DE1533362B2 - Use of a titanium alloy for objects with high resistance to rapid crack propagation - Google Patents

Use of a titanium alloy for objects with high resistance to rapid crack propagation

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DE1533362B2 DE1533362A DE1533362A DE1533362B2 DE 1533362 B2 DE1533362 B2 DE 1533362B2 DE 1533362 A DE1533362 A DE 1533362A DE 1533362 A DE1533362 A DE 1533362A DE 1533362 B2 DE1533362 B2 DE 1533362B2
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Description

im allgemeinen eine ähnliche Beschaffenheit über den ganzen Querschnitt der Probe. Bei gegen Schnellrißfortpflanzung empfindlichen Legierungen hat die Bruchoberfläche einer in Meerwasser auf Bruch beanspruchten Probe ein anderes Aussehen als die Bruchoberfläche einer in Luft auf Bruch beanspruchten Probe. Der neben und genau unter dem Ermüdungsriß liegende Bereich der Bruchoberfläche kann eine unterschiedliche Beschaffenheit haben und rauher oder zackiger erscheinen als die übrige Bruchoberfläche. Die erfindungsgemäß verwendete Titanlegierung aus 5 bis 9% Aluminium, 0,33 bis 3,33% Niob, 0,3 bis 2,5% Molybdän, gegebenenfalls zusätzlich noch 0,33 bis 3,33% Tantal, besitzt eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen die Schnellrißfortpflanzung und auch eine hohe Streckgrenze im geglühten Zustand. In der Tabelle sind die Eigenschaften von unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen angeführt. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß durch einen Molybdängehalt von mindestens 0,3% die Widerstands" fähigkeit gegen die Schnellrißfortpflanzung wesentlich erhöht wird, ohne daß damit eine wesentliche Verringerung der Streckgrenze verbunden ist. In vielen Fällen besitzen die Molybdän enthaltenden Legierungen sogar eine höhere Streckgrenze als die Legierungen ohne Molybdän.generally a similar nature about the whole cross-section of the sample. In alloys sensitive to rapid crack propagation, the The fracture surface of a specimen exposed to fracture in seawater has a different appearance than that Surface of fracture of a specimen exposed to fracture in air. The area of the fracture surface adjacent to and just below the fatigue crack can be a have different texture and appear rougher or more jagged than the rest of the fracture surface. The titanium alloy used according to the invention of 5 to 9% aluminum, 0.33 to 3.33% niobium, 0.3 up to 2.5% molybdenum, optionally also 0.33 to 3.33% tantalum, has an excellent Resistance to rapid crack propagation and also a high yield strength in the annealed condition. The table shows the properties of different alloy compositions. The table shows that with a molybdenum content of at least 0.3% the resistance " ability against rapid crack propagation is significantly increased without a substantial reduction the yield point is connected. In many cases, the alloys containing molybdenum have even a higher yield strength than the alloys without molybdenum.

Als metallische Verunreinigungen können beispielsweise Eisen, Mangan und Silicium, als nichtmetallische Verunreinigungen Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff vorhanden sein. Bei den in der Tabelle angegebenen erfindungsgemäß verwendeten Legierungen handelt es sich um Titanlegierungen, die 7% Aluminium und 3% Niob, 6% AIuminium und 3% Niob, 7% Aluminium und 2% Niob und 1% Tantal oder 6% Aluminium, 2% Niob und 1 % Tantal enthalten. Jede Legierung enthält Molybdän innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 2,5 %, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,0 %.For example, iron, manganese and silicon can be used as metallic impurities, as non-metallic Contaminants such as carbon, nitrogen, hydrogen and oxygen may be present. Both in the table specified alloys used according to the invention are titanium alloys, the 7% aluminum and 3% niobium, 6% aluminum and 3% niobium, 7% aluminum and 2% niobium and contain 1% tantalum or 6% aluminum, 2% niobium and 1% tantalum. Every alloy contains molybdenum within the range from 0.5 to 2.5%, in particular in the range from 0.5 to 2.0%.

