DE60015240T2

DE60015240T2 - Verfahren zum Zuführen von Bor zu einer Schwermetall enthaltenden Titaniumaluminid-Legierung und Schwermetall enthaltende Titaniumaluminid-Legierung

Info

Publication number: DE60015240T2
Application number: DE60015240T
Authority: DE
Inventors: Paul Addyman Sutton Coldfield Blenkinsop; Alastair Bryan Harborne Godfrey
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: US20030051780A1; EP1065289B1; US6488073B1; EP1065289A1; DE60015240D1; ATE280842T1; GB9915394D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Titanaluminid-Legierung, insbesondere auf Titanaluminid-Legierungen, die Schwermetalle, beispielsweise Wolfram oder Tantal enthalten, und die eine Dispersion von Boridpartikeln haben.
Die Benutzung von Titanaluminid-Legierungen bei Gasturbinentriebwerken ist möglich, insbesondere zur Herstellung der Turbinenlaufschaufeln und Turbinenleitschaufeln in der Niederdruckturbine und zur Herstellung von Kompressorlaufschaufeln und -leitschaufeln im Hochdruckkompressor. Die Gamma-Titanaluminide ergeben eine Gewichtsverminderung im Vergleich mit den Legierungen, die gegenwärtig für diese Zwecke benutzt werden.
Es ist bekannt gewissen Titanaluminid-Legierungen Wolfram hinzuzufügen, wie dies beispielsweise in der US-A-5,296,056 beschrieben ist. Es ist außerdem bekannt, Titanaluminid-Legierungen Tantal zuzusetzen, wie dies beispielsweise in der GB 2,245,593A und der GB 2,250,999A beschrieben ist.
Es ist weiter bekannt, dass Titanaluminid-Legierungen so modifiziert werden können, dass die mechanischen Eigenschaften der aus Titanaluminid-Legierungen bestehenden Gegenstände durch Zusatz von Bor verbessert werden, welches Titandiborid bildet, wenn die Titanaluminid-Legierung verfestigt ist. Das Titandiborid bewirkt eine Kornverfeinerung für die Titanaluminid-Legierung, wodurch die Vergießbarkeit, die mechanische Verformbarkeit und die mechanischen Eigenschaften und insbesondere die Dehnbarkeit und die Kriechfestigkeit der Titanaluminid-Legierung verbessert wird. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die US-A-5,284,620, die US-A-5,429,796, die GB 2,245,593A und die GB 2,250,999A verwiesen. Um eine Kornverfeinerung zu bewirken, ist ein Zusatz von Bor in Mengen von etwa 0,5 bis etwa 2 at% erforderlich.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Zusatz von Bor oder Boriden in eine Tantal oder Wolfram enthaltende Titanaluminid-Legierung zur Bildung von ausgefällten Zusammenballungen und/oder Streifen von Tantalborid oder Wolframborid in der Titanaluminid-Legierung führen kann. Der Grund dafür liegt darin, dass Wolfram oder Tantal in der Titanaluminid-Legierung mit dem Bor reagiert und Wolframborid oder Tantalborid bildet. Die ausgefällten Zusammenballungen haben eine maximale Abmessung von etwa 500 μm, und sie bestehen vorherrschend aus Wolframborid in Wolfram enthaltenden Titanaluminiden oder aus Tantalborid in Tantal enthaltenden Titanaluminiden.
Die US-A-5,284,620 und die US-A-5,429,796 beschreiben den Zusatz von Boriden in die Titanaluminid-Legierung in Form von Titandiboridpartikeln und es hat sich gezeigt, dass der Zusatz von Titandiboridpartikeln in Wolfram oder Tantal enthaltende Titanaluminid-Legierungen zur Erzeugung von aus Wolframborid oder Tantalborid bestehenden ausgefällten Zusammenballungen führt.
In der Veröffentlichung von Cheng, T.T. "On the mechanism of boron-induced grain refinement in TiAI-based alloys" Proceedings of Symposium held during the 1999 TMS annual meet. Gamma Titanium Aluminides 1999, San Diego, CA, 28.02-04.03 1999, S. 389-396, Miner. Metals & Mater. Soc, USA ISBN: 0-87339-451-8, wird der Zusatz von komplexen Ti-Nb-Ta-Boriden zu Gamma TiAI-Legierungen vorgeschlagen.
