DE2129473B2

DE2129473B2 - Verwendung einer Titanlegierung

Info

Publication number: DE2129473B2
Application number: DE19712129473
Authority: DE
Inventors: Hideki Toda Saitama Urushihara (Japan)
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1978-04-06
Also published as: CA931789A; GB1345048A; JPS4926163B1; FR2099180A5; DE2129473A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung einer Titanlegierung hoher Festigkeit und Dehnbarkeit.

Die Festigkeit von Titan kann durch das Vorhandensein gewisser Lßgierungselemente verbessert werden. Es sind beispielsweise Titanlegierungen bekannt (DAS 1179 006), die aus 0,5 bis 46% Aluminium sowie folgenden Mengen eines oder mehrerer weiterer Zusatzmetalle, wie 0,5 bis 5% Kobalt, 0,5 bis 70% Vanadium, 0,25 bis 3% Silicium und Rest Titan bestehen können. Eine bekannte aus den vorstehenden Möglichkeiten herausgegriffene Titanlegierung enthält 4% Aluminium, 2% Kobalt, 5% Vanadium und Rest Titan. Diese bekannte Legierung hat in geglühtem Zustand eine Zugfestigkeit von 112,5 kp/mm², jedoch nur eine Dehnung von 5%. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Verwendung von Titanlegierungen erforderlich ist, die in geglühtem Zustand neben einer relativ hohen Raumtemperaturzugfestigkeit noch eine verhältnismäßig große Dehnung aufweisen.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, Tür besondere Belastungsfälle eine Titanlegierung zu verwenden, die in geglühtem Zustand neben einer hohen Zugfestigkeit auch eine hohe Dehnung besitzt.

Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch die Verwendung einer Titanlegierung hoher Festigkeit und Dehnbarkeit in geglühtem Zustand aus 4 bis 7% Aluminium, 2 bis 4% Kobalt, 2 bis 4% Vanadium, 0,1 bis 0,4% Silicium, Rest Titan für Gegenstände, die im geglühten Zustand außer einer Raumtemperaturzugfestigkeit von über 110 kp/mm² eine Dehnung von über 10% aufweisen müssen.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung weist neben einer Zugfestigkeit von über 110 kp/mm noch eine Dehnung von über 10% auf.

Aluminium ist eines der wirksamsten Elemente zum Verbessern der Festigkeit einer Titanlegierung. Aluminium verbessert insbesondere die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung, weil es die α-Phase der Legierung stabilisiert. In der Legierung sollten nicht weniger als 4% Aluminium enthalten sein, um eine Zugfestigkeit von mehr als 110 kp/mm² bei Raumtemperatur zu erreichen.

Jedoch wird durch das Vorhandensein von Aluminium in Mengen über " % die Dehnbarkeit der Legierung merkbar verschlechtert und die Bearbeitbarkeit der Legierung beeinträchtigt.

Eine Kobalt enthaltende Titanlegierung hat eine eutektoide Reaktion. Das Kobalt in der Titanlegierung führt zur Stabilisierung der /?-Phase der Legierung und erteilt der Legierung eine Aushärtbarkeit. Die Aushärtbarkeit ergibt sich aus der Zersetzung der jtf-Phase, so daß die .//-Phase durch Abschrecken in der Legierung beibehalten werden muß, um die Aushärtbarkeit zu erzielen. Die Kobaltmenge, die notwendig ist, um die Legierung aushärtbar zu machen, hängt von der Aluminiummenge in der Legierung ab. Wenn der Aluminiumanteil zunimmt, nimmt die ^r, Kobaltmenge ab, die zum Stabilisieren der J-Phase durch Abschrecken notwendig ist.

In einer Titanlegierung, die 4 bis 7% Aluminium enthält, wird es durch das Vorhandensein von nicht weniger als 2% Kobalt möglich gemacht, diejä-Phase

κι in der abgeschreckten Legierung beizubehalten und die Legierung aushärtbar zu machen. Kobalt führt weiterhin zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Festigkeit der Legierung, und zwar zufolge seiner Härtungswirkung in fester Lösung. Jedoch wird durch

π das Vorhandensein von Kobalt in einer Menge über 4 % die Dehnbarkeit 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

_>(i Vanadium die Festigkeit der Titanlegierung in nur geringem Ausma(3 erhöht. Jedoch reagiert Vanadium mit Titan als allotrope Transformation und macht die jS-Phase stabil. Durch Vorhandensein von nicht weniger als 2 % Vanadium in der Titanlegierung werden

j'i die Warmbearbeitbarkeit und die Kaltbearbeitbarkeit der Legierung verbessert. Durch Zugabe von Vanadium in einer Menge über 4% können die Bearbeitbarkeit und die Festigkeit der Titanlegierung nicht mehr beträchtlich verbessert werden.

κι Eine Silicium enthaltende Titanlegierung hat eine eutektoide Reaktion wie die Kobalt enthaltende Legierung. Es ist jedoch gefunden worden, daß Silicium kein bevorzugtes Legierungselement für Titanlegierungen ist, weil der eutektoide Punkt einer Silicium ent-

j-) haltenden Titanlegierung höher als der eutektoide Punkt von Titanlegierungen liegt, die andere eutektoidbildende Elemente wie Kobalt, Eisen und Mangan enthalten und weil weiterhin das Fortschreiten der eutektoiden Reaktion schnell ist und oftmals eine

•to Bildung spröder Verbindung stattfindet, da der SiIiciumgehalt im Eutektoid gering ist.

