ES2320684T3 - TITANIUM BASED ALLOY. - Google Patents
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Abstract
Description
Aleación a base de titanio.Titanium based alloy.
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La invención se refiere al campo de la metalurgia y, en particular, al campo del desarrollo de aleaciones de titanio de tecnología punta usadas para hacer artículos de alta resistencia y elevada trabajabilidad, incluidos artículos grandes, es decir, artículos de versatilidad elevada.The invention relates to the field of metallurgy and, in particular, to the field of alloy development High-tech titanium used to make high items strength and high workability, including large items, that is, articles of high versatility.
Las aleaciones de titanio se usan de forma generalizada como materiales aeroespaciales, por ejemplo en aviones y cohetes, puesto que las aleaciones poseen propiedades mecánicas resistentes y son comparativamente ligeras.Titanium alloys are used in a way generalized as aerospace materials, for example in airplanes and rockets, since the alloys have mechanical properties resistant and comparatively light.
Es conocida la aleación de titanio usada de forma más generalizada, la aleación Ti6A14V (B.A. Kalachyov, I.S. Polkin and V.D. Talalayev. Titanium Alloys of Different Countries. Reference Book. Moscú: VILS, 2000, p. 58-59) - [1]. Esta aleación fue desarrollada en EE. UU. en la década de 1950. Se caracteriza por una resistencia media de 850 hasta 1000 MPa y elevada trabajabilidad. Es un buen material para trabajar dándole forma: forjado, matrizado y extrusión. Se usa de forma generalizada en la ingeniería aeronáutica y aeroespacial, en la construcción de buques, en la industria de la automoción, etc., al igual que en la fabricación de fijadores para diversas aplicaciones. Esta aleación es buena para ser trabajada por todos los tipos de soldadura incluida la unión de difusión.The used titanium alloy of more generalized form, the Ti6A14V alloy (B.A. Kalachyov, I.S. Polkin and V.D. Talalayev. Titanium Alloys of Different Countries. Reference Book Moscow: VILS, 2000, p. 58-59) - [1]. This alloy was developed in the USA. UU. in the 1950s. It characterized by an average resistance of 850 to 1000 MPa and high workability It is a good material to work giving Shape: forged, die and extrusion. It is widely used in aeronautical and aerospace engineering, in the construction of ships, in the automotive industry, etc., as in the manufacture of fasteners for various applications. This alloy It is good to be worked by all types of welding including broadcast union.
La desventaja de la aleación Ti6A14V es su insuficiente versatilidad. Es difícil hacer productos laminados, hojas delgadas y tubos de la misma, puesto que la aleación posee una resistencia relativamente alta a la deformación, que, en el caso de que la temperatura de deformación se haga inferior a 800ºC, lleva a la generación de defectos como fisuras y acorta la vida de las herramientas de trabajo o precisa de herramientas costosas.The disadvantage of the Ti6A14V alloy is its Insufficient versatility It's hard to make rolled products, thin sheets and tubes thereof, since the alloy has a relatively high resistance to deformation, which, in the case of that the deformation temperature becomes lower than 800 ° C, leads to the generation of defects as cracks and shortens the life of Work tools or need expensive tools.
Es conocida una aleación de pseudo \alpha-titanio de calidad 9 (Ti-3Al-2,5V), que es muy apto para ser trabajado en frío (véase [1], pp. 44, 45). La resistencia de esta aleación es intermedia entre la de la aleación Ti-6Al-4V y el titanio (600-800 MPa). Esta aleación se usa trabajada en frío y recocida para relajar tensiones interiores; se caracteriza por una elevada resistencia a la corrosión en diversos medios, incluida el agua salada. Esta aleación se usa en la fabricación de tubos para los sistemas hidráulicos y de combustible de aviones, cohetes y submarinos.A pseudo alloy is known. quality α-titanium 9 (Ti-3Al-2,5V), which is very suitable for be cold worked (see [1], pp. 44, 45). The resistance of this alloy is intermediate between that of the alloy Ti-6Al-4V and titanium (600-800 MPa). This alloy is used worked in cold and overcooked to relax inner tensions; is characterized by high corrosion resistance in various media, including salt water. This alloy is used in the manufacture of pipes for hydraulic and fuel aircraft systems, Rockets and submarines.
