DE1913142A1

DE1913142A1 - Titanlegierung

Info

Publication number: DE1913142A1
Application number: DE19691913142
Authority: DE
Inventors: Bomberger Jun Howard Brubaker; Seagle Stanley Robert
Original assignee: RMI Co
Current assignee: RMI Co
Priority date: 1968-03-14
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1969-10-16
Also published as: GB1264891A; US3619184A; FR2003910A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Titanlegierung^ öle dureii ihre besondere Zusammensetzung eine verbesserte Kriechfesiig«» keit besitzt, ohne daß ihre thermische Stabilität und Deha« barkeit nach einer Kriechdehnungsbelastutig naoiiteiligt flußt wird.

Es ist bekannt, daß das ausgezeichnete Pestigkeits/Se»» wichtigsverhältnis von Titan und Titanlegierungeü bei hohen Temperaturen einen besonderen Vorteil dieser -Materialen dar« stellt. Aufgrund dieser Eigenschaft werden Titahlegierimgea in großem Umfange zur Herstellung von Gegenständen verwendet, die Temperaturen bis zu 454° G ausgesetzt werden. Jedoch hat es sich als notwendig erwiesen, Titanlegierungen herzustellen, die ihr vorteilhaftes Festigkeits/Gewichtsverhältnis bis zu Temperaturen von 538° C beibehalten. Solche Titanlegierungen werden beispielsweise in der Luftfahrtindustrie und insbe·» sondere zur Herstellung von Antriebsmaschinenteilen benötigt»

909042/1)00

Patentanwälte Dipt.-Ing. Martin Licht, QFpl.-Wfrfsch.-lng. Axel nansmann, Dipi.-Phys. Sebastian Herrmann

Die natürliche kristallographisohe Gruppierung des Titans und seiner Legierungen-- ist entsprechend der vorherr« sehenden Phase oder der vorherrschenden Phasen in ihrer MikroStruktur in drei Kategorien aufgeteilt« Diese Gruppierung besteht aus der Alpha«Phase, der Beta^Phase und gemischten iUpha- und Betaphase« Die Alpha-Phase in reinem Titan, die durch eine hexagonale, dicht gepackte kristallographisehe Struktur gekennzeichnet ist, ist stabil, von Raum-* temperatur bis annähernd 882° C, Die .Beta-Phase von reines Titan hat eine körperzentrierte kubische Struktur üj&d ist stabil von annähernd 882° C bis zum Schmelzpunkt bei etwa 5^95° C, ·

Das hexagonale, dicht gepackte Allotrop von Titan, d.h. die Alpha—Phase, zeigt eine ausgezeichnete Widerstandsfähig-· keit.gegenüber Kriechdehnung. Eine Verfestigung der Alpha-Phase durch feste Lösung bzw. Mischkristallbildung mittels Zugabe von Aluminium, Zinn und Zirkonium hat zu Legierungen geführt, die eine noch bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Kriechdehnungsdeformation zeigten. Jedoch sind weitere fer·» besserungen durch die Zugabe solcher Alpha-Stabilisatoren nicht zu erreichen, da solche Legierußgsatssanuaensetzungen eine zu geringe thermische Stabilität aufweisen aufgrund der zu großen Menge dieser Elemente» Dies ersleiit man weise aus der s.ehlechteren Dehnbarkeit -»ach. einer dehnungsbelastung.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine mödifizier*» te Titanlegierung zu entwickeln/ die eine verbesserte KrieeSw festigkeit besitzt, ohne daß die thermische Stabilität ©Sex die Dehnbarkeit nach einer J^ieehdehnungsbelastung verloren« geht.

