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Die vorliegende Erfindung betrifft eine intermetallische
Ti-Al-Verbindung, die eine verbesserte Duktilität bei
Raumtemperatur und Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur besitzt
und für die Verwendung als hitzebeständiges Stabilitätsmaterial
für Flugturbinenmotoren, Gasturbinen für Kraftwerksgeneratoren,
Automotoren, Rotationskörper und dergleichen geeignet ist, sowie
ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser intermetallischen
Verbindung.
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Unter den metallischen Materialien hat die
intermetallische Ti-Al-Verbindung beinahe die höchste spezifische Festigkeit
bei hoher Temperatur und besitzt außerdem eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit und eine geringes Gewicht. In
Metallurgical Transaction, Vol. 6A (1975), S. 1991 wurde
berichtet, daß bei 800ºC eine Hochtemperaturfestigkeit von 40 kg/mm²
erhalten wurde und daher wird angenommen, daß die
intermetallische Ti-Al-Verbindung aufgrund der vorstehenden ausgezeichneten
charakteristischen Eigenschaften für die Anwendung bei Teilen
von Gasturbinen, bei Ventilen und Kolben von Automotoren, bei
Hochteinperatur-Schneidwerkzeugen, bei Lagerteilen und
dergleichen am besten geeignet ist.
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Die intermetallische Ti-Al-Verbindung besitzt eine
Zusammensetzungsbreite im Phasendiagramm und in einem
Zusammensetzungsbereich von 40 bis 52 Atom-% Ti und 60 bis 48 Atom-% Al
wird im thermischen Gleichgewichtszustand eine Llo-Struktur
gebildet (im wesentlichen eine flächenzentrierte tetragonale
Struktur, in der jedoch die Ti-Schichten und Al-Schichten
wechselweise in der [001]-Richtung angeordnet sind). Demgemäß wurde
ein ungewöhnliches Verstärkungsphänomen gefunden, wobei sich die
Festigkeit im Einkristall mit dem Ansteigen die Temperatur
vergrößert, und es ist bekannt, daß sich sogar bei
polykristallinen
Materialien die Festigkeit bei einer hohen
Temperatur von bis zu 800ºC nicht verringert. Dennoch sind die
Polykristalle der intermetallischen Ti-Al-Verbindung aufgrund
der niedrigen Duktilität bei Temperaturen in einem Bereich von
Raumtemperatur bis etwa 700ºC unzulänglich. Zum Beispiel beträgt
im Falle einer Zusammensetzung mit 48 Atom-% Ti und 52 Atom-% Al
die Kompressibilität 0,4% bei Raumtemperatur und etwa 1,1% bei
700ºC (siehe JP-B-59-581).
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Die Schwierigkeiten, die bei der Entwicklung einer
intermetallischen Ti-Al-Verbindung zu einem in der Praxis zu
verwendenden Material auftreten, beziehen sich hauptsächlich
darauf, wie eine gute Duktilität bei Raumtemperatur beibehalten
wird, und es wurde bestätigt, daß zu diesem Zweck eine Zugabe
von Mn wirksam ist (JP-A-61-41740).
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Es wurde jedoch berichtet, daß die Zugabe von Mn zu
einer Verringerung der Oxidationsbeständigkeit bei hoher
Temperatur führt (Tsurumi et al., Symposium of Japanese Association
of Metals, Plastic Deformation of Ordered Alloys and
intermetallic Compounds, S. 13, 16. Juli 1988).
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FR-A-2 462 483 offenbart die Möglichkeit, die Duktilität
von Ti-Al-Regierungen bei Raumtemperatur zu verbessern. Der
Einfluß von Vanadium auf diese Eigenschaften wurde untersucht. in
FR-A-2 462 483 werden Antimon, Wismut und Kohlenstoff als
Elemente erwähnt, die die Beständigkeit gegen Zeitdehnung des
Ti-Als verbessern.
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Da die intermetallische Ti-Al-Verbindung leicht ist,
eine hohe Hitzebeständigkeit und eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit besitzt, ist sie ferner für eine bei hohen
Temperaturen zu verwendende Turbinenschaufel geeignet. Da die
intermetallische Ti-Al-Verbindung bei Raumtemperatur eine
niedrige Duktilität besitzt (die Kompressibilität beträgt 0,4%),
ist jedoch deren Gießen oder Schmieden schwierig und die
Betriebssicherheit bei Raumtemperatur schlecht, und somit ist
deren praktische Verwendung unsicher. Außerdem ist für ein in
der Konstruktionspraxis zu verwendendes Material eine Duktilität
bei Raumtemperatur notwendig.
