Die Anwendung von Kobaltlegierungen in Luft- und Raumfahrttriebwerken

Der Betrieb von Luft- und Raumfahrttriebwerken – von Hochtemperatur- und Hochdruckbrennkammern bis hin zu schnell rotierenden Turbinenkomponenten – stellt die Leistungsfähigkeit der Materialien in jeder Phase auf die Probe. Kobaltlegierungen, insbesondere die Kobaltlegierung 6, haben sich mit ihren einzigartigen Materialeigenschaften zum Kernmaterial entwickelt, das den stabilen Betrieb von Triebwerken gewährleistet.

Interne Kernkomponenten von Luft- und Raumfahrttriebwerken

Die inneren Kernkomponenten von Luft- und Raumfahrttriebwerken sind extremen Umweltbedingungen ausgesetzt. Turbinenschaufeln rotieren mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute bei Temperaturen zwischen 800 und 1100 °C. Sie sind hohen Temperaturen und ständigem Verschleiß durch Sand- und Staubpartikel ausgesetzt, die von den Hochgeschwindigkeitsgasströmen mitgerissen werden. Mit der Zeit sind die Schaufeloberflächen sehr anfällig für Schäden.

Als Kernbereich der Kraftstoffverbrennung herrschen in der Brennkammer extrem hohe Innentemperaturen. Die Verbrennungsgase enthalten zudem große Mengen korrosiver Komponenten wie Sauerstoff- und Schwefelverbindungen, die die Brennkammerwände kontinuierlich korrodieren lassen.

Ventile müssen sich im Einklang mit dem Motorbetrieb häufig öffnen und schließen. In Hochtemperaturumgebungen müssen sie der Reibung durch mechanische Bewegungen standhalten und gleichzeitig extremen Temperaturschwankungen beim An- und Abschalten standhalten. Dadurch sind sie anfällig für Ausfälle aufgrund übermäßiger thermischer Belastung.

Lager und Dichtungsflächen sind durch die ständige Relativbewegung Reibung und Vibrationen ausgesetzt. Übermäßiger Verschleiß kann die Gesamtbetriebseffizienz des Motors beeinträchtigen.

Kobaltlegierung 6 ist ein für mehrere Komponenten geeigneter Werkstoff.

Angesichts der strengen Anforderungen an Triebwerkskomponenten in der Luft- und Raumfahrt hat Kobaltlegierung 6 eine hervorragende Anpassungsfähigkeit bewiesen. Bei der Herstellung von Turbinenschaufeln ermöglicht die Einführung von Kobaltlegierung 6 den Schaufeln eine stabile Leistung bei hohen Temperaturen, hohem Druck und kontinuierlichem Verschleiß, wodurch der Austauschzyklus der Schaufeln effektiv verlängert wird. Durch den Einsatz von Kobaltlegierung 6 in der Brennkammer wurde deren Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessert, sodass die strukturelle Integrität auch bei Erosion durch Hochtemperaturgase erhalten bleibt und der kontinuierliche Betrieb des Triebwerks zuverlässig gewährleistet ist. Durch die Verwendung von Kobaltlegierung 6 für Ventile und deren hervorragende Thermoschockbeständigkeit können diese häufigen Temperaturschwankungen und mechanischer Reibung standhalten, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert wird. Der Einsatz von Kobaltlegierung 6 für Lager und Dichtungsflächen reduziert effektiv den Reibungskoeffizienten, minimiert den Verschleiß zwischen den Komponenten und verbessert die Betriebsstabilität des Triebwerks.

Leistung von Kobaltlegierung 6

Kobaltlegierung 6 spielt aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine entscheidende Rolle in Luft- und Raumfahrttriebwerken. Die darin gebildeten stabilen intermetallischen Verbindungen und Karbide wirken wie ein robuster Schutzschild hinsichtlich der Hochtemperaturverschleißfestigkeit und ermöglichen eine Härte von 40–45 HRC bei Raumtemperatur. Selbst in Hochtemperaturumgebungen erfolgt der Härteabbau extrem langsam, wodurch die Verschleißfestigkeit der von gewöhnlichem Stahl und Nickellegierungen deutlich überlegen ist und den Verschleißbelastungen von Komponenten wie Turbinenschaufeln problemlos standhält.

Der Chromgehalt von 27–32 % reagiert bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff und bildet eine dichte Schutzschicht aus Chromoxid (Cr₂O₃). Diese Schicht haftet fest an der Materialoberfläche und wirkt als robuste Barriere, die Oxidation und Korrosion durch Verbrennungsgase bei hohen Temperaturen wirksam blockiert und so die Lebensdauer von Komponenten wie Brennkammern deutlich verlängert.

Kobaltlegierung 6 behält auch bei hohen Temperaturen eine stabile Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit. Das bedeutet, dass sie bei starken Temperaturschocks beim Starten und Abschalten des Motors oder bei hochfrequenten Vibrationen während des Betriebs nicht so leicht reißt oder bricht und so eine solide Grundlage für einen sicheren Motorbetrieb bietet.

Darüber hinaus zeichnet sich Cobalt Alloy 6 durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten und hohe Festfressen verhindernde Eigenschaften aus. Diese Eigenschaften machen es besonders effektiv in Anwendungen wie Lagern und Dichtungsflächen, wo es den reibungsbedingten Verschleiß deutlich reduzieren, Energieverluste minimieren und die Gesamtbetriebseffizienz des Motors verbessern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kobaltlegierung 6 aufgrund seiner außergewöhnlichen Leistungseigenschaften eine entscheidende Rolle in zahlreichen kritischen Komponenten von Luft- und Raumfahrttriebwerken spielt.