Die Erfindung betrifft eine Titanlegierung, die

s** $&8 sie ift weseiit3Miea 4-,ö «· 7*β , bis zu 12,0 % Ziran* eisÄesterne 0,3 JS Spuren bis zu 0,5 fe Silicium und mjÄde«*e»s eiwett

■ ; ■" lifiif/itit ■■ ■

~³" 1313142

tor wie Molybden, ColumbiuK, Tantal, Vanadin und Wolfram enthält, wobei die Menge des Aluminiums, des Zinns und des Zirkoniums der folgenden Gleichung entspricht:

% Aluminium ₊ $-21™ ₊ ^ _8> [

die Menge des Stabilisators mit der folgenden Molybdenäquivalenzgleichung übereinstimmt:

ic Mo + 0,5 (%Cb) + 0,2 (^Ta) + 0,75 (%V) + 0,5 (%W)=0,i ~ 1,5%

und der Rest im wesentlichen aus Titan und den üblichen Verunreinigungen besteht.

Eine bevorzugte Legierung nach der Erfindung enthält 4,0 - 7,0 ^c/o Aluminium, 0,3 - 7,0 ⁰Jo Zirkonium, 2,0 - 8,0 # Zinn, 0,1 - 3,5 % Silicium und 0,1 - 1,2 % von mindestens einem Stabilisator wie beispielsweise Molybden, Columbium, Tantal, Vanadin und Wolfram. Optimale Ergebnisse wurden mit einer Legierungszusammensetzung erhalten, die innerhalb des Schmelzbereichs lag: 4,7 — 5,3 % Aluminium, 5,5 - 6,5 % Zinn, 0,5 - 2,5 % Zirkonium, 0,4 - 1,1 % Molybden, 0,2 - 0,3 % Silicium. Eine spezifische Titanlegierung enthielt 5,0 ^ Aluminium, 6,0 % Zinn, 2,0 % Zirkonium, 0,8 % Molybden und 0,25 % Silicium.

Es konnte festgestellt werden, daß die Eigenschaften bestimmter Legierungssysteme durch die Verwendung dispergierter Phasen beträchtlich verbessert werden können. Die vorliegende Erfindung macht sich die Tatsache zunutzen, daß Siliciumzugaben zu einer besonders starken Verfestigung von Titanlegierungen führen aufgrund der Bildung dispergierbarer Ver« bindungen. Der Zusatz von Silicium ergibt eine sekundäre Silicid-Phase, die eine Dislokationsbewegung erschwert oder verhindert und dadurch die Kriechfestigkeit verbessert* Es konnte jedoch festgestellt werden, daß der Zusatz v§n Silicium zu einer sorgfältig zusammengesetzten Grundmisellung; in der die alpha« und beta-staoilisierten Elemente in kritischer^·^:t

909842/1200 > ,.

Weise ausbalanciert sind, zu einer maximalen Verbesserung der Kriechfestigkeit mit einer zufriedenstellenden thermischen Stabilität und Dehnbarkeit nach einer Kriechdehnungsbelastung führt. Es ist jedoch wesentlich, daß die einzelnen Bestandteile der Legierung in bestimmten Gehaltsbereichen gehalten werden« Die Legierung nach der Erfindung darf beispieis· weise nur 4,0 - 7,8 % Aluminium enthalten. Wird die obere Aluminiumgehaltsgrenze überschritten, wird die Legierung thermisch instabil. Ein Minimum von 4,0 % Aluminium ist notwendig, um annehmbare mechanische Eigenschaften zu erreichen« Es konnte festgestellt werden, daß das Zirkonium die Kriech— festigkeit verbessernde Wirkung des Silieiums verbessert und

fc mindestens 0,3 $ Zirkonium zu diesem Zwecke notwendig sind.

