Modul 6: Werkstoffe und Bauteile

1. Modulübersicht

Modul 6 des EASA Part-66 Lehrplans vermittelt dem freigabeberechtigten Personal ein umfassendes Verständnis der Werkstoffe und Bauteile, die beim Bau und der Wartung von Luftfahrzeugen verwendet werden. Dieses Modul ist von grundlegender Bedeutung, da es die Lücke zwischen der theoretischen Werkstoffkunde und den praktischen, praxisnahen Entscheidungen schließt, die bei Wartung, Inspektion und Reparatur getroffen werden.

Das Modul behandelt die Eigenschaften, Identifizierung und das Verhalten von Eisen- und Nichteisenmetallen, Verbundwerkstoffen und nichtmetallischen Werkstoffen sowie die große Bandbreite an Bauteilen – von Befestigungselementen und Lagern bis hin zu Rohren, Schläuchen und Dichtstoffen. Entscheidend ist, dass es auch die Schädigungsmechanismen behandelt, die die Lufttüchtigkeit gefährden, insbesondere Korrosion, sowie die zerstörungsfreien Prüfverfahren (NDT), die zu ihrer Erkennung eingesetzt werden. Ein zentrales Thema ist die unbedingte Notwendigkeit, zugelassene Daten (Aircraft Maintenance Manuals, Structural Repair Manuals, Illustrated Parts Catalogues) zu befolgen und die strikte Kontrolle von Teilen und Materialien.

2. Schlüsselkonzepte im Detail erklärt

2.1 Flugzeugwerkstoffe: Eisenwerkstoffe

Eisenwerkstoffe sind eisenbasiert und werden in Flugzeugen aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Härte umfangreich eingesetzt. Ihre Eigenschaften können durch Wärmebehandlung und Legieren erheblich verändert werden.

In der Luftfahrt verwendete Stahlsorten:

Niedriglegierte Stähle (z. B. 4130, 4340): Dies sind die gebräuchlichsten Konstruktionsstähle. Sie sind wärmebehandelbar, um hohe Festigkeit zu erreichen, und werden für Triebwerksträger, Fahrwerkskomponenten und kritische Strukturbeschläge verwendet. Sie sind korrosionsanfällig und erfordern eine Schutzbeschichtung (z. B. Cadmium) oder Lackierung.

Korrosionsbeständige Stähle (Edelstähle): Mit Chrom (und oft Nickel) legiert, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Sie werden für Abgasanlagen, Federn und Befestigungselemente verwendet. Sie sind im Allgemeinen nicht magnetisch (austenitische Sorten) oder weniger magnetisch als unlegierte Kohlenstoffstähle.

Hochfeste Stähle: Werden in hochbelasteten Komponenten wie Antriebswellen und Fahrwerksachsen verwendet. Sie sind äußerst anfällig für Versprödung und Spannungsrisskorrosion.

Wärmebehandlung und Auswirkungen von Überhitzung:

Wärmebehandlungsverfahren wie Härten, Anlassen und Glühen werden eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Stahl maßzuschneidern.

Kritisches Konzept: Die Einwirkung von Temperaturen über der maximal zulässigen Betriebstemperatur auf hochfeste Stähle (z. B. durch Feuer oder übermäßige Reibung) kann schwere metallurgische Veränderungen verursachen. Dies führt oft zu Überanlassen, was einen Verlust an Härte und Festigkeit zur Folge hat, oder in einigen Fällen zu einer erneuten Härtung, die einen Verlust an Duktilität und erhöhte Sprödigkeit verursacht. Ein Bauteil, das überhitzt wurde, muss aus dem Dienst entfernt werden, da seine strukturelle Integrität beeinträchtigt ist.

Identifizierung von Stahlschrauben (AN-Standard):

AN (Air Force-Navy) Stahlschrauben werden durch Markierungen auf dem Schraubenkopf identifiziert.

Ein erhabener Strich oder Stern auf dem Kopf zeigt an, dass die Schraube aus korrosionsbeständigem Stahl besteht.

Das Fehlen einer Markierung weist im Allgemeinen auf eine cadmiert plattierte legierte Stahlschraube hin.

Farbcodierung ist keine Standardmethode zur Identifizierung von AN-Schrauben.

2.2 Flugzeugwerkstoffe: Nichteisenmetalle

Nichteisenwerkstoffe werden wegen ihres geringen Gewichts, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer spezifischen elektrischen oder thermischen Eigenschaften geschätzt.- Aluminium und seine Legierungen:

Das primäre Flugzeugzellenmaterial aufgrund seines hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses.

