Titanlegierungen haben sich als Schlüsselwerkstoffe für hochbelastete Leichtbaukomponenten etabliert, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. In Kombination mit additiven Fertigungsverfahren lassen sich komplexe, funktionsoptimierte Strukturen herstellen, die sowohl eine hohe Leistungsfähigkeit als auch eine effiziente Materialausnutzung ermöglichen.

Im Rahmen unserer Forschungsarbeiten untersuchen wir die Verarbeitung der metastabilen Beta-Titanlegierung Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553) mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (PBF-LB/M). Diese Legierung bietet ein außergewöhnlich hohes Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis, stellt aber gleichzeitig hohe Anforderungen an die Prozessführung und die anschließende spanende Nachbearbeitung.

Die extremen Erstarrungsbedingungen während des PBF-LB/M-Prozesses führen bei Ti-5553 zu Mikrostrukturen, die sich deutlich von konventionell hergestellten Zuständen unterscheiden. Insbesondere können nahezu reine Beta-Gefüge entstehen, deren Eigenschaften maßgeblich von den eingestellten Prozessparametern und nachfolgenden Wärmebehandlungen beeinflusst werden. Diese Gefügevarianten besitzen ein unterschiedliches Verhalten bei der mechanischen Bearbeitung, was sich etwa im Werkzeugverschleiß und in der erzielbaren Oberflächenqualität zeigt.

Ein wesentlicher Schwerpunkt unserer Forschung liegt daher auf der gezielten Einstellung von Mikrostrukturen, die sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Zerspanbarkeit verbessern. Durch die Variation der Laserparameter und die Entwicklung geeigneter Wärmebehandlungsstrategien lassen sich Gefügezustände erzeugen, die eine effizientere spanende Nachbearbeitung ermöglichen. Dies eröffnet neue Potenziale für die Herstellung funktional gradierter Titanbauteile, bei denen lokale Eigenschaften gezielt an die spätere Belastung angepasst werden können.

Die Arbeiten tragen dazu bei, Ti-5553 in der additiven Fertigung wirtschaftlicher nutzbar zu machen und gleichzeitig den Werkzeugverschleiß, die Nachbearbeitungszeit und den Materialeinsatz deutlich zu reduzieren. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur ressourcenschonenden Produktion von Hochleistungsbauteilen.

Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung dieses Projekts. (Projektnummer: 432764611)