Es ist nunmehr gefunden worden, daß kleine Mengen an Silicium, d. h. 0,1 bis 0,4% Silicium zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Festigkeit und ins-

•Γ) besondere der Hochtemperaturfestigkeit einer Titanlegierung führen, ohne deren Dehnbarkeit zu beeinträchtigen. Wenn mehr als 0,4% Silicium vorhanden sind, wird die Legierung spröde, und ihre Bearbeitbarkeit wird außerordentlich verschlechtert.

w Die Ergebnisse von bei Raumtemperatur durchgeführten Zugfestigkeitsprüfungen gewisser gemäß der Erfindung zu verwendender Titanlegierungen und der bekannten typischen Titanlegierung (6AI-%V-Ti) sind in der Tabelle dargestellt.

-,-. Wie aus der Tabelle ersichtlich, hat jede gemäß der Erfindung zu verwendende Legierung in geglühtem Zustand eine Zugfestigkeit von mehr als 110 kp/mm². Die Zugfestigkeit ist höher als diejenige der geglühten 6Al-4V-Ti-Legierung, und zwar um etwa 15 bis

ho 20 kp/mm² und in etwa gleich der Zugfestigkeit einer wärmebehandelten 6 Al-4 V-Ti-Legierung.

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

h¹) Eine gemäß der Erfindung zu verwendende Legierung kann jedoch in geglühtem Zustand eine hohe Festigkeit erreichen und außerdem eine gute Dehnbarkeit haben, wie es in der Tabelle durch eine Deh-

nung von mehr als 10% gezeigt ist. Die außergewöhnliche Kombination von Festigkeit und Dehnbarkeit kennzeichnet in erster Linie die gemäß der Erfindung zu verwendende Legierung.

Tabelle

Zusammensetzungen der Legierungen Zugfestigkeit Streckfestigkeit Dehnung (kp/mnr) (kp/mrrr) (%)

4AI-4Co-2V0,2Si-Ti

5AI-2Co-2V-0,2Si-Ti

5AI-3Co-2V-0,lSi-Ti

7AI-2Co-4V-0,3 Si-Ti

7 AI-3CO-3 V-O₁ISi-Ti

6AI-4V-T!

6A1-4V-TJ

geglüht	114,8	105,3	!7,9
geglüht	117,0	109,8	18,0
geglüht	115,2	105,1	17,4
geglüht	118,2	111,7	12,3
geglüht	123,1	114,3	13,2
geglüht	96,2	90,8	15,1
wärmebehandelt	118,6	110,1	6,2

In den Fig. 1 und 2 ist die Zugfestigkeit bzw. die Dehnung der gemäß der Erfindung zu verwendenden 5AI-2Co-2V-0,2Si-Ti-Legierung (Kurve Λ) und der bekannten 6 Al-4 V-Ti-Legierung (Kurve B) über der Temperatur aufgezeichnet, die von Raumtemperatur bis 500 C reicht. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat eine gemäß der Erfindung zu verwendende Legierung bei 400 C eine Zugfestigkeit von über 80 kp/mm² und bei 500' C eine Zugfestigkeit von über 70 kp/mm². Diese Festigkeitswerte sind höher als die der bekannten 6 Al-4 V-Ti-Legierung, und zwar um etwa 15 kp/mm². Es ist offensichtlich, daß eine gemäß (!er Erfindung zu verwendende Legierung selbst bei höheren Temperaturen außerordentlich bessere Zugeigenschaften hat.

In Fig. 3 sind die Änderungen der Vickers-Härte einer gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierung (Kurve A) und der bekannten 6 A!-4V-Ti-Legierung (Kurve B) über den Abschreckungstemperaturen dargestellt. Wie in dieser Figur gezeigt, beträgt die maximale Härte einer gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierung nach dem Abschrecken etwa 510 VHN, während die Härte vor dem Abschrecken etwa 330 VHN beträgt. Es ist ersichtlich, daß die Wär_ >(i mebehandlungsempfindlichkeit einer gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierung bemerkenswert besser als die der bekannten 6Al—4V-Ti-Legierung ist,
Wie oben beschrieben, hat eine gemäß der Erfindung

i-, zu verwendende Titanlegierung in geglühtem Zustand eine genügende Dehnbarkeit und bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mehr als 110 kp/mm², welche etwa gleich derjenigen der bekannten Titanlegierung in wärmebehandeltem Zustand ist. Weiterhin hat eine

jo gemäß der Erfindung zu verwendende Legierung eine verbesserte Hochtemperaturzugfestigkeit, wie es durch die Zugfestigkeitswerte von mehr als 80 kp/mm² bei 400 C und mehr als 70 kp/mm² bei 500C gezeigt ist. Die gute Wärmebehandlungsempfindlichkeit dieser

Γ) Legierung macht es, wenn es gewünscht ist, möglich, die Festigkeit durch Wärmebehandlung weiter zu erhöhen. Außerdem hat eine gemäß der Erfindung zu verwendende Titanlegierung eine verbesserte Warmbearbeitbarkeit und Kaltbearbeitbarkeit.

Mi Sämtliche obengenannten Härteprüfungen wurden mit einer Vickershärte-Prüfmaschine mit einer Belastung von 10 kp durchgeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Titanlegierung hoher Festigkeit und Dehnbarkeit in geglühtem Zustand aus 4 bis 7% Aluminium, 2 bis 4% Kobalt, 2 bis 4% Vanadium, 0,1 bis 0,4% Silicium, Rest Titan für Gegenstände, die im geglühten Zustand außer einer Raumtemperaturzugfestigkeit von über 110 kp/mm² eine Dehnung von über 10% aufweisen müssen.