DE2747558A1

DE2747558A1 - Waermebehandlung von titan-legierungen

Info

Publication number: DE2747558A1
Application number: DE19772747558
Authority: DE
Inventors: Takashi Daikoku; Akira Hiromoto; Yoshimasa Ito; Yasuo Moriguchi; Nobuyuki Nagai; Yorimasa Takeda; Shoji Ueda
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-05-25
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE2747558B2; JPS53144814A; CH631211A5; JPS5848025B2; US4167427A; GB1555830A

Description

<ärmebehandlung von Titan-Legierungen

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Wärmebehandlung von Titan-Legierungen.

Beim Herstellen der rotierenden Schaufeln von Dampfturbinen und dergl. insbesondere großer ..bniesnungen oder für den Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten ist es sehr erwünscht, ein Material hoher spezifischer Festigkeit und hoher Innenreibung zu verwenden, weil dieses Material die Belastungen an den Rotoren verringert und ^rmüdungsbrüche der Schaufeln verhindert. Die Erfindung ist besonders auf Verbesserungen bei der wärmebehandlung von X + β -Titan-Legierungen gerichtet, die diese Bedingungen erfüllen.

Bewegte ochaufeln von Dampfturbinen und dergl. müssen gegen Ermüdungsbruch infolge Vibrationen während des Betriebes geschützt werden. Zum Verringern der Vibrationskräfte ist es theoretisch nur notwendig, die Resonanzen der Schaufeln zu beseitigen. Das Konstruieren von Schaufeln, die von Resonanz in allen Vibrationsarten frei sind, ist jedoch praktisch unmöglich. Ein Kompromiß ist es deshalb, entweder ein Schaufel zu bauen, die schwer in Resonanz kommt, oder die Vibrationen, die die Resonanz begleiten, zu dämpfen. Das letztere wird auf viele ./eisen erreicht. Eines der Verfahren ist das Umwandeln der Vibrationsenergie in thermische Energie und das Aufzehren dieser im Material, d.h. die Vibrationen durch innere Reibung zu dämpfen. Dies hat sich beim Kleinhalten der Vibration erzeugenden Kräfte als sehr zweckmäßig gezeigt. Das Verfahren ist im allgemeinen als "Liaterialdämpfung" bekannt.

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Sehr gute iaaterialdampfende Metalle werden vorteilhaft beim Maschinenbau und beim Herstellen von Maschinenteilen benutzt, die beim Betrieb Vibrationen zu bewirken versuchen, die zum Ermüdungsbruch führen können. Tatsächlich werden solche Metalle, die 15t» Cr rostfreien Stahl, wie den Sthal AISI Typ 403, enthalten, und Legierungen mit hoher Go-Basis, die unter dem Warenzeichen "Nivco 10" auf dem Markt sind, verwendet. Ein, diesen Materialien gemeinsamer Nachteil ist die niedrige Streckgrenze, gemessen mit der permanenten Belastung von 0,2;<>, was höchstens 80 kg/cm ist. Der rostfreie 13/ä-Cr Stahl kann eine zusatzliche Festigkeit ohne nennenswerte Aufgabe seiner Dehnbarkeit und Zähigkeit durch Unterwerfung einer entsprechenden Wärmebehandlung oder durch eine geeignete Regelung seiner Zusammensetzung ergeben. Die Festigkeitszunahme verringert andererseits stark die Materialdämpfungskapazität, wie es durch das Material G (gestrichelte Verbindungslinien der x-Markierungen) in Figur 3 beispielsweise gezeigt wird. Der ursprüngliche hohe Dämpfungseffekt kann nicht mehr erwartet werden. In dem Diagramm sind die Material-Dämpfungscharakteristiken der Proben durch Verwenden von wendegabelförmigen Teststücken in Ausdrücken logarithmischer Dekremente gegen spezifische Festigkeiten dargestellt.

Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen der 0,2%igen Streckgrenze verschiedener Materialien (gegeben als spezifische Festigkeiten auf der Abszisse) und der logarithmischen Dekremente(S ), worin die Vibrationsbeanspruchung bei 10 kg/mm² liegt. Die Dekremente des Stahls AISI-Typ 403 liegt bei numerischen Werten, die sich aus der Literatur ergeben (w.C. Hagel and J.U, Clark: Journal of Applied

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Physics, September 1957, Seiten 426 bis 4-30). Da die ursprünglichen Daten als Dekremente gegen die Streckgrenzen gemessen mit permanenter Belastung von eher 0,02% als 0,2# angegeben werden, wurden die Streckgrenzwerte für dieses Diagramm vergleichsweise durch Beigabe von 7 kg/mnr zu jedem Wert von 0,02% Streckgrenze nachgerechnet, die in dieser Literatur erscheint. Wegen der steigenden Tendenz zu größeren und schnelleren Dampfturbinen werden Materialien mit besseren mechanischen Eigenschaften und Material-Dämpfungscharakteristiken als bisher zur Herstellung der Schaufeln, insbesondere für Niederdruckstufen, verlangt.

Handelsübliche Titan-Legierungen, die der -ausglüh- oder Lösungsalterungsbehandlung ausgesetzt sind, zeigen hohe spezifische Festigkeiten und werden wegen ihrer vorteilhaften Wirkungen wie die Verringerung der Belastungen an den Rotoren, als vielversprechende Materialien für Schaufeln von größeren und schnelleren Dampfturbinen von morgen angesehen. Für die Zwecke der Erfindung bedeutet der Begriff "Lösungsalterungsbehandlung" eine Reihe von gewöhnlich ausgeführten Wärmebehandlungen z.B. mit der Ti-6A1-4V-Legierung durch Erwärmen des Metalls auf 925°C für eine Stunde, Wasserabkühlung, und »"iedererwärmen auf 500⁰C für vier Stunden und schließlich Altern des wärmebehandelten Materials. Die jetzt als praktische Titanlegierung viel verwendete Ti-6A1-4V-Legierung würde jedoch nur einen begrenzten Materialdämpfungseffekt aufweisen, wenn sie auf diese Weise wärmebehändeIt worden ist, was beweist, daß sie gegenüber dem Stahl AISI Typ 403 ausgesprochen minderwertig ist.

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Räch der Erfindung wurde deshalb ein Verfahren zum Vergrößern der Katerialdämpfungskapazität der bestehenden ⁰^+ ß -Titanlegierungen durch Erwärmen und Halten einer solchen Legierung im Gebiet der *x + ß -!hase und in einem Temperaturbereich über 500⁰C und anschließenden Abkühlerns entwickelt. Es wird hierzu auf die japanische Patentanmeldung No. 3072/74- verwiesen. Es hat sich gezeigt, daß die bestehenden <x +ß -Titanlegierungen einschließlich von beispielsweise der Ti-6A1-4V-Legierung mehr von ihren verbesserten Materialdämpfungskapazitäten verlieren und bei Erwärmen und Halten bei 100°C oder darüber nach dem Härten thermisch instabil werden. Um diese Fehler auszugleichen, wurden nach der Erfindung -<- + ß -Titanlegierungen des Ti-Al-V-Mo-Systems entwickelt, die in der thermischen Stabilität der katerialdämpfungskapazität besser sind und größere absolute ./erte von Materialdämpfung als die bekannten Legierungen aufweisen, und auch eine Wärmebehandlung zum Erzeugen solcher besseren Verbindung angegeben werden, d.h. ein Verfahren zum Abkühlen der Legierungen von einem Temperaturbereich aus, das unter dem der oc + ß/ß -Transformationspunkt von 125°C liegt.

Die neuen Legierungen und die Verfahren werden von der japanischen Patentanmeldung Ko. 49056/76 umfaßt.

Die beiden erwähnten Patentanmeldungen zeigen noch den gemeinsamen Nachteil einer geringeren 0,2$fcigen Streckgrenze trotz der höheren Materialdämpfungskapazität, d.h. eine Verringerung der spezifischen Festigkeit, einem sehr wichtigem Vorteil, der allgemein für Titanlegierungen beansprucht wird.

Die Erfindung besteht somit in einem Verfahren zur '.Tärme-

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behandlung von ¹^-+ ß -Titanlegierungen und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine <>c + β -Titanlegierung erwärmt und über 500 G gehalten wird, das ist unter ueni Transformationspunkt für <. + ß/ß, unu dann abgekühlt wird, und weiter bei
tert wird.

weiter bei einer Temperatur zwischen 50 und 3<Jü G geal-

Andere Gegenstände und Vorteile eier Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung in Verbindung mit uen Zeichnungen. In diesen sind:

Figuren 1 und 2 Diagramme der Beziehungen zwischen Vibrationsbeanspruchungen und logarithmischen Dekrementen (■> ) von v.'ärmebehandelten +ß -Titanlegierungen nach dem erfindungsgemäßen und anderen Verfahren; und

Figur 3 ein diagramm der Beziehung zwischen den spezifischen Festigkeiten und den logarithmiüchen Dekrementen (£) von χ + ß -Titanlegierungen, die nach der Erfindung wärmebehandelt sind und aus einem Bezugsmaterial bestehen.