In der Veröffentlichung von Blenkinsop et al "Titanium '95, Science and Technology" 1996, The Institute of Materials, University Press, London, S. 233-238; befindet sich ein Artikel von A.B. Godfrey et al "Grain refinement of gamma-based Ti-aluminides", gemäß welchem Ti- und Al-Boride der Schmelze zugesetzt werden, wobei Ausfällungen von TiB₂ und TaB erfolgen.
Außerdem wird in dem Artikel von Mishima, Akira "Effects of addition of boride on ductility and oxidation resistance of sintered TiAI alloy", Nippon Tungsten Rev. (1994), 26, 1-8 oder Chemical Abstracts, Bd. 122, Nr. 14, 3. April 1995 (1995-04-03) Columbus, Ohio, US; Abstract Nr. 167328, der Zusatz von WB bei einer gesinterten TiAI-Legierung untersucht.
Gemäß der GB 2,245,593A und der GB 2,250,999A wird das Borid in die Titanaluminid-Legierung in Form elementaren Bors zugesetzt und es wird angenommen, dass der Zusatz des elementaren Bors in die Wolfram oder Tantal enthaltenden Titanaluminid-Legierungen zur Erzeugung von ausgefällten Zusammenballungen aus Wolframborid oder Tantalborid führen kann.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Weg zu beschreiben, mit dem Bor einer Schwermetall enthaltenden Titanaluminid-Legierung zugesetzt werden kann, wobei die oben erwähnten Probleme wenigstens verringert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Zusatz von Bor in eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung, zur Erzeugung einer Boriddispersion in dem Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid, wobei das Gamma-Titanaluminid folgende Bestandteile aufweist: 45 bis 52 at% Aluminium, Wolfram und/oder Tantal, jeweils in einer Menge zwischen 0,05 bis 8,0 at%, bis zu 3 at% Chrom, bis zu 6 at% Niob, bis zu 2 at% Mangan, bis zu 0,2 at% Silizium, bis zu 2,0 at% Bor und im übrigen Titan und zufällige Verunreinigungen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) es wird eine geschmolzenes Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung zur Verfügung gestellt;
(b) es werden der geschmolzenes Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung metallische Boridpartikel zugesetzt, um eine geschmolzene Mischung zu erzeugen;
(c) es wird die geschmolzene Mischung abgekühlt und verfestigt, um eine Wolfram oder Tantal enthaltende Titanaluminid-Legierung zu schaffen, die metallische Boridpartikel enthält;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metallboridpartikel der Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung als Wolframborid-(WB)-Partikel oder Tantalborid-(TaB)-Partikel zugesetzt werden, die die gleiche Form wie unerwünschte Wolframborid-(WB)-Ausfällungs-Zusammenballungen oder unerwünschte Tantalborid-(TaB)-Ausfällungs-Zusammenballungen haben, und wobei sämtliche Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen eine maximale Partikelgröße von 150 μm und eine Dichte bis zu 3 cm² aufweisen.

Vorzugsweise enthält die Gamma-Titanaluminid-Legierung bis zu 1,0 at% Bor und vorzugsweise enthält die Gamma-Titanaluminid-Legierung mehr als 0,5 at% Bor.
Vorzugsweise haben die zugesetzten Wolframborid-(WB)-Partikel oder die zugesetzten Tantalborid-(TaB)-Partikel eine Größe von 1 bis 5 μm.
Vorzugsweise beträgt die Dichte der ausgefällten Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder der ausgefällten Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen weniger als 2 cm^–2, und vorzugsweise gibt es im wesentlichen keine ausgefällten Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder Ausfällungen von Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen.
Vorzugsweise haben die ausgefällten Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder die ausgefällten Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen eine maximale Größe von 100 um.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Erzeugung der Gamma-Titanaluminid-Legierung zu einer Turbinenlaufschaufel, einer Turbinenleitschaufel, einer Kompressorlaufschaufel oder einer Kompressorleitschaufel.
Vorzugsweise wird die Gamma-Titanaluminid-Legierung gegossen oder geschmiedet.
