DE2046614A1 - Gesinterte Titanlegierung - Google Patents

Gesinterte Titanlegierung

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Description

Deutsche Edelstahlwerke
Aktiengesellschaft
Krefeld, Oberschlesienstr. l6
G-esinterte Titanlegierung.
Die Erfindung betrifft eine gesinterte Titanlegierung mit hoher Verschleißfestigkeit bei einer Härte über 50 HRC.
Reines Titan und Titanlegierungen zeichnen sich durch ein besonders günstiges Verhältnis von Dichte zu Festigkeit und durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Aufgrund dieser Eigenschaften werden· Titan und Titanlegierungen als Werkstoff für Plugzeug- und Raketenbauteile sowie für den chemischen Apparatebau eingesetzt.
Titan und Titanlegierungen besitzen geringe Härte und Verschleißfestigkeit. Die Härte von reinem Titan liegt unter 15 HRC und bei bekannten ausgehärteten Titanlegierungen bei 30 bia 40 HRC. Für Verschleißteile werden aber Härten von über 50, vorzugsweise 60 bis 70 HRC gefordert. Die mangelhafte Härte ließ bisher den Einsatz von Titan und Titanlegierungen für Verschleißteile nicht zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff mit der niedrigen Dichte, der guten Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit des Titans und von Titanlegierungen vorzuschlagen, der eine höhere Verschleißfestigkeit bei einer Härte über 50 HRC besitzt.
2098U/0491
20A66U
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine gesinterte Titanlegierung, bestehend aus 10 bis 60 Gew.-^ Haitetoff und 40 bis 90 Gew.-^ Titan oder einer Titanlegierung, vorgeschlagen.
Unter Hartstoff werden Metallkarbide, -nitride, -boride und -oxyde verstanden. Zweckmäßigerweise wird der erfindungsgemäßen Titanlegierung ein Hartstoff zugesetzt, der mit dem Titan artverwandt ist, wie Titankarbid, Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Titannitrid und -borid. Der Hartetoff soll zwar die Verschleißfestigkeit und Härte der erfindungsgemäßen Titanlegierung erhöhen, jedoch die niedrige Dichte und die Korrosionsbeständigkeit des Titans oder der Titanlegierung nicht nachteilig beeinflussen und bei der Sinterung der Titanlegierung keine Reaktion mit dem Titan oder Legierungselementen in der Titanlegierung auslösen· Die oben besonders herausgestellten Hartstoffe verhalten sich in dieser Hinsicht am günstigsten. Auch Mischungen verschiedener Hartstoffe kommen infrage.
Aufgrund der hohen Affinität des Titans zum Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff muß beim Zusatz der Hartstoffe außerdem darauf geachtet werden, daß der Hartstoff nur sehr geringe Gehalte an freiem Kohlenstoff, freiem Stickstoff oder freiem Sauerstoff besitzt, damit während der Sinterung der Erfindungagemäßen Legierung keine Reaktion zwischen diesen und dem Titan eintritt, die u.a. infolge von Volumenänderungen zur Porosität der Sinterteile führen und außerdem die Zusammensetzung der Legierung verändern würde. Es ist daher oftmals zweckmäßig, nicht abgesättigte Hartstoffe zuzusetzen, also Hartstoffe zu verwenden, deren Sauerstoff-, Kohlenstoff- bzw. Stickstoffgehalt unter dem stöchiometrischen lättigungswert liegt. Außerdem sollten Hartetoff·,
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die im Vakuum zu Zerfallserscheinungen neigen, wie z.B. Aluminium- und Siliziumnitrid, vor dem Zusatz zu der Titanlegierung im Unterdruck stabilisiert werden, Zu diesem Zweck wird beispielsweise Aluminiumnitrid im Vakuum unter Stickstoffatmosphäre von ca. 200 Torr nochmals bei 1200 bis l400°C geglüht.
Anhand von Beispielen wird der durch die erfindungsgemäße gesinterte Titanlegierung mit Hartstoffzusatz erzielbare Vorteil dargestellt.
Beispiel 1
Die Härte von reinem Titan von etwa 15 HRC kann durch Zugabe von 30 Gew.-^ Titankarbid mit einem freien Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03 9& zu Titan bei einer Dichte von 4,57 g/cm3 auf 65 bis 70 HR gesteigert werden.
Beispiel 2
Eine Titanlegierung, bestehend aus 6,0 % Aluminium, 4,0 1JL Vanadium, Rest Titan, hat im ausgehärteten Zustand eine maximale Härte von 45 HRC bei einer Dichte von
4,43 g/cm3.
Durch Zusatz von 25 $ Titankarbid erhöhte sich die Dichte geringfügig auf 4,50 g/cm3, die Härte jedoch beträchtlich, näjBÜch auf 60 bis 62 HRC.
Beispiel 3
Ein· Titanlegierung mit 7,0 ή» Aluminiu», 4,0 % Molybdän, R»st Titan und übliche Verunreinigungen zeigte nach der gebräuchlichen Verarbeitung ±m Anschluß an die Sr*chm*lzung und Auehärtung ein· aax. Härte von 35 bis 40 HRC bei einer Dichte von 4,48 g/cm3.
2098U/CK91
Nach der pulvermetallurgiechen Herstellung dieser Titanlegierung unter Zusatz von 25 $ Titankarbid wurde bei einer geringfügigen Erhöhung der Dichte auf 4,60 g/cm-' die Härte auf 60 bis 65 HRC gesteigert.
Beispiel 4
Eine Titanlegierung mit 5,0 # Aluminium, 2,5 # Zinn, Rest Titan und unvermeidliche Verunreinigungen besitzt eine Härte von 25 bis. 30 HRC bei einer Dichte von 4,46 g/cm .
Durch Zugabe von 25 $ Titankarbid zu dieser Legierung ergaben sich nach der pulvermetallurgiechen Herstellung Härtewerte von 57 bis 60 HRC bei einer Dichte von 4,47 g/cm-*,
In allen Fällen war durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Hartstoffen bei unbeachtlicher Erhöhung der Dichte eine deutliche Härtesteigerung festzustellen, die zum Teil über 100 % betrug. Mit dieser Härte und entsprechender Verschleißfestigkeit läßt sich die erfindungsgemäße Titanlegierung nun auch für Teile verwenden, die neben hoher Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen oxydierende und chlorionenenthaltende Medien, eine hohe Verschleißfestigkeit und Härte aufweisen Bussen. Beispiele für die Anwendung der erfindungsgemäßen hochverschleißfesten und harten gesinterten Titanlegierung gemäß der Erfindung sind Zerstäuber, Düsen, Stopfbuchsen, Dichtringe, Mischerflügel, Ausgüsse, Rührer, Ventile, Halterungen usw. für die chemische Industrie, Metallindustrie, Galvanik, Papierherstellung, Erzaufbereitung, Elektroindustrie, Fotoindustrie, Flugzeug- und Raketenbau.
209814/0491
Die pulvermetallurgische Herstellung der erfindungsgemäßen Titanlegierung erfolgt durch Mahlen der trockenen Mischung von Titan- oder Titanlegierungspulver mit dem pulverförmigen Hartstoff in schwer entflammbaren und nichtoxydierenden Flüssigkeiten auf eine Korngröße von kleiner als 5 Aim. Ist die Matrix eine Titanlegierung, können auch statt der fertigen Titanlegierung ihre Ausgangskomponenten oder Vorlegierungen in Pulverform mit dem Hartstoffpulver gemischt und gemahlen werden. Die Legierungsbildung zwischen dem Titan und den Legierungselementen erfolgt dann bei der Sinterung.
Bei der anschließenden Vakuumtrocknung der gemahlenen Mischung zur Entfernung der Mahlflüssigkeit muß eine Selbstentzündung des feingemahlenen Titanpulvers sorgfältig vermieden werden. Am zweckmäßigsten iit es, einen Rest von bis zu 6 ia der Mahlflüssigkeit im Ansatz zu belassen, die dann einen Schutz gegen Oxydation gewährleistet und als preßerleichternder Zusatz dient.
Anschließend wird die Mischung zu Formkörpern gepreßt. Die Preßlinge^ werden dann im Vakuum oder unter Schutzgas gesintert, vorzugsweise im Hochvakuum von besser als 10~"^ Torr und Temperaturen von 15OO bis l6OO°C, je nach Legierung.
209814/0491