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Daher ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Material aus einer intermetallischen Ti-Al-Verbindung
bereitzustellen, das bei Raumtemperatur eine Kompressibilität
von mindestens 25% und eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit
bei hohen Temperaturen besitzt.
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Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine
intermetallische Ti-Al-Verbindung bereitgestellt, die 40 bis 52
Atom-% Ti und 60 bis 48 Atom-% Al umfaßt und weiterhin 10 bis
3000 Atom-ppm von mindestens einem der Elemente P und As
(Elemente der Gruppe VB des Periodensystems) sowie Se und Te
(Elemente der Gruppe VIB des Periodensystems) enthält, wobei die
Gesamtmenge der zugegebenen Elemente 100% entspricht. Dabei ist
die grundlegende Kristall struktur der Matrix eine geordnete
Struktur des Llo-Typs, die Kompressibilität (Duktilität) bei
Raumtemperatur hoch und eine gute Oxidatonsbeständigkeit bei
hoher Temperatur wird beibehalten.
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Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines Materials aus einer
intermetallischen Ti-Al-Verbindung bereitgestellt, das das Schmelzen und
Erstarrenlassen eines Ausgangmaterials mit der vorstehend
erwähnten Zusammensetzung in einer Inertgasatmosphäre und, falls
notwendig, Glühen des erstarrten Produkts umfaßt.
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Eine bevorzugte intermetallische Ti-Al-Verbindung umfaßt
40 bis 50 Atomprozent Titan, 50 bis 60 Atomprozent Aluminium und
100 bis 1000 Atom-ppm Phosphor. Eine andere bevorzugte
intermetallische Verbindung umfaßt 45 bis 50 Atomprozent Titan, 50
bis 55 Atomprozent Aluminium und 100 bis 1000 Atom-ppm Phosphor.
Ferner wird eine intermetallische Verbindung bevorzugt, in der
der Gehalt mindestens eines der Elemente Phosphor und Arsen
(Elemente der Gruppe VB des Periodensystems) sowie Selen und
Tellur (Elemente der Gruppe VIB des Periodensystems) 10 bis 1000
Atom-ppm beträgt.
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In dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird nach
dem Schmelzen und Erstarrenlassen ein erstarrtes Produkt bei
einer Temperatur von 900 bis 1000ºC geglüht. in einem weiteren
bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird mindestens
eines der Elemente Phosphor und Arsen (Elemente der Gruppe VB
des Periodensystems) sowie SeIen und Tellur (Elemente der Gruppe
VIB des Periodensystems) in einer Menge von 10 bis 1000 Atom-ppm
dazugegeben.
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Fig. 1 erläutert den Zusammenhang zwischen der
zugegebenen Menge Phosphor (P) und der Kompressibilität der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung; und
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Fig. 2 zeigt eine Spannung-Dehnung-Kurve, die die
Ergebnisse des Kompressionstests der erfindungsgemäßen Materialien
erläutert.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben
Untersuchungen zur Verbesserung der Duktilität in der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung durchgeführt und als ein Ergebnis
gefunden, daß bei der intermetallischen Ti-Al-Verbindung, in der
mindestens eines der Elemente P und As (Elemente der Gruppe VB des
Periodensystems) sowie Se und Te (Elemente der Gruppe VIB des
Periodensystems) enthalten ist, die Kompressibilität bei
Raumtemperatur mindestens 25% und bei 600ºC etwa 60% beträgt und daß
die Duktilität bei Temperaturen, die von Raumtemperatur bis etwa
700ºC reichen, stark verbessert wird. Da die Kompressibilität in
der intermetallischen Ti-Al-Verbindung, umfassend 48 Atom-% Ti
und 52 Atom-% Al, ohne das tertiäre Element 0,4% bzw. bei 700ºC
1,1% beträgt (siehe JP-A-62-215), wird angenommen, daß diese
außerordentliche Güte auf den Einbau des vorstehend erwähnten
tertiären Elements zurückzuführen ist. Weiterhin wurde gefunden,
daß im Vergleich zu der intermetallischen Ti-Al-Verbindung ohne
das tertiäre Element und der intermetallischen Ti-Al-Verbindung
mit zugesetztem Mn die Oxidationsbeständigkeit bei hohen
Temperaturen stark verbessert wurde.
