DE2028149A1 - Hochfeste, schweißbare Titanlegie rungen - Google Patents

Description

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1A-38-Ö69

Beschreib ung zu der Patentanmeldung

TITANIUM.GP, Rue de Madrid, Paris 8d, Frankreich UGIKE KOHLMAM, 10 Rue du General Foy, Paris, -Frankreich

betreffend? "Hochfeste, schweißbare Titanlegierungen"

Die Erfindung bezieht sich auf schweißbare, hochfeste Titanlegierungen sowie auf eine Wärmbehandlung zum Tempern dieser Legierungen.

Alluminiumlegierungen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften des Typs (#+ß) oder ß-metastabil sind in gewisser Anzahl bekannt, beispielsweise die Legierungen Ti, 6Al, 6V, 2Sn, Cu, Fe; Ti, 11Sn, 4Mo, 2,25Al, 5Zr, 0,25 Si; Ti, 13V, 11Cr, 3 Al oder Ti, 6Al, 2Sn, 4 Zr, 4Mo. Ihr Zugfestigkeit kann 120 Hektobar übersteigen, während' die Zugfestigkeit der anderen bekannten Titanlegierungen merklich unter diesem Wert liegt.

Damit sie ihrö verbesserte mechanischen Eigenschaften erhalten, müssen die hochfesten Legierungen-einer Wärmebe-S Handlung und zwar einem Härte- und Vergütungsprozeß unterworfen werden.

* aber _Ä 2 ·

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Bei dem Härteprozeß wird die Legierung auf eiia:^rc Metope- · ratur von 850 - 95O°C während etwa "2 Stunden erhitzt und dann schnell, üblicherweise durch Eintauchen, in Wasser» abgeschreckt. Beim Vergütungsprozeß wird die abgeschreckte Legierung mehrere Stunden lang wieder auf eine:, temperatur von 450 bis 65O⁰C erwärmt.

Derartige gehärtete und vergütete Legierungen lassen sieh nur mäßig gut schweißen, weil die beim Schweißen zugeführte Wärme die Wirkung der Vergütung beeinträchtigt und in den Schweißzonen metallurgische bedingte:· Versprödungen hervorruft.

Die technische Durchführung des Härte- und Vergütungsprozesses ist außerdem heikel und beschwerlich: Das Produkt verformt sich beim Härten, die Vergütung dauert lange» die Legierung enthält in den Oberflächenbereichen der Werkstücke Verunreinigungen.

Darüberhinaus ist die Härtbarkeit der<tf/3-Legierungen geringj die Abmessungen der Werkstücke die gehärtet werden sollen, müssen deshalb begrenzt werden, um eine wesentliche Zerstreuung ihrer mechansischen Eigenschaften zu vermeiden.

Mit Hilfe der erfindungsgemaßen Titanlegierung sowie der erfindungsgemaßen Wärmebehandlung lassen sich nun diese Nachteile vermeiden.

Die erfindungsgemäße Titanlegierung enthält außer Titan und seinen üblichen Begleitstoffen als Legierungszusätze 5-6,5 Gew.-# Alluminium, 5-6,5 Vanadium, 1,5-2,5 Gew.-# Zinn, ,4,3-6,7 Gew.-# Zirkoniumj gegebenenfalls Ö,T-1Gew.-?£ eines oder mehrerer ß-eutektoidbildender Metalle wie Kupf er',⁴ Eisen, Mangan, Nickel, Kobalt, Silicium, Wolfram, Beryliuin usw. sowie höchstens 0,2 Gew,-$ eines der Elemente der Gruppe

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- 3- ■■ -. 2028148

Kohlenstoff_:f Stickstoff. Sauerstoff, Bor und Wasserstoff«

Gemäß....einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen ß-eutoktoidbildende' Elemente un.d Verunreinigungen in folgenden Grenzen: 0,1-1 # Ou, 0,1-1 # Fe, 0,20 ?δ P₂, 0,10 £ C, 0,10 <fo N, 0,10 % B, 0,02 # H. . ...

Diese Legierungen lassen sich leicht in üblicher" lifeise durch doppeltes Erschmelzen im Lichtbogen im Vakuum erzeugen und ihre Verarbeitung in der Wärme bietet keine besonderen Schwierigkeiten.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können ebenso wie die bekannten Ti, Al, V, Sn, Cu, Pe Legierungen gehärtet und vergütet werden. Erfindungsgemäß jedoch werden sie einer besonderen Wärmebehandlung zum Tempern unterworfen, durch die sie gleichzeitig verbesserte mechanische Eigenschaften und eine gute Schweißbarkeit erhalten.

