DE19735841A1 - Legierung auf der Basis von Titanaluminiden - Google Patents
Legierung auf der Basis von TitanaluminidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf der Basis von
Titanaluminiden.
Es ist bekannt, Legierungen auf der Basis von Titanalu
miniden für Zwecke einzusetzen, bei denen einerseits ein
sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festig
keit des Werkstoffs erforderlich ist. Legierungen auf
der Basis von Titanaluminiden ersetzen deshalb schon
vielfach gewöhnliche Superlegierungen auf Nickelbasis,
die gegenwärtig noch in einzelnen Komponenten, bei
spielsweise in Turbinen als Turbinenschaufeln, Verwen
dung finden.
Die Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden haben
allerdings, obwohl sie an sich bei hoher Festigkeit ein
geringes Gewicht aufweisen, nicht in jedem Falle alle
die Eigenschaften, die die zuvor genannten Superlegie
rungen aufweisen und können bisher auch die durch diese
Superlegierungen gesetzten hohen technischen Standards
nicht vollständig erfüllen. Ein wesentlicher Nachteil
der bisher bekannten Legierungen auf der Basis von
Titanaluminiden ist der, daß sie ab einer Betriebstem
peratur von 700°C eine deutliche Abnahme der Festi
gungseigenschaften aufweisen. Dies trifft insbesondere
bei niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten auf, die für
eine Materialbeanspruchung unter Kriechbedingungen
charakteristisch sind.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Legierung auf der Basis von Titanaluminiden bereitzu
stellen, die diese Nachteile nicht hat, d. h. eine
Legierung, die ebenfalls eine hohe Temperaturfestigkeit
aufweist, so daß diese auch geeignet ist, als Ersatz für
Legierungen auf Nickelbasis zu dienen, wobei die erfin
dungsgemäße Legierung dennoch einfach und kostengünstig
herstellbar und verhältnismäßig einfach bearbeitbar sein
soll.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine
Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin,
daß, wie Versuche ergeben haben, signifikant höhere
Festigkeiten bis in den Temperaturbereich von 900°C und
höher, d. h. bei derartigen Betriebstemperaturen, denen
die erfindungsgemäße Legierung ausgesetzt ist, erreicht
werden können, und zwar gegenüber den bisher bekannten
Legierungen auf der Basis von bisher verwendeten Titan
aluminidgemischen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil, der sich durch die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergeben hat, ist
der, daß der Oxidationswiderstand der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Legierung sehr viel größer ist im
Vergleich zu bisherigen Legierungsgemischen der gat
tungsgemäßen Art, d. h. insgesamt können die erfindungs
gemäß vorgeschlagenen Legierungen aufgrund ihrer weit
höheren Temperaturbeständigkeit gegenüber bisherigen
Legierungen dieser Art zu technischen Lösungen verhel
fen, zu denen bisher weder die Superlegierungen auf
Nickelbasis noch die Legierungen auf der Basis von
Titanaluminiden befähigt waren.
Um die Festigkeit der Legierung noch weiter zu erhöhen,
ist es vorteilhaft, der Legierungszusammensetzung aus
Titan, Aluminium und Niob noch Komponenten aus Bor
und/oder Kohlenstoff zuzufügen, wodurch sich die Legie
rung dann noch für weitere andere Einsatzfälle eignet,
beispielsweise für den Einsatz in Hochleistungsturbinen
für Strahltriebwerke in zivil und militärisch genutzten
Flugzeugen.
Versuche haben ergeben, daß es vorteilhaft ist, dabei
den Anteil an Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung
unterhalb einer Konzentration von 0,5 Atom-% zu wählen.
Der Anteil von Niob in der Legierung kann variieren, und
zwar vorteilhafterweise derart, daß 5 ≦ x ≦ 10 ist und
zwar bei einer Legierungszusammensetzung entsprechend
Ti-45A1-xNb.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme zweier gra
phischer Darstellungen beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 die Variation des im Druckversuch gemessenen
Fließ-Widerstandes über die Temperatur der
erfinderungsgemäßen Legierung sowie bekannter
Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden
und
Fig. 2 das reziproke Aktivierungsvolumen (1/V) nach
1,25% plastischer Verformung unter Druck
verschiedener erfindungsgemäßer Legierungen
sowie bereits bekannter Legierungen auf der
Basis von Titanaluminiden mit anderer Zusammen
setzung.
Die voraufgeführten Figuren zeigen, daß die erfindungs
gemäßen Legierungen sehr viel höhere Festigkeitswerte
als konventionelle Legierungen haben. Gleichzeitig ist
jedoch das reziproke Aktivierungsvolumen der erfindungs
gemäßen Legierungen mit dem konventioneller Legierungen
vergleichbar. Das bedeutet, daß größere Festigkeit von
Legierungen, die Niob neben Titan und Aluminium enthal
ten, auch bei hohen Temperaturen und niedrigen Verfor
mungsgeschwindigkeiten aufrecht erhalten bleibt.
Die erfindungsgemäßen Legierungen mit der Zusammenset
zung Ti-45Al-xNb mit 5 ≦ x ≦ 10 werden durch Verwendung
herkömmlicher metallurgischer Gießmethoden oder durch an
sich bekannte pulvermetallurgische Techniken erzeugt und
können beispielsweise durch Warmschmieden, Warmpressen
bzw. Warmstrangpressen und Warmwalzen bearbeitet werden.
Neben den Basiskomponenten der Legierung aus Titan,
Aluminium und Niob kann auch noch zur Erhöhung der
Festigkeit bei hohen Arbeitstemperaturen der aus den
Legierungen hergestellten Gegenstände, d. h. bis 900°C
und darüber hinaus Bor, und/oder Kohlenstoff in Mengen
von weniger als 0,5 Atom-% hinzugefügt werden.
Claims (5)
1. Legierung auf der Basis von Titanaluminiden, gekenn
zeichnet durch eine Legierungszusammensetzung aus Titan,
Aluminium und Niob.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Bor enthält.
3. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohlenstoff ent
hält.
4. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Bor
und/oder Kohlenstoff in der Legierung < 0,5 Atom-% ist.
5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß deren Zusammensetzung
Ti-45Al-xNb ist, wobei 5 ≦ x ≦ 10 ist.
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