Eloxieren: Ein elektrochemisches Verfahren, das eine dicke, harte und korrosionsbeständige Oxidschicht auf der Oberfläche erzeugt. Diese Schicht ist keine Beschichtung, sondern eine Umwandlung der Aluminiumoberfläche selbst. Ihr Hauptzweck ist der Korrosionsschutz. Wenn sie bis auf das blanke Metall zerkratzt wird, geht die Schutzschicht lokal verloren, und Korrosion kann entstehen.

Chemische Konversionsbeschichtung (Alodine): Ein chemisches Verfahren, das eine dünne, stabile Oxid-/Phosphatschicht erzeugt. Ihre Hauptzwecke sind die Verbesserung der Haftung von Farbe und der Korrosionsschutz für Aluminiumoberflächen vor dem Lackieren. Sie beeinflusst die Leitfähigkeit oder Härte nicht wesentlich.

Korrosion: Aluminiumlegierungen sind anfällig für verschiedene Korrosionsarten, einschließlich Lochfraß, Schichtkorrosion und Reibkorrosion.

Titan und seine Legierungen:

Verwendet in Umgebungen mit hoher Festigkeit, hohen Temperaturen und starker Korrosionsbelastung (z. B. Rotorblattholme, Brandschutzwände, Verbindungselemente).

Wichtige Eigenschaften: Nicht magnetisch, leicht und hochkorrosionsbeständig.

Identifizierung: Typischerweise mit „Ti" oder „Titan" gekennzeichnet. Sie werden nicht durch Farbcodes identifiziert und sind nicht magnetisch, was zur Unterscheidung von einigen Stählen beiträgt. Sie sind etwa 40 % leichter als Stahl, aber schwerer als Aluminium.

Magnesium und seine Legierungen:

Das leichteste Konstruktionsmetall. Verwendet für Getriebegehäuse und einige nicht tragende Komponenten.

Kritische Gefahr: Sehr anfällig für Korrosion und ein entzündbares Metall. Wenn ein Verbindungselement in einem Magnesiumgehäuse festgeklemmt ist, ist die Verwendung eines Brenners aufgrund der Entzündungsgefahr strengstens verboten. Die Entfernung erfordert sorgfältige Methoden wie Kriechöl und einen Gewindebohrer-Ausdreher.

2.3 Flugzeugwerkstoffe: Verbundwerkstoffe und nichtmetallische Werkstoffe

Verbundwerkstoffe:

Bestehen aus einer Verstärkung (z. B. Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfasern), die in eine Matrix (z. B. Epoxidharz) eingebettet ist.

Vorteile: Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.

Defekte: Die primären Defekte sind Delamination (Trennung der Schichten), Entklebung (Trennung der Haut vom Kern) und Schlagsschäden (die intern verborgen sein können).

Schadensbeurteilung: Der erste Schritt bei der Beurteilung eines Schadens ist die Messung und Dokumentation des Schadens im Vergleich zu den zulässigen Grenzwerten des Herstellers. Dies beinhaltet oft zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Klopftests oder Ultraschallprüfung.

Wassereintritt: Ein Riss oder eine Entklebung kann das Eindringen von Wasser in den Wabenkern ermöglichen, was zu Gewichtszunahme, interner Korrosion und Frost-Tau-Schäden führt. Ein Blatt mit vermutetem Wassereintritt und einem Riss muss ersetzt werden, da das Ausmaß des internen Schadens nicht beurteilt werden kann.

Transparente Kunststoffe (Acryl/Plexiglas):

Verwendet für Windschutzscheiben und Fenster aufgrund ihrer optischen Klarheit, ihres geringen Gewichts und ihrer einfachen Formbarkeit.

Wichtige Eigenschaft: Hervorragende Lichtdurchlässigkeit und Formbarkeit.

Kritischer Defekt: Risse sind nicht reparierbar. Das Bohren von Stopplöchern ist keine zugelassene Reparatur für Acryl. Jeder Riss, unabhängig von seiner Größe, erfordert den Austausch des Fensters.

Bohren: Beim Bohren von Acryl einen scharfen Bohrer, niedrige Drehzahl und leichten Druck verwenden, um Wärmestau, Rissbildung und Ausbröckeln zu vermeiden.- Gummi und Elastomere:

Verwendet für Dichtungen, Dichtungsringe, Schläuche und flexible Kupplungen.

Degradation: Schwellung und Blasenbildung eines Schlauchs weisen auf einen chemischen Angriff durch eine unverträgliche Flüssigkeit hin. Rissbildung und Aushärtung deuten auf Alterung oder Ozonangriff hin.