Die vorliegende Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung (in Atomgewichts-Prozenten): 45 bis 52 at% Aluminium, Wolfram und/oder Tantal, jeweils in einem Anteil von 0,05 bis 8,0 at%, bis zu 3 at% Chrom, bis zu 6 at% Niob, bis zu 2 at% Mangan, bis zu 0,2 at% Silizium, bis zu 2,0 at% Bor und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung eine Dispersion aus Wolframborid-(WB)-Partikeln oder Tantalborid-(TaB)-Partikeln enthält, und die Wolframborid-Partikel-(WB) oder die Tantalborid-Partikel-(TaB) die gleiche Form besitzen, wie unerwünschte ausgefällte Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder unerwünschte Ausfällungen von Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen, und dass jede ausgefällte Wolframborid-(WB)-Zusammenballung oder jede ausgefällte Tantalborid-(TaB)-Zusammenballung eine maximale Größe von 150 μm besitzt und eine Dichte bis zu 3 cm^–2.
Vorzugsweise ist die Dichte der ausgefällten Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder der ausgefällten Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen kleiner als 2 cm^–2.
Vorzugsweise haben die ausgefällten Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder die ausgefällten Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen eine maximale Größe von 100 μm.
Vorzugsweise wird die Gamma-Titanaluminid-Legierung als Turbinenlaufschaufel, als Turbinenleitschaufel, als Kompressorlaufschaufel oder als Kompressorleitschaufel ausgebildet.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben; in der Zeichnung zeigt:
1 eine aus Titanaluminid bestehende Turbinenlaufschaufel, mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Schutzüberzug.
Die in 1 dargestellte Turbinenlaufschaufel 10 eines Gasturbinen-Triebwerks besteht aus einem Flügelprofil 12, einer Plattform 14 und einem Schaufelfuß 16. Die Turbinenlaufschaufel 10 besteht aus einer Titanaluminid-Legierung, vorzugsweise einer Gamma-Titanaluminid-Legierung.
Die Titanaluminid-Legierung enthält Wolfram und/oder Tantal und/oder andere Schwermetalle und Partikel von Wolframborid und/oder Tantalborid und/oder anderen Schwermetallboriden. Die Dichte der Wolframboridpartikel, der Tantalboridpartikel oder der anderen Schwermetallboridpartikel beträgt bis zu 3 cm^–2, und die Wolframboridpartikel, oder die Tantalboridpartikel oder andere Schwermetallboridpartikel haben eine maximale Größe von 150 μm. Vorzugsweise haben die Wolframboridpartikel, die Tantalboridpartikel oder andere Schwermetallboridpartikel eine maximale Größe von 100 μm. Vorzugsweise beträgt die Dichte der Wolframboridpartikel, der Tantalboridpartikel oder anderer Schwermetallboridpartikel weniger als 2 cm^–2, und vorzugsweise beträgt die Dichte der Wolframboridpartikel, der Tantalboridpartikel oder anderer Schwermetallboridpartikel gleich Null. Wenn die Titanaluminid-Legierung beispielsweise Wolfram und Tantal enthält, dann können Wolframboridpartikel und Tantalboridpartikel vorhanden sein.
Die Boridpartikel verfeinern die Korngröße der Gamma-Titanaluminid-Legierung und verleihen der Gamma-Titanaluminid-Legierung eine bessere Verformbarkeit.
Das Bor wird der Schwermetall enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung durch Bildung der geschmolzenen Schwermetall enthaltenden Titanaluminid-Legierung zugesetzt. Dann wird Schwermetallborid der geschmolzenen Schwermetall enthaltenden Titanaluminid-Legierung zugesetzt, um eine geschmolzene Mischung zu erzielen. Das Schwermetallborid wird in der gleichen Form zugesetzt, wie die ausgefällten Schwermetallborid-Zusammenballungen, die sich normalerweise in der Schwermetall enthaltenden Titanaluminid-Legierung bilden. Die geschmolzene Mischung wird dann abgekühlt und verfestigt, um eine Schwermetall enthaltende Titanaluminid-Legierung zu schaffen, die eine Dispersion von Schwermetallboridpartikeln enthält. Die Titanaluminid-Legierung enthält bis zu 2,0 at% Bor und mehr als 0,5 at% Bor.
BEISPIELE
BEISPIEL 1
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung hergestellt, die 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Chrom, 1 at% Mangan, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen enthielt. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise hergestellt durch Mischung von Aluminiumschrot, von granularem Titan, von Chromblättchen, von Manganblättchen, von Siliziumschnitzeln, von zerhacktem Niobblech, von zerhacktem Tantalblech und das Bor wurde in Form von Aluminiumborid zugesetzt. Das Aluminiumborid umfasst AIB₁₂ und eine Al-Matrix.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit Argon bei einem Druck von 1 bar angefüllt war und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten, aus Kupfer bestehenden Gußtiegel gegossen.