La desventaja de esta aleación es también su baja versatilidad, puesto que requiere la atenuación de tensiones al hacer grandes piezas estructurales de la misma. Por lo tanto, los artículos tienen que ser recocidos, lo que reduce la resistencia del Calidad 9 hasta 400-500 MPa.The disadvantage of this alloy is also its low versatility, since it requires stress attenuation when making large structural pieces of it. Therefore, the items have to be annealed, which reduces resistance from Quality 9 to 400-500 MPa.
El análogo más cercano de la aleación inventada es la aleación \alpha+\beta de titanio, que consiste en 3,0-5,0 Al; 2,1-3,7 V; 0,85-3,15 Mo; 0,85-3,15 Fe; 0,06-0,2 O_{2} e impurezas inevitables (solicitud japonesa Nº 3007214 B2, presentada el 7 de febrero de 2000) - técnica anterior.The closest analog of the invented alloy it is the α + β titanium alloy, which consists of 3.0-5.0 Al; 2.1-3.7V; 0.85-3.15 Mo; 0.85-3.15 Fe; 0.06-0.2 O2 and unavoidable impurities (request Japanese No. 3007214 B2, filed on February 7, 2000) - prior art
La desventaja de esta aleación es que es rica en Fe y Mo y, por lo tanto, es propensa al proceso de la descohesión. Para reducir la posibilidad de la heterogeneidad descohesiva se requiere el uso de una tecnología especial de fundido de lingotes, y luego efectuar el laminado y el forjado con una tasa pequeña de deformación para evitar la decoración de "imperfecciones beta", que disminuye la productividad.The disadvantage of this alloy is that it is rich in Faith and Mo and, therefore, is prone to the process of de-cohesion. To reduce the possibility of uncohesive heterogeneity, requires the use of special ingot melting technology, and then perform the rolling and forging with a small rate of deformation to avoid decorating "imperfections beta ", which decreases productivity.
Es un objeto de la invención proporcionar una aleación versátil de titanio que requiere los menores costos de fabricación y que es apta para hacer una amplia mezcla de producto de la misma, como grandes forjados y matrizados, al igual que productos laminados y hojas delgadas dotados de suficiente resistencia y propiedades plásticas y estructura.It is an object of the invention to provide a versatile titanium alloy that requires the lowest costs of manufacturing and that is apt to make a wide product mix of it, as large forges and matrices, as well as rolled products and thin sheets provided with sufficient strength and plastic properties and structure.
Según la invención, se proporciona una mezcla óptica de elementos aleantes estabilizadores \alpha y \beta en un producto semiacabado.According to the invention, a mixture is provided alloy optics stabilizing elements α and β in A semi-finished product.
Según la invención, se proporciona una aleación base de titanio consistente en aluminio, vanadio, molibdeno, hierro y oxígeno en la siguiente proporción, en tanto por ciento en peso:According to the invention, an alloy is provided titanium base consisting of aluminum, vanadium, molybdenum, iron and oxygen in the following proportion, as a percentage in weight:
- AluminioAluminum
- 3,5-4,43.5-4.4
- VanadioVanadium
- 2,0-4,02.0-4.0
- MolibdenoMolybdenum
- 0,1-0,80.1-0.8
- HierroIron
- máx. 0,4max. 0.4
- OxígenoOxygen
- máx. 0,25max. 0.25
- TiYou
- equilibrioBalance
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En la aleación inventada se logran, combinadas, elevada resistencia y ductilidad mediante la selección minuciosa y la evaluación experimental de las proporciones de aleación. El contenido de estabilizadores \alpha (aluminio, oxígeno) y estabilizadores \beta (vanadio, molibdeno y hierro) se determinó para satisfacer un objetivo puesto como meta.In the invented alloy are achieved, combined, high strength and ductility through careful selection and Experimental evaluation of alloy ratios. He content of α stabilizers (aluminum, oxygen) and β stabilizers (vanadium, molybdenum and iron) were determined to meet a goal set as a goal.