Bei der erfindungsgemäß vorgeseheneniTemperbehandlung der neuen Legierungen werden diese mindestens eine halbe Stunde lang auf einer Temperatur von 700-900⁰C, vorzugsweise von 710-75O⁰C gebracht und dann im Ofen oder in der Luft mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die maximal 50°C/Minute vorzugsweise 5°C/Minute bis 30°C/Minute beträgt.

Die so getemperten erfindungsgemäßen Legierungen besitzen eine Zugfestigkeit von über 120 Hektobar, die beim späteren Schweißen nur sehr wenig beeinträchtigt wird. Da— rüberhinaus werden die Werkstücke dank der langsamen Abkühlgeschwindigkeit nach dem Glühen bzw. Tempern nicht verformt und enthalten nur sehr wenig innere Kestspannüngen; die mechanischen Eigenschaften sind homogen im gesamten Werkstück.

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ausgebildet, selbst bei sehr großen Werkstücken; die weiteren Zurichtungsschritte wie Dressieren, Glätten, Entzundern, Beizen werden erleichtert, Alle diese Vorteile bedingen wesentliche Kosteneinsparungen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:," .

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde eine übliche Legierung Ti, 6ä"1, 6V,,2Sn, Cu, Fe (Nummer 1) mit erfindungsgemäßen Legierungen verglichen, die sich von der bekannten Legierung lediglich durch einen Zusatz von 4,5 $ Zirkonium (Legierung Nr. 2) oder von 6,5 $ Zirkonium (Legierung Nr, 3) unterschieden.

der
In/folgenden Tabelle 1 sind für diese Legierungen 1,2

und 3 in Form von geschmiedeten, quadratischen Barren (15X15mm; die Streckfestigkeit E o,2 in Hektobar, die Zugfestigkeit R in Hektobsr , die Bruchdehnung A in Prozent gemessn zwischen Punkten, deren Entfernung von einander das Fünffache des Durchmessers des Prüfkörpers betrug, die Einschnürung des Querschnitts des Prüfkörpers nach dem Bruch in Prozent, die Kerb empfindlichkeit gegeben durch das Verhältnis Re./k von Zugfestigkeit Re des gekerbten Prüfkörpers : Zugfestigkeit R des ungekeobten Prüfkörpers sowie die StoßBrißhenergie (Eco in Dekajoule, DaJ) auf Barren des Typs Charpy V, vorgespalten (gerissen) durch Ermüdung und extra poliert für einen Ermüdungsriss der Tiefe 0, widergegeben.

folgt Tabelle 1

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-S-TaIs eile

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legierung

E 0,2 ' R , A I S ■j I

Hr. , HBar I HBar <fo ι $ ' Re/R IDAJ

Stand der Technik |

Ti, 6Al ,67,6Sn, Cu, 1 ! Fe ι

113

I.

I 1,55 j 0,8

I ■ . ■

Erfindungsgemäß

Ti,6Al,6V,2Sn,Cu, Fe Hß Zr

I 116

.41 ' 1,41 I 0,8 I

Ti,6Al,6T,2Sn,Cu, Fe + 6,5Zr

' 129

ι 1,30 0,6 I

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Die Tabelle zeigt, daß die Zufestigkeit R der erfindungsgemäßen Legierungen Ur. 2 und 3 , die Zirconium enthalten, merklich höher ist als die Zugfestigkeit der nach dem Stand der Technik bekannten Legierung (Vergleich) ohne Zirconium, ohne das die übrigen Eigenschaften wie Kerbempfindlichkeit (Re/R) und Sprödigkeit (Eco) ernstlich beeinträchtigt werden.

Beispiel 2 . · '

In der folgenden·Tabelle 2 sind die Eigenschaften der geschmiedeten, quadratisehen Barren (15mm X 15mm) aus der Legierung Nr. 1. oder 3 des Beispiels 1 im gehärteten und vergüteten Zustand wiedergegeben; das Härten wurde im Wasser ausgehend von der Temperatur (T-50°C) durchgeführt, wobei T

die TJmwandlungstemperatur ( +ß)/ß der Legierung bezeichnet;