Zirkonium enthaltende Legierungen führen zu der Bildung einer komplexen Verbindung aus Titan, Zirkonium und Silicium anstelle des normalen Titansilicids, das in der Abwesenheit von Zirkonium gebildet werden würde. Eine geringe Menge an Silicium ist notwendig, um die Kriechfestigkeit zu verbessern. Jedoch werden Mengen über 0,5 % vermieden, um Dehnbarkeitsproblemezu verhindern. Zinn kann teilweise anstelle von Aluminium verwendet werden und ist wünschenswert, jedoch nicht absolut notwendig, da .es weiterhin zur Sicherstellung der thermischen Stabilität sorgt. Jedoch führen Zinngehalte über 12,0 % zu einer thermischen Instabilität. Eine sorgfältig kontrollierte Menge zumindestens eines Stabilisators wie

} Molybden, Columbium, Tantal, Vanadin und Wolfram 1st notwendig beim Ausbalancieren der alpha-stabilisierenden Bestandteile, um eine zusätzliche hohe Temperaturwiderstandsfähigteit sicherzustellen und gleichzeitig eine thermische Stabili·* tat der Legierung zu verleihen, die insbesondere für die Legierungen von Vorteil ist, die oberhalb des Beta-Transus wärmebehandelt werden. Jedoch konnte festgestellt werden, daß der Zusatz der Stabilisatoren die Alpha-Löslichkeitsgrenze für den einzelnen Stabilisator nicht überschreiten darf. Wenn die Alpha-Löslichkeit überschritten wird, kann sich etwas Beta-Phase bilden, die zu einem wesentlichen Verlust an Pest^ceit führen würde. Diese kann auch durch einen Verlust

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an Hochtemperatursta'üilität begleitet s*3ia_o

Die folgenden Beispiele. sollen üis iita^ilsgieruagea naela der Erfindung is einzelnen erlä^fca-rs.

Es wurde eine Reihe toe Titanlegi-ersizigeix mit denen Zusammensetzungen hergestellt und die einzelnen Prolisa auf Zugfestigkeit (tensile strength), Strsekfestiglfcsit (yieM strength), Dejmuag (elongation) uad Fläelkenr®di2zi©i"aag. {s?c·» duotion in area) untersucht und zwar vor uad nach eiasr Kriechdehmmgsbelastung (creep exposure). Die entstehend© Deformation aufgrund der KrieehdehnuiigsbsIastuiLg wurde - "beistimmt. Die Ergebnisse dieser Untersaclaaagem s±nä'_im übt Tabelle I aufgeführt. Die erste Probe {Li^gsrung i) ist eiaa Alpha-Matrixlegierung, die eine Krieehiieimungsdeformation von. 0,25 ^ zeigt_# Der Zusatz von 0,8 Molyböea, vis er ia I¹S= belle I als Legierung 2 abgeführt-wird, resultiert .la «lno:r Verbesserung der Kriechfestigkeit», wie es durch einen geren Defomationsprozentsatz angezeigt wirä. Der Eusmtz Silicium zu dieser Basislegierung (s. Legierung Nr₀ 5) verbessert ebenfalls die Krieehfestigkeit, jedoch ist diese Legierung brüchig nach einer Krleehdeihnuagsbelastung» Jedao führt die kombinierte Zugabe von Molybdän uad SiIiQium (»* Legierung Nr, 4) in einer tiedeutend besseren Kriechfestig« kett (0,03 ^) als beide Legierungen mit ätinliehea. iadiviöa« 1en Zusätzen wie bei den .Legierungen Nr. 2 und Nr. 3_β Weiterhin besitzt die Legierung Nr* 4 eisa giite Zugfsstigkeit (tensile ductility) nach einer_r
während die Legierung, Nr> 3 briicihig

wmtfttt

TABSItEiE

Leg i «rung Zutsassetieetzimg,,

Äußerste

Zugf es t— ferst Ig-

igkeit keit „

fi~6Als5ött-33r'-0,8Mo
Ti-6Al-3Sn-3Zr-O,3Sl
Ti~6Al-.5Sn~5ZT-Q, 3S1-0,

It It

10100

1030Θ 11000

T i-6Al-3Sn-3Zr-0,15Si-0,8Mo 101^0 " « ■ » " ■ « 10400

Ti-6Ai-3Sn-3Zr-0,3S1-0,4M© 1O9O0 T l-6Al-»3Sii-3Zr-0, 3S i—1, 2Mo _? 10900 Ti-6Al--2Sn-%Zi>.0_f 2S1-2,