Der Mechanismus der Uaterialdämpfung durch die .<+ ß -Titanlegierungen, die nach der Erfindung wärmebehandelt woraen sind, kann, wie folgt erklärt werden.

Es ist bereits erwähnt worden, daß eine oC ₊ß -Titanlegierung beim Abkühlen von einem bestimmten Temperaturbereich, beispielsweise ϊβΧ+ ß -Phasenbereich und unter 500⁰G eine höhere Materialdämpfungskapazität erhält. Dieser günstige Effekt ergibt sich aus der Tatsache, daß die Abkühlung eine matastabile ß-Ihase auch bei Raumtemperaturen in der

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Legierung verbleiben läßt. Zum Erzielen dieses Effekts spielen die isomorohen :-Stabilisatoren in der X + ß-Titanlegierung eine wichtige Holle. Die thermische Stabilität dieser metastabilen ß-Fhase ist jedoch so, daß im Laufe entsprechend einem TTT-(Zeit-Temperatur-Transformations-) Diagramm mit einer Spitze bei relativ niedrigen Temperaturen von 300⁰C ein Abbau stattfindet. Während dieser Feriode kann die Legierung manchmal durch Ausfall der : ß-Fhase spröde werden.

Die Alterung bei niedrigen Temperaturen zersetzt die metastabile ß-Fhase, zu der die Materialdämpfung des X + ß -Titanlegierung weitgehend zugeschrieben werden kann und ändert einen Teil der Metallstruktur in die stabilere 00 + ß-Fhase. Die Legierung erhält somit ihre 0,2%ige Streckgrenze zurück, obwohl ihre Materialdämpfungskapazität etwas verloren gegangen ist. Während der Alterung kann der Ausfall der ß-Fhase, eine Ubergangsphase, erfolgen. Sollte dies glücken, so würde die 0,2%ige Streckgrenze erheblich verbessert werden, aber die Legierung würde mit starker Abnahme in letzter Längung und Ziehbarkeit spröde werden.

Für die Zwecke der Erfindung bedeutet der Begriff "spezifische Festigkeit" Folgendes:

Wenn die 0,2%ige Festigkeit dieselbe ist, würden Materialien verschiedener spezifischer Gewichte, beispielsweise die zu rotierenden Schaufeln verarbeiten, verschiedene maximale Radien und zulässige maximale Winkelgeschwindigkeiten aufweisen. Angenommen, alle Materialien haben dasselbe spezifische Gewicht als typisches Material für eine rotierende Schaufel aus Stahl in weiter Verwendung (rostfreier Stahl AISI No. 403 oder Typ 403-Stahl), dann können ihre

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entsprechend nachgerechneten 0,2%igen Streckgrenzen (im folgenden kurz als "spezifische Festigkeiten" bezeichnet) einfach mit der spezifischen Festigkeit von AISI-Typ 403-Stahl 6 (der natürlich gleich der Basis-Streckgrenze von 0,2% sein kann) verglichen werden, um die Eignung der jeweiligen Materialien für Schaufeln aus dem Gesichtspunkt ihrer mechanischen Eigenschaften auszuwerten.

Wenn die 0,2%ige Streckgrenze und das spezifische Gewicht eines gebenen Materials 6Y bzw. ρ ist und der rotierende Körper aus diesem Material besteht, ist die Zentrifugalkraft C7 des Körpers gegeben durch die Gleichung:

Ö - f . ρ . γ - ω² (1)

worin f » der Formfaktor, ν » der Rotationsradius, und W die Winkelgeschwindigkeit ist.