Flexible Kupplungen: Jeder Riss in einem flexiblen Gummikupplungselement führt zur Ablehnung und zum Austausch. Für diese kritischen Bauteile gibt es keine akzeptablen Rissgrenzen.

2.4 Korrosion

Korrosion ist der elektrochemische Abbau eines Metalls. Sie stellt eine primäre Bedrohung für die Lufttüchtigkeit dar und ist ein Hauptschwerpunkt von Wartungsinspektionen.

Arten von Korrosion:

Galvanische Korrosion: Tritt auf, wenn zwei ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten in Kontakt stehen. Das aktivere Metall korrodiert.

Lochfraßkorrosion: Lokalisierter Angriff, der kleine Grübchen oder Löcher bildet. Die Tiefe der Grübchen ist eine kritische Messgröße zur Bestimmung der Lufttüchtigkeit.

Reibkorrosion: Tritt an der Grenzfläche zweier eng anliegender Oberflächen auf, die wiederholten kleinen Relativbewegungen (Vibrationen) ausgesetzt sind. Dies zerstört die schützende Oxidschicht und führt zu beschleunigtem Verschleiß und Oxidation. Sie tritt häufig an Nietverbindungen und Lagerkontaktflächen auf.

Schichtkorrosion: Eine schwere Form der interkristallinen Korrosion, die entlang der Korngrenzen von Aluminiumlegierungen auftritt. Die Korrosionsprodukte haben ein größeres Volumen als das ursprüngliche Metall, was dazu führt, dass die Schichten "aufwölben" oder sich ablösen. Dies weist auf tiefe, verdeckte strukturelle Schäden hin.

Korrosionsentfernung und -bewertung:

Erster Schritt: Die erste Maßnahme ist immer die Bewertung des Schadens anhand der zulässigen Grenzwerte des Herstellers (AMM/SRM).

Entfernung: Korrosionsprodukte müssen mechanisch (z. B. mit Schleifpapier) oder chemisch gemäß dem AMM entfernt werden. Elektrische Drahtbürsten sind an strukturellen Außenhäuten oft verboten, da sie zu aggressiv sind und gesundes Material entfernen können.

Bewertung nach der Entfernung: Nach der Korrosionsentfernung muss die verbleibende Materialdicke gemessen und mit den zulässigen Grenzwerten verglichen werden. Wenn die verbleibende Dicke unter dem Minimum liegt, muss das Bauteil ersetzt werden.

Beispielrechnung: Wenn eine Strebenwand 2,0 mm dick ist und das Handbuch eine maximale Lochfraßtiefe von 10 % der Wanddicke zulässt, beträgt die zulässige Lochfraßtiefe 0,2 mm. Ein Lochfraß von 0,3 mm überschreitet diesen Grenzwert und erfordert den Austausch des Bauteils.

Korrosionsschutz:

Kadmiumbeschichtung: Eine Opferbeschichtung, die auf Stahlbefestigungselemente und -bauteile aufgetragen wird. Weiße Korrosionsprodukte an einem kadmiumbeschichteten Bolzen zeigen an, dass die Beschichtung verbraucht ist, und der Bolzen muss ersetzt werden.

Korrosionsschutzmittel (CICs): Werden als dünner Film durch Sprühen oder Bürsten auf innere Strukturen aufgetragen, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Dicke Schichten können Feuchtigkeit einschließen und sind nicht akzeptabel.

Nassmontage: Beschichten des Schafts eines Bolzens mit einem Dichtmittel oder CIC vor der Montage, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Reibkorrosion zu verhindern.

2.5 Befestigungselemente

Niete:

Verwendet für dauerhafte strukturelle Befestigungen. Der Durchmesser beträgt typischerweise das 3-fache der Dicke des dicksten Blechs, und die Länge muss die gesamte Materialdicke plus die Menge berücksichtigen, die zur Bildung des Setzkopfes benötigt wird. Die Auswahl basiert immer auf genehmigten technischen Daten (AMM, SRM oder Standardtabellen).- Bolzen und Muttern:

AN-Bolzen: Erkennbar an den Kopfmarkierungen. Ein erhabener Strich oder Stern kennzeichnet korrosionsbeständigen Stahl.

Selbstsichernde Muttern: Verwenden einen Nylon-Einsatz oder ein vollständig metallisches verformtes Gewinde, um Reibung zu erzeugen und dem Lösen zu widerstehen.

