- Geschweißt und kugelgestrahlt – 16.000 Zyklen
Lance Peening of Fan Disk
* In der Terminologie von Flugzeugtriebwerken entspricht ein Zyklus dem Hochfahren, das für einen Start des Flugzeugs erforderlich ist, für das das Triebwerk ausgelegt ist.
Anfänglich wurde Kugelstrahlen als zusätzliche „Versicherung“ gegen Ausfälle eingesetzt. Nach vielen Jahren betriebssicherer, ausfallfreier Nutzung und mit Innovationen in der Steuerung des Kugelstrahlprozesses wurde das Kugelstrahlen als fester Bestandteil des Herstellungsprozesses bei Triebwerks-Upgrades integriert.
