DE60120175T2 - Titanlegierung und wärmebehandlungsverfahren für grossdimensionale, halbfertige materialien aus dieser legierung - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft die Nichteisen-Metallurgie und insbesondere die Produktion moderner Titanlegierungen, die vorzugsweise für die Herstellung groß dimensionierter Schmiedeteile, Stanzteile, massiver Platten, Rohblöcke, Befestigungselemente und anderer Teile für die Luftfahrttechnik verwendet werden.
• Stand der Technik
• Eine Legierung auf Titanbasis mit der folgenden Zusammensetzung in Massenprozent ist bekannt:

  Aluminium	4,0–6,3
  Vanadium	4,5–5,9
  Molybdän	4,5–5,9
  Chrom	2,0–3,6
  Eisen	0,2–0,8
  Zirkon	0,01–0,08
  Kohlenstoff	0,01–0,25
  Sauerstoff	0,03–0,25
  Titan	Rest

  (RF Patent Nr. 2122040, C22C 14/00, 1998) als Prototyp.
• Die genannte Legierung hat eine gute Kombination aus hoher Festigkeit und Verformbarkeit bei groß dimensionierten Teilen mit einer Dicke bis zu 150 bis 200 mm, die wasser- oder luftgehärtet sind. Diese Legierung lässt sich warm verformen und durch Argonlichtbogen- und Elektronenstrahlschweißen schweißen.
• Die Legierung hat den Nachteil eines ungenügenden Festigkeitsniveaus bei massiven groß dimensionierten Teilen mit einer Dicke über 150 bis 200 mm, die luftgehärtet sind.
• Das Wärmebehandlungsverfahren für groß dimensionierte Halbzeuge aus Zweiphasen-Titanlegierungen, das eine Vorerwärmung auf eine Temperatur, die um 7 bis 50°C höher ist als die polymorphe Transformationstemperatur, 0,15 bis 3 Stunden langes Halten, Abkühlen auf die Zweiphasenbereichstemperatur, die um 20 bis 80°C unter der polymorphen Transformationstemperatur liegt, 0,15 bis 3 Stunden langes Halten, Härten und Altern aufweist, ist als Prototyp bekannt (UdSSR Erfinderzertifikat Nr. 912771. C22F, 1/18. 1982).
• Der Nachteil des Verfahrens ist ein ungenügendes Festigkeitsniveau massiver groß dimensionierter Teile mit einer Dicke über 150 bis 200 mm.
• Offenbarung der Erfindung
• Eine Aufgabe der beanspruchten Legierung auf Titanbasis und des Wärmebehandlungsverfahrens für groß dimensionierte Halbzeuge aus dieser Legierung ist es, ein höheres Festigkeitsniveau massiver groß dimensionierter Teile mit einer Dicke über 150 bis 200 mm zu erzielen.
• Das technische Gesamtergebnis, das bei dem Prozess der Verwirklichung der beanspruchten Gruppe von Patenten erzielt wird, ist die Regelung der optimalen Kombination β-stabilisierender Legierungselemente im hergestellten Halbzeug.
• Dieses technische Ergebnis wird durch die Verteilung der Bestandteile in folgender Relation nach Massenprozent in der Legierung auf Titanbasis, enthaltend Aluminium, Vanadium, Molybdän, Chrom, Eisen und Titan erzielt:

  Aluminium	4,0–6,3
  Vanadium	4,5–5,9
  Molybdän	4,5–5,9
  Chrom	2,0–3,6
  Eisen	0,2–0,5
  Titan	Rest

  wobei das Molybdänäquivalent Mo_3KB ≥ 13,8 beträgt.
• Gemäß der Erfindung wird das Molybdänäquivalent durch folgende Beziehung bestimmt: Mo3KB = %Mo/1 + %V/1,5 + %Cr/0,6 + %Fe/0,4 (1)
• Dieses technische Ergebnis wird auch durch die Tatsache erzielt, dass bei dem Wärmebehandlungsverfahren für groß dimensioniertes Halbzeug aus der beanspruchten Legierung auf Titanbasis, das Erwärmen, Halten auf der Erwärmungstemperatur, Abkühlen und Altern aufweist, das Erwärmen gemäß der Erfindung direkt auf t_β↔α+β – (30 bis 70)°C, 3 bis 5- stündiges Halten auf der Temperatur, und Altern bei 540 bis 600°C über 8 bis 16 Stunden erfolgt. Das Abkühlen erfolgt in Luft oder Wasser.
• Aufgrund der Regelung der β-Stabilisatoren in Form des Molybdänäquivalents gemäß Gleichung (1), wobei der Minimalwert und die Prozessoptimierung auf Parameter der festen Lösung festgelegt werden, einschließlich Erwärmung und Halten auf der Temperatur, die niedriger als die polymorphe Transformationstemperatur ist, haben massive Produkte aus der beanspruchten Legierung nach dem Härten in Luft (oder Wasser) aus der Behandlung auf die Temperatur der festen Lösung mehr β-Phase (höheres Maß an Härtbarkeit), wodurch nach dem Alterungsschritt ein höheres Festigkeitsniveau mit guter Verformbarkeit und Zerstörungsviskositätseigenschaften sichergestellt ist. Dies ist für massive groß dimensionierte Schmiede- und Stanzteile von besonderer Bedeutung, die ein hohes Festigkeitsniveau erfordern, bei denen aber eine raschere Abkühlung (z. B. in Wasser) von der Prozesstemperatur auf die feste Lösung äußerst unerwünscht ist, da hohe innere Spannungen auftreten.
• Diese Anmeldung erfüllt die Anforderung nach der Einheitlichkeit der Erfindung, da das Wärmebehandlungsverfahren für die Herstellung von Halbzeug aus der beanspruchten Legierung vorgesehen ist.
• Ausführungsformen der Erfindung
• Zur Untersuchung der Legierungseigenschaften wurden Rohblöcke mit einem Durchmesser von 430 mm aus der folgenden durchschnittlichen Zusammensetzung hergestellt:
• Tabelle 1

  
• Die Rohblöcke wurden in Serien in β-, α + β-, α + β-Bereichen bei einer Fertigteilverformung im α + β-Bereich zwischen 45 und 50% pro 250 mm Durchmesser des zylindrischen Knüppels geschmiedet.
• Außerdem wurden die Schmiedeteile der folgenden Wärmebehandlung unterzogen:
• a) Behandlung zur festen Lösung: Erwärmen auf 790°C; 3-stündiges Halten; Abkühlen an Luft.
• b) Alterung: Erwärmen auf 560°C; 8-stündiges Halten; Abkühlen an Luft.
• Die mechanischen Eigenschaften der Schmiedeteile (gemittelte Daten in Richtungseinheit) sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
• Tabelle 2

  
• Die Testergebnisse zeigen, dass die beanspruchte Legierung und das Wärmebehandlungsverfahren höhere Festigkeitseigenschaften massiver Teile sicherstellen können, während gute Verformbarkeitseigenschaften erhalten bleiben.

Claims (1)

1. Legierung auf Titanbasis, enthaltend Aluminium, Vanadium, Molybdän, Chrom, Eisen und Titan, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Bestandteile in folgenden Anteilen nach Massenprozent enthält: Aluminium 4,0–6,3 Vanadium 4,5–5,9 Molybdän 4,5–5,9 Chrom 2,0–3,6 Eisen 0,2–0,5 Titan Rest wobei das Molybdänäquivalent Mo_3KB ≥ 13,8 beträgt und das Molybdänäquivalent durch folgende Beziehung bestimmt wird: Mo3KB = %Mo/1 + %V/1,5 + %Cr/0,6 + %Fe/0,4