Zug
festigkeit2)train
strength 2 ) 0,2%
Streckgrenze2)0.2%
Yield point 2 ) Dehnung2)Elongation 2 ) Ein
schnürung2)A
lacing 2 ) Schlag
energie
bei -62° C2)Blow
energy
at -62 ° C 2 ) Verhältnisrelationship der Bruchthe break Legierung1)Alloy 1 ) spannung
in Meer
wassertension
in sea
water (kg/mm*)(kg / mm *) (kg/mm2)(kg / mm 2 ) (%)(%) (%)(%) (m · kg)(m kg) zu Bruchto break 88,688.6 73,173.1 15,215.2 28,028.0 2,942.94 spannungtension in Luftin air Ti — 7 Al — 3 Nb (Vergleich)Ti - 7 Al - 3 Nb (comparison) 92,192.1 75,975.9 13,613.6 29,629.6 3,513.51 0,750.75 Ti — 7 Al — 3 Nb — 0,22MoTi - 7 Al - 3 Nb - 0.22Mo 94,994.9 78,778.7 13,113.1 29,729.7 3,513.51 (Vergleich) (Comparison) 91,491.4 72,472.4 15,015.0 27,227.2 2,852.85 0,600.60 Ti — 7Al — 3Nb — 0,79MoTi - 7Al - 3Nb - 0.79Mo 97,097.0 79,479.4 12,612.6 23,723.7 2,572.57 u)uv
1,0 u ) uv
1.0 Ti —7A1 —3Nb-0,8MoTi -7A1-3Nb-0.8Mo 99,899.8 82,382.3 10,210.2 15,715.7 2,272.27 1,01.0 Ti —7A1 —3Nb-1,0MoTi -7A1-3Nb-1.0Mo 88,688.6 74,574.5 10,910.9 24,024.0 3,863.86 1,01.0 Ti — 7Al — 3Nb — 2,0MoTi - 7Al - 3Nb - 2.0Mo 95,695.6 80,980.9 12,512.5 29,829.8 2,442.44 1,01.0 Ti —6A1 —3Nb-0,8MoTi -6A1-3Nb-0.8Mo 1,01.0 Ti —6 Al —3Nb-2,0MoTi-6 Al-3Nb-2.0Mo 85,185.1 73,173.1 13,4 .13.4. 27,127.1 4,834.83 1,01.0 Ti — 7Al — 2Nb- ITaTi - 7Al - 2Nb - ITa 92,192.1 77,377.3 13,013.0 28,728.7 4,294.29 (Vergleich) (Comparison) 90,790.7 76,676.6 11,511.5 21,621.6 4,254.25 0,720.72 Ti — 7 Al — 2Nb — ITa — 0,5MoTi - 7 Al - 2Nb - ITa - 0.5Mo 93,593.5 76,676.6 12,012.0 24,524.5 3,243.24 0,990.99 Ti —7A1 —2Nb-ITa-0,8MoTi -7A1-2Nb-ITa-0.8Mo 104,1104.1 85,885.8 10,110.1 14,514.5 2,272.27 0,910.91 Ti — 7Al — 2Nb — ITa — 1,0MoTi - 7Al - 2Nb - ITa - 1.0 Mo 0,980.98 Ti — 7Al — 2Nb — ITa — 2,0MoTi - 7Al - 2Nb - ITa - 2.0Mo 83,083.0 71,071.0 13,413.4 28,028.0 4,174.17 0,920.92 Ti — 6Al — 2Nb- ITaTi - 6Al - 2Nb - ITa 88,688.6 74,574.5 10,810.8 24,024.0 9
3,86 9
3.86 (Vergleich) (Comparison) 91,491.4 77,377.3 12,112.1 26,226.2 3,623.62 0,880.88 Ti — 6 Al — 2Nb — ITa — 0,8MoTi - 6 Al - 2Nb - ITa - 0.8Mo 99,199.1 82,382.3 13,113.1 30,830.8 3,793.79 0,990.99 Ti — 6Al — 2Nb — ITa — 1,0MoTi - 6Al - 2Nb - ITa - 1.0 Mo 0,990.99 Ti — 6Al — 2Nb — ITa — 2,0MoTi - 6Al - 2Nb - ITa - 2.0Mo 1,01.0

*) Beta-hergestellt oder beta-geglüht und an Luft gekühlt.
