ES2207755T3

ES2207755T3 - ALLOY OF TIAL AND ITS USE.

Info

Publication number: ES2207755T3
Application number: ES97948908T
Authority: ES
Inventors: Georg Dr. Frommeyer; Jurgen Dr. Wesemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-09
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2004-06-01
Anticipated expiration: 2017-11-10
Also published as: EP0948658B1; ATE250148T1; WO1998021375A1; EP0948658A1; DE19748874C2; DE19748874A1

Abstract

The invention relates to a TiAl alloy with 0.1 to 0.5 at % Si and 0.5 to 0.4 at % Mo as well as the use of said alloy as material for the production of semi-finished products hot shaped in temperatures ranging from 1,100 to 1,350 DEG C, specially extruded semi-finished products and of final products resulting therefrom with a yield stress of at least 700 MPa at ambient temperature, specially of admission and exhaust valves for combustion engines.

Description

Aleación de TiAl y su uso.TiAl alloy and its use.

La invención se refiere a una aleación de TiAl que contiene molibdeno, de alta solidez con buena tenacidad y ductilidad y a su uso para la fabricación de productos semielaborados generados por conformación en caliente y de los productos finales que se fabrican de ellos.The invention relates to a TiAl alloy It contains molybdenum, high strength with good toughness and ductility and its use for the manufacture of products semi-finished products generated by hot forming and final products that are manufactured from them.

Las aleaciones basadas en TiAl que contienen molibdeno son conocidas. Así describe Min-Chul-Kim y col. (Materials Transactions, JIM, Vol. 37, No. 5 (1996), pág. 1197) una aleación de composición Ti_{51}Al_{48,4}Mo_{0,6}, que a temperatura ambiente presenta una tensión de fluencia de 300 MPa con un alargamiento plástico de 1,4%. Además, es conocida una aleación de composición Ti_{50,8}Al_{48,6}Mo_{0,6} (Sumitomo Search Nº 52 (1993) 74), que a temperatura ambiente alcanza una tensión de fluencia de 365 MPa con un alargamiento plástico de 1,2%.TiAl based alloys containing Molybdenum are known. So describe Min-Chul-Kim et al. (Materials Transactions, JIM, Vol. 37, No. 5 (1996), p. 1197) an alloy of composition Ti 51 Al 48 {Mo} {0.6}, which at temperature ambient has a creep voltage of 300 MPa with a 1.4% plastic elongation. In addition, an alloy of composition Ti_ {50,8} Al_ {48,6} Mo_ {0.6} (Sumitomo Search Nº 52 (1993) 74), which at room temperature reaches a voltage of creep of 365 MPa with a plastic elongation of 1.2%.

El documento TP-A-1298127 describe una aleación de TiAl con 2% en átomos de Mo y 0,2% en átomos de Si. La aleación presenta a temperatura ambiente una tensión de fluencia de 36 kg/mm^{2}.The document TP-A-1298127 describes an alloy of TiAl with 2% in Mo atoms and 0.2% in Si atoms. Alloy at room temperature it has a creep voltage of 36 kg / mm2.

La invención se basa en el objetivo de conseguir una aleación de TiAl que a temperatura ambiente alcance una tensión de fluencia de al menos 400 MPa con un alargamiento plástico de más de 2% y tras una conformación en caliente alcance una tensión de fluencia a temperatura ambiente de más de 700 MPa.The invention is based on the objective of achieving a TiAl alloy that reaches a voltage at room temperature of creep of at least 400 MPa with a plastic elongation of more 2% and after hot forming reach a voltage of creep at room temperature of more than 700 MPa.

Para la consecución de este objetivo se propone de acuerdo con la invención una aleación de TiAl con 0,1 a 0,5% en átomos de Si y 0,5 a 4,0% en átomos de Mo, preferentemente 0,2 a 0,4% en átomos de Si y 1 a 2% en átomos de Mo, especialmente 0,2% en átomos de Si y 1,0% en átomos de Mo.In order to achieve this objective, it is proposed according to the invention a TiAl alloy with 0.1 to 0.5% in Si atoms and 0.5 to 4.0% in Mo atoms, preferably 0.2 to 0.4% in Si atoms and 1 to 2% in Mo atoms, especially 0.2% in atoms of Si and 1.0% in atoms of Mo.