Die Mikrostruktur der sich ergebenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und es zeigte sich, dass diese ein feines Korn besaß und voll lamellenförmig war. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 170 μm. Außerdem waren Anteile von ausgefällten Zusammenballungen in den Strukturen in der Titanaluminid-Legierung enthalten.
BEISPIEL 2
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Chrom, 1 at% Mangan, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Dies ist die gleiche Legierung wie beim Beispiel 1, mit Ausnahme des Bor.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit Argon mit einem Druck von 1 bar angefüllt war, und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Schmelztiegel aus Kupfer gegossen.
Es zeigte sich, dass keine ausgefällten Zusammenballungen in den Strukturen der Titanaluminid-Legierung vorhanden waren.
BEISPIEL 3
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung bestehend aus 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Mangan, 1 at% Chrom, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen hergestellt. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise hergestellt durch Vermischung von Vorlegierungen und Bor wurde in Form von Aluminiumborid zugesetzt. Das Aluminiumborid bestand aus AIB₁₂.
Das Tantal wurde in Form einer Tantal und Aluminium Vorlegierung (70 Gew.-% Ta) zugesetzt.
Die Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit Argon mit einem Druck von 1 bar angefüllt war und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Schmelztiegel aus Kupfer gegossen.
Die Mikrostruktur der sich ergebenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und es wurde ein feines Korn und eine Gleichachsigkeit festgestellt. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 170 μm. Zusätzlich ergaben sich ergiebige Mengen von ausgefällten Zusammenballungen in den Strukturen, ähnlich wie bei dem Beispiel 1. Diese ausgefällten Zusammenballungen hatten eine maximale Größe von 500 μm und die Dichte der ausgefällten Zusammenballungen betrug 90 cm^–2.
BEISPIEL 4
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung folgender Zusammensetzung vorbereitet: 47 at% Aluminium, 1 at% Wolfram, 2 at% Niob, 1 at% Chrom, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise dadurch hergestellt, dass Vorlegierungen gemischt und Bor in Form von Aluminiumborid zugesetzt wurde. Das Aluminiumborid bestand aus AIB₁₂.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit Argon mit einem Druck von 1 bar angefüllt war und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Kupfer-Schmelztiegel gegossen.
Die Mikrostruktur der sich ergebenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und sie war feinkörnig und gleichachsig. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 250 um. Außerdem ergaben sich größere Mengen von ausgefällten Zusammenballungen in den Strukturen ähnlichen jenen in Beispiel 3.
Die ausgefällten Zusammenballlungen, die sich bei den Beispielen 1, 3 und 4 ergaben, wurden überprüft und es wurde festgestellt, dass sie bei den Beispielen 1 und 3 aus Tantalborid (TaB) und bei dem Beispiel 4 aus Wolframborid (WB) bestanden. Es wird angenommen, dass das Tantal mit dem Aluminiumborid reagiert, um Ausfällungen von Tantalborid-Zusammenballungen zu erzeugen, oder dass das Wolfram mit dem Aluminiumborid reagiert, um Ausfällungen von Wolframborid-Zusammenballungen zu erzeugen.
BEISPIEL 5
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung folgender Zusammensetzung vorbereitet: 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Mangan, 1 at% Chrom, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise durch Mischung von Vorlegierungen vorbereitet und das Bor wurde in Form von Aluminiumborid zugesetzt. Das Aluminiumborid bestand aus IB₁₂.
Das Tantal wurde in Form eines feinen Tantalpulvers mit einer Korngröße von 9 μm zugesetzt.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit einem Argongas mit 1 bar Druck angefüllt war, und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Kupfer-Schmelztiegel gegossen.
Die Mikrostruktur der sich ergebenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und es wurde ein feines Korn und eine Gleichachsigkeit festgestellt. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 170 μm. Außerdem ergaben sich erhebliche Mengen ausgefällter Zusammenballungen in der Struktur, ähnlich jener gemäß Beispiel 3. Diese ausgefällten Zusammenballungen hatten eine maximale Größe von 400 μm und die Dichte der ausgefällten Zusammenballungen betrug 30 cm^–2.