910®
90ΘΟ-

990©

9100
910©·

10100

Ii

11 8-

11

10-

2%

la is-

1913U2

noch TABELLE I

Legierung

Nach-jj-iechdehnung
Äußerste Streck- Dehnung Flächen-Zugfest- festig- % reduz. igkeii keit 2 %

kg/cm kg/cm

1	0,23	8900	8400	8	12
2	0,14	10400	8600	8	15
3	0,08		Schulterbruch
4	0,04	10300	9100	13	15
■	0,01	10900	9800	8	14
n	0,03	10900	10000	12	17
5	0,03	10500	9700	12	20
π	0,04	10200	9200	12	20
6	0,03	10900	10300	10	16
7	0,09	11200	99ΟΟ	13	16
8	0,15	10900	10000	9	11

(l) s Kriechdehnungsdeforaation nach 510°C — 316Ο kg/em - 96 Stunden

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¹ -.β- 19T3U2

Die Mengen des zu der Legierung zugesetzten Molybdens und Siliciuffis sind wichtig, um optimale Werte der Kriechfestigkeit mit NachmKriechzugfestigkeit zu erreichen. Aus Tabelle I ist zu ersehen, daß die Kriechfestigkeit der Legierung Nr* 5 im Vergleich mit den Legierungen Nr. 2 und Nr. 3 durch die Kombination von Beta-Stabilisatoren und Silicium, d.fad von Molybden und Silicium selbst bei niedrigeren Siliciumgehalten bedeutend besser ist. Der Einfluß der Stabilisatoren, in diesem Falle des Molybdens, wird aus einem Vergleich der Legierung Nr. 3 mit den Legierungen Nr. 4, 6 und 7 der Tabelle i ersichtlich. Der geringe Zusatz von 0,4 ^c/o Molybden reicht aus, um eine verbesserte Kriechfestigkeit zu verleihen. Mit 0,8 fo Molybden wird die ausgezeichnete Kriechfestigkeit noch aufrechterhalten. Jedoch ergibt eine Gehalt von 1,2 % Molybden einen leichten Abfall der Kriechfestigkeit. Weiter erhöhte Molybdengehalte führen zu einer weiteren Reduzierung der Kriechfestigkeit wie aus Legierung Nr. 8 zu ersehen ist. Es wird vermutet, daß die Verbesserung der Krieclifestigkeit begrenzt ist auf die Löslichkeit des Beta-Stabilisators, d.h. des Molybdens in der Alpha-Phase. Die maximale Kriechfestigkeit sollte bei der maximalen Löslichkeit liegen, die für Molybden bei etwa 0,8 fo liegt. Andere Beta-Stabilisatoren, die in Mengen innerhalb der Alpha-Löslichkeitsgrenze zugesetzt werden, verbessern ebenfalls die Krieclifestigkeit, Diese Grenzen können bis zu einem gewissen Ausmaß überschritten werden, jedoch tritt dadurch ein gewisser Verlust an Kriechfestigkeit ein. Vorteilhafte Alpha-Löslichkeitsgrenzen liegen bei folgenden Gehalten: bis zu 8,0 fo Tantal, bis zu 3,0 % Columbium, bis zu 0,8 % Molybden, bis zu 1,5 % Vanadin und bis zu 1,0 % Wolfram.

Die in Tabelle II aufgeführten Beispiele zeigen die durch Vanadin-», Columbium- und Wolframzusatz erreichten Verbesserungen. In ähnlicher W_eise ist ein Zusatz bis zu etwa 8 % Tantal von Vorteil.

