Überblick

Die steigenden Ausgaben für moderne Werkstoffe im Fertigungssektor werden voraussichtlich ein wichtiger Trend bleiben, da sie die Funktionalität verbessern, die Lebensdauer verlängern und die Lebenszykluskosten senken können. Daher kann das Potenzial moderner Werkstoffe, insbesondere Hochleistungslegierungen, im Luft- und Raumfahrt- sowie im Verteidigungssektor auf globaler Ebene nicht ignoriert werden. Obwohl OEMs im Flugzeugbau immer noch Aluminium bevorzugen, gewinnen moderne Werkstoffe wie Hochleistungslegierungen bei den Ingenieuren an Bedeutung, da sie über bessere Hitzebeständigkeit, ausgezeichnete Festigkeit und Dimensionsstabilität bei höheren Temperaturen als andere Werkstoffe verfügen.

Die Lockerung der Beschränkungen nach COVID-19 sowie die steigende Bereitschaft der Millennials, Flugtickets zu bezahlen, dürften die Branchenteilnehmer im Luft- und Raumfahrt- sowie im Verteidigungssektor dazu veranlassen, neue Wege zu beschreiten. Darüber hinaus haben die Folgen des Russland-Ukraine-Kriegs weltweit zu einer neuen geopolitischen Gleichung geführt. Die meisten Regierungen – von der westlichen Welt bis hin zu Schwellenländern wie China und Indien – werden voraussichtlich ihre Ausgaben für die Verbesserung ihrer inländischen Fertigungskapazitäten im Luft- und Raumfahrt- sowie im Verteidigungssektor erhöhen. Daher wird erwartet, dass diese positive Stimmung im Luft- und Raumfahrt- sowie im Verteidigungssektor in den nächsten Jahren den Weg für die Einbeziehung fortschrittlicher Materialien, insbesondere Hochleistungslegierungen, ebnen wird.

Was sind Hochleistungslegierungen?

Rising Demand for High-Performance Alloys in Aerospace Sector

Hochleistungslegierungen oder Superlegierungen finden Anwendung, weil sie hervorragende Eigenschaften wie hervorragende mechanische Festigkeit, überlegene thermische Kriechverformungsbeständigkeit, Oberflächenstabilität und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Diese Materialien wurden für den Einsatz in Kolbenmotor-Turboladern von Flugzeugen entwickelt. Mit dem Aufkommen neuer Technologien haben sich Superlegierungen zu einem der wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von Turbinenkomponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie für Schiffe entwickelt. Die zunehmende Akzeptanz dieser Spezialmaterialien ist auf das steigende Bewusstsein für Maßnahmen in der Luft- und Raumfahrtindustrie zurückzuführen, die vor der Belastung durch stark oxidierende Umgebungen und extreme Temperaturen über angemessene Zeiträume schützen.

Hochleistungslegierungen sind in den Kategorien Nickel, Eisen und Kobalt erhältlich. Zu den wichtigsten verfügbaren Produktvarianten gehören Inconel, Hastelloy, Rene-Legierungen, Waspaloy, Incoloy und TMS-Legierungen. Die hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion bei hohen Temperaturen ist eines der Hauptmerkmale, die Ingenieuren in der Luft- und Raumfahrtbranche den Weg ebnen, Hochleistungslegierungen zu bevorzugen.

Kriechen ist ein wichtiger Lebensdauerfaktor, der die Leistung und Haltbarkeit von Bauteilen in der Luftfahrt wie etwa Gasturbinenschaufeln beeinflusst. Hochleistungslegierungen bestehen aus kubisch-flächenzentrierten Metallen (BCC), nämlich Kobalt, Eisen und Nickel, die bei hohen Temperaturen eine überragende Kriechfestigkeit aufweisen können. Daher werden OEMs in der Luft- und Raumfahrt voraussichtlich diese Produktformen bevorzugen, um die negativen Auswirkungen des Kriechens zu begrenzen.