Unter Betrachtung der Beziehung zwischen Festigkeit und Zentrifugelkraft dieses Materials nach der Gleichung (1) ist die zulässige Mximalwinkelgeschwindigkeit dieses Materials

e_max2

fr

Bei Rotationskörpern mit derselben Kontur ist dann das Quadrat der zulässigen Maximalwinkelgeschwindigkeit proportional dem &L/p dieses Materials. Je größer dieser Wert desto schneller kann sich der Rotationskörper drehen. Auch bei gleicher Winkelgeschwindigkeit wird die Grenze des Radius νmax des Rotationskörpers durch die Gleichung (1) erhalten zu

^Vmax J^r- · -^f-

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Je Größer dieser '.Vert, desto langer ist der Radius

6 Y des Rotationskörpers, weil das v^^ proportional =

ist. Kurz όγ/f dient als Kriterium, bei dem zum Auswerten der Qualität und der Eignung des Materials für die Herstellung eines Rotationskörpers aus ihm. Die Gleichung (1) kann dann geändert werden in

_f . ^e . ν . _?l3 ² (2)

worin f_Fe» das spezifische Gewicht des Stahls AISI Typ 403 ist.

Die rechte Seite der Gleichung (2) bezeichnet die Zentrifugalkraft eines von Rotationskörpern aus einem Material mit demselben spezifischen Gewicht wie der Stahl Typ 403 bei denselben Ausführungsformen und derselben Winkelgeschwindigkeit. Die linke Seite bezeichnet die maximale für das Material zulässige Belastung, wenn dasselbe spezifische Gewicht wie beim Stahl 403 angenommen worden ist, d.h. die 0,2/6ige Streckgrenze des Materials, umgewandelt in den anzunehmenden Materialwert, und derselben spezifischen Gewichte wie der erwähnte Stahl. Um die 0,2%ige Streckgrenze eines gegebenen Materials, das nicht eines der allgemein verwendeten Stähle wie der des Typs 403 ist, ist es für Dampfturbinenschaufeln üblich die Festigkeit auszudrücken zu

d.h. wie es bei der Annahme errechnet wird, daß das Material dasselbe spezifische Gewicht wie der Stahl Typ besitzt (die spezifischen Gewichte anderer Stähle für Dampfturbinenschaufeln sind von denen dieses Stahls nicht wesentlich verschieden). Der Einfachheit halber wird dieser Wert hier mit "spezifische Festigkeit" bezeichnet.

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Es folgt somit daß ein alleiniger Vergleich der spezifischen Festigkeit eines gegebenen Laterials mit dem des 13*>igen Cr-Stahls, der heute meinstens verwendet wird, z.B. der AISI-Typ 403-Stahl (wobei = p_Fe ist und somit das spezifische Gewicht gleich dem der 0,2Mgen Streckgrenze ist) leicht die Eignung des jeweiligen Materials für den Rotor von Standpunkt mechanischen Eigenschaften aus beurteilen läßt.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im einzelnen anhand von Beispielen erläutert.

Einhundert Kilogramm von Je^ + ß -Titanlegierung zweier verschiedener chemischer Zusammensetzungen, die mit Ä und B in der Tabelle 1 bezeichnet sind, werden getrennt durch Vakuumbogenschmelzung mit sich verbrauchenden Elektroden geschmolzen. Die Schmelze wird dann in Blöcke mit einem Querschnitt von 55 mal 55 mm je durch "v + β -Schmieden gebracht und von dort in Blöcke mit einem Querschnitt von 20 mal 30 mm ebenfalls je durch oC + β -Schmieden. Die so erhaltenen Teststücke werden bei Tests verwendet, die noch beschrieben werden. Mich eine typische chemische Zusammensetzung des AlSI-Stahls Typ 403, anstelle des 13/oigen Cr-Stahls bei starker weitgehender Benutzung für Dampfturbinenschaufeln ist in Tabelle 1 mit ΰ bezeichnet.

Tabelle I

Symbol Material Al V Mo Fe C 0 N

A Ti-6A1-4V 6.35 4.20 - 0.204 0.014 0.189 0.0027 B Ti-6Al-4V-3Lo 6.09 4.25 3.13 0.260 0.018 0.103 0.0050

H Ti

809848/0531 0.0021 bai.

0.0058 bal.

Symbol	Material	C	Si	Mn	Ni	Gr	Fe
ι °	AISI Ho 403	0.12	0.26	0.54	0.38	12.05	bal.

Alle rferte sind Gewichtsprozentzahlen

Die gunstigten Wirkungen der Erfindung auf die Materialdämpfungskapazitäten von Titanlegierungen wie auch den japanischen Patentanmeldungen 3072/74 und 49056/76 werden kurz erläutert. Die Wirkungen werden zusammen mit anderen Ergebnissen, die noch beschrieben werden, summiert und in den Figuren 1 und 2 und in abgeänderter Form, in ^igur 3 graphisch dargestellt.