90984 2/1200

• 131

3142

Legierung Zusammensetzung _s

Äiäßerste Streck- Dehnung

Zwgiesfc- lest ig« % ig!s@i| -kalt «j, kg/cm*"

Tl-

Ti·

-6ä1-
-6A1-

•3 Sa·

■33b*

Ti-Ti-

-.6Al-
-6A1-

•3Sa·
•3Sn·

10100 ■»3ΖΓ-0, 3S i-0, 8M© 11000

•3 Sr-0, 5S i^i _S5V 10709

V5¥ 9i©0 ρ ©¥ 10000 , 5¥ 1Ö30S- -3ΖΓ-1, ö¥+0., 8Mo 108.00

-3Zr~l_i0¥+0,8Mo+

3Si 11200

Ti-6Al-3Sn-3Zr-«0,8M0-0, 3Si-

11200

900©	it	1 "s
9900	8	i9
9% 00	7
9600	9	3ü
8000	Ii	2S
8100	1%	S?
9200	11	S-D
93O©	11	15
9*08	11	13
9500	11
99OO	10

9098Λ2/12ΟΟ

1913 U

nook TABELLE II

-Naelt-Rri. β phdeimang;

AuBaFste Streck—^ Deliming

Zugfest- festig-» - fs igkeij Tee it 55

Io 90©	9S0©	8
10500	96OÖ	7
1080©		3
8900	840©	■8
95OO	9000	m
10700	9700	TI
1050©	9700
10700	97ÖO	.12
1130©	9800	1©
11000	9800	8

1 "' O₅ 08 SöMiItarhrScM

2 0,01 -

3. 0,02 10500 96OÖ 7 .15

4 0,03 1080© 103^;©© 3 - -7

·? 0,23

6 0,29

7 0,13 10700 9700 TI 12 S 0,11 105©© 9700 .-s Ig 9 0,13

i© 0,00 113.0© 9800 1© . ■ . Ii

Ii 0,08 *²^

(1) as KrieclKElehii»ii.g.sä©ff-©rÄati©ffi aacli 5iO"®G

3l6O-kg/ca - '96 Sfiimiea

(2) s Kriechdehiiuagsdefo^fflatiös nmcb 538®C

Die in Tabelle II aufgeführten Legierungen Nr. 5 - Nr. 8 zeigen die vorteilhaften Wirkungen von Wolfram, während Legierung Nr. 9 sowohl Molybden als auch Wolfram enthält. Legierung Nr. 10 enthält Silicium zusätzlich zu Wolfram und Mo IyI) de η und stellt somit die Legierung alt der besten Kombination der Eigenschaften in diesem besonderen System dar· Legierung Nr. 11 enthält Columbium und Molybden zusätzlich zum Silicium.

Weitere in Tabelle III angeführte Legierungszusammensetzuugen zeigen die Wichtigkeit der Einstellung des Gehalts des Beta-Stabilisators. Aus dem Vergleich der Legierungen Nr. 1, 2 und 3 ist der vorteilhafte Einfluß des Silicium im Bezug auf die Kriechfestigkeit zu ersehen. Die Nach—Kriechdehnbar— keit wird durch die Kombination der Beta-Stabilisatoren und Silicium verbessert.