2) Durchschnitt der Längs- und Quereigenschaften.*) Beta-manufactured or beta-annealed and cooled in air.
2 ) Average of the longitudinal and transverse properties.

Die erfindungsgemäß verwendeten Titanlegierungen besitzen bei Raumtemperatur ein nahezu a-Gefüge, d. h., sie bestehen vorwiegend aus einer α-Phase und etwas /3-Phase. Aluminium, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff sind «-Stabilisatoren, während Molybdän, Niob, Tantal, Wasserstoff, Eisen und Magan ^-Stabilisatoren darstellen. Mischungen dieser Stabilisatoren ergeben ein Gefüge mit nahezu a-Gefüge. Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen lassen sich mit herkömmlichen Schweißvorrichtungen und Schweißverfahren miteinander verschweißen, ohne daß eine Versprödung in oder neben der Schweißverbindung auftritt. Eine Molybdänmenge von unter 0,3% bewirkt keine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen die Schnellrißfortpflanzung. Die Widerstandsfähigkeit gegen die Schnellrißfortpflanzung wird bei einem Molybdängehalt von 0,3 % etwas erhöht, und in Gegenwart von mindestens etwa 0,5 % Molybdän erhält man eine gleichmäßig verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die Schnellrißfortpflanzung. Je mehr man den Molybdängehalt der erfindungsgemäß verwendeten Titanlegierung erhöht, desto niedriger ist ihre Schweißbarkeit. Bei einem Molybdängehalt von über etwa 2,5 % ist die Schweißbarkeit nicht mehr zufriedenstellend.The titanium alloys used according to the invention have an almost a-structure at room temperature, d. that is, they consist predominantly of an α-phase and some / 3-phase. Aluminum, nitrogen, and oxygen Carbon are «stabilizers, while molybdenum, niobium, tantalum, hydrogen, iron and magan ^ stabilizers represent. Mixtures of these stabilizers result in a structure with almost a structure. According to the invention The alloys used can be made with conventional welding equipment and welding processes weld together without embrittlement in or next to the welded joint occurs. An amount of molybdenum below 0.3% does not increase the resistance to Rapid crack propagation. The resistance to rapid crack propagation becomes with a molybdenum content slightly increased by 0.3%, and in the presence of at least about 0.5% molybdenum, one is obtained uniformly improved resistance to rapid crack propagation. The more you get the molybdenum content of the titanium alloy used according to the invention, the lower its weldability. If the molybdenum content is more than about 2.5%, the weldability is no longer satisfactory.