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Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich
beschrieben. in der vorliegenden Erfindung wird der Ti-Gehalt auf 40 bis
52 Atom-% eingestellt, wobei eine Einzelphase der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung oder eine Zusammensetzung, die
eine Matrix der intermetallischen Ti-Al-Verbindung und eine
Mindermenge einer zweiten Phase ais Ti&sub3;Al umfaßt, erhalten wird.
Wenn der Ti-Gehalt außerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs
liegt, tritt eine Verbindung mit einer anderen zweiten Phase auf
und es können keine guten Ergebnisse erzielt werden.
insbesondere liegt, wenn der Ti-Gehalt niedriger als 40 Atom-% ist,
Al&sub2;Ti oder Al&sub3;Ti als die zweite Phase vor und das Vorhandensein
dieser Verbindungen ist nicht wünschenswert, da sie spröde sind.
Wenn der Ti-Gehalt 52 Atom-% übersteigt, steigt die Menge an
Ti&sub3;Al als die zweite Phase an. Die Hochtemperaturfestigkeit von
Ti&sub3;Al ist niedriger als die von TiAl und daher ist, vom
Standpunkt der Hochtemperaturfestigkeit her, ein großer Anteil an
Ti&sub3;Al nicht wünschenswert.
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Wenn der Ti-Gehalt bei 40 bis 50 Atom-% liegt, wird
nämlich eine Einzelphase (geordnete Struktur vom Llo-Typ) der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung erhalten und, wenn der Ti-
Gehalt höher als 50 Atom-% und bis zu 52 Atom-% liegt, wird
teilweise Ti&sub3;Al (geordnete Struktur von DO&sub1;&sub9;-Typ) als die zweite
Phase in die vorstehend erwähnte Einzelphase eingebaut. Bei der
Verbindung mit dieser Mikrostruktur ist die Duktilität bei
Raumtemperatur im Vergleich zu der nur aus der Einzelphase
zusammengesetzten Verbindung bei manchen Erwärmungsbedingungen
verbessert. Wenn der Ti-Gehalt 40 bis 45 Atom-% beträgt, wird bei
manchen Guß- oder Schmiedebedingungen ein Einbau von Al&sub2;Ti als
die zweite Phase möglich, und das Ausmaß der
Duktilitätsverbesserung wird verringert. Vom Standpunkt der Mikrostruktur aus,
liegt daher in der vorliegenden Erfindung die untere Grenze des
Ti-Gehalts vorzugsweise bei 45 Atom-%.
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In der vorliegenden Erfindung wird ein Element der
Gruppe VB des Periodensystems (P oder As) und/oder ein Element
der Gruppe VIB des Periodensystems (Se oder Te) in einer Menge
von 10 bis 3000 Atom-ppm eingebaut.
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Wenn das Element der Gruppe VB des Periodensystems (P
oder As) und/oder das Element der Gruppe VIB des Periodensystems
(Se oder Te) in der intermetallischen Ti-Al-Verbindung vorhanden
ist, wird die Stapelfehlerenergie verringert und während der
plastischen Verformung findet leicht eine Zwillingsbildung
statt, mit dem Ergebnis, daß die Duktilität bei Raumtemperatur
verbessert wird. Diese Wirkung wird, wie in Fig. 1 gezeigt,
durch einen ansteigenden Gehalt an zugesetztem Element
verstärkt.
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Dennoch wird, wenn der Gehalt des zugesetzten Elements
3000 Atom-ppm überschreitet, das Element der Gruppe VB des
Periodensystems (P oder As, Sb) oder das Element der Gruppe VIB
des Periodensystems (Se oder Te) an Ti gebunden, wobei an der
Korngrenze und in der Matrix eine Verbindung wie TiP, TiAs,
TiSe, TiSe&sub2; oder TiTe&sub2; erzeugt wird. Diese Verbindung wirkt als
Beginn eines Bruchs, mit dem Ergebnis, daß nicht nur die
Duktilität bei Raumtemperatur, sondern auch die
Verarbeitungsfähigkeit verringert wird. Wenn der Gehalt des zugesetzen
Elementes geringer als 10 Atom-ppm ist, kann die vorstehend
erwähnte Aufgabe nicht erfüllt werden.