- 12 -

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	1	Zusammensetzung,	Sn	Zr JL	Mo	TABELLE III	VoFKriechdehnung Äußerste Streck-	festig keit ₂	Dehnung	Flächen—
Legierung	2	Al	3	3	0,8		Zugfest igkeit k«/cm^z	9900		reduz.
-	3	6	1	i	0,4	Si Ι	10900	8400	10	18
4	5	5	1	1,2	ο, 30	9200	9100	11	27
5	7	1	5	1,2	0,20	10700	9700	11	17
6	7	5	5	0,4	0,40	11300	9000	10	14
7	5	5	1	1,2	0,20	101OO	93ΟΟ	9	26
8	5	1	5	1,2	0,20	11100	9300	10	22
9	5	5	5	0,4	0,40	11000	10100	8	13
10	7	3	3	0,8	0,40	10500	9100	1	2
11	6	12	0	1,2	0,40	10400	9100	10	20
12	4	9	0	1,2	0,15	10600	9500	10	17
13	5	9	2	0,8	0,30	11200	9500	12	17
14	5	8	2	0,8	0,30	11100		9	17
15	5	8	2	0,8	0,30
16	5	9	0	0	0,15		8600
17	5	9	0	1,2	0,30	9100	9000	18	32
18	5	3	3	0	O	10500	8000	12	19
19	6	3	3	0	O	9100	9000	11	26
20	6	3	3	0	O	■ ioioo	10000	11	24
21	6	0	6	0		IJ10900	8600	11	26
22	6	0	6	0	0,5^	,) 9000	9200	13	31
23	6	5	5	0	°(s	10100	7900	10	20
24	5	5	5	0	0,3	9000	8900	12	29
25	5	3	3	1,2	O	10000	9300	10	21
	6	3	3	0,4	0,3	10900	10100	11	22
	6	0,3	10900		10	21
	0,3

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ϊϊϊ

Legierung (i) . Nac h-lS? 1 as hflejammg

AuSarst©
Zugfest- festig-

kg/cm"

redus

1	©,03	10900	10000	12	i?
2	0,16	9500	8800	10	2?
3	0,04	10500	9200	5	10
%	0,0%	.. 11300	-10100	3	7
5	0,04	10100	9100	11	19
6	0,05	iiiOO	9600	Ii	21
7	0,04	10900	9200	8	14
8	O₅ 06		BrüeMg
9	0,04	10200	9200	m	SO
10	0,50	10800	9700	7	11
11	0,12	10700	9300	12	18
12	0,04	11200	10000	2	6
13	0,04	10600	9700	13	13
14	0,02	11300	10300	8	12
15	1,10	9000	8400	17	30
16	0,30	10500	9100	13	22
17	0,23	8900	8400	8	12
18	0,08		Brüchig
19	0,19	10900	10200	4	4
20	0,70	9300	8900	14	28
21	0,13	9700	31G0	10	17
22	0,26	9100	8500	Ig	23
23	0,14	10000	9100	13	19
24	0,09	11200	9900	13	16
25	0,03	10900	1300	10	16

(i) β KriechdehmingsdeXorasatiosi nacto 5 3160 kg/cM² - 96 Stunden

909842/12 QO

Aus .des in Tabelle Γ¥. aiifgelifcrteQ Beispielen-wird-die wesentliche Rolle des Si-i*%.er>ii2is.s· in. den Le gis-rungs syst einen nach der Erfindung deutliefe, Mit Zirkonium--wird- eine- nähere Eriechfestigkeit erreichte Durch Sea Zirfeoniumzusatz kommt es zu der Bildung der Komplexverfeindung (TiZr)- Si„, wel-> ehe die Kriechfestigfceit folgert» Soatit ist eine minimale Menge an Zirkonium notwendig_f wa die Krieefefesfcigkeit mn verbessern.

- 15 -

909842/1200

19Ί3Η2

TABELLE IV

Legierung Zusammensetzung, Gew.-ff

Vorr-ffriecfadehnung

äußerste Streck- Dehnung Flächen-Zugfest- festig- % reduz. igkeii keit „ f, kg/c« kg/c