Claims (9)

1 2 ■ :■ tauchgeräten eignen. Aus den US-PS 2 864 698 und Patentansprüche: 2 864 699 sind bereits Aluminium und Niob oder . . Aluminium, Niob und Tantal enthaltende Titan-1 2 ■: ■ diving equipment is suitable. From US-PS 2,864,698 and claims: 2,864,699 are already aluminum and niobium or. . Titanium containing aluminum, niobium and tantalum 1. Verwendung einer Titanlegierung aus 5 bis legierungen bekannt, die sich besonders gut für 9% Aluminium, 0,33 bis 3,33% Niob, 0,3 bis 2,5% 5 Konstruktionszwecke eignen. Jedoch wurde festge-Molybdän, Rest Titan und übliche Verunreini- stellt, daß die Belastungsfähigkeit dieser Titanlegiegungen, die im geglühten Zustand eine Mindest- rungen unter bestimmten Umgebungsbedingungen, Streckgrenze von 70,3 kp/mm2 aufweist, für Gegen- beispielsweise im Meerwasser, ganz beträchtlich abstände mit einer Widerstandsfähigkeit gegen die nimmt. So pflanzt sich ein in einem Werkstück aus Schnellrißfortpflanzung, deren Wert durch das io den bekannten Legierungen vorhandener Anriß bei Verhältnis der Bruchspannung in Wasser zu der mechanischer Beanspruchung in Meerwasser viel Bruchspannung in Luft bestimmt ist und min- rascher als bei entsprechender Beanspruchung in Luft, destens 0,9 beträgt., .... „.. . d.h., die bekannten Titanlegierungen besitzen eine1. Use of a titanium alloy from 5 to alloys known which are particularly suitable for 9% aluminum, 0.33 to 3.33% niobium, 0.3 to 2.5% 5 construction purposes. However, molybdenum, the remainder of titanium and the usual impurities have been determined that the load capacity of these titanium alloys, which in the annealed state has a minimum yield under certain environmental conditions, yield strength of 70.3 kp / mm 2 , for counter- for example in sea water, quite considerable distances with a resistance to the takes. Thus, in a workpiece from rapid crack propagation, the value of the crack existing in the known alloys at the ratio of the tensile stress in water to the mechanical stress in seawater is determined by a high tensile stress in air and at least less than in the case of corresponding stress in air 0.9 is., .... "... that is, the known titanium alloys have a 2. Verwendung1 der im Anspruch 1 genannten schlechte Widerstandsfähigkeit gegen die Schnellriß-Legierung mit 5 bis 7,5% Aluminium, 1 bis 3% 15 fortpflanzung, deren Wert durch das Verhältnis der Niob und 0,5 bis 2,5% Molybdän für den Zweck Bruchspannung in Wasser zu der Bruchspannung in nach Anspruch 1. · ' Luft bestimmt ist.2. Use 1 of the poor resistance mentioned in claim 1 to the rapid crack alloy with 5 to 7.5% aluminum, 1 to 3% 15 propagation, the value of which by the ratio of niobium and 0.5 to 2.5% molybdenum for the purpose of breaking stress in water to the breaking stress in according to claim 1. · 'air is determined. 3. Verwendung der im Anspruch 1 genannten Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Legierung mit 7% Aluminium, 3% Niob und 0,5 Titanlegierung aus 5 bis 9% Aluminium, 0,33 bis bis 2,5% Molybdän für den Zweck nach Anspruch 1. ao 3,33% Niob, 0,3 bis 2,5% Molybdän, Rest Titan und3. Use of the subject matter of the invention mentioned in claim 1 is the use of a Alloy with 7% aluminum, 3% niobium and 0.5 titanium alloy from 5 to 9% aluminum, 0.33 to up to 2.5% molybdenum for the purpose according to claim 1. ao 3.33% niobium, 0.3 to 2.5% molybdenum, the remainder titanium and 4. Verwendung der im Anspruch 1 genannten üblichen Verunreinigungen, die im geglühten Zustand Legierung mit 6% Aluminium, 3% Niob und 0,5 eine Mindeststreckgrenze von 70,3 kp/mm2 aufweist, bis 2,5 % Molybdän für den Zweck nach An- für Gegenstände mit einer Widerstandsfähigkeit gegen spruch 1. die Schnellrißfortpflanzung, deren Wert durch das4. Use of the usual impurities mentioned in claim 1, which in the annealed state alloy with 6% aluminum, 3% niobium and 0.5 has a minimum yield strength of 70.3 kp / mm 2 , to 2.5% molybdenum for the purpose according to On for objects with a resistance to claim 1. the rapid crack propagation, the value of which is determined by the 5. Verwendung der im Anspruch 1 genannten as Verhältnis der Bruchspannung in Wasser zu der Legierung mit zusätzlich 0,33 bis 3,33 % Tantal Bruchspannung in Luft bestimmt ist und mindestens für den Zweck nach Anspruch 1. 