In den letzten Jahren haben nickelbasierte Hochleistungslegierungen aufgrund ihrer Fähigkeit, bei hohen Temperaturen im Bereich von 800 bis 1000 Grad zu arbeiten, im Luft- und Raumfahrtsektor genügend Marktanteil gewonnen. Diese nickelbasierten Produktvarianten bestehen aus Chrom-, Eisen-, Titan- und Kobaltmaterialien. Eine solche Verschmelzung verschiedener Materialien in einer einzigen Produktform dürfte die Verwendung bei der Herstellung verschiedener Luft- und Raumfahrtkomponenten fördern, nämlich Hochdruckturbinenschaufeln, -scheiben, -brennkammern, Nachbrennern und Schubumkehrern.

Szenario für den Luft- und Raumfahrtsektor

Rising Demand for High-Performance Alloys in Aerospace Sector

Der globale Luft- und Raumfahrtsektor verzeichnet ein Wachstum aufgrund der steigenden Nachfrage nach Passagierreisen nach der Aufhebung der COVID-19-Beschränkungen und der steigenden Ausgaben verschiedener nationaler Regierungen für die Bestellung neuer Militärflugzeuge. Ab 2023 wurden die weltweiten jährlichen Flugzeuglieferungen auf mehr als 5000 im Wert von über 1,5 Billionen USD geschätzt. Es wird erwartet, dass der Bedarf an Flugzeugen in den nächsten 20 Jahren auf mehr als 40.000 ansteigen wird, mit einem geschätzten Wert von 8,1 Milliarden USD. Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist in fünf Hauptprodukte unterteilt: Zivilflugzeuge, private Passagierflugzeuge, Militärflugzeuge, Hubschrauber und Propellerflugzeuge. Unter diesen Hauptproduktvarianten sind Zivil- und Militärflugzeuge die wichtigsten Mitwirkenden und bestimmen die Entwicklung der Flugzeugindustrie auf globaler Ebene.

In den letzten Jahren hat es in der Luft- und Raumfahrtbranche folgende Entwicklungen gegeben, die in naher Zukunft die Produktion sowohl kommerzieller als auch militärischer Flugzeuge ankurbeln werden:

Der weit verbreitete Einsatz von Materialien für die Luft- und Raumfahrt sowie für die Verteidigung ist auf die Erfüllung der Kosten- und Umweltanforderungen für leichte Flugzeuge sowie der Wartungsanforderungen für die strukturelle Integrität zurückzuführen. Der Markt für Materialien für die Luft- und Raumfahrt sowie für die Verteidigung wird bis 2028 auf 30,52 Milliarden USD geschätzt und soll im Prognosezeitraum 2021 bis 2028 um 4,10 % wachsen.

Weitere Informationen zur Studie finden Sie unter https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market

Hochleistungslegierungen im Luft- und Raumfahrtsektor

Der Luft- und Raumfahrtsektor machte im Jahr 2022 mehr als 50 % des weltweiten Marktes für Hochleistungslegierungen aus. Superlegierungen werden in verschiedenen Flugzeugen eingesetzt, nämlich in Verkehrsflugzeugen, Frachtflugzeugen, Geschäftsreiseflugzeugen und Militärflugzeugen. Die meisten OEMs in der Luft- und Raumfahrt bevorzugen den Einsatz von Hochleistungslegierungen in Turbofan-Triebwerken aufgrund der hervorragenden Wärmebeständigkeit und des hervorragenden Korrosionsschutzes. Darüber hinaus haben diese Legierungen in den letzten Jahren in Anwendungen wie Rumpfstruktur- und Befestigungskomponenten sowie Turbinenschaufeln an Akzeptanz gewonnen.

Tabelle: Häufig verwendete Hochleistungslegierungen

Legierung

Eigenschaften

Titanlegierungen

Leichte und hochfeste Materialien

Ti-6Al-4V

403/403Cb

Hervorragende Bruchfestigkeit und martensitischer 12%Cr-Stahl

GTD‐450

Martensitisch, ausscheidungsgehärtet und mit hohem Chromgehalt

A286

Hohe Festigkeit und austenitische

Hastelloy X, Nimonic (einschließlich 263,618,230, 105)

Hohe Festigkeit und hohe Temperatur

Legierung 718

Hohe Temperatur bis 1300 Grad,

Legierung 706

Weniger Segregation

LC Astroloy, IN 100, MERL76, Rene 88 DT, Rene 95, Udimet720/ 720 LI

Pulvermetallurgie

IN‐713, IN 100/Rene 100, Rene 125 Hf

Mit W und Mo verstärkte gegossene Hochleistungslegierungen

Verbesserte Haltbarkeit mit mehr als 2 % HF

Rene41, Rene77, Rene 80, Rene 80+Hf

Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und niedrige Hochtemperaturfestigkeit

IN 738, GTD‐111

Gerichtet erstarrter Guss und Innenkühlung

FSX 414

Heißkorrosionsschutz

GTD‐222

Überlegene Kriechfestigkeit

HA188

Heißkorrosionsschutz bis 2000 Grad

Warum Hochleistungslegierungen?