Figur 1 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen logarithmischen Dekrementen und den Vibrationsbeanspruchungen von Proben des Materials A, die verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen worden sind. Die Bedingungen der Wärmebehandlungen dieser Proben sind durch Kurven dargestellt. Die Irobe der Kurve (1) weiße Punkte wurde eine Stunde lang auf 800⁰C gehalten und dann in »Yasser abgekühlt (d.h. gehärtet. Die Probe der Kurve C2) (schwarze Punkte) wurde eine Stunde auf 800°C gehalten und dann in Wasser abgekühlt, zwei Stunden auf 100⁰C gehalten und dann luftgekühlt (d.h. gehärtet und bei niedriger Temperatur gealtert). Die Probe nach Kurve (3) (weiße Dreiecke; wurde eine Stunde lang auf 800°C gehalten, in Wasser abgekühlt, zwei Stunden auf 200⁰C gehalten und luftgekühlt (d.h. im selben Zustand wie (2)). Die Probe der Kurve (4) (schwarze Dreiecke) wurde eine Stunde lang auf 800⁰C gehalten, in Wasser abgekühlt, zwei

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Stunden lang auf JOO⁰G gehalten und luftgekühlt. Die Probe der Kurve (5) (x-Markierungen) befand sich im ausgeglühten Zustand.

Figur 2 zeigt graphisch die Beziehungen zwischen den logarithmischen Dekrementen S und den Vibrationsbeanspruchungen des ausgeglühten Materials A Kurve (5) mit x-Markierungen und verschiedenen wärmebehandelten Proben des Materials B in Tabelle 1 (dargestellt durch die Kurven (i) bis (iii). Hier waren die Wärmebehandlungen : Kurve (i) (weiße Striche) eine Stunde auf 850⁰G, Abkühlen im Wasser (d.h. in den gehärteten Zustand); Kurve (ii) (schwarze Striche) eine Stunde auf 850⁰G, Abkühlen im Wasser (d.h. in einen gehärteten und dann im Niedertemperatur gealtertem Zustand); und die Kurve (iii) (weiße Dreiecke) eine Stunde auf 850⁰C, Abkühlen im Wasser, eine Stunde auf 200⁰G und dann Luftkühlung.

Aus Figur 1 ergibt sich, daß das Material A von 800⁰G im Wasser abgekühlt, wie durch die Kurve (i) dargestellt, in der Materialdämpfungskapazität mehr verbessert ist als die Proben im ausgeglühten Zustand.

Figur 2 zeigt, daß das Material B bei Abkühlen im Wasser von 850⁰C, wie in der Kurve (i) auch eine bessere Materialdämpfungscharakteristik erzielt als die Proben mit dem von 850⁰C im Wasser abgekühltem Material A.

Tabelle 2 faßt die Ergebnisse der durchgeführten Tests gleichzeitig mit denen an den Materialdämpfungscharakteristiken zusammen und gibt die mechanischen Eigenschaften der beiden oc + ß -Titanlegierungen nach Tabelle 1 an, die sich

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im ausgeglühten und im gehärteten Zustand befinden. Unter "gehärtetem Zustand" werden die zum Verbessern der Materialdämpfungscharakteristik wärmebehandelten Proben nach den Lehren der japanischen Patentanmeldung 3072/74 oder 49056/76 verstanden, d.h. im Zustand nach einstündiges Halten entweder auf 800°C oder 850⁰C und anschließendem Abkühlen im Wasser. Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften der Testlegierungen im gehärteten Zustand

Tabelle 2

bol	- Material	Wärme behand lung	Streck grenze 0,2*27 kg/mm	96.3	10 str. kg/mm	Län gung	Gebiets- spez. verkleine- Gew.	spez. Be- lastg. ρ' kg/mm
A	TX-6A1-4V	ausge kühlt	98.0	850⁰C 1 Std. wasser- 56,3 gekühlt (gehärtet)	105.0	13.0	26.0 4.45	I7O.O I
A	TX-6A1-4V	800⁰C 13td. wasser- 76.9 gekühlt (gehärtet)	100.6	17.2	31.6	133.4
B	TX-6A1-4V -3Mo	ausge kühlt	101.5	15.2	45.0 4.54	163.8
		106.2	16.0	34.2	95-7

