DE2356152A1

DE2356152A1 - Waermebehandlung von titanlegierungen

Info

Publication number: DE2356152A1
Application number: DE19732356152
Authority: DE
Inventors: Richard Ernest Goosey; Donald Francis Neal
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR2206388A1; GB1389595A; JPS49134506A; IT998814B; FR2206388B3

Description

PATENTANWALTSBÜRO TlEDTKE - BüHUNG " KlNNE 2356152

TEL. (0811) 53SS53-55 TELEX: B24845 llpat CABLE ADDRESS: Germanlapatent München

8 0 0 0 M ünc he η 2

Bavariarlng 4 Postlach 202403

9. November 1&7 3

I¹HPERIAL METAL INDUSTRIES (KYMOCH) LIMITED. Birmingham (Oroß-Britannien)

Wärmebehandlung von Titanlegierungen

Die Erfindung betrifft Titanlegierunpen und insbesondere ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Titanlegierungen.

In der CB-PS 1 208 319 ist eine Leerung auf Titanbasis beschrieben, 'lie aus 5-6,5 Gew.-% Aluminium, 3-7 Gew.-% ZLrkon, 0,25 - 0,75 Gew.-% Molybdän, 0,05 - 0,4 Gew.-% Silicium und im übrigen aus Titan, abgesehen von Verunreinigungen besteht. Eine bevorzugte Legierung in diesem Bereich besteht aus 6 Gew.-% Aluminium, 5 Gew.-% Zirkon, 0,5 C,ew.-% Molybdän, 0,25 Gew.-% Silicium und im übrigen aus Titan, abgesehen von Verunreinigungen.

Die vorgenannte PS beschreibt einen Wärmebehandlungsxtfeg für die Legierung, der aus einer Wärmebehandlung in dem

P -Gebiet hei 1050⁰C-, Ö labs ehr eckung oder Luftkühlung und Alterung bei etwa 55 0 C besteht* Hierdurch wird in der Legierung eine_sehrh*e

Λ09824/0704 .

BAD

Dauerstandfestigkeit (Kriechwiderstand) erzeugt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Legierung auf Titanbasis geschaffen, die aus 5-6,5 Gew.-% Aluminium, 3-7 Gew.-% Zirkon, 0,25 - 0,75 Gew.-% Mclyhdc'n, 0,05 - 0,M- Gew.-% Silicium, und im übrigen aus Titan, abgesehen von Verunreinigungen, besteht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Legierung in dem <* + p -Gebiet auf 950 - 1015⁰C erhitzt, abkühlt, bei 600 - 95O°C erneut glüht und abkühlt.

Die GlühteiTiperatur kann in dem Bereich von 600⁰C - 700°C liegen.

Vorzugsweise besteht die Titanlegierung aus 6 % Aluminium, 5 % Zirkon, 0,5 % Molybdän, 0,25 % Silicium und im übrigen, abgesehen von Verunreinigungen, aus Titan. Die Legierung kann in dem dt+p -Gebiet geschmiedet werden. Die Schmiedetemperatur kann in dem Bereich von 950⁰C - 1015 C liegen. Die Temperatur, bei der die Legierung in dem ot+ (^ -Gebiet wärmebehandelt wird, beträgt vorzugsweise 1000°C. Die Abkühlung nach der Wärmebehandlung in dem oc+^ -Gebiet kann durch Luftkühlung oder Ölabsehreckung erfolgen. Die Temperatur, bei der die Legierung in dem a.+ j3 -Gebiet behandelt wird, kann in dem Bereich von 950 - 990⁰C liegen.

Die Dauer der Glühung kann bis zu 20 Stunden betragen, vorzugsweise 12 Stunden bei 600 q oder his zu 10 Stunden, vorzugsweise 4 Stunden, bei 65O°C, oder bis zu 5 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, bei Temperaturen in dem Bereich von 700°C - 95O°C.

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Vor der Fertigschmiedung und Wärmebehandlung in dem ex,+ ß -Gebiet kann die Legierung zunächst in dem B -Gebiet bei 1050 - 1100°C geschmiedet werden.

Beispielsweise wurde ein Block einer Titanlegierung mit 6 % Aluminium, 5 % Zirkon, 0,5 % Molybdän und 0,25 % Silicium bei 1050 C gestaucht, wobei er die Form eines Käses annahm, und anschließend in dem oc+ß -Gebiet unter Bildung einer Scheibe zu Ende geschmiedet. Die Scheibe wurde im gesamten Querschnitt 3 Stunden bei 1000°C wärmebehandelt und mit Öl abgeschreckt. Aus der Scheibe wurden 3 Segmente ausgeschnitten. Eins wurde 16 Stunden bei 600⁰C entspannt, ein anderes V7urde 6 Stunden bei 6 5O°C entspannt und das 3. wurde 1 Stunde bei 700°C entspannt. Alle 3 wurden anschließend mit Luft gekühlt. Zum Vergleich wurde ein 4. Stück eine-halbe Stunde bei 1050°C in dem ß-Gebiet wärmebehandelt, ölabgesehreckt undκ dann 2h Stunden bei 580 C geglüht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I angegeben.