Hochleistungslegierungen werden bei der Herstellung verschiedener Komponenten von Luft- und Raumfahrtstrukturen bevorzugt, da sie die folgenden Hauptmerkmale und Vorteile aufweisen:

Kriechen ist eine Ausfallart, bei der sich ein Bauteil bei einer Belastung unterhalb seiner Zugfestigkeit verformt. Hochleistungsproduktformen können es ermöglichen, dass Turbinenschaufeln bei extremer Hitzeentwicklung und einer hohen Zentripetalkraftbelastung betrieben werden. Vor der Einführung von Hochleistungslegierungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie führte der weitverbreitete Einsatz nicht kriechfester Materialien dazu, dass sich Turbinenschaufeln beim Drehen nicht verlängerten und es somit zu Störungen mit Motorgehäusen kam.

Strahlturbinen können durch Komprimieren von Ansaugluft und Kraftstoff einen hohen Schub erzeugen. Daher kann durch die hohe Kompression eine enorme Motorleistung erzeugt werden, die wiederum die Wärmeentwicklung erhöht. Hochleistungslegierungen werden eingesetzt, um hohe Verbrennungsdrücke zu erzeugen und so die Motoreffizienz deutlich zu steigern.

Hochleistungslegierungen besitzen die Fähigkeit, eine zweiphasige Gleichgewichtsmikrostruktur zu bilden, die die Fähigkeit der Legierungselemente beeinflusst, sich anzuordnen und Schutz vor verschiedenen Arten des Versagens bietet.

Arten von Hochleistungslegierungen

Nickelbasierte Legierungen

Data Bridge Market Research analysiert, dass der globale Markt für Nickellegierungen voraussichtlich bis 2030 einen Wert von 19.370.672,30 USD erreichen wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,59 % während des Prognosezeitraums von 2023 bis 2030 entspricht. Der Marktbericht deckt auch umfassend Preisanalysen, Patentanalysen und technologische Fortschritte ab.

Weitere Informationen zur Studie finden Sie unter https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-nickel-alloy-market

Inconel: -Diese nickelbasierten Produktformen sind eine Kombination aus Chrom und Eisen, die zum Korrosionsschutz bei hohen Temperaturen verwendet werden. Inconel ist in den Varianten Inconel 625 und Inconel 718 erhältlich, die häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden. Diese Varianten werden in Luft- und Raumfahrtanwendungen mit hohen Temperaturen verwendet, nämlich in Kraftstoffdüsen, Nachbrennerringen und anderen Motorkomponenten. Die effektive Verwendung von Inconel führt zu Korrosionsbeständigkeit durch Düsenflüssigkeiten und andere Flüssigkeiten. Darüber hinaus wurde Inconel in den letzten Jahren in Raketen und Raumschiffen verwendet.

Kupferbasierte Legierungen:-Hochleistungslegierungen auf Kupferbasis werden verwendet, da sie hervorragende mechanische Eigenschaften und Verarbeitbarkeit aufweisen. Einige der Eigenschaften sind unten aufgeführt:

Eisenbasierte Legierungen:-Superlegierungen auf Eisenbasis können die folgenden Eigenschaften aufweisen:

Fertigungsaussichten für Hochleistungslegierungen

In den letzten Jahren hat sich die Verarbeitung von Superlegierungen von der konventionellen Gussmethode zu modernen Technologien wie gerichtetem Erstarrungsguss und Einkrustenguss gewandelt. Beim gerichteten Erstarrungsguss werden die Formen so gestaltet, dass sie eine Innenfläche aufweisen, die im Vergleich zu den übrigen Materialien als kälter gilt. Dieser Prozess wird mithilfe wassergekühlter Wärmetauscher durchgeführt. Die Fähigkeit eines solchen Gussverfahrens, die Richtung der Korngrenzen zu steuern, ermöglicht es den Ingenieuren von OEMs in der Luft- und Raumfahrt, die Komponenten in bestimmte Richtungen zu konstruieren. Aus diesem Grund wird gerichteter Erstarrungsguss bevorzugt für die Herstellung von Komponenten für Strahlturbinen eingesetzt.