Zustand im Vergleich mit denen der IroLen im ausgeglühten Zustand etwas verschlechtert. Die einzige Ausnahme ist die,

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0,2/Sige Streckgrenze, die beiden L'Iaterialien um etwa 20

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kg/mm für das Material A und um etwa 40 kg/mm für das Material B fühlbar abgenommen hat. Diese Verschlechterung der 0,2/oigen Streckgrenze beim Härten wird auf die spezifische Festigkeit zurückgeführt. Das katerial A₁ das viel bei allen Titanlegierungen verwendet sind, zeigt gehärtet eine spezifische Festigkeit von I70 kg/mm . Das Material B zeigt ebenfalls einen stark verringerten tfert von nur etwa 96 kg/mm beim Härten. Beide Legierungen besitzen trotzdem

spezifische Festigkeiten von etwa 100 kg/mm und diese beiden Arten ⁰^ + ß -Titanlegierungen sind im gehärteten Zustand in der spezifischen Festigkeit zum AISI-403-Stahl mehr als gleich.

Die Verfahren nach den japanischen Patentanmeldungen 3072/74- und 49056/76 zum Verbessern der Materialdämpfungscharakteristiken von Titanlegierungen machen diese in der 0,2>Jigen Streckgrenze oder der spezifischen Festigkeit vergleichbar oder auch besser gegenüber den bekannten Material für Dampfturbinenschaufeln, dem AISI-403-Stahl. Andererseits bewirken diese Verfahren eine Verschlechterung der spezifischen Festigkeiten der Legierungen von den ./erten im ausgeglühten Zustand.

Diese beiden Arten von x, + ß -Titanlegierungen v/erden bei niedrigen Temperaturen nach dem Härten gelatert. Die Wirkungen auf die Materialdämpfungscharakteristiken und mechanischen Eigenschaften der Legierungen werden geprüft. Die Ergebnisse zeigen die Figuren 1 und 2 und die Tabelle 3. Die Änderungen der beiden Eigenschaften werden zusammengefaßt und in Figur 1 graphisch dargestellt. In diesen Figuren werden Symbole benutzt, die ähnliche Materialien bezeichnen.

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Tabelle 3

jSym- Material bol I	i	Niedr. 0,2%- Temp. Streck- Alterg. grenze γ	Zehn Blstg. T 2	Län gung	Gebiets- verkleine rung	spezi- ι Festigk. 7.72 Y
	2 kg/mm	teg/mm	%	%	kg/mm
	100°Cx2H.AC 83.1	102.1	17.2	31.2	144.2
A Ti-6A1-4V	200°Cx2H.AC 90.4	<104.5	17.0	28.4	156.8
	200°Cx1H.AC 70.4	106.5	16.0	31.8	119.7
B Ti-6A1-4V -3Mo	250⁰CxIH.AC 81.1	109.8	13.5	24.5	137.9
300⁰CxIH.AC 105.8	125.3	4.8	8.7	179.9

Die Tabelle 3 zeigt die 0,2?üge Streckgrenze und die spezifische Festigkeit des Materials A nach dem Altern bei niedriger Temperatur von 100°C mit 83.1 bzw. 144.2 kg/mm nach dem Altern bei 20O⁰G mit 90.4 bzw. 156.8 kg/mm², was Rückgewinnungen dicht bei den Werten im geglühten Zustand angeigt. In gleicher Weise, wie es die Tabellen 2 und 3 zeigen, kann das Niedrigtemperaturalt ern bei 200°C und 250°C das Material B seine 0,2#ige Streckgrenze fühlbar aus dem Wert im gehärtetem Zustand wieder annehmen. Andererseits ergibt sich aus den figuren 1 und 2, daß die Alterungsdauer dieselbe ist und daß die Materialdämpfungscharakteristiken beider Materialien A und B bei Zunahme der Alterungstemperatur abnehmen. In derselben Weise wie beim AISI-403-Stahl sind deshalb die Beziehungen zwischen den spezifischen Festigkeiten und den Materialdämpfungskapazitäten der Materialien A und B auch in Figur 3 graphisch dargestellt. Die geraden Linien, die die Charakteristiken der Materialien A und B darstellen, sind defenitiv und weit rechts von der Linie

