DE1483233A1

DE1483233A1 - Titanlegierung

Info

Publication number: DE1483233A1
Application number: DE19651483233
Authority: DE
Inventors: Moon John Robert Jesmond; Evans Evan William
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1964-03-11
Filing date: 1965-03-11
Publication date: 1969-10-02
Also published as: GB1073621A; US3441407A

Description

WUSNTAHWWII Oft.-ING.H.FINCICI OlPL.-ING.H.iOHR

U83233

MÖNCHEN 6

11.

IMS

20079 - Dr,F/hr Case M.17400

Beschreibung zur Patentanmeldung der

IMPERIAL NHTAL INDUSTiIIIiS (KYNOCII) LIMITED, London S.W. 1

betreffend:

"Titanlegierung"

PRIORITÄT : 11. März 1964 - Großbritannien

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Titanlegierungen und insbesondere auf in der ß-Phase vorliegende Titanlegierungen*

Eine Titanlegierung gemäß der Erfindung enthält 3-10 t Aluminium, 20 - 35 % Vanadium und eines oder mehrere der folgenden die R-Phase stabilisierenden Elemente: Wolfram bis

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zu. 15 1, Molybdän bis zu 15 I, Niob bis zu IS t und Tantal bus zu 10 %, Rest Titan neben Verunreinigungen, jedoch nicht weniger als 51 %Geu,-i.

Tue Gesamtkonzentration der die ß-Phase stabilisierenden /lemente sollte derart sein, daß die ß-Phase bei Raumtemperatur durch Luftabkühlung in starken Abschnitten gehalten wird, wobei die bekannte Äquivalenz der die ß-Phase stabilisierenden Wirksamkeit dieser Elemente dazu benutzt wird, um dieser Bedingung zu entsprechen«

Da die installographische Struktur von Legierungen genäß der Erfindung vor der Wärmebehandlung einphasig körperzentriert kubisch ist, können diese Legierungen in einer duktilen und

en Fora

kalt schmiedbar/hergestellt werden und sie besitzen ausgezeichnete Kaltwalzeigenschaften· Durch eine geeignete tfärnebehandlung können die Legierungen gehärtet werden, und zwar durch Ausfallen einer Ti-Al-Verbindung (DQ19 Struktur), welche einen weiten Bereich von Verbindungen von Ti-Al bis Ti Al umfaßt« Die Bildung dieser Verbindung vergrössert die Konzentration der die ß~Phase stabilisierenden Elemente in der Grundmasse, welche körperzentriert kubisch bleibt und bei niedrigen Temperaturen vollkommen stabil ist.

Ein hoher Aluminiumgehalt ist erforderlich, um die Legierungen fester und leichter zu machon und der optimale Gehalt

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an Aluminium beträgt 6-9 Gew,-S, Einige der Legierungen besitzen eine Dichte von mehr als S g/ccw»

Andere die CO-Phase stabilisierenden Elemente, wie Zinn, können ganz oder teilweise das Aluminium ersetzen, wodurch eine gewisse Verbesserung der Festigkeit ersielt wird. Die obere Grenze für den Zinnzusatz beträgt 5 Ggw.-I und es besteht bekanntlich eine Äquivalenz zwischen den die oe-Phase stabilisierenden Elementen von 3 % Zinn je 1 I Aluminium, die verwendet »erden kann, um Zinn für Aluminium zu ersetzen und um so den (Zinn + Aluminium) Gehalt zu erreichen, welcher den ausgewählten Konzentrationen an Aluminium entspricht.

Geringe Mengen Zirkon oder Hafnium haben einen bemerkenswerten Einfluß auf die Festigkeit und Duktil!tat der Legierungen bei Raumtemperatur. Die Konzentrationsgrenzen für Zirkon und Hafnium betragen bis zu 2 Gew,-I Zirkon und bis zu 4 Gew,-I Hafnium«

In der Legierung können geringe Mengen der ß-eutektoiden Elemente, wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Chrom, Silicium und Eisen, zugegen sein und zwar in Mengen bis zu Z 4, Der Gehalt an Silicium und Eisen in Kombination, der eine nachteilige Wirkung auf die Schmiedbarkeit infolge Wärraesprödig· keit besitzt, sollte so niedrig wie möglich gehalten werden und insgesamt nicht mehr als 0,5 I betragen«

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Legierungen, welche sich gut schaieden und walzen lassen und welche bei 60O⁰C ausreichend duktil sind,werden nur erhalten, wenn bei der Herstellung der Legierungen ein Vanadiuaausgangsprodukt verwendet wird, das, gleichgültig, ob es aluainothermisch oder »it Calcium reduziert worden ist, einen ausreichend geringen Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff und an Bisen und Silicium in Kombination enthält. Der gesaate aaxi- «ale Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff zusaaaen, sollte nicht mehr als 0,15 % und die Gesamtmenge an Eisen und Silicium sollte nicht «ehr als 0,5 I betragen.

Eine Kornverfeinerung wird durch Zusatz von einem oder aehreren der Elemente Kohlenstoff, Bor und Thorium in Mengen bis zu 0,25 I Kohlenstoff, bis zu 0,2 % Bor oder bis zu 1 I Thoriua erhalten, wobei ein gewisser Verlust der Festigkeit bei 600⁰C beia Zusatz von Kohlenstoff festzustellen ist*

Legierungen gemäß der Erfindung, welche bis zu 8 I Wolfraa enthalten, können ohne Gefahr der Wolframauscheidung in dea Schraelzprozeß durch Verwendung einer Aluminium-Wolfram-Grundlegierung und bei zusätzlichen Mengen von Wolfraw Ober 8 I einer Vanadium-Wolfram-Grundlegierung erhalten werden»

Es 1st gefunden worden, daß,obwohl etwas höhere Schmiede*

sie teaperaturen als/in üblicher Weise für die bekannten Titan-

legierungen angewendet werden, erforderlich sind, um zunlchst

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wobei den Rohbarren zu verformen ^die weiteren Arbeitsteaperaturen

dann auf etwa 1(K)O⁰C gesenkt werden können.