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Wenn die intermetallische Ti-Al-Verbindung bei hohen
Temperaturen in einer oxidierenden Atmosphäre oxidiert wird,
wird im allgemeinen in der äußersten Schicht TiO&sub2; erzeugt. Da
TiO&sub2; eine sauerstoffarme Struktur besitzt, in der einige der von
Natur aus durch Sauerstoffatome zu besetzenden Gitterpositionen
im Kristallgitter unbesetzt sind, diffundieren Sauerstoffatome
von außen über solche nicht mit Sauerstoff besetzten Positionen
in das innere des Materials und die Oxidation schreitet so nach
innen fort. in TiO&sub2; ist Ti vierwertig positiv und O zweiwertig
negativ. Wenn das fünfwertig positive Element der Gruppe VB des
Periodensystems (P oder As) und/oder das sechswertig positive
Element der Gruppe VIB des Periodensystems (Se oder Te) in TiO&sub2;
vorhanden ist, wird dementsprechend die Konzentration der nicht
mit Sauerstoff besetzten Positionen verringert, wobei der
Ladungsausgleich im inneren beibehalten wird, die Diffusionswege
von äußeren Sauerstoffatomen durch TiO&sub2; verringert werden und
die Oxidation unterdrückt wird. Die Wirkung der
Oxidationsunterdrückung durch das Element der Gruppe VB des Periodensystems
und/oder durch das Element der Gruppe VIB des Periodensystems
wird durch einen ansteigenden Gehalt an zugesetztem Element
verstärkt. Wenn der Gehalt des zugesetzten Elementes geringer
als 10 Atom-ppm ist, ist die Wirkung der Oxidationsunterdrückung
nicht befriedigend. Wenn der Gehalt des zugesetzten Elements
3000 Atom-ppm überschreitet, überschreitet der Gehalt die
Löslichkeitsgrenze in TiO&sub2; und das zusätzliche Element wird an
der Grenzfläche zwischen der TiO&sub2;-Oxidationsschicht und der
TiAl-Matrix konzentriert, wobei an der Grenzfläche eine
Verbindung wie TiP, TiAs, TiSe, TiSe&sub2; oder TiTe&sub2; erzeugt wird,
mit dem Ergebnis, daß dort ein Abbrechen der Oxidationsschicht
auftritt und die Oxidationsgeschwindigkeit stark erhöht wird.
Aus den vorstehend erwähnten Gründen wird in der vorliegenden
Erfindung der Gehalt des Elements der Gruppe VB des
Periodensystems (P oder As) und/oder des Elements der Gruppe VIB
des Periodensystems (Se oder Te) in der intermetallischen Ti-Al-
Verbindung auf 10 bis 3000 Atom-ppm eingestellt.
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Bei einem Gehalt des zugesetzen Elementes von bis zu
1000 Atom-ppm kann die Wirkung, durch die die Oxidation bei
Temperaturen bis zu 800ºC wirksam unterdrückt wird, erhalten
werden.
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Bi hat eine Wirkung auf die Verbesserung der
Oxidationsbeständigkeit, erhöht jedoch die spezifische Dichte und
verringert die spezifische Festigkeit und daher ist das Material
als ein Hochtemperatur-Konstruktionsmaterial mit geringem
Gewicht unvorteilhaft. Dementsprechend ist Bi bei den Elementen
der Gruppe VB des Periodensystems ausgeschlossen. Der Grund für
den Ausschluß von S bei den Elementen der der Gruppe VIB des
Periodensystems liegt darin, daß die Bindung zwischen Ti und S
zu stark ist und ein vorzeitiges Abbrechen der
TiO&sub2;-Oxidationsschicht verursacht. Po ist aus den gleichen Gründen
ausgeschlossen, wie sie vorstehend für Bi beschrieben wurden.