^rcm

Ti-5Al-9Sn-i,2Mo-0,3Si Ü200 9500

12

17

T1-5A1-9SH-O, 8Mo-0, 3S i-*

2Zr 11200 9500

17

909842/1200

• Legierung (i) Nacfa-JBriechdehnung

% Äußerste Streck- Dehnung Flächen-Zugfest- festig- % reduz. igkeit keit ₂ %

kg/cm kg/cm

i	0,12	10700	9500	12	18
2	0,02	11200	10000	3	6

(l) Kriechdehnungsdeformation nach 510 C — kg/cm² - 96 Stunden

909842/1200

„„ 1913H2

Es konnte weiterhin festgestellt werden, «iafi eine optimale Kriechfestigkeit durch Beta-Behandlung oder Wärmebehandlung erreicht werden kann und daß die eingestellte Legierungszusammen·« Setzung nach der Erfindung in diesem Zusammenhang besondere Vorteile gegenüber den im Handel befindlichen Legierungen zeigt* Eine optimale Streckfestigkeit der Titanlegierungen der oben beschriebenen Art wird durch eine Behandlung wie beispielsweise eine Wärmebehandlung erreicht, die so durchgeführt wird, daß die Bildung einer transformierten Beta—Struktur verhindert wird. Ein typisches Verfahren zur Herstellung einer optimalen Streck» festigkeit wird wie folgt durchgeführtι i. Es wird bis zu einer Endtemperatur unter der Beta-Übergangstemperatur (beta transas temperature) gearbeitet oder 2. es wird bis zu einer Endtemperatur unter der Beta-Übergangstemperatur plus einer Wärmebehandlung unter dieser Temperatur gearbeitet.

Wie bereits erwähnt muß die Einstellung der einzelnen Bestandteile der Legierung sorgfältig kontrolliert und gesteuert werden, um maximale Eigenschaften zu erreichen. Es bestehen jedoch verschiedene Möglichkeiten, bestimmte optimal® Zusammenseti» zungen für spezifische Zwecke auszuwählen. Für sehr harte Arbeitsbedingungen, die eine Kriechdeformation von weniger als 0,i % zusammen mit einer hohen thermischen Stabilität erfordern, d.h. wenn nach einer Kriechdehnungsbeanspruohung eine größer als 10 % betragende Flächenreduzierung entsteht, sollten die Mischungen innerhalb der oben angegebenen Grenzen in einer bestimmten Art eingestellt werden. Wenn die Gehalte an Aluminium, Zinn, Zirkonium und Silicium und der Beta-»Stabilisatoren so eingestellt werden, daß sie mit den anschließend angegebenen Kriechdehnungs- und Stabilitätsgleichungen übereinstimmen, dann erhält man Legierungen mit einer hervorragenden Kriechfestigkeit und thermischen Stabilität. Für diese Zwecke werden folgende Gleichungen verwendet:

A) Kriechfestigkeit: (Permanente Deformation nach einer Kriech-

dehnungsbelastung χ 100)

B) Stabilität: (Flächenreduzierung nach Kriechdehnungsbelastung)

909842/1200

10 £ 70 - 7,2 (56Al) - 0,25 (#Sn) --1,5(StZr) - 27,5(£Si)-o(£Mö_e)-

Das Symbol Mo in den obigen Gleichungen bezieht sich auf den Molybdengehalt oder die Molybdenäquivalenz der anderen Stabilisatoren wie beispielsweise Coluabium, Tantal, Vanadin und Wolfram. Die Malybdenäquivalenz wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

) + 0,75(%V) + 0,5(#ί) β 0,1 - 1

Die Kriechdehnung und Stabilität nach den Gleichungen A) und B) wird bestinst durch Untersuchung von Proben bei 510° G unter einer Belastung von 3l6O kg/cm in einem Zeit— raum von 36 Stunden. Die Flächenreduzierung wird durch Untersuchung der Proben auf Zugfestigkeit nach Kriechdehnungs— beanspruchung erhalten, ohne daß eine wdtere Behandlung der Proben durchgeführt wird. Zur Zeit sind keine Titanleglertmgen im Handel, die die vorteilhafte Kriechfestigkeit und thermische Stabilität wie die Titanlegierungen nach der Erfindung aufweisen.