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des AISI-403-Stahls (Material G). Dies zeigt an, daß die mit niedigen Temperaturen gealterten 06 + ß-Titanlegierungen weit größere Materialdämpfungscharakteristiken als der AISI-403-Stahl aufweisen, wenn die spezifischen Festigkeiten auf derselben Höhe liegen, und weit größere spezifische Festigkeiten haben, wenn die Materialdämpfungskapazitäten gleich sind. Beim Auswerten der beiden Arten Titanlegierungen sowohl hinsichtlich der spezifischen Festigkeit als auch der Materialdämpfung ergibt sich, daß das Altern bei niedriger Temperatur, wie ausgeführt, eine wirksame Behandlung ist. Vom Gesichtspunkt anderer mechanischer Eigenschaften aus werden jetzt die Zustände des Alterns bei 30O⁰G betrachtet. Nach 30-minütigem Altern betrugen Längung und Gebietsverkleinerung 10,2% bzw. 19 »5% obwohl diese Werte in Tabelle 3 nicht angeführt worden sind. Nach dem einstündigem Altern betrugen die Werte 4-,8% bzw. 8,7% (Tabelle 3). Dasselbe wurde beim Material A angelegt. Es ergibt sich daß 300⁰C die oberste Temperaturgrenze ist, bei der die 0,2%ige Streckgrenze der oc + ß -Titanlegierungen ohne schädliche Beeinträchtigung der Längung und Flächenverkleinerung dieser Metalle verbessert werden kann und daß ein Altern über mehr als eine Stunde hinaus ein Verspröden der m-Fhase bewirken kann.

Es wird vorstehend das Altern bei niedrigen Temperaturen als äußerst wirksame 77eise zum Verbessern der gewöhnlichen gegensätzlichen mechanischen Eigenschaften und Materialdämpfungscharakteristiken der OC + ß-Titanlegierungen als gehärtet beschrieben. Die obere Grenze für das Altern bei niedrigen Temperaturen muß so sein, daß die ausgezeichnete Materialdämpfungscharakteristik ohne Phasenversprödung gehalten., wird. Die untere Grenz muß so liegen, daß die

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Temperatur im wesentlichen das Wiederannehmen der 0,2,öigen Streckgrenze unterstützt. Obwohl die Angaben in Tabelle 3 nicht enthalten sind, wird bei der Temperatur von 50°G sowohl das Material A als auch B die Wiederannähme der 0,2/oigen Streckgrenze um etwa 5 bis 6 kg/mm in etwa 50 Stunden aufweisen. Die untere Grenze liegt somit bei 50°C und die obere bei 300°C.

Das im einzelnen beschriebene Verfahren nach der Erfindung ist eine ausgezeichnete Wärmebehandlung, mit der sowohl die sonst gegenseitige inkonsiäbenten mechanischen Eigenschaften als auch die Innenreibungscharakteristiken von 06 + ß-Titanlegierungen verbessert werden kann. Die so erhaltenen Legierungen sind dort geeignet, wo besonders Vibrationen gedämpft werden sollen und noch gute mechanische Eigenschaften gefordert werden, beispielsweise für rotierende Schaufeln von großen Turbinen und dergl., die besonders hohe Festigkeiten verlangen.

Zusammenfassung

Beim der Wärmebehandlung von Titanlegierungen wird eine ^ +ß-Titanlegierung erwärmt und in einem Temperaturbereich über 500°C und unter dem oC+ ß/ß-Transformationspunkt abgekühlt und gehalten und dann im Bereich niedriger Temperaturen von 50° und 300⁰C gealtert.

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Leerseite

Claims

PATE NTANWALTS BÜRO BERLIN — MÜNCHEN PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPLING. H.-J. PRESTING (BLN) HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33 Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom UnMf* Zeichen Berlin, den 1 9. Q KT. 1977 FaIl-Nr. 52-1059 Mitsubishi Jukogyo K.K. und Kobe oteel, Ltd. Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Titanlegierungen, gekennzeichnet durch Erwärmen einer ⁰C + ß-Titanlegierung in einem Temperaturbereich über 500⁰G und Halten in diesem Bereich, d.h. die temperatur liegt unter dem X + ß/ß Transformationepunkt, durch Abkühlen und anschließendem Altern in einem Bereich niedriger Temperaturen zwischen 50° und 300⁰C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Alterns zwischen einer und 50 Stunden in einem Temperaturbereich zwischen 50° und 300⁰C liegt.

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