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Wenn 0,01 bis 3 Atom-% Mn und 0,01 bis 1 Atom-% Si in
Kombination mit dem Element der Gruppe VB des Periodensystems (P
oder As) und/oder dem Element der Gruppe VIB des Periodensystems
(Se oder Te) in die intermetallische Ti-Al-Verbindung eingebaut
werden, kann die Duktilität bei Raumtemperatur und die
Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur weiter verbessert
werden.
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Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung der intermetallischen Ti-Al-Verbindung wird ein
Gemisch, das erzeugt wird, indem 10 bis 3000 Atom-ppm mindestens
eines Elementes, das aus einer aus P, As, Se und Te bestehenden
Gruppe ausgewählt wird, gegebenenfalls zusammen mit Mn und Si zu
40 bis 52 Atom-% Ti und 48 bis 60 Atom-% Al gegeben werden,
einmal unter Vakuum (bei einem Druck von weniger als 10&supmin;&sup6; Torr)
gesetzt. Anschließend wird die Atmosphäre durch Ar-Gas ersetzt,
das Gemisch wird bei einer Temperatur geschmolzen, die höher
liegt als der Schmelzpunkt und die, um eine Umsetzung mit einem
Tiegel zu verringern, in einem Bereich von 1400 bis 1500ºC
liegt. Daran anschließend läßt man die Schmelze erstarren. Eine
Duktilität bei Raumtemperatur kann in dem so erstarrten Zustand
erhalten werden, wenn das Erstarrungsprodukt jedoch unter
Herstellung
einer einheitlichen Mikrostruktur in der vorstehend
erwähnten Inertgasatmosphäre geglüht wird, wird die Duktilität
weiter verbessert.
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Die so erhaltene intermetallische Ti-Al-Verbindung mit
dem darin enthaltenen Element der Gruppe VB des Periodensystems
(P oder As) und/oder dem Element der Gruppe VIB des
Periodensystems (Se oder Te) weist eine Kompressibilität von mindestens
25% bei Raumtemperatur und etwa 60% bei 600ºC auf und die
Duktilität ist bei Temperaturen, die von Raumtemperatur bis etwa
800ºC reichen, verbessert. Da die intermetallische
Ti-Al-Verbindung ohne das tertiäre Element eine Kompressibilität von 0,4%
bei Raumtemperatur und eine Kompressibilität von 1,1% bei 700ºC
besitzt (siehe nicht-geprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. 58-
123847), liegt es auf der Hand, daß gemäß der vorliegenden
Erfindung die Güte stark verbessert ist. Weiterhin ist die
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen im Vergleich mit
der der intermetallischen Ti-Al-Verbindung ohne das tertiäre
Element und der der intermetallischen Ti-Al-Verbindung mit Mn-
Zusatz stark verbessert.
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Es werden nun die Gründe beschrieben, warum die
Kompressibilität bei Raumtemperatur und die Oxidationsbeständigkeit bei
hohen Temperaturen durch den Einbau mindestens eines Elementes,
das aus einer aus P, As, Se und Te bestehenden Gruppe ausgewählt
wird, in die intermetallische Ti-Al-Verbindung verbessert
werden.
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Es wird angenommen, daß die Verbesserung der
Kompressibilität bei Raumtemperatur dadurch verursacht wird, daß die
Stapelfehlerenergie der intermetallischen Ti-Al-Verbindung durch
die Zugabe des tertiären Elementes, wie des Elementes der Gruppe
VB des Periodensystems (P oder As) oder des Elementes der Gruppe
VIB des Periodensystems (Se oder Te), verursacht wird. Die
Verringerung der Stapelfehlerenergie erleichtert die
Zwillungsbildung, inbesondere das Überkreuzen von Zwillingskristallen,
was eine verbesserte Duktilität zur Folge hat. Durch
Elektronenmikroskopie oder in-situ-Hochspannungselektronenmikroskopie
wurde bestätigt, daß in der intermetallischen Ti-Al-Verbindung
ohne tertiäres Element keine Zwillingsbildung auftritt, in der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung mit eingebautem tertiärem
Element jedoch leicht Zwillingsbildung auftritt und die
plastische Verformung gefördert wird. Durch Elektronenmikroskopie
wurde bestätigt, daß dieses Überkreuzen von Zwillingskristallen
bei der plastischen Verformung zu keinen Stapelversetzungen an
der Zwillingsgrenze führt und statt dessen durch
Versetzungsreaktionen wandernde Versetzungen erzeugt werden, wobei die
Duktilität erhöht wird.