El aluminio es un estabilizador \alpha para las aleaciones de titanio \alpha+\beta que contribuye al aumento de resistencia mecánica. Sin embargo, en el caso de que el contenido en aluminio esté por debajo del 3,5%, no se puede obtener la resistencia suficiente a la que aspira esta invención, mientras que, en el caso de que el contenido en aluminio supere el 4,4%, aumenta la resistencia a la deformación en caliente y la ductilidad a temperaturas inferiores se deteriora, lo que lleva a la disminución de la productividad.Aluminum is an α stabilizer for titanium? +? alloys that contribute to increase in mechanical resistance However, in the case that the Aluminum content is below 3.5%, cannot be obtained sufficient resistance to which this invention aspires, while that, in the event that the aluminum content exceeds 4.4%, increases resistance to hot deformation and ductility at lower temperatures it deteriorates, leading to decrease in productivity
Se añade vanadio al titanio como estabilizador \beta para las aleaciones de titanio \alpha+\beta, lo que contribuye al aumento de la resistencia mecánica sin formar compuestos intermetálicos quebradizos con titanio. La presencia de vanadio en la aleación impide la formación de la superestructura \alpha_{2} en la fase \alpha mientras se estabiliza la fase \beta, y contribuye al aumento tanto de la resistencia como de la ductilidad. En el caso de que el contenido de vanadio esté por debajo del 2%, no puede obtenerse la resistencia suficiente a la que aspira esta invención, mientras que, en el caso de que el contenido de vanadio supere el 4,0%, disminuye la elongación superplástica debido al descenso excesivo de la transición de la fase beta. El contenido de vanadio dentro del intervalo 2,0-4,0% en esta aleación tiene el mérito de que pueden utilizarse las sobras del más usado Ti6A14V.Vanadium is added to titanium as a stabilizer ? for titanium alloys? +?, which it contributes to the increase of the mechanical resistance without forming brittle intermetallic compounds with titanium. The presence of vanadium in the alloy prevents the formation of the superstructure α2 in the α phase while the phase stabilizes β, and contributes to the increase of both resistance and ductility. In case the vanadium content is by below 2%, sufficient resistance to the that aspires to this invention while, in the case that the vanadium content exceeds 4.0%, elongation decreases superplastic due to the excessive decrease in the transition of the beta phase Vanadium content within the range 2.0-4.0% in this alloy has the merit that the leftovers of the most used Ti6A14V can be used.
Se añade molibdeno al titanio como estabilizador \beta para las aleaciones de titanio \alpha+\beta. En el caso de que el molibdeno se añada dentro del intervalo de 0,1-0,8%, esto contribuye a su plena disolución en la fase \alpha, lo que permite obtener las propiedades de resistencia suficiente sin deteriorar las propiedades plásticas. En el caso de que el contenido de molibdeno supere el 0,8%, esto contribuye al aumento del peso específico de la aleación, debido al hecho de que el molibdeno es un metal pesado, y las propiedades plásticas de la aleación se deterioran. En el caso de que el contenido de molibdeno esté por debajo del 0,1%, el molibdeno no contribuye plenamente a las propiedades de la aleación.Molybdenum is added to titanium as a stabilizer β for the titanium alloys α + β. If that molybdenum is added within the range of 0.1-0.8%, this contributes to its full dissolution in the α phase, which allows to obtain the properties of sufficient strength without deteriorating the plastic properties. In if the molybdenum content exceeds 0.8%, this contributes to the increase of the specific weight of the alloy, due to the fact that molybdenum is a heavy metal, and the properties Alloy plastics deteriorate. In the event that the Molybdenum content is below 0.1%, molybdenum does not fully contributes to the properties of the alloy.