Wiederverwendung: Die Wiederverwendung ist nur zulässig, wenn das Losbrechmoment den AMM-Grenzwerten entspricht. Wenn sich die Mutter dreht, ohne das vorgeschriebene Drehmoment zu erreichen, ist die Sicherungswirkung abgenutzt und die Mutter muss ersetzt werden.

Einbau: Anziehen auf einen im Wartungshandbuch festgelegten Drehmomentwert. Der Drehmomentwert berücksichtigt die Reibung der Sicherungswirkung.

Kronenmuttern: Werden mit einem Splint zur positiven Sicherung verwendet. Liegt das Drehmoment unter dem Mindestwert, muss die Mutter gelöst und erneut angezogen werden. Der Splint muss nach jeder Drehmomentanpassung ersetzt werden.

Hi-Lok-Verbindungselemente: Ein System aus Bolzen und Ringmutter, das eine gleichmäßige Klemmkraft gewährleistet und von einer Seite montiert wird, wodurch ein Gegengehalt überflüssig wird.

Drehmomentanwendung:

Krähenfußverlängerung bei 90°: Wenn eine Verlängerung im 90-Grad-Winkel zum Schraubenschlüsselgriff verwendet wird, wird die effektive Hebelarmlänge nicht verlängert, sodass das angezeigte Drehmoment dem aufgebrachten Drehmoment entspricht.

Krähenfußverlängerung in Linie: Der Messwert muss mit einer Formel neu berechnet werden, die die verlängerte Hebelarmlänge berücksichtigt.

Überdrehmoment: Kann Gewindeverformungen verursachen, die die Tragfähigkeit des Bolzens verringern. Solche Bolzen müssen ersetzt werden.

2.6 Rohre, Schläuche und Dichtstoffe

Flexible Schläuche:

Teilenummern: Schläuche werden nach bestimmten Teilenummern hergestellt (z. B. MS28741-4-12), die Größe, Material, Anschlusskonfiguration und Druckstufe festlegen. Eine andere Strichnummer kann inkompatibel sein. Nur die genaue Teilenummer aus dem IPC oder Wartungshandbuch ist zulässig.

Inspektion: Achten Sie auf Knicke, Scheuerstellen, Aufquellungen, Blasenbildung und Verdrehungen. Ein verdrehter Schlauch erzeugt Torsionsspannung auf das Verstärkungsgeflecht und muss ersetzt werden.

Gequetschte Hülsen: Eine gerissene gequetschte Hülse weist auf einen Verlust der strukturellen Integrität hin. Die Schlauchleitung kann nicht repariert werden und muss ersetzt werden. Ein erneutes Quetschen ist nicht zulässig, da es in einer kontrollierten Umgebung vom Hersteller durchgeführt werden muss.

Dichtstoffe:

Treibstofftank-Dichtstoffe: Die Hauptfunktion besteht darin, Kraftstofflecks zu verhindern. Sie müssen beständig gegen Kraftstoff, Zusatzstoffe und Umwelteinflüsse sein. Sie sind keine strukturellen Materialien.

2.7 Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP)

ZfP-Verfahren werden verwendet, um Fehler zu erkennen, ohne das Bauteil zu beschädigen.

Farbeindringprüfung: Erkennt oberflächenoffene Unregelmäßigkeiten (Risse, Porosität). Eine durchgehende Anzeigelinie weist auf einen Oberflächenriss hin.

Magnetpulverprüfung (MPI): Erkennt oberflächennahe Risse in ferromagnetischen Materialien (Stahl). Jede linienförmige Anzeige führt zur Ablehnung.

Ultraschallprüfung: Verwendet hochfrequente Schallwellen, um innere Fehler wie Delaminationen in Verbund- oder Klebstrukturen zu erkennen.

Wirbelstromprüfung: Erkennt oberflächennahe Fehler in leitfähigen Materialien.

Klopftest: Eine einfache akustische Methode zur Erkennung von Entklebungen und Delaminationen in Verbundstrukturen, indem auf einen dumpfen Klang geachtet wird.

3. Wichtige Formeln, Vorschriften und Verfahren- Regulatorischer Rahmen:

Verordnung (EU) Nr. 1321/2014, Anhang III (Part-66): Definiert die Anforderungen für die Freigabe von Instandhaltungspersonal.

Part-145: Definiert die Anforderungen für Instandhaltungsbetriebe, einschließlich der Verwendung von genehmigten Daten.

AMC/GM (Akzeptable Mittel zur Einhaltung/Leitlinien): Bietet Anleitungen zur Einhaltung der Vorschriften.

Wichtige Verfahren:

Korrosionsentfernung: Muss den AMM/SRM-Verfahren folgen. Der erste Schritt ist die Bewertung gegen die zulässigen Grenzwerte.