Tal aleación de TiAl tiene en estado de fundición con microestructura laminar una tenacidad de rotura K_{1c} de más de 30 MPa.m^{1/2} una tensión de fluencia a temperatura ambiente de más de 400 MPa con un alargamiento plástico de más de 2%. Ensayos de oxidación con aire a 850ºC dieron como resultado un aumento de material de menos de 5 mg/cm^{3} después de 500 h. En cambio, una aleación de Ti_{50}Al_{50} de referencia tiene un aumento de material de más de 13 mg/cm^{3}. Se determinó la resistencia a la fluencia en comparación con una aleación de TiAlCrSi conocida en ensayo de compresión. La carga de fluencia (tasa de alargamiento o velocidad de estiramiento: 10^{-7}/s) de la aleación de acuerdo con la invención asciende a más de 450 MPa a 800ºC. Por otro lado, para la conocida y altamente desarrollada aleación basada en TiAl Ti_{40}Al_{48}Cr_{2}Nb_{2} se alcanza ya el límite de fluencia con tensiones de 240 MPa.Such TiAl alloy has a foundry state with laminar microstructure a breaking toughness K_ {1c} of more of 30 MPa.m 1/2 a creep voltage at room temperature of more than 400 MPa with a plastic elongation of more than 2%. essays of oxidation with air at 850 ° C resulted in an increase in material less than 5 mg / cm3 after 500 h. Instead, a Ti 50 Al 50 alloy reference has an increase of material of more than 13 mg / cm3. The resistance to creep compared to a TiAlCrSi alloy known in compression test The creep load (elongation rate or stretching speed: 10-7 / s) of the alloy according with the invention it amounts to more than 450 MPa at 800 ° C. On the other hand, for the well-known and highly developed TiAl based alloy Ti_ {40} Al_ {48} Cr_ {2} Nb_ {2} is already reached the limit of creep with voltages of 240 MPa.

A través de conformación en caliente, especialmente extrusión, en un intervalo de temperatura de 1100 a 1350ºC se ajusta una estructura microduplex que permite obtener solideces extremadamente altas hasta 1000ºC. Esto contradice a la opinión técnica existente hasta la fecha, según la cual se atribuía a una estructura de fundición de grano grueso frente a una estructura de grano fino procesada termomecánicamente una mayor resistencia a altas temperaturas -límite de fluencia y resistencia a la tracción -.Según el grado de conformación, la tensión de fluencia en estado de extrusión para estructuras equiaxiales de grano fino asciende de 700 a 800 MPa a temperatura ambiente, de 380 a 600 MPa a 800ºC y hasta 180 MPa a 1000ºC. Las tensiones de fluencia son así claramente mayores que las de las aleaciones de TiAl en estado de extrusión conocidas hasta la fecha, que sólo alcanzan 600 MPa a temperatura ambiente y 400 MPa a 760ºC.Through hot shaping, especially extrusion, in a temperature range of 1100 to 1350 ° C fits a microduplex structure that allows to obtain extremely high fastnesses up to 1000ºC. This contradicts the existing technical opinion to date, according to which it was attributed to a coarse-grained cast iron structure in front of a fine grain structure thermomechanically processed a larger high temperature resistance - creep limit and resistance to Traction - According to the degree of conformation, creep tension in extrusion state for fine grain equiaxial structures amounts from 700 to 800 MPa at room temperature, from 380 to 600 MPa at 800 ° C and up to 180 MPa at 1000 ° C. Creep stresses are like this clearly higher than those of TiAl alloys in a state of extrusion known to date, which only reach 600 MPa at room temperature and 400 MPa at 760 ° C.

A temperatura ambiente se alcanzan alargamientos plásticos de 2,3 a 3,4%, 6 a 13% a 700ºC y hasta 91% a 800ºC.At room temperature elongations are reached plastics from 2.3 to 3.4%, 6 to 13% at 700 ° C and up to 91% at 800 ° C.

Debido a su ya mencionado espectro de características la aleación de acuerdo con la invención resulta ventajosamente adecuada como material para la fabricación de objetos conformados, especialmente extrudidos en un intervalo de temperatura de 1100 a 1350ºC con una tensión de fluencia de al menos 700 MPa a temperatura ambiente, como bielas, ejes del pistón y componentes rotativos, por ejemplo, paletas en turbinas de baja presión, compresores de flujo axial y centrífugas. La aleación de TiAl de acuerdo con la invención resulta adecuada de manera particularmente ventajosa para válvulas de admisión y escape en motores de combustión.Due to its already mentioned spectrum of characteristics the alloy according to the invention results advantageously suitable as material for the manufacture of objects shaped, especially extruded in a temperature range from 1100 to 1350 ° C with a creep voltage of at least 700 MPa at ambient temperature, such as connecting rods, piston shafts and components rotary, for example, vanes in low pressure turbines, axial flow and centrifugal compressors. TiAl alloy according to the invention it is particularly suitable advantageous for intake and exhaust valves in engines combustion.

Claims

1. Procedure for the manufacture of components with high thermal and / or mechanical load, as components of rotary or oscillating moving motor,

--: en el que una aleación de TiAl, quein which one TiAl alloy, which

--: contiene (en % en átomos) 0,1 - 0,5% de Si así como 0,5 -4,0% de Mo ycontains (in% in atoms) 0.1-0.5% Si as well as 0.5-4.0% Mo and

--: presenta en estado de fundición a temperatura ambiente una tensión de fluencia de más de 400 MPa con un alargamiento plástico de más de 2%,presents in state from melting at room temperature a creep stress of more 400 MPa with a plastic elongation of more than 2%,

in the temperature range of 1000 - 1350 ° C hot formed, especially extruded,

--: para que en estado conformado en caliente a temperatura ambiente posea una tensión de fluencia de más de 700 MPa y a una temperatura de 800ºC una tensión de fluencia de 380 - 600 MPa.so that in state hot formed at room temperature have a voltage of creep of more than 700 MPa and at a temperature of 800 ° C a voltage of creep of 380 - 600 MPa.