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Die Oxidationbeständigkeit bei hohen Temperaturen wird
verbessert, indem ein Eindringen von Sauerstoff durch die
Erzeugung eines Oxidfilms an der Materialoberfläche verhindert
wird. Für den Fall der intermetallischen Ti-Al-Verbindung wird
angenommen, daß die Oxidation durch eine Diffusion von
Sauerstoff durch Gitterlücken für Sauerstoffionen in TiO2-x, die
auf der Oberfläche der Probe erzeugt werden, gefördert wird und
dementsprechend muß, um die Oxidationbeständigkeit bei hohen
Temperaturen zu verbessern, die Konzentration der Gitterlücken
für Sauerstoffionen verringert und das Eindiffundieren von
Sauerstoff unterdrückt werden.
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Es wird angenommen, daß die Gründe, warum die
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen in der
erfindungsgemäßen Legierung verbessert wird, darin liegen, daß das Element
der Gruppe VB des Periodensystems (P oder As) oder das Element
der Gruppe VIB des Periodensystems (Se oder Te) mit 5
beziehungsweise 6 Valenzelektronen mehr Valenzelektronen hat als
Ti, nämlich 4, und daß daher das tertiäre Element die
Konzentration der Gitterlücken für Sauerstoffionen in der auf der
Oberfläche gebildeten TiO2-x-schicht verringert und das
Eindiffundieren von Sauerstoff unterdrückt, wodurch das Wachstum
der TiO2-x-Oxidschicht, die auf der intermetallischen
Ti-Al-Verbindung in einer Hochtemperatur-Oxidationsatmosphäre gebildet
wird, verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Hinblick auf die
folgenden Beispiele ausführlich beschrieben, dabei wird der
Anwendungsbereich der Erfindung keinesfalls eingeschränkt.
Beispiel 1
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Ein Gemisch aus 50 Atom-% Schwammtitan und 50 Atom-% Al,
in dem 94 Atom-ppm (100 Gewichts-ppm) Se oder 58 Atom-ppm (100
Gewichts-ppm) Te enthalten waren, wurde in einem
Vakuumschmelzofen einmal unter Vakuum (bei einem Druck von weniger als 10&supmin;&sup6;
Torr) gesetzt und die Atmosphäre wurde durch Ar-Gas ersetzt. Das
Gemisch wurde auf 1500ºC erhitzt, geschmolzen und dann ließ man
das Gemisch erstarren. Das erstarrte Produkt wurde dann bei
1000ºC und für 72 Stunden geglüht. Die Ergebnisse sind in den
Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
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Wie aus den in Tabelle 1 und 2 aufgeführten Ergebnissen
ersichtlich, wiesen die Proben der vorliegenden Erfindung im
Vergleich mit der intermetallischen Ti-Al-Verbindung ohne ein
tertiäres Element unter Kompressionsverformung eine stark
verbesserte Fließspannung auf. Ferner waren die Fließspannung und
die Kompressibilität bei Raumtemperatur der Proben der
vorliegenden Erfindung mit denen der intermetallischen Ti-Al-
Verbindung, zu der 2 Gew.-% Mn zugesetzt waren, vergleichbar.
Hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit war die aufgrund der
Oxidation gestiegene Menge in der intermetallischen Ti-Al-
Verbindung mit Mn-Zusatz wesentlich größer als in der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung ohne tertiäres Element, in der
intermetallischen Ti-Al-Verbindung mit Se- oder Te-Zusatz jedoch
war die aufgrund der Oxidation gestiegene Menge wesentlich
kleiner und es wurde bestätigt, daß die Oxidationsbeständigkeit
deutlich verbessert war.
