DE2129473A1

DE2129473A1 - Titanlegierung

Info

Publication number: DE2129473A1
Application number: DE19712129473
Authority: DE
Inventors: Hideki Urushihara
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1972-01-20
Also published as: JPS4926163B1; FR2099180A5; GB1345048A; CA931789A; DE2129473B2

Description

rATENTANWXLTE

. DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2 129 A 73

MÖNCHEN HAMBURG TELEFON. 395314 2000 HAMBURG 50,11. Juni 1971 TELEGRAMME: KARPATENT KONIGSTRASSE 28

W. 248O2/71 12/Pa

Nippon Mining Co.,Ltd., Tokyo (Japan)

Titanlegierung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Titanlegierung hoher Festigkeit und insbesondere auf eine solche Legierung, die bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mehr als llo kg/mm sowie genügende Duktilität im geglühten Zustand hat.

Die Festigkeit von Titan kann durch das Vorhandensein

gewisser Legierungselemente verbessert werden. Die bekann-

2 ten Titanlegieru^cTGn haben jedoch nur etwa 90 bis 100 kg/mm Raumtemperatur-Zugfestigkeit im geglühten Zustand. Gewisse wärmebehandelte Titänlegierungen können im wärmebehandelten Zustand relativ hohe Festigkeit haben, jedoch/beeinträchtigt diese Wärmebehandlung die Duktilität der Legierung.

Demgemäß besteht ein Zweck der Erfindung darin, eine Titanlegierung zu schaffen, die bei Raumtemperatur hohe Zugfestigkeit und verbesserte Duktilität hat.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Titanlegierung zu schaffen, die bei hohen Temperaturen verbesserte Festigkeit hat.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Titanlegierung zu schaffen, die wärmebehandelt werden kann und gute Warmbearbeitbarkeit und Kaltbearbeitbarkeit hat.

Eine Titanlegierung gemäß der Erfindung enthält in Gewichtsprozentsätzen 4 bis 7 % Aluminium, 2 bis 4 % Kobalt, 2 bis 4 % Vanadium, 0,1 bis 0,4 t Silizium und Rest im wesentlichen Titan.

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Aluminium ist eines der v/irksamsten Elemente zum Verbessern der Festigkeit einer Titanlegierung, und Aluminium verbessert insbesondere die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung, weil es die oC -Phase der Legierung stabilisiert.

In der Legierung sollten nicht weniger als 4 % Aluminium

2 enthalten sein, um eine Zugfestigkeit von mehr als llo kg/mm bei Raumtemperatur zu erreichen.

Jedoch wird durch das Vorhandensein von Aluminium in größeren Mengen als 7 % die Duktilität der Legierung merkbar verschlechtert, und ihre Bearbeitbarkeit wird beeinträchtigt. ψ Eine kobaltenthaltende Titanlegierung manifestiert

eutektoidische Reaktion. Das Kobalt in der Titanlegierung führt zur Stabilisierung der β-Phase der Legierung und erteilt der Legierung Alterungshärtungsfähigkeit. Die Härtungsfähigkeit ergibt sich aus der Zersetzung der ρ -Phase, so daß die β -Phase durch Abschrecken in der Legierung beibehalten werden muß, um Alterungshärtungsfähigkeit zu erzielen. Die Kobaltmenge, die notwendig ist, um die Legierung alterungshär^uagsfähig zu machen, hängt von der Aluminiummenge in der Legierung ab. Wenn der Aluminiumanteil zunimmt, nimmt die Kobaltmenge ab, die zum SCa-bilisierer. der β -Phase durch Abschrecken notwendig ist.

fc In einer Titanlegierung, die 4 bis 7 % Aluminium enthält, wird es durch das Vorhandensein von nicht weniger als 2 % Kobalt möglich gemacht, die β -Phase in der abgeschreckten Legierung beizubehalten und die Legierung alterungshärtungsfähig zu machen. Kobalt führt weiterhin zu bemerkenswerter Erhöhung der Festigkeit der Legierung, und zwar zufolge seiner Härtungswirkung durch feste Lösung. Jedoch wird durch das Vorhandensein von Kobalt in einer größeren Menge als 4 % die Duktilität und Bearbeitbarkeit der Legierung vermindert, weil der Unterschied" zwischen den Atomdurchmessern von Kobalt und Titan so groß ist.

Im Vergleich zu Aluminium und Kobalt wird durch Vanadium die Festigkeit der Titanlegierung in nur geringem Ausmaß erhöht. Jedoch reagiert Vanadium mit Titan als allo-

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tropische Transformation und macht die fl -Phase stabil. Durch Vorhandensein von nicht weniger als 2 % Vanadium in der Titanlegierung werden die Warmbearbeitbarkeit und die KaItbearbeitbarkeit der Legierung verbessert. Durch Zugabe von Vanadium in größerer Menge als 4 % können die Bearbeitbarkeit und die Festigkeit der Titanlegierung nicht mehr beträchtlicht verbessert werden.

Eine siliziumenthaltende Titanlegierung manifestiert eutektoidische Reaktion wie die kobaltenthaltende Legierung. Es ist jedoch gefunden worden, daß Silizium kein bevorzugtes Legierungselement in der praktischen Titanlegierung ist, weil der eutektoidische Punkt einer siliziumenthaltenden Titanlegierung höher als der eutektoidische Punkt von Titanlegierungen liegt, die andere eutektoidbildende Elemente enthalten wie Kobalt, Eisen und Mangan und weiterhin, weil, da der Siliziumgeha]t. im Eutektoid gering ist, ~uo Fortschreiten der eutektoidisehen Reaktion schnell ist und oftmals eine Bildung . spröder Verbindungen stattfindet.