ο das Vergüten wurde entweder eine Stunde bei 550 G oder acht

Stunden_//to25°C vorgenommen.
* bei

folgt Tabelle 2

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Tabelle 2

-ι 1 —— 1 r 1 1 —1 ■

Legierung | Nrι Vergütung bej| B ο, 2 1; R j A I S

ι ! , ι ■ I- ■ I ■

Vergleich ι 1 I 55O°C/1h ' 145 . 150, 6 ,16

I ' I" ■

' · 625°G/8h ι 125 | 127| 10 , 39

„j! . i i 77

gemäß [ 3 ] 55O°C/1h | 163 j 1701 3,51 12,5

. j ] 625°C/8h J 135 j 138". 8,β[ 20

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Die erfindungsgemäße legierung ITr. 3 (Ti, 6Al, 6V, 2Sn, Cu, Fe,ββΖτ) zeigt nach dem Härten und Vergüten eine wesentlich höhere Streckfestigkeit E 0,2 und Zugfestigkeit als die zum Vergleich herangezogene Legierung Nr. 1 ohne Zirconium, die derselben Wärmebehandlung unterworfen wurde.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurden aus der erfindungsgemäßen Legierung Nr. 2 (Ti,' 6Al, 6V, 2Sn, Cu, Pe, 4,5Zr) 2,5mm .starke getemperte Bleche hergestellt. Das Tempern erfolge erfindungsgemäß "bei 73O⁰C während 2 Stunden, wobei die Abschreckgeschwindigkeit nach dem Tempern (Glühen) etwa 20 C/ Minute betrug.

Die Zugfestigkeit dieser Bleche betrug 121 Hektobar (Mittelwert aus mehreren Versuchen).

Nach dem Schweißen in an sich bekannter Weise wurden die geschweißt. Blechen durch zweistündiges Erhitzen auf 60O⁰C gedehnt. Die Ergebnisser der in Querrichtung zur Schweißnaht durchgeführten Härteversuche (Vickers HV 10) und Zugversuche sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

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Tabelle 3

Legierung

Harte HV 10

Zugversuch

Bleche| Schweiß- -... .ι naht

E o,2

ι R ' A

Bemerkung

Erfindungs gemäß

337 I 378

117 ι 12,5t Bruch außerhalb der Schweiß

naht

Die Bruchstelle und der Wert für die Zugfestigkeit der geschweißten Prüfkörper zeigen, daß die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung durch das Schweißen nur sehr geringfügig beeinflußt werden.

Die erfindungsgemäßen Titanlegierungen eignen sich in Poija von Blechen, Profilen, Barren oder geschmiedeten oder gepreßten Werkstücken ausgezeichnet für die Herstellung (den Bau) von geschweißten Bauteilen, die eine hohe spezifische mechanische Festigkeit aufweisen sollen.

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Claims (5)

DR.ING. P. WUESTHOFF . 8 MÜNCHEN 9O DIPIi. ING. G. FtTLS SCHWEIGERSTRASSE S DR.E.T.PECHMANN tblkfok 82 06 31 DR. ING. D. BEHRENS ? Π ? R 1 Λ Q ? Π ? R 1 Λ Q PATENTANWÄLTE ί. \J & VJ I *f yj pboteotpatent mCkcuzw Patentansprüche

1. Hochfeste, schweißbare Titanlegierungen der Art-Ti, W Al, V, Sn, dadurch gekennzeichnet , daß sie 5 - 6,5#A1, 5-6,5$V, 1,5-2,5^Sn und 4,3-6,7 % Zr aowie gegebenenfalls bis zu 1 <fo mindestens eines ß-eutektoidbildenden Elementes und die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Bor und Wasserstoff in einer Menge von jeweils maximal 0,2 $ enthalten.

2. legierungen nach Anspruch 1, ge· k-.e nnzeichnet durch einen Gehalt an 0,1-1$Cu, 0,1-1$ Pe, <0,20$ 0-^0,10$ Q, <0,10 N, <0,10$ B und 0,02$ H.

3. Verfahren zur Wärmebehandlungen der Legierungen nach

^ Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Legierung bei einer Temperatur von 700 - 900 C mindestens eine halbe Stunde lang tempert und anschließend mit einer Geschwindigkeit von höchstens 5O⁰C je Minute abkühlt .

4·. Verfahren nach Anspruch 3_f dadurch g e k e η η ζ e i c

tempert,

zeichnet , daß man bei einer Temperatur von 710-75O⁰C

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4s> dadurch ge k.e η η-ze lehnet , daß man eine Äbkühlgeschwindigkeit von 5⁰C je Minute bis zu 30⁰C je Minute einhält.

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