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-H-

Tabelle

Entspannungsglühung

■0,2 % Prüfdehn grenze

j bar

j(kg/mm )

Zugfestigkeit bar (kg/mm²) Dehnung 5 D

Querschnittskontraktion

f-

—4. —- - —

16h 600"C

92 UO j (94,1)

6h 650⁰C⁺ ■ 91 60

I (93,5)

lh 700⁰C⁺ ; 9 2 80 ί (94,5)

1/tt 1050⁰C, 90 00 Ölabschrek-' (92,0) hung + j 24 h 580°C ί

102 (104)

101 (103)

102 (104,5)

j 103

(106) 1/2

13

1/2

32

28

16 1/2

Die Proben wurden 3 Stunden bei 1000⁰C im «+^-Gebiet wärmebehandelt und ölabgeschreckt. :

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-B- ■ ·

Dieser¹ Tabelle ist iü eftfriehiiiert$ daß die Behandlung im et+ P =gebie"t zu öiheifi Aristieg dir Dehnung uift Bis zu* 85 $7 % sowie zu eiiiem Äriitieg ύύΡ QügfsgftnittskaitträMfiöil um Bis zu 1Ϊ2 % führtj Dieöäi % t'Mifdehngrenie und die iii

Bieiberi im wösön-tlieRgfi ühverandiärt«

Die BauerstaridIgSÜijpeli in der in dem ii+j^ -i§Esiet wäririeBehändöiten Legierung 'wirä ggdoiH'⁴Jn Ve^gIeieh zu deir* in "idem & -SeBiöt wärmefeghäftäeliöft teiiel*üni ^e^iiipp-e* Bei Versüöhehj die lift-tei* §iri§m ~&?Wek vSri k_siiiQ Bar bei HSO⁰G düreiigeführt würden § Öfillte iftän Uh ©inif¹ im δ^Ψίί-GeBief Wärmebehände 1-i in iöÖ Üüiiden eiüg giisamte plägtisöhö Ögiiriüng vöft

©3-ö§ is% aiVergieieiien mit einer söleReft Dehnung von Ö_s06 - ö;ö7 % in lÖÖ Btünden Bei einer im i -|^i|öh wärmebehahdeiteri Probe $ ds H* es tritt e"ine 69 %-ige Verminderung der Daüerstähdfestigkeit ein*

Es würde eine weitere Reihe von Versuchen durchgeführt an einem Block aus fitanlegierüng mit 6 % Aluminium, 5 % Zirkon^ 0,5 % MolyBdän und 0,25 % Silicium^ der zunächst Bei 1000⁰C in dem «x-fß-GeBiet zu einem Block geschmiedet wurde. Dann wurden von dem Schmiedestück k Teile aBgeschnitten. Ein Teil wurde, dann 1 Stunde auf 1ÖÖO°G erhitzt, mit Luft gekühlt, 2 Stunden Bei 700⁰C geglüht und dann mit Luft abgekühlt. Das 2. Teil, wurde 1 Stunde auf 1000⁰C erhitzt, mit Luft gekühlt, 2 Stunden Bei SOO⁰C geglüht und dann mit Luft gekühlt. Das ä. Teil wurde 1 Stunde auf 1000⁰C erhitzt, mit Luft gekühlt, 2 Stunden Bei 9oö°C geglüht und dann aBgekühlt. Das letzte Teil

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ORIGINAL INSPECTED

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würde eine Stunde bei 105O⁰C (in dein ^-Gebiet) Wärmebehändelt:, mit Luft gekühlt, 2h Stunden bei 580° C geglüht und mit Luft gekühlt.

Die metallographicehe Prüfung der ersten drei Teilet die im <jt-f- j$ -Gebiet wärmebehandelt wurden wären, ergab ähnliche· Strukturen^ Alle drei Teile hatten gieiehachsige ος+^-Körnung. Dem gegenüber hatte die im ψ -de&iet wärmebehandeltö und gealterte Probe eine vollständig umgewandelte Ö -Struktur. Die Ergebnisse der dür eft ge führt en Zugversuche siiid in der Tabelle II unten angegeben.»

Tabelle

II

Wärmebehandlung

1000°C/l hr, Luftkühlg.,

700°G/2 hrs,

Luftk.

1000°C/l hr.

20 35 70 ! 102

Luftk ,

8OO°C/2 hrs,

Luftk.

