Grenzen und Beeinflussbarkeit des Verunreinigungsniveaus von Titan-Recyclinglegierungen für den Wiedereinsatz

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Der derzeitige Bedarf an Reintitan und Titanlegierungen zur Herstellung hochbeanspruchter Struktur- und Funktionsbauteile der Flugzeugindustrie, Energietechnik, Chemietechnik und Off-shore Technik wird durch die Titanschwammerzeugung und den Einsatz klassierter, d.h. sortierter metallurgisch sauberer Produktionsschrotte mit definierten Reinheitsgraden aus der Titanhalbzeugverarbeitung gedeckt. Bereits anfallende Titanschrotte der Bauteilfertigung können auf Grund höherer Sauerstoff und Stickstoffverunreinigungen sowie durch Kontaminationen und Rückstände spanabhebender Werkzeuge und/oder Edelstahlspäne auf konventionellem Wege nicht rezykliert werden. Die zur Zeit zugelassene stoffliche Verwertung verunreinigter Titanschrotte erfolgt gegenwärtig vor allem durch den Einsatz von Ferrotitan-Vorlegierungen für die Herstellung titanstabilisierter hoch legierter Rostfreistähle. Hierbei stehen die hochwertigen Titanschrotte in direkter Konkurrenz zu erheblich günstiger und ressourcenschonend darstellbaren Ferrotitanlegierungen und gehen für den Wiedereinsatz zur Herstellung von Titanstrukturbauteilen unwiederbringbar verloren. Ausgehend von 1 t Titanhalbzeug können aufgrund der komplexen Geometrien typischer Titanbauteile in der Regel höchstens 0,4 t Endprodukt hergestellt werden, in Spezialfällen werden sogar über 90 % des Halbzeugs zerspant. Vom Markt zurückkehrender Titanschrott wird z. Z. bis zu 100 % nicht mehr für die Herstellung von Funktions- und Strukturbauteilen aus Titan bzw. Titanlegierungen verwendet. (“down-grading“).Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes sollen die Eigenschaften von zwei Ti-Recyclinglegierungen, die auf der Legierungsbasis der zwei dominanten Titanwerkstoffe: Ti-6Al-4V und c.p. Ti beruhen, dargestellt werden, und die durch theoretische Modellierungen und experimentelle Validierung ermittelt werden. Hierbei übernimmt die Prozesstechnik (RWTH) die Aufgabe, die Beeinflussbarkeit des Begleitelementniveaus zu erforschen, während die Werkstofftechnik (MPIE) die Grenzen für den Wiedereinsatz z.B. als “Low Cost Titanium“ in „nicht fliegenden“ Bauteilen aufzeigt. Hierzu ist die Prozessentwicklung zur Rezyklierung von sekundären Rohstoffen durch Schutzgasinduktionsschmelzen mit Ca-/ oder Y-Desoxidation in für Titanschmelzen ausreichend stabilen CaO- und Y2O3-Tiegeln und anschließendem Vakuumlichtbogenumschmelzen vorgesehen. Nach Identifikation der in-situ Eigenschaften erfolgt eine gezielte Legierungsmodifikation unter Einsatz einer synthetischen DoE-unterstützten Verunreinigungsmatrix.