Beispiele von Legierungen gemäß der Erfindung und ihre Festigkeitseigenschaften sowie die Dichte derselben ergeben sich aus der folgenden Tabelle,

Die Legierungen können wärmebehandelt werden, um gute Kriecheigenschaften zu entwickeln. Eine Härtung über die Vergrösserung der Festigkeit hinaus, welche durch die in Lösung befindlichen Elemente erzielt wird, kann dadurch erreicht werden, daß die Legierung einer Wärmebehandlung bei 65O°C unterworfen wird, um hierdurch eine Ti-Al-Phase (DOI9 Struktur) in Form von ausserordentlich kleinen Pllttchen auszufallen, Di· beste Kriechfestigkeit wird erreicht, wenn die Ausfällung fast vollständig durchgeführt worden ist· Typische Alterungskurven sind in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt, "

Die Legierungen gemäß der Erfindung besitzen eine gute Beständigkeit gegenüber Weichwerden bei erhellten Temperaturen, Aus der Fig. 2 der Zeichnungen ergibt sieh, in welcher Heise sich die HSrte in Abhängigkeit von der Temperatur verlndert und'dort wird die Härte/Temperaturkurve einer Legierung mit 35 I Vanadium, S t Aluminium, S t Molybdän und 1 % Kohlenstoff j mit der wahrscheinlichen Kurve einer oc-Legiorung (a) und j Φ + ß-Legierung (b) mit 111 2inn, 2,ZS I Aluminium» 0,2 I

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Silicium, die Molybdän und gegebenenfalls Zirkon enthält, dargestellt. Bot 600°C sind die experimentel bestimmten Punkte (a) und (b) bemerkeaswert: niedriger als die Härte der Legierung,gemäß, der Erfindung* welche einen gleichmässigen Härtewert bis 600⁰C beibehalt.

Die Legierungen geraut der Erfindung besitzen eine beträchtliche Peuerboständigkeit«

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Tabelle

Wirkung der Zueammenee-taung von Ti-V-Al-Mo-W-Aib-Leglerungen sm£ die ßruohlasteigonaohaften und Dichte

Leg. No»	"Legiirun^eZUBRnuneneetaung in üew.-y6	Al	W	Mo	5 5	iäruoülaatvtreuoii *Ji Ta ukMli 'iw»esi· fa ir» Λι''I ^l •r f jES/OuO y OUv U**	(dtrain) 2	4,75 5,00 4,92 4,90 4,93 5,04 5,02 5,04
1 2 4 5 6 7 8	^?	9 9 9 9 9 9 9 8	5 10 I 5 10 10 10 10	5 5	in stunden	6 1 7,4 10,3 0,7 4 12
30 30 30 < 30 25 25 25 30		10 130 4 35 2,5 32,5 41,5

Claims

1, Titanlegierung aus 3-10 i Aluminium, 20-30 t Vanadium, einem oder mehreren folgender die ß-Phase stabilisierenden Elemente: bis 15 % Wolfram, bis IS % Molybdän, bis 15 % Niob und bis 10 I Tantal, wobei der Rest aus Titan neben Verunreinigungen in einer Menge von nicht weniger als SI Gew_e-5 besteht.

2. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, der Aluminiumgehalt 6 bis 9 Gew.-* beträgt.

3. Titanlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daft die Legierung bis zu 5 Gew.-S Zinn als Ersatz für das Ganze oder einen Teil des Aluminiums im Verhältnis von 3 % Zinn fe 1 I Aluminium enthält.

4» Titanlegierung nach einen der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da<t sie Zirkon bis zu 2 Gew„-t enthält,

5. Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dat sie bis zu 4 Gew.-S Hafnium enthält.

6. Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dafl sie ein oder mehrere R-eutektoido

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Elemente in Mcnn.en bis zu 2 Gew.-» enthält,

7. Titanlegierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ß-eutcktoiden Elenente aus Kupfer, Nickel, Chrom, Silicium und Eisen bestehen, wobei die Kombination von Eisen und Silicium in einer Menge von nicht mehr als 0,5 Gew.-* vorliegt.

8. Titanlegierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da** sie ein oder mehrere der folgenden das Korn verfeinendere Elemente enthält; bis 1,25 %JCohlenstoff, bis 0,2 I Bor, bis 1 % Thorium,

9. Verfahren zur Herstellung einer Titanlegierung nach Anspruch 1, die bis 8 Gew.~fc Wolfram enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolfram in Verlauf der Schmelzbehandlung in Form einer Grundlegierung aus Aluminium und Wolfram zugesetzt wird,

10. Verfahren zur Herstellung einer Titanlegierung nach Anspruch 1, die mehr als 3 Gew.*·* Wolfram enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolfram im Verlauf der Schmelzbehandlung in Form einer Grundlegierung aus Vanadium und Wolfram zugesetzt wird.

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- to -

11. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Titanlegierung nach den Ansprüchen 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der eine geregelte Ti-Al-Phase mit einer D019 Struktur in Form von ausserordentlich kleinen Plättchen ausnsfällt wird«

12, Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf eine Temperatur von 65O°C erwärmt wird.

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. FIIlICKE, DiPL-ΙΝΘ. H; 8SKS DIPL.-ING. S. STAEGEB

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