Die in Tabelle III beschriebenen Wirkungen werden in der beiliegenden Zeichnung graphisch dargestellt« In dieser ist die Kriechdefcreation einer Reihe von Legierungs— zusammensetzungen aufgetragen gegen die prozentuale Flächen^· reduzierung nach einer Kriechdehnung mit einer besonderes Betonung des Aluminium— and Zinngehalts auf die Kriech— festigkeits und thermische Stahilität. Die grspiiische Bar-» stellung bezieht sich auf eine Basismischung von Ti-XAL-YSn-2Zr-0,8Mo«0,25Si basierend auf einer Instabilitätsseixw®i» Ie von weniger als β, bei der Aluminium, Zinn, und Zirkonitw, d.h. die Alpha-Stabilisatoren, mit folgender Gleichung iß Beziehung stehen:

In der graphischen Darstellung zeigt die abfallende Linie den Zinngehalt for verschiedene Aluminiuaniveaus, bei denen der Verlust an Dehnbarkeit disproportioniert größer ist als die Steigerung der Kriechfestigkeit, d.h. der

909842/1200

Punkt, an dem die oben diskutierten Gleichungen nioht mehr anwendbar sind. ,

90 9 8 427 1200

Claims

Patentanmeldung^Titanlegierung" PATENTANSPRÜCHE

1. Titanlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 4,0 - 7,8 % Aluminium, bis zu 12,0 % Zinn, mindestens 0,3 % Zirkonium, Spuren bis zu 0,5 % Silicium und mindestens einen Stabilisator wie Molybdän, Columbium, Tantal, Vanadin und Wolfram enthält, wobei die Menge des Aluminiums, des Zinns unddes Zirkoniums der folgenden Gleichung entsprichtϊ

% Aluminium ₊

₊ um

CO O CO GO

die Menge des Stabilisators mit der folgenden Molybdenäquivalenzgleichung iibereinstiEuati

+ 0,2(%Ta) -f 0,75(^V)+ O_S5 (%W) s O_fl « 1,5%

und der Rest im wesentlichen aus Titan und den üblichen Verunreinigungen.bestehen.

2. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sie 4,0 - 7,0 % Aluminium, 0,3 ~ 7,0 # Zirkonium, 2,0 - 8 % Zinn, 0,1 - 0,5.5 % Silicium und mindestens einen Stabilisator wie Molybden, Columbium, Tantal, Vanadin und Wolfram in einer Menge enthält, die ausgedrückt wird durch

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axe! Hansmansi, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

ORIGINAL INSPECTED

die Molybdenäquivalenzgleiehung bei einem Wert im Bereich
von 0,4 -d,2 %.

3. Titanlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,3 — 4,0 ^Zirkonium enthält.

4. Titanlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Molyl>den, bis zu 8,0 % Tantal, bis zu 3,0 fo Coluinbium, bis zu 1,5 % Vanadin und bis zu 1,0 fo Wolfram enthält,

5. Titanlegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 8,0 fo Tantal, bis zu 3,0 % Columbium,
bis zu 1,5 $ Vanadin und bis zu 1,0 % Wolfram enthält»

6. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 4,7 - 5,3 f» Aluminium, 5,5 fo - 6,5 $ Zinn, 0,5 2,5 fo Zirkonium, 0,4 - 1,1 % Molybden und 0,2 - 0,3 % Silicium enthält.

7. Titanlegierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5,0 % Aluminium, 6,0 fo Zinn, 2,0 Zirkonium,

0,8 fo Molybdän unö 0,25 f* Silicium enthält.

8. Titanlegierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,35 - 1,33 % Vanadin enthält.

9. Titanlegierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 0,8 - 2,0 % Wolfram enthält.

10. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5„7 - 6,3 % Aluminium, 2,5 - 3,5 % Zinn, 1,5 2,5 ^Bh Zirkonium, 0,15 - 0,35 £ Silicium, bis zu ί,ί % Molybden, bis zu 8,0 $ Tantal, bis zu 3,0 fo Columbium, bis zu 1,5 Vanadin und Ms zu 1,0 fo Wolfram enthält.

909842/1200

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