El hierro añadido a la aleación hasta el 0,4% contribuye al aumento de la proporción volumétrica de la fase \beta, disminuyendo la resistencia a la deformación en el trabajado en caliente de esta aleación, lo que lleva a evadir la generación de defectos como el fisurado. En el caso de que el contenido de hierro supere el 0,4%, esto genera una fase de descohesión con imperfecciones de la fase beta en la fundición y la solidificación de la aleación, lo que lleva a la heterogeneidad de las propiedades mecánicas, especialmente la ductilidad.Iron added to the alloy up to 0.4% contributes to the increase in the volumetric proportion of the phase β, decreasing the resistance to deformation in the hot worked from this alloy, which leads to evading the generation of defects such as cracking. In the event that the iron content exceeds 0.4%, this generates a phase of decay with imperfections of the beta phase in the foundry and the solidification of the alloy, which leads to the heterogeneity of mechanical properties, especially ductility.
El oxígeno contribuye a la potenciación de la resistencia mecánica por constituir un solución sólida principalmente en la fase \alpha. En el caso de que el contenido de oxígeno supere el 0,25%, la ductilidad de la aleación puede deteriorarse.Oxygen contributes to the potentiation of mechanical resistance for constituting a solid solution mainly in the α phase. In the event that the content of oxygen exceeds 0.25%, the ductility of the alloy can deteriorate.
La aleación puede contener hasta el 0,1% de carbono y hasta el 0,05% de nitrógeno como impurezas inevitables; la cantidad total de impurezas no debe superar el 0,16%.The alloy can contain up to 0.1% of carbon and up to 0.05% nitrogen as unavoidable impurities; The total amount of impurities should not exceed 0.16%.
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Para evaluar las propiedades de lo reivindicado, se fundieron lingotes de aleación mediante el procedimiento de la doble refusión con arco al vacío que tenían la siguiente composición química (Tabla 1).To evaluate the properties of the claimed, alloy ingots were melted by the procedure of double vacuum arc refusion that had the following composition Chemistry (Table 1).
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Se hicieron barras con el diámetro de 50 mm de cada lingote trabajando en caliente. Parte de las barras se trató térmicamente mediante recocción a 750ºC, manteniendo la temperatura durante 1 hora y enfriando al aire. Se evaluaron las propiedades mecánicas a temperatura ambiente en las barras tratadas térmicamente y en las no tratadas térmicamente. Los resultados de la evaluación se dan en la Tabla 2. Además, se evaluaron las propiedades mecánicas de las piezas a trabajar con cambio de estado \beta, que fueron tratadas térmicamente a 710ºC, manteniendo la temperatura durante 3 horas y enfriando al aire. Los resultados del ensayo mecánico de las piezas a trabajar con cambio de estado \beta se dan en la Tabla 2.Bars with the diameter of 50 mm were made each ingot working hot. Part of the bars was treated thermally by collecting at 750 ° C, maintaining the temperature for 1 hour and cooling in the air. Properties were evaluated at room temperature mechanics on thermally treated bars and in those not heat treated. The results of the evaluation are given in Table 2. In addition, the properties were evaluated mechanics of the pieces to work with change of state?, which were heat treated at 710 ° C, maintaining the temperature for 3 hours and cooling in the air. Test results mechanical parts to work with change of state? they give in Table 2.
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En comparación con las aleaciones conocidas, la aleación inventada es sumamente versátil, económicamente beneficiosa y tiene menor costo, debido al hecho de que para su producción pueden usarse sobras de aleaciones conocidas de forma generalizada, como el Ti6Al4V. Esta aleación posee propiedades mecánicas requeridas y suficientes y puede utilizarse para hacer una amplia gama de productos, como grandes forjados y matrizados, láminas y hojas delgadas, al trabajar tanto en el campo \alpha+\beta como en el campo \beta.Compared to known alloys, the invented alloy is extremely versatile, economically beneficial and it has lower cost, due to the fact that for its production leftovers of widely known alloys can be used, like the Ti6Al4V. This alloy has mechanical properties required and sufficient and can be used to make a broad range of products, such as large slabs and dies, sheets and thin sheets, working in both the α + \ beta and in the β field.
Claims (1)
- AluminioAluminum
- 3,5-4,43.5-4.4
- VanadioVanadium
- 2,0-4,02.0-4.0
- MolibdenoMolybdenum
- 0,1-0,80.1-0.8
- Hierro Iron
- máx. 0,4max. 0.4
- OxígenoOxygen
- máx. 0,25max. 0.25
- TitanioTitanium
- restorest
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