Es ist nunmehr gefunden worden, daß kleine Mengen an Silizium, d. h. 0,1 bis 0,4 % Silizium zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Festigkeit und insbesondere der Hochtemperaturfestigkeit einer Titanlegierung führen, ohne deren Duktilität zu beeinträchtigen. Wenn mehr als 0,4 % Silizium vorhanden sind, wird die Legierung spröde, und ihre Bearbeitbarkeit wird außerordentlich verringert.

Die Ergebnisse von bei Raumtemperatur durchgeführten Zugfestigkeitsprüfungen gewisser Tdtanleyieiungen gemäß der Erfindung und der bekannten typischen Titanlegierung 6Al-4V-Ti-Legierung sind in Tabelle 1 dargestellt.

Wie aus Tabelle 1 ersiehtlicht, hat jede Legierung

gemäß der Erfindung im geglühton Zustand eine Zugfestigkeit

2
von höher als llo kg/mr,.' Die Zugfestigkeit ist höhor als diejenige der geglühten 6A1-4V-Ti-Legierung, und zwar um

2
etwa Ib bis 2O kg/mm und grob gleich doi Zugfestigkeit einer wäiniobohandelten GAl -4V-Ti -Legi erung.

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BAD ORIGINAL

. Bei der 6Al-.4V-Ti-Legierung wird durch die Wärmebehandlung zum. Verbessernder Festigkeit die Dehnung der Legierung verringert.

Eine Legierung gemäß der Erfindung kann jedoch im geglühten Zustand hohe Festigkeit erreichen, und sie kann außerdem gute Duktilität haben, wie es in der Tabelle 1 durch eine Dehnung von mehr als 10 % gezeigt ist. Die außergewöhnliche Kombination von Festigkeit und Duktilität charakterisiert primär eine Legierung gemäß der Erfindung.

TabelleJ1

Zusammensetzungen der Legierungen	geglüht	Zugfestig keit ₂ (kg/mm )	Streckfestig keit ₂ (kg/mm )	Dehnung (%)
4A1-4CO-2V-0.2Si-Ti	geglüht	114.8	Io5.3	17.9
5A1-2CO-2V-0.2Si-Ti	^geglüht	117.0	Io9.8	18.ο
5A1-3CO-2V-0.ISi-Ti	geglüht	115.2	Io5.1	17.4
7A1-2CO-4V-O.3Si-Ti	geglüht	118.2	111.7	12.3
7A1-3CO-3V-0.ISi-Ti	geglüht	123.1	114.3	13.2
6A1-4V-Ti	värmebe- handelt	96.2	9O.8	15.1
6A1-4V-T1	118.6	Ho.1	6.2

In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 Aufzeichnungen gegeben der Zugfestigkeit und der Dehnung von Legierungen 5A1-2CO-2V-0.2Si-Ti gemäß der Erfindung (Kurve A) und der bekannten 6A1-4V-Ti-Legierung (Kurve B) über der Temperatur, und zwar von Raumtemperatur bis 500 ⁰C. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat eine Legierung gemäß der Erfindung bei 400 ⁰C eine Zugfestigkeit von über 80 kg/mm und bei 500 ⁰C eine

2
Zugfestigkeit von über 70 kg/mm . Diese Festigkeitswerte sind höher als die der bekannten 6A1-4V-Ti-Legierung, und zwar um etwa 15 kg/mm . Es ist offensichtlich, daß eine Legierung gemäß der Erfindung/selbst bei höheren Temperaturen außeror-

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dentlich bessere Zugeigenschaften hat.

In Fig. 3 sind die Änderungen der Vickers-Härte einer Legierung gemäß der Erfindung (Kurve A) und der bekannten 6A1-4V-Ti-Legierung (Kurve B) über den Abschreckungstemperaturen dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt, beträgt die maximale Härte einer Legierung gemäß der Erfindung nach dem Abschrecken etwa 510 VHN, während die Härte vor dem Abschrecken etwa 330 VHN beträgt. Es ist ersichtlich, daß die Wärmebehandlungsempfindlichkeit einer Legierung gemäß der Erfindung bemerkenswert besser als die der bekannten 6A1-4V-Ti-Legierung ist.

Wie oben beschrieben, hat eine Titanlegierung gemäß

der Erfindung im geglühten Zustand genügend Duktilität und

2 bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mehr als 110 kg/mm , welche etwa: gleich derjenigen der bekannten Titanlegierung im wärmebehandelten Zustand ist. Weiterhin hat eine Legierung gemäß der Erfindung verbesserte HochtemperaturZugfestigkeit,

2 wie es durch die Sugfestigkeitswerte von mehr als 80 kg/mm

bei 400 ⁰C und mehr„*Is 70 kg/mm bei 500 ⁰C gezeigt ist. Die gute Wärmebehandlungsempfindlichkeit dieser Legierung macht es, wenn es gewünscht ist, möglich, die-".Festigkeit durch Wärmebehandlung weiter zu erhöhen. Außerdem hat eine Titanlegierung gemäß der Erfindung verbesserte Warmbearbeitbarkeit und Kaltbearbeitbarkeit.

Sämtliche oben beschriebenen Zugfestigkeitsprüfungen und Dehnungsprüfungen wurden mit einer Amuslar-Prüfmaschine durchgeführt, und die Härteprüfungen wurden mit einer Vickers-Härteprüfmaschine mit einer Belastung von 10 kg durchgeführt.

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Claims

Patentanspruch

Titanlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gev/ichtspro2enten

4 bis 7 % Aluminium, 2 bis 4 % Kobalt 2 bis 4 % Vanadium, 0,1 bis 0,4 % Silizium und als Rest im wesentlichen Titan enthält.

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