DE102004022578A1

DE102004022578A1 - Titan-Aluminium-Legierung

Info

Publication number: DE102004022578A1
Application number: DE102004022578A
Authority: DE
Inventors: Manfred Renkel; Wilfried Dr. Smarsly
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: G4t 91362 Pretzfeld De GmbH
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-12-01
Also published as: PL1747298T3; EP1747298A1; DE502005001499D1; WO2005108632A1; ATE373112T1; US20080069720A1; EP1747298B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob, wobei der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 35 und 60 Gew.-% liegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leichtbaukomponente aus einer Titan-Aluminium-Legierung und die Verwendung einer Titan-Aluminium-Legierung zur Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leichbaukomponente aus einer Titan-Aluminium-Legierung und die Verwendung einer Titan-Aluminium-Legierung zur Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren.

Legierungszusammensetzungen aus Titan, Aluminium und Niob sind bekannt. Derartige Legierungen werden insbesondere zur Herstellung hochtemperaturbeständiger Leichtbaukomponenten, die zudem ein sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festigkeit aufweisen müssen, verwendet. So beschreibt die DE 197 35 841 A1 eine Legierung auf der Basis von Titanaluminiden mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob. Der Anteil von Niob kann dabei in der bekannten Legierung variieren und zwar zwischen 5 und 10 Atom-%. Die offenbarten Legierungen weisen dabei immer einen Anteil von 45 Atom-% Aluminium auf. Dies entspricht einem Aluminiumanteil zwischen 28 und 30 Gew.-%. Auch die DE 200 19 886 U1 beschreibt eine Legierung auf der Basis von unter Verwendung von schmelz- und pulvermetallurgischen Techniken hergestellten Titanaluminiden mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob, wobei der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 45,5 und 49 Atom-% liegt. Der Niobgehalt in dieser bekannten Legierung kann in einem Bereich zwischen 4 und 10 Atom-% liegen. Auch bei dieser Legierung beträgt der Anteil an Aluminium zwischen 28 und 30 Gew.-%. Aus der DE 40 37 959 A1 ist eine niobmodifizierte Titan-Aluminium-Legierung bekannt, die im Wesentlichen aus Titan, Aluminium und Niob besteht, wobei die Legierungen 37 bis 48 Atom-% Titan, 46 bis 49 Atom-% Aluminium und 6 bis 14 Atom-% Niob aufweisen. Dies entspricht einer Zusammensetzung der Legierung von 54 bis 36,5 Gew.-% Titan, 30 Gew.-% Aluminium und 6,5 bis 16 Gew.-% Niob. Schließlich ist aus der US 4,294,615 eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob bekannt, die aus 58,8 Gew.-% Titan, 29,8 Gew.-% Aluminium und 11,4 Gew.-% Niob besteht.

Nachteilig an diesen bekannten Legierungen aus Titan und Aluminium ist jedoch deren geringe Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung und Oxidationsbeständigkeit. Des Weiteren sind die bekannten Legierungen aufgrund ihrer Sprödigkeit nur schwer zu verarbeiten, insbesondere durch Verarbeitungsverfahren wie Gießen oder Schmieden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist, d. h. eine Legierung, die eine hohe Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung, d. h. Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit, aufweist.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung Leichtbaukomponenten bereitzustellen, welche die genannte hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.

Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Titan-Aluminium-Legierung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Leichtbaukomponente gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob weist einen Aluminiumgehalt im Bereich zwischen 35 und 60 Gew.-% auf. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, dass durch die im Vergleich zu den bisher bekannten Legierungszusammensetzungen aus Titan, Aluminium und Niob höheren Anteile an Aluminium eine unerwartet hohe Festigkeit bzw. Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung und eine entsprechende Oxidationsbeständigkeit erzielt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 43 und 45 Gew.-%. Der Niobgehalt der Legierung liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 2 und 16 Gew.-%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 12 Gew.-%.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung enthält die Legierung mindestens ein Halogen, insbesondere Anteile an Chlor und/oder Fluor. Der Zusatz von Chlor und/oder Fluor führt vorteilhafterweise zu einer höheren Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Dabei liegt der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 1 und 100 ppm, vorzugsweise zwischen 2 und 10 ppm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung enthält diese Anteile an Gold und/oder Silber. Der Zusatz von Gold und/oder Silber führt ebenfalls zu einer höheren Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Der Goldgehalt und/oder Silbergehalt liegt dabei zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1,0 Gew.-%.
Mit den dargestellten erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierungen lässt sich eine Festigkeitssteigerung auf 400 bis 600 MPa/R.T. bei 800°C erzielen. Die Oxidationsbeständigkeit liegt für 800°C bei 10.000 Std. Zudem lassen sich die erfindungsgemäßen Legierungen sehr gut verarbeiten, d. h. es ist ein rissfreies Strangpressen und Schmieden, ein seigerungsfreies Schmelzen und Gießen möglich.
Leichtbaukomponenten aus einer Titan-Aluminium-Legierung gemäß den im Vorhergehenden beschriebenen Zusammensetzungen weisen ebenfalls eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere bezüglich Ermüdung und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Festigkeit auf.
Verwendung findet eine erfindungsgemäße Titan-Aluminium-Legierung gemäß den im Vorhergehenden beispielhaften Zusammensetzungen bei der Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren. Dies wird möglich durch die sehr gute Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen.

Claims

Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 35 und 60 Gew.-% liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 43 und 45 Gew.-% liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niobgehalt der Legierung im Bereich zwischen 2 und 16 Gew.-% liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Niobgehalt der Legierung im Bereich zwischen 6 und 12 Gew.-% liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung mindestens ein Halogen enthält.
Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Chlor und/oder Fluor enthält.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 1 und 100 ppm liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 2 und 10 ppm liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Gold und/oder Silber enthält.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldgehalt und/oder Silbergehalt zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-% liegt.
Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldgehalt und/oder Silbergehalt zwischen 0,01 und 1,0 Gew.-% liegt.
Leichtbaukomponente aus einer Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung einer Titan-Aluminium-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren.