EP1747298B1 - Titan-aluminium-legierung - Google Patents

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EP1747298B1 EP05747547A EP05747547A EP1747298B1 EP 1747298 B1 EP1747298 B1 EP 1747298B1 EP 05747547 A EP05747547 A EP 05747547A EP 05747547 A EP05747547 A EP 05747547A EP 1747298 B1 EP1747298 B1 EP 1747298B1
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aluminum alloy
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Wilfried Smarsly
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Definitions

  • the present invention relates to a titanium-aluminum alloy having an alloy composition of titanium, aluminum and niobium.
  • the invention further relates to a lightweight construction component of a titanium-aluminum alloy and the use of a titanium-aluminum alloy for producing a homogeneous, fine-grained starting material by means of a centrifugal casting process.
  • Alloy compositions of titanium, aluminum and niobium are known. Such alloys are used in particular for the production of high-temperature-resistant lightweight components, which in addition must have a very low weight and, secondly, a high strength. That's how it describes DE 197 35 841 A1 an alloy based on titanium aluminides with an alloy composition of titanium, aluminum and niobium.
  • the proportion of niobium can vary in the known alloy, namely between 5 and 10 atom%.
  • the disclosed alloys always have a proportion of 45 atom% of aluminum. This corresponds to an aluminum content between 28 and 30 wt .-%.
  • the DE 200 19 886 U1 describes an alloy based on titanium aluminides prepared using melt and powder metallurgy techniques having an alloy composition of titanium, aluminum and niobium, the aluminum content of the alloy being in the range of 45.5 to 49 at%.
  • the niobium content in this known alloy may range between 4 and 10 at%.
  • the proportion of aluminum between 28 and 30 wt .-%.
  • a niobium modified titanium-aluminum alloy consisting essentially of titanium, aluminum and niobium is known, the alloys comprising 37 to 48 atomic% titanium, 46 to 49 atomic% aluminum and 6 to 14 atomic% niobium.
  • An inventive titanium-aluminum alloy having an alloy composition of titanium, aluminum and niobium is defined in claim 1.
  • the advantage of the alloy according to the invention is that of the titanium compared to the previously known alloy.
  • Aluminum and niobium higher levels of aluminum unexpectedly high strength or temperature resistance in terms of creep, fatigue and a corresponding oxidation resistance is achieved.
  • the aluminum content of the alloy is in the range between 43 and 45 wt .-%.
  • the niobium content of the alloy is in the range between 2 and 16 wt .-%, preferably in a range between 6 and 12 wt .-%.
  • the alloy contains. Proportions of chlorine and / or fluorine.
  • the addition of chlorine and / or fluorine advantageously leads to a higher oxidation resistance of the alloy.
  • the chlorine content and / or fluorine content is between 1 and 100 ppm, preferably between 2 and 10 ppm.
  • the titanium-aluminum alloy according to the invention contains these shares of gold and / or silver.
  • the addition of gold and / or silver also leads to a higher oxidation resistance of the alloy.
  • the gold content and / or silver content is between 0.01 and 2.0 wt .-%, preferably between 0.01 and 1.0 wt .-%.
  • an increase in strength can be increased to 400 to 600 MPa / R.T. at 800 ° C.
  • the oxidation resistance is for 800 ° C at 10,000 hours.
  • the alloys of the invention can be processed very well, d. H. It is a crack-free extrusion and forging, a segregation-free melting and pouring possible.
  • Lightweight titanium-aluminum alloy components according to the above-described compositions also have high temperature resistance, particularly in terms of fatigue and oxidation resistance, and high strength.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leichbaukomponente aus einer Titan-Aluminium-Legierung und die Verwendung einer Titan-Aluminium-Legierung zur Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren.
  • Legierungszusammensetzungen aus Titan, Aluminium und Niob sind bekannt. Derartige Legierungen werden insbesondere zur Herstellung hochtemperaturbeständiger Leichtbaukomponenten, die zudem ein sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festigkeit aufweisen müssen, verwendet. So beschreibt die DE 197 35 841 A1 eine Legierung auf der Basis von Titanaluminiden mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob. Der Anteil von Niob kann dabei in der bekannten Legierung variieren und zwar zwischen 5 und 10 Atom-%. Die offenbarten Legierungen weisen dabei immer einen Anteil von 45 Atom-% Aluminium auf. Dies entspricht einem Aluminiumanteil zwischen 28 und 30 Gew.-%. Auch die DE 200 19 886 U1 beschreibt eine Legierung auf der Basis von unter Verwendung von schmelz- und pulvermetallurgischen Techniken hergestellten Titanaluminiden mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob, wobei der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 45,5 und 49 Atom-% liegt. Der Niobgehalt in dieser bekannten Legierung kann in einem Bereich zwischen 4 und 10 Atom-% liegen. Auch bei dieser Legierung beträgt der Anteil an Aluminium zwischen 28 und 30 Gew.-%. Aus der DE 40 37 959 A1 ist eine niobmodifizierte Titan-Aluminium-Legierung bekannt, die im Wesentlichen aus Titan, Aluminium und Niob besteht, wobei die Legierungen 37 bis 48 Atom-% Titan, 46 bis 49 Atom-% Aluminium und 6 bis 14 Atom-% Niob aufweisen. Dies entspricht einer Zusammensetzung der Legierung von 54 bis 36,5 Gew.-% Titan, 30 Gew.-% Aluminium und 6,5 bis 16 Gew.-% Niob. Schließlich ist aus der US 4,294,615 eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob bekannt, die aus 58,8 Gew.-% Titan, 29,8 Gew.-% Aluminium und 11, 4 Gew.-% Niob besteht. JP04293745 offenbart eine Legierung mit 50-65 Gew.% Ti und 35-50% Al und 0,02-1%B.
  • Nachteilig an diesen bekannten Legierungen aus Titan und Aluminium ist jedoch deren geringe Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung und Oxidationsbeständigkeit. Des Weiteren sind die bekannten Legierungen aufgrund ihrer Sprödigkeit nur schwer zu verarbeiten, insbesondere durch Verarbeitungsverfahren wie Gießen oder Schmieden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob bereitzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist, d. h. eine Legierung, die eine hohe Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung, d. h. Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit, aufweist.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung Leichtbaukomponenten bereitzustellen, welche die genannte hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen.
  • Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Titan-Aluminium-Legierung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Eine erfindungsgemäße Titan-Aluminium-Legierung mit eine Legierungszusamensetzung aus Titan, Aluminium und Niob ist in Anspruch 1 definiert. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, dass durch die im Vergleich zu den bisher bekannten Legierungszusantnensetzungen aus Titan. Aluminium und Niob höheren Anteile an Aluminium eine unerwartet hohe Festigkeit bzw. Temperaturbeständigkeit hinsichtlich Kriechen, Ermüdung und eine entsprechende Oxidationsbeständigkeit erzielt wird. Der Aluminiumgehalt der Legierung liegt im Bereich zwischen 43 und 45 Gew.-%. Der Niobgehalt der Legierung liegt im Bereich zwischen 2 und 16 Gew.-%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 6 und 12 Gew.-%.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung enthält die Legierung . Anteile an Chlor und/oder Fluor. Der Zusatz von Chlor und/oder Fluor fuhrt vorteilhafterweise zu einer höheren Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Dabei liegt der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 1 und 100 ppm, vorzugsweise zwischen 2 und 10 ppm.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierung enthält diese Anteile an Gold und/oder Silber. Der Zusatz von Gold und/oder Silber fuhrt ebenfalls zu einer höheren Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Der Goldgehalt und/oder Silbergehalt liegt dabei zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1,0 Gew.-%.
  • Mit den dargestellten erfindungsgemäßen Titan-Aluminium-Legierungen lässt sich eine Festigkeitssteigerung auf 400 bis 600 MPa/R.T. bei 800°C erzielen. Die Oxidationsbeständigkeit liegt für 800°C bei 10.000 Std. Zudem lassen sich die erfindungsgemäßen Legierungen sehr gut verarbeiten, d. h. es ist ein rissfreies Strangpressen und Schmieden, ein seigerungsfreies Schmelzen und Gießen möglich.
  • Leichtbaukomponenten aus einer Titan-Aluminium-Legierung gemäß den im Vorhergehenden beschriebenen Zusammensetzungen weisen ebenfalls eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere bezüglich Ermüdung und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Festigkeit auf.
  • Verwendung findet eine erfindungsgemäße Titan-Aluminium-Legierung gemäß den im Vorhergehenden beispielhaften Zusammensetzungen bei der Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren. Dies wird möglich durch die sehr gute Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen.

Claims (10)

  1. Titan-Aluminium-Legierung mit einer Legierungszusammensetzung, bestehend aus Titan, Aluminium und Niob, wobei der Aluminiumgehalt der Legierung im Bereich zwischen 43 und 45 Gew.-% liegt, der Niobgehalt der Legierung im Bereich zwischen 2 und 16 Gew.-% liegt, und als Rest Titan und optional ferner enthalten ist/sind:
    a) Chlor und/oder Fluor mit einem Gehalt von 1 bis 100 ppm und/oder
    b) Gold und/oder Silber mit einem Gehalt von 0,01 bis 2,0 Gew.-%.
  2. Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niobgehalt der Legierung im Bereich zwischen 6 und 12 Gew.-% liegt.
  3. Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Chlor und/oder Fluor enthält.
  4. Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 1 und 100 ppm liegt.
  5. Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Chlorgehalt und/oder Fluorgehalt zwischen 2 und 10 ppm liegt.
  6. Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Gold und/oder Silber enthält.
  7. Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldgehalt und/oder Silbergehalt zwischen 0,01 und 2,0 Gew.-% liegt.
  8. Titan-Aluminium-Legierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass der Goldgehalt und/oder Silbergehalt zwischen 0,01 und 1,0 Gew.-% liegt.
  9. Leichtbaukomponente aus einer Titan-Aluminium-Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verwendung einer Titan-Aluminium-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines homogenen, feinkörnigen Vormaterials mittels einem Schleuderguss-Verfahren.
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