Claims (5)

20466U Patentansprüche
1. Gesinterte Titanlegierung mit hoher Verschleißfestigkeit bei einer Härte über 50 HRC, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
10 bis 60 Gew.-# Hartstoff und
kO bis 90 Gew.-^ Titan oder Titanlegierung
besteht.
2. Titanlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoff dem Titan artverwandte Stoffe, wie Titankarbid, Chromkarbid, Vanadiumkarbid, Titannitrid und -borid, zugesetzt werden.
3. Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an freiem Kohlenstoff im Karbid, freiem Stickstoff im Nitrid, freiem Sauerstoff im Oxyd etc. des Hartstoffs möglichst gering ist.
k» Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch den Zusatz von im Vakuum stabilisiertem Hartstoff.
5. Verfahren zur Herstellung einer Titanlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff oder die Hartstoffmischung mit dem Titan oder der Titanlegierung, beide in Pulverform, gemischt werden, die Mischung in nichtoxydierender Flüssigkeit auf eine Korngröße voijkl einer als 5 Λ™ gemahlen und zu Formkörpern gepreßt wird, die dann im Vakuum oder unter Schutzgas gesintert werden.
2098U/0491
DE19702046614 1970-09-22 1970-09-22 Gesinterte Titanlegierung Expired DE2046614C (de)

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