Drehmomentprüfung: Wenn sich eine Mutter dreht, ohne das Drehmoment zu erreichen, ist die Sicherung abgenutzt. Wenn das Drehmoment unter dem Minimum liegt, lösen und erneut anziehen.

Schweißreparatur: Für Edelstahl und Inconel sind eine strenge Oberflächenvorbereitung und Vorwärmung unerlässlich, um Rissbildung zu vermeiden. Epoxidharzreparaturen sind für Abgaskomponenten nicht akzeptabel.

Schadensbewertung: Alle Schäden müssen gemessen und mit den zulässigen Grenzwerten im AMM/SRM verglichen werden. Liegen sie innerhalb der Grenzwerte, ist das Bauteil lufttüchtig. Liegen sie außerhalb, muss es gemäß genehmigten Daten repariert oder ersetzt werden.

Formeln:

Zulässige Lochfraßtiefe: (z. B. 10 % der Wandstärke). Berechnung: Zulässige Tiefe = Wandstärke × 0,10.

Drehmoment mit Verlängerung in Linie: Angezeigtes Drehmoment = (Angewandtes Drehmoment × L) / (L + E), wobei L die Schlüssellänge und E die Verlängerungslänge ist.

4. Häufige Beziehungen zwischen Konzepten

Materialeigenschaften ↔ Anwendung: Die hohe Festigkeit von Stahl wird für das Fahrwerk genutzt, das geringe Gewicht von Aluminium für die Flugzeugzelle, die Korrosionsbeständigkeit von Titan für Holme und die optische Klarheit von Acryl für Fenster.

Korrosion ↔ Materialdegradation: Korrosion ist der primäre Degradationsmechanismus für Metalle. Die Art der Korrosion (z. B. Reibkorrosion, galvanische Korrosion, Lochfraß) steht in direktem Zusammenhang mit der Betriebsumgebung und den in Kontakt stehenden Materialien.

Schaden ↔ Lufttüchtigkeit: Die Beziehung zwischen einem Defekt (Delle, Riss, Korrosion) und seiner Größe relativ zu den zulässigen Grenzwerten bestimmt, ob ein Bauteil lufttüchtig ist oder repariert/ersetzt werden muss.

Befestigungszustand ↔ Strukturelle Integrität: Der Zustand eines Befestigungselements (z. B. abgenutzte Sicherung, Gewindeverformung, Korrosion) wirkt sich direkt auf seine Fähigkeit aus, Lasten zu tragen und die Integrität der Verbindung aufrechtzuerhalten.

NDT ↔ Defekttyp: Die Wahl der NDT-Methode steht in direktem Zusammenhang mit der Art des Defekts und dem Material. Ultraschall für interne Delamination, Farbeindringprüfung für Oberflächenrisse und MPI für ferromagnetische Materialien.

5. Typische Prüfungsschwerpunkte

Korrosion: Korrosionsarten (insbesondere Reibkorrosion und Schichtkorrosion), Ursachen und die korrekte Reihenfolge der Maßnahmen für Bewertung und Entfernung. Berechnung der zulässigen Lochfraßtiefe.

Befestigungselemente: Identifizierung von AN-Bolzen (Kopfmarkierungen), Wiederverwendungskriterien für selbstsichernde Muttern, Drehmomentanwendung (insbesondere die 90°-Krähenfußregel) und die korrekte Maßnahme für eine Mutter, die sich bei niedrigem Drehmoment dreht.

Materialidentifizierung: Eigenschaften von Titan (nicht magnetisch, leicht) und die Auswirkungen von Überhitzung auf hochfesten Stahl.

Schadensgrenzwerte: Die kritische Entscheidung, ob ein Defekt (Delle, Riss, Entklebung) innerhalb oder außerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt, und die anschließende Maßnahme (Wiederfreigabe, Reparatur oder Ersatz).

Nicht reparierbare Teile: Risse in Acryl (Plexiglas), gerissene gepresste Hülsen und gerissene Gummi-Flexkupplungen führen immer zum Ersatz.

Genehmigte Daten: Die absolute Anforderung, das AMM,SRM, IPC und die Anweisungen des Herstellers für alle Wartungsmaßnahmen, einschließlich Teileauswahl, Drehmomentwerte und Reparaturschemata.

Schlauch- und Rohrleitungsinspektion: Die Bedeutung von Teilenummern, die Unzulässigkeit von Verdrehungen sowie die Ursachen von Aufquellungen/Blasenbildung.

Modul 6: Werkstoffe und Bauteile