Tabelle 1
Probe
Zusammensetzung
Temperature des Experiments
Fließspannung (kg/mm²)
Kompressibilität (%)
vorliengende Erfindung
Vergleich
Ti-Al mit Te-Zusatz
Ti-Al mit Se-Zusatz
Ti 63,9 Gew.-% (50 Atom-%)
Al 36,0 Gew.-% (50 Atom-%)
Te 100 Gew.%-ppm (Atom-ppm)
Ti 48 Atom-%
Al 52 Atom-%
Raumtemperatur
Tabelle 2
Probe
Zusammensetzung
Temperature des Experiments
Fließspannung (kg/mm²)
Kompressibilität (%)
vorliengende Erfindung
Vergleich
Ti-Al
mit Te-Zusatz
Ti-Al mit Se-Zusatz
Ti 63,9 Gew.-% (50 Atom-%)
Al 36,0 Gew.-% (50 Atom-%)
Te 100 Gew.%-ppm (Atom-ppm)
Ti 48 Atom-%
Al 52 Atom-%
Beispiel 2
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Ein Gemisch aus 50 Atom-% (63,9 Gew.-%) Schwammtitan in
einer Reinheit von 99,8 Gew.-% und 50 Atom-% (36,0
Gew.-%) Al in
einer Reinheit von 99,99 Gew.-%, in dem 500 Gewichts-ppm P
enthalten waren, wurde in einem Vakuumschmelzofen einmal unter
Vakuum (bei einem Druck von weniger als 10&supmin;&sup6; Torr) gesetzt und
die Atmosphäre wurde durch Ar-Gas ersetzt. Das Gemisch wurde auf
1500ºC erhitzt, geschmolzen und dann ließ man das Gemisch
erstarren. Ein Teil des erstarrten Produkts wurde dann bei
1000ºC und für 72 Stunden geglüht.
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Aus der erhaltenen Probe wurde ein Teststück mit einem
Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 5 mm ausgeschnitten und
der Kompressibilitätstest wurde bei Raumtemperatur durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in der Spannungs-Dehnungs-Kurve in Fig. 2
aufgeführt. Aus Fig. 2 wird ersichtlich, daß bei der Ti-Al-Probe
mit P-Zusatz die Duktilität bei Raumtemperatur im Vergleich zur
der Ti-Al-Probe ohne P-Zusatz stark verbessert war.
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Die Daten der Fließspannung und der Duktilität der Ti-
Al-Proben ohne und mit P-Zusatz bei der Kompression bei
Raumtemperatur und die Daten der Fließspannung und der Duktilität
der Ti-Al-Proben mit und ohne P-Zusatz unter Kompression bei
800ºC sind in den Tabellen 3 beziehungsweise 4 aufgeführt.
Tabelle 3
Probe
Zusammensetzung
Glühen
Fließspannung (kg/mm²)
Kompressibilität (%)
vorliengende Erfindung
Vergleich
Ti-Al mit P-Zusatz
Ti 63,9 Gew.-% (50 Atom-%)
Al 36,0 Gew.-% (50 Atom-%)
P 500 Gew.%-ppm (1200 Atom-ppm)
Ti 48 Atom-%
Al 52 Atom-%
72 Studen
ohne Einwirkung (wie gegossen)
Tabelle 4
Probe
Zusammensetzung
Glühen
Temperatur des Experiments
Fließspannung (kg/mm²)
Kompressibilität (%)
vorliengende Erfindung
Vergleich
Ti-Al mit P-Zusatz
Ti 63,9 Gew.-% (50 Atom-%)
Al 36,0 Gew.-% (50 Atom-%)
P 500 Gew.%-ppm (1200 Atom-ppm)
Ti 48 Atom-%
Al 52 Atom-%
Beispiel 3
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Materialien mit den in in Tabelle 5 aufgeführten Mengen
an Ti und Al, in denen das Element der Gruppe VB des
Periodensystems, das Element der Gruppe VIB des Periodensystems, Si und
Mn wie in Tabelle 5 aufgeführt, enthalten waren, wurden auf die
gleiche Art und Weise behandelt wie in Beispiel 1. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt.
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Aus den in Tabelle 5 aufgeführten Ergebnissen ist
ersichtlich, daß eine intermetallisch Ti-Al-Verbindung, die eine
verbesserte Duktilität bei Raumtemperatur besitzt und eine gute
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen beibehält, nach
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann.
Tabelle 5
Kompressibilität bei Raumtemperatur (%)
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (durch 100-stündige Oxidation bei 800ºC angestiegene Menge, g/m²)
vorliegende Erfindung
Tabelle 5 (Fortsetzung)
Kompressibilität bei Raumtemperatur (%)
Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (durch 100-stündige Oxidation bei 800ºC angestiegene Menge, g/m²)
Vergleich