Dies zeigte, dass die Form des Zusatzes von Tantal zu der Titanaluminid-Legierung die Bildung von Tantalborid-Ausfäll-Zusammenballungen nicht beeinflußte.
BEISPIEL 6
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung folgender Zusammensetzung vorbereitet: 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Mangan, 1 at% Chrom, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise hergestellt durch Mischen von Vorlegierungen und Tantal und Bor wurden in Form von Tantalborid zugesetzt. Das das restliche Tantal wurde in Form einer Tantal- und Aluminium-Vorlegierung zugesetzt. Das Tantalborid besteht aus einer Mischung von TaB₂ und TaB. Das Tantalborid wurde in Form von feinem Tantalboridpulver mit einer Teilchengröße zwischen 1 und 5 μm zugesetzt.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit einem Argon unter einem Druck von 1 bar angefüllt war, und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Kupfer-Schmelztiegel gegossen.
Die Mikrostruktur der sich ergebenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und es wurde ein feines Korn und eine Gleichachsigkeit festgestellt. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 170 μm. Außerdem ergaben sich stark reduzierte Mengen ausgefällter Zusammenballungen in der Struktur, ähnlich jener wie in Beispiel 3. Diese ausgefällten Zusammenballungen hatten eine maximale Größe von etwa 100 μm und die Dichte der ausgefällten Zusammenballungen betrug etwa 3 cm^–2.
BEISPIEL 7
Es wurde eine Titanaluminid-Legierung folgender Zusammensetzung vorbereitet: 47 at% Aluminium, 2 at% Tantal, 1 at% Mangan, 1 at% Chrom, 1 at% Bor, 0,2 at% Silizium und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Die Titanaluminid-Legierung wurde beispielsweise hergestellt durch Vermischung von Vorlegierungen und Tantal und Bor wurden in Form von Tantalborid zugesetzt. Das übrige Tantal wurde in Form einer Tantal- und Aluminium-Vorlegierung zugesetzt. Das Tantalborid bestand aus TaB. Das Tantalborid wurde in Form eines feinen Tantalboridpulvers mit einer Teilchengröße zwischen 1 und 5 μm zugesetzt.
Die obige Mischung wurde in einer Vakuumkammer erhitzt, die mit Argon mit einem Druck von 1 bar angefüllt war, und die Titanaluminid-Legierung wurde unter Benutzung einer Plasmaflamme geschmolzen und in einen wassergekühlten Kupfer-Schmelztiegel gegossen.
Die Mikrostruktur der resultierenden Titanaluminid-Legierung wurde überprüft und es ergab sich ein feines Korn und eine Gleichachsigkeit. Die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 170 μm. Außerdem ergaben sich im wesentlichen keine ausgefällten Zusammenballungen in den Strukturen, bei der mikrostrukturellen Analyse, ähnlich wie bei Beispiel 3.
Es wird angenommen, dass in dem Tantal enthaltenden Titanaluminid Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen erzeugt werden, sobald das Tantal in Berührung mit dem Aluminiumborid während des Schmelzverfahrens gelangt. Es wird angenommen, dass es schwierig ist, die Tantalborid-Ausfäll-Zusammenballungen aus der Titanaluminid-Legierung zu entfernen, nachdem sich einmal Tantalborid-Ausfäll-Zusammenballungen gebildet haben, weil der Schmelzpunkt von Tantalborid (TaB) bei etwa 2460°C liegt.
Ebenso wird angenommen, dass in dem Wolfram enthaltenden Titanaluminid Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen erzeugt werden, sobald das Wolfram in Berührung mit dem Aluminiumborid während des Schmelzverfahrens gelangt. Es wird angenommen, dass es schwierig ist, die Ausfällungen aus Wolframborid-Zusammenballungen aus der Titanaluminid-Legierung zu entfernen, nachdem einmal die Wolframborid-Ausfäll-Zusammenballungen gebildet sind, weil der Schmelzpunkt von Wolframborid (WB) bei etwa 2655°C liegt.