C/l hr, Luftk.' 900°.C/2 hrs,Luftk.;

1Ö50 C/l hr, ^?Luftk.j87 58Q⁰C/21 hrs

Festigkeitseigensehaften

0,2 % i Zerreiß Prüf- i festigdehn- ! keit grenze j bar

bar ·

Dehnung

S D

95 10 : 101

9«t 70 101

81 60 j 99 »

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10

Querschnitts köhträk-I tion

I ^%

27,5

26

27

20

Im Vergleich zu der P -Wärmebehandlung ergaben alle drei oC+ß -Behänd lungs be din gun gen wesentliche Anstiege in der Prüfdehngrenze und der Dehnungsquerkontraktion sowie auch Anstiege in der Zugfestigkeit und der Dehnung. Normalerweise wird ein· Anstieg der Prüfdehngrenze einer Legierung begleitet von einer Abnahme der Querschnittskontraktion. Die Querschnittskontraktion und die Dehnung einer Legierung bewegt sich normalerweise etwa parallel; in diesem besonderen Fall zeigt sich aber ein viel größerer Anstieg der Querkontraktion als aus der Dehnungr zunehme erwartet werden konnte.

Es ist von besonderer Bedeutung bei Legierungen des nähen ot-Bereichs der erfindungsgemäßen Art, die Dauerwechselfestigkeit im niedrigen Frequenzbereich zu verbessern. Die Dauerwechselfestigkeitseigerischafteri im niedrigen Frequenzbereich sind eine Funktion der Prüfdehngrenze und der Querkontraktion. Es kann daher festgestellt werden, daß die erfindungsgemäße Wärmebehandlung, die einen unerwarteten Anstieg der Prüfdehngrenze und der Querkontraktion bewirkt, zu einer Verbesserung des Dauerwechselfestigkeitsverhaltens in dem niedrigen Frequenzbereich führt.

Es ist nicht bekannt, warum die Querkontraktion im Vergleich zu der Dehnung so stark ansteigt. Ohne sich hierauf festzulegen kann man vermuten, daß dies auf einen größeren Widerstand gegen Porenbildung während der Querschnitts verringerung' des Zerreißprobekörpers nach der«*/ß -Lösungsbehandlung zurückzuführen ist. Die Schweißbarkeit der Legierung wird durch die

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doppelte OC/73 -Wärmebehandlung im Vergleich zur einfachen Behandlung nicht beeinflußt, jedoch wird die Eigenspannung vermindert.

Man nimmt an, daß die Alterung bei etwa 5 5O°C - 600°C wenig Einfluß auf die Materialeigenschaft hat.

Die Wärmebehandlung in dem ot+β-Gebiet wird vorzugsweise bei einer möglichst hohen Temperatur ohne Eintritt in das Α -Gebiet durchgeführt; zum Zwecke einer besseren Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit erfolgt die Abkühlung vorzugsweise durch Abschreckung in Öl. Bei dünnen Querschnitten jedoch, z. B. einem Blech, kann mit Luft abgekühlt werden. An die Entspannunßskühlun.c? in dem Bereich von 600°C - 95O°C schließt sich normalerweise eine Luftkühlung an.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Titanlegierung aus 5 bis 6,5 Gew.-% Aluminium, 3 bis 7 Gew.-% Zirkon, 0,25 Dis o,75 <"!ew,-% Molybdän, 0.,05 bis 0,4 Gew.-% Silicium und, abgesehen von Verunreinigungen, im übrigen aus Titan, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in dem ot* β -Ge

biet auf 950 - 1015°C erhitzt, abkühlt, bei 600 - 9SO⁰C glüht und abkühlt. - . -

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch rekennzeichnet, daß man die Glühung bei einer Temperatur in dem Bereich von 600⁰C - 7oo°C durchführt. .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Titanlegierung behandelt, die aus 6 % Aluminium, 5 % Zii'3:on, 0,5 % Molybdän, 0,25 % Silicium und, abgesehen von Verunreinigungen, im übrigen aus Titan besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in dem Temperaturbereich von 95O°C bis 1015°C schmiedet.

5. . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in dem oC + p-Gebiet bei" 1000⁰C behandelt.

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- ίο -

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung durch Luft oder Abschreckung mit Öl kühlt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis G, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Glühdauer von. bis zu 20 Stunden, vorzugsweise 12 Stunden, bei 600°C oder bis zu 10 Stunden, vorzugsweise 4 Stunden, bei 650 C oder bis zu 5 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, bei Temperaturen in dem Bereich von 700 - 950 C wählt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung vor der Wärmebehandlung in dem oc+ß -Gebiet einer Schmiedung in dem 0 -Gebiet bei 1050 - 1100⁰C unterzieht.

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