0,9 beträgt.5. Use of the ratio of the stress at break in water to that mentioned in claim 1 Alloy with an additional 0.33 to 3.33% tantalum breaking stress in air is determined and at least for the purpose of claim 1. 0.9. 6. Verwendung der in den Ansprüchen 2 und 5 Die Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen genannten Legierung mit einem Tantalgehalt von die Schnellrißfortpflanzung erfolgt in einer Versuchshöchstens 1,5% für den Zweck nach Anspruch 1. 30 reihe, bei der einen Anriß aufweisende Proben an der6. Use of in claims 2 and 5 The determination of the resistance to named alloy with a tantalum content of the rapid crack propagation takes place in a maximum test 1.5% for the purpose according to claim 1. 30 series, in which a crack exhibiting samples on the 7. Verwendung der im Anspruch 5 genannten Luft und in Meerwasser bis zum Bruch beansprucht Legierung mit 7 % Aluminium, 2 % Niob, 1 % Tan- werden. Die Widerstandsfähigkeit gegen die Schnelltal und 0,5 bis 2; 5% Molybdän für den Zweck rißfortpflanzung ist um so besser, je mehr sich das nach Anspruch 1. Verhältnis der Bruchspannung in Wasser zu der7. Use of the air mentioned in claim 5 and in sea water to breakage Alloy with 7% aluminum, 2% niobium, 1% tan be. The resistance to the Schnelltal and 0.5 to 2; 5% molybdenum for the purpose of crack propagation is the better, the more it is according to claim 1. ratio of the stress at break in water to the 8. Verwendung der im Anspruch 7 genannten 35 Bruchspannung in Luft dem Wert 1 nähert. Als VerLegierung mit 6 % Aluminium für den Zweck nach suchsproben werden Platten mit einer Dicke zwischen Anspruch 1. 9,5 und 25,4 mm verwendet. In die Platten wird ein8. Use of the 35 breaking stress in air mentioned in claim 7 approaches the value 1. As an alloy With 6% aluminum for the purpose of searching samples, plates with a thickness between Claim 1. 9.5 and 25.4 mm used. A 9. Verwendung der in den Ansprüchen 2 und 5 Einschnitt mit einer 25 bis 30 % der Plattendicke begenannten Legierung mit 0,5 bis 2,0% Molybdän tragenden Tiefe eingearbeitet, beispielsweise mit einer9. Use of the incision mentioned in claims 2 and 5 with a 25 to 30% of the plate thickness Alloy incorporated with a depth of 0.5 to 2.0% molybdenum, for example with a . für den Zweck, nach Anspruch 1. *o Bandsäge, worauf dann über diesen Einschnitt hinaus. for the purpose according to claim 1. * o band saw, whereupon beyond this incision ...... ein weiterer dünnerer Einschnitt mit einem feineren...... another thinner incision with a finer one Sägeblatt hergestellt wird. An diesem weiteren Ein-Saw blade is made. At this further one schnitt wird dann ein Ermüdungsriß erzeugt, indemcut then a fatigue crack is generated by die Proben etwa fünfhundertmal auf einer hydrau-45 lischen Druckbiegemaschine beansprucht werden.the samples are stressed about five hundred times on a hydraulic pressure bending machine. Aus der DT-AS 1179 006 sind bereits ternäre oder Die einen Anriß aufweisenden Proben werden dannFrom the DT-AS 1179 006 are already ternary or the samples showing a crack are then höhere Titan-Aluminium-Legierungen bekannt, die in einer Einspannvorrichtung in Luft oder in einerhigher titanium-aluminum alloys known to be used in a jig in air or in a unter anderem aus 0,5 bis 46% Aluminium, 0,5 bis künstlichen