Ebenso wird angenommen, dass die großen Ausfäll-Zusammenballungen von Tantalborid (TaB) in der Tantal enthaltenden Titanaluminid-Legierung verhindert werden, weil der Zusatz von Tantalborid-(TaB)-Partikeln die Reaktionskinetik ändert und verhindert, dass eine Entmischung in großem Umfang von Tantal und Bor stattfindet, um die Tantalborid-Ausfäll-Zusammenballungen zu erzeugen. Das zugefügte Tantalborid (TaB) wird gleichförmig über die Tantal enthaltende Titanaluminid-Legierung verteilt oder dispergiert.
Ebenso wird angenommen, dass die großen Ausfällungs-Zusammenballungen von Wolframborid (WB) in der Wolfram enthaltenden Titanaluminid-Legierung verhindert werden, weil der Zusatz von Wolframborid-(WB)-Partikeln die Reaktionskinetik verändert und eine Entmischung von Wolfram und Bor in großem Umfang verhindert, was zu Wolframborid-Ausfällungs-Zusammenballungen geführt hätte. Das zugesetzte Wolframborid (WB) wird gleichmäßig über die Wolfram enthaltende Titanaluminid-Legierung verteilt oder dispergiert.
Somit wird deutlich, dass das Bor der Schwermetall enthaltenden Titanaluminid-Legierung in der gleichen Form zugesetzt werden muß, in der das Borid in den ausgefällten Zusammenballungen auftritt, um die Reaktionskinetik zu ändern, die zur Erzeugung der ausgefällten Zusammenballungen von Schwermetall und Bor führt. Demgemäß wird TaB einer Tantal enthaltenden Titanaluminid-Legierung zugesetzt, WB wird einer Wolfram enthaltenden Titanaluminid-Legierung zugesetzt, weil TaB und WB die Borid-Ausfällungs-Zusammenballungen sind. Der Zusatz von TaB₂, zu einer Tantal enthaltenden Titanaluminid-Legierung verhindert nicht die Erzeugung der TaB-Ausfäll- Zusammenballungen und ein Zusatz von WB₂ zu einer Wolfram enthaltenden Titanaluminid-Legierung verhindert nicht die Erzeugung der WB-Ausfäll-Zusammenballungen.
Die Größe der Schwermetallboridpartikel in der Titanaluminid-Legierung wird allgemein begrenzt auf jenen Wert der Größe der Schwermetallboridpartikel, die der Titanaluminid-Legierung zugesetzt werden.
Obgleich die Titanaluminid-Legierung, wie sie oben beschrieben wurde, für Turbinenlaufschaufeln benutzt wird, so kann sie auch für Turbinenleitschaufeln, für Kompressorlaufschaufeln und Kompressorleitschaufeln benutzt werden. Sie kann auch benutzt werden für innere Brennkammerbauteile des Triebwerks.
Die Gamma-Titanaluminid-Legierung weist vorzugsweise folgende Bestandteile auf: 44 bis 52 at% Aluminium, Wolfram und/oder Tantal jeweils in einer Menge von 0,05 bis 8,0 at%, bis zu 2,0 at% Bor, und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen. Das Gamma-Titanaluminid kann außerdem bis zu 3 at% Chrom, bis zu 6 at% Niob und bis zu 2 at% Mangan enthalten.
Die Gamma-Titanaluminid-Legierung hat vorzugsweise folgende Zusammensetzung: 45 bis 47 at% Aluminium, 2 bis 6 at% Niob, 0,25 bis 2 at% Wolfram und als Ausgleich Titan und zufällige Verunreinigungen. Vorzugsweise besteht die Gamma-Titanaluminid-Legierung aus folgenden Bestandteilen: 45 at% Aluminium, 5 at% Niob, 1 at% Wolfram. Die Gamma-Titanaluminid-Legierung kann 1 bis 2 at% Chrom und/oder 1 bis 2 at% Mangan aufweisen. Das Bor wird in einer Menge zwischen 0,5 und 2,0 at% zugesetzt.

