ES2