ASTM-Meerwasserlösung bis zum BruchAmong other things from 0.5 to 46% aluminum, 0.5 to artificial ASTM seawater solution to break 40% Niob, 0,5 bis 40% Molybdän, Rest mindestens belastet. In der Einspannvorrichtung wird die Probe40% niobium, 0.5 to 40% molybdenum, the rest at least contaminated. The sample is in the jig 50% Titan, bestehen können. Diese Titanlegierungen 50 von unten an zwei voneinander getrennten Punkten50% titanium. These titanium alloys 50 from below at two separate points zeichnen sich durch gute Festigkeitseigenschaften aus, abgestützt und im Bereich des Ermüdungsrisses vonare characterized by good strength properties, supported and in the area of the fatigue crack of insbesondere bei einem Aluminiumgehalt von unter oben bis zum Bruch belastet, indem man die Belastungin particular with an aluminum content of below above loaded to breakage by the load 8%. stufenweise erhöht und jede Belastung für die Dauer8th%. gradually increased and each load for the duration Aus der DT-PS 975 050 sind bereits Titanlegierun- von 5 Minuten einwirken läßt. Falls das VerhältnisFrom DT-PS 975 050 titanium alloys are already allowed to act within 5 minutes. If the relationship gen bekannt, die aus 0,1 bis 5 % Aluminium, min- 55 der Bruchspannung in Meerwasser zu der Bruch-known that from 0.1 to 5% aluminum, min- 55 of the breaking stress in sea water to the breaking destens 2% Molybdän und 40 bis 97,9% Titan, von spannung in Luft den Wert 1,0 hat, bedeutet dies,at least 2% molybdenum and 40 to 97.9% titanium, the stress in air has a value of 1.0, this means dem bis zu 80% durch Niob ersetzt sein kann, be- daß das umgebende Medium keinen Einfluß auf diewhich can be replaced by niobium up to 80%, so that the surrounding medium has no influence on the stehen können und die sich durch hohe Härte und Legierung besitzt. Legierungen, bei denen das Ver-can stand and which is characterized by high hardness and alloy. Alloys in which the Abriebfestigkeit sowie eine hervorragende Beständig- hältnis der Bruchspannung in Meerwasser zu derAbrasion resistance as well as an excellent resistance to the breaking stress in sea water keit gegen angreifende Agenzien, insbesondere Chlor- 60 Bruchspannung in Luft 0,9 beträgt, können in zu-resistance to attacking agents, in particular chlorine- 60 Breaking stress in air is 0.9, can be ionen enthaltende Lösungen, beispielsweise Füllfeder- friedenstellender Weise für die verschiedenen ZweckeSolutions containing ions, for example fountain pens, for various purposes haltertinte oder Meerwasser, besitzen und daher zur verwendet werden.holding ink or sea water, and therefore can be used. Herstellung von Schreibgerätespitzen verwendet wer- Bei Titanlegierungen kann auch aus dem AussehenManufacture of writing instrument tips can be used with titanium alloys also from the appearance den. der Bruchoberfläche auf die Widerstandsfähigkeitthe. the fracture surface on the resistance Für Konstruktionszwecke wurden bisher eine ganze 6g gegen die Schnellrißfortpflanzung geschlossen werden.For construction purposes, a whole 6g were previously closed against rapid crack propagation. Reihe von Titanlegierungen entwickelt, die sich wegen Bei gegen Schnellrißfortpflanzung widerstandsfähigenSeries of titanium alloys developed that are resistant to rapid crack propagation due to ihres günstigen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses be- Legierungen besitzt die Bruchoberfläche von in LuftDue to their favorable strength-to-weight ratio, alloys have the fracture surface of in air sonders zum Bau von Überschallflugzeugen und Tief- und in Meerwasser auf Bruch beanspruchten Probenespecially for the construction of supersonic aircraft and samples stressed to breakage in deep water and in sea water
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