Andererseits wird das Einkristallgießen nicht nur als improvisierte Version des Direkterstarrungsverfahrens betrachtet, da es Probleme wie Schlupf, Kavitation und Einschlüsse, die durch Korngrenzen verursacht werden, beseitigen kann. Darüber hinaus kann das Einkristallverfahren die Kriechfestigkeit in den für Flugzeugkomponenten hergestellten Komponenten erhöhen. Daher wird erwartet, dass die OEMs in der Luft- und Raumfahrtindustrie Einkristallgussverfahren bevorzugen, da die Kriechfestigkeit als Schlüsselparameter zur Bewertung der Qualität von Komponenten für Verkehrs- und Passagierflugzeuge zunehmend akzeptiert wird.

Flugzeuge der nächsten Generation: Eine neue Chance

Die zunehmende Betonung der vier Säulen Wirtschaftlichkeit, Umwelt, Elektrifizierung und Effizienz bei Flugzeugherstellern wie Boeing und Airbus dürfte die Entwicklung von Flugzeugen der nächsten Generation vorantreiben. So kündigte Airbus im Mai 2021 Pläne zur Entwicklung der A322 der nächsten Generation mit einer Gesamtlänge von bis zu 50 Metern an. Kriechfestigkeit und Hochtemperaturschutz von Flugzeugen sind Schlüsselattribute, die eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Gesamteffizienz von Flugzeugvarianten der nächsten Generation spielen. Daher werden Hochleistungslegierungen von OEMs im Luft- und Raumfahrtsektor als fortschrittliche Materialien für die Herstellung verschiedener Komponenten, nämlich Triebwerke und Rotorblattauskleidungen von Flugzeugen der nächsten Generation, bevorzugt, da sie einen besseren Wärmeschutz und eine hervorragende Kriechfestigkeit bewirken können.

Wettbewerb und Reaktion der Hersteller auf die Luft- und Raumfahrtindustrie

Die meisten Hersteller von Hochleistungslegierungen haben ihre Produkte auf die Luft- und Raumfahrtindustrie ausgerichtet. Die Branche ist von internationalen und regionalen Akteuren durchdrungen, die strategische Partnerschaften nutzen, um ihren Marktanteil zu halten. Zu den wichtigsten Herstellern zählen Alcoa Inc., Hitachi Metals Ltd., Outokumpu, Allegheny Technologies Incorporated, Haynes International Inc., Carpenter Technology und VSMPO-Avisma Corporation.

Einige der neuen Unternehmen gewinnen durch die Einführung innovativer Produkte Marktanteile. So brachte das schwedische Unternehmen Digital Metal AB im September 2019 eine neue, im Zwei-Binder-Jetting-Verfahren 3D-gedruckte Hochleistungslegierung für extreme Umgebungen auf den Markt. Diese Produkte sind in den Ausführungen DM 247 und DM 625 erhältlich und verfügen über eine außergewöhnliche Binder-Jetting-Technologie, die diese Probleme durch Drucken bei Umgebungstemperatur ohne Anwendung von Wärme verhindert. DM 247 ist von MAR M247 abgeleitet, das für die Herstellung von Turbinenschaufeln und anderen Luft- und Raumfahrtanwendungen bei extremen Temperaturen verwendet wird. DM 625 hingegen ist eine Inconel-Qualität mit Anwendung in den Bereichen Meerwasser, chemische Verarbeitungsanlagen, Nukleartechnik und Luft- und Raumfahrt.

Mit dem Aufkommen der additiven Fertigung auf globaler Ebene wird erwartet, dass die Hersteller von Hochleistungslegierungen wahrscheinlich in strategische Allianzen mit Anbietern additiver Fertigung investieren werden, damit die Produktkategorien der nächsten Generation bald eingeführt werden können. Darüber hinaus glauben die meisten Wissenschaftler im Luft- und Raumfahrtsektor, dass Hochleistungslegierungen für den 3D-Druck geeignet sind. Daher wird erwartet, dass die OEMs der Flugzeughersteller die perfekte Kombination aus einzigartiger Bindemitteltechnologie und dem USP von Superlegierungen in einer einzigen Produktkategorie nutzen werden.