Claims

Verfahren zum Zusetzen von Bor in eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung, zwecks Erzeugung einer Boriddispersion in der Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung, wobei die Gamma-Titanaluminid-Legierung folgende Bestandteile aufweist: 45 bis 52 at% Aluminium, Wolfram und/oder Tantal, jeweils in einer Menge zwischen 0,05 und 8,0 at%, bis zu 3 at% Chrom, bis zu 6 at% Niob, bis zu 2 at% Mangan, bis zu 0,2 at% Silizium, bis zu 2,0 at% Bor und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) es wird eine geschmolzenes Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung hergestellt; (b) es werden der geschmolzenes Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung Metall-Boridpartikel zugesetzt, um eine geschmolzene Mischung zu erzeugen; (c) es wird die geschmolzene Mischung abgekühlt und verfestigt, um eine Wolfram oder Tantal enthaltende Titanaluminid-Legierung zu erzeugen, die Metallboridpartikel enthält; dadurch gekennzeichnet, dass die Metallboridpartikel der Wolfram oder Tantal enthaltenden Gamma-Titanaluminid-Legierung als Wolframborid-(WB)-Partikel oder Tantalborid-(TaB)-Partikel in der gleichen Form zugesetzt werden, in der Borid in unerwünschten Ausfällungen von Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder in unerwünschten Ausfällungen von Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen auftritt, und wobei sämtliche Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen eine maximale Größe von 150 μm und eine Dichte bis zu 3 cm^–2 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Titanaluminid-Legierung bis zu 1,0 at% Bor enthält.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem die Gamma-Titanaluminid-Legierung mehr als 0,5 at% Bor enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die zugesetzten Wolframborid-(WB)-Partikel oder die zugesetzten Tantalborid-(TaB)-Partikel eine Größe zwischen 1 bis 5 μm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Gamma-Titanaluminid-Legierung 45 bis 47 at% Aluminium, 2 bis 6 at% Niob und 0,25 bis 2 at% Wolfram enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Gamma-Titanaluminid-Legierung 45 at% Aluminium, 5 at% Niob und 1 at% Wolfram enthält.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, bei welchem die Gamma-Titanaluminid-Legierung 1 bis 2 at% Chrom und/oder 1 bis 2 at% Mangan enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Ausfällungen der Wolframborid-(WB)-Zusammenballungen oder die Ausfällungen der Tantalborid-(TaB)-Zusammenballungen eine maximale Größe von 100 μm und eine Dichte bis zu 2 cm^–2 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem durch das Verfahren mit der Gamma-Titanaluminid-Legierung eine Turbinenlaufschaufel, eine Turbinenleitschaufel, eine Kompressorlaufschaufel oder eine Kompressorleitschaufel hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Gamma-Titanaluminid-Legierung gegossen oder geschmiedet wird.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung mit der folgenden Zusammensetzung: 45 bis 52 at% Aluminium, Wolfram und/oder Tantal, jeweils in Anteilen zwischen 0,05 bis 8,0 at%, bis zu 3 at% Chrom, bis zu 6 at% Niob, bis zu 2 at% Mangan, bis zu 0,2 at% Silizium, bis zu 2,0 at% Bor und als Ausgleich Titan und zufällige Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung eine Dispersion von Wolframborid-(WB)-Partikeln oder Tantalborid-(TaB)-Partikeln enthält, und die Wolframborid-Partikel-(WB) oder die Tantalborid-Partikel-(TaB) die gleiche Form besitzen, wie unerwünschte Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder unerwünschte Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen, und wobei sämtliche Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen eine maximale Partikelgröße von 150 μm und eine Dichte bis zu 3 cm^–2 aufweisen.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach Anspruch 11, bei welcher die Gamma-Titanaluminid-Legierung 45 bis 47 at% Aluminium, 2 bis 6 at% Niob und 0,25 bis 2at% Wolfram enthält.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach Anspruch 12, bei welcher die Gamma-Titanaluminid-Legierung 45 at% Aluminium, 5 at% Niob und 1 at% Wolfram enthält.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher die Gamma-Titanaluminid-Legierung 1 bis 2 at% Chrom und/oder 1 bis 2 at% Mangan enthält.
Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher die Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder die Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen eine maximale Teilchengröße von 100 μm und eine Dichte bis zu 2 cm^–2 aufweisen.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach den Ansprüchen 11 bis 15, bei welcher die Wolframborid-(WB)-Ausfäll-Zusammenballungen oder die Tantalborid-(TaB)-Ausfäll-Zusammenballungen eine Teilchengröße zwischen 1 und 5 μm besitzen.
Eine Wolfram oder Tantal enthaltende Gamma-Titanaluminid-Legierung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welcher die Gamma-Titanaluminid-Legierung die Form einer Turbinenlaufschaufel, einer Turbinenleitschaufel, einer Kompressorlaufschaufel oder einer Kompressorleitschaufel besitzt.