Laut einer Analyse von Data Bridge Market Research wächst der Markt im Prognosezeitraum von 2023 bis 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 20,9 % und dürfte bis 2030 ein Volumen von 91.853,88 Millionen US-Dollar erreichen. Der wichtigste Wachstumsfaktor für den Markt für additive Fertigung ist die steigende Nachfrage nach Leichtbauteilen aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Um mehr über die Studie zu erfahren, https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-additive-manufacturing-market

In den letzten Jahren haben die Forschungsinstitute im Luft- und Raumfahrtsektor ihre Ausgaben für die Entwicklung von Superlegierungen der nächsten Generation für den Flugzeugbau erhöht. Im Februar 2020 kündigte die NASA beispielsweise die Entwicklung einer Superlegierung auf Nickelbasis unter Verwendung spezieller Legierungselemente an, die schädliche Verformungen bei Temperaturen über 700 °C begrenzen. Diese Hochleistungslegierungen auf Nickelbasis nutzen eine pulvermetallurgische (PM) Zusammensetzung, wodurch die schädliche Umwandlung von Gamma-Primär- in Gamma-Phase begrenzt und Stapelfehler während der Kriechverformung verursacht werden. Es ist bekannt, dass die Materialien in Flugzeugstrukturen bei hohen Temperaturen unter Belastung dazu neigen, sich plastisch zu verformen. Daher gelten diese Hochleistungsproduktformen als überlegene kriechfeste Materialien, die eine entscheidende Rolle bei der Leistungssteigerung von Flugzeugtriebwerken spielen.

Abschluss

Hohe Ausgaben für moderne Materialien zur Reduzierung der Gesamtwartungskosten in Verbindung mit der Einführung neuer Flugzeuggenerationen dürften den Einsatz von Hochleistungslegierungen in den nächsten Jahren fördern. Darüber hinaus dürften die steigenden Ausgaben für die Integration neuer Technologien, insbesondere der 3D-Drucktechnologie, den OEMs im Luft- und Raumfahrtsektor den Weg ebnen, diese mit den besten Eigenschaften von Superlegierungen zu kombinieren und innovative Komponenten für Verkehrs- und Militärflugzeuge zu entwickeln.

Die für die Integration erforderlichen umfangreichen Anfangsinvestitionen in Verbindung mit der begrenzten Möglichkeit, Hochleistungslegierungen in verschiedene Formen zu verarbeiten, dürften für Käufer im OEM-Segment der Luft- und Raumfahrtindustrie eine große Herausforderung darstellen. Darüber hinaus dürften die Volatilität der Rohstoffpreise für Metalle aufgrund der schwankenden Angebotsdynamik aus den metallproduzierenden Zielländern für Nickel, Aluminium, Kupfer und Eisen eine große Herausforderung darstellen, um den Zugang zu Hochleistungslegierungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie in naher Zukunft sicherzustellen.

Data Bridge Market Research analysiert, dass der Markt für Hochleistungslegierungen von 2023 bis 2030 voraussichtlich eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 5,80 % aufweisen wird. Neben Einblicken in Marktszenarien wie Marktwert, Wachstumsrate, Segmentierung, geografische Abdeckung und wichtige Akteure enthalten die von Data Bridge Market Research zusammengestellten Marktberichte auch eingehende Expertenanalysen, geografisch dargestellte Produktion und Kapazität nach Unternehmen, Netzwerklayouts von Vertriebshändlern und Partnern, detaillierte und aktuelle Preistrendanalysen und Defizitanalysen von Lieferkette und Nachfrage.

Um einen detaillierten Einblick in den Markt zu erhalten, besuchen Sie https://www.databridgemarketresearch.com/de/reports/global-high-performance-alloys-market


DBMR hat mehr als 40 % der Fortune 500-Unternehmen weltweit betreut und verfügt über ein Netzwerk von mehr als 5000 Kunden. Unser Team hilft Ihnen gerne bei Ihren Fragen. Besuchen Sie https://www.databridgemarketresearch.com/de/contact

Kontaktiere uns

ERFAHREN SIE MEHR

Weitere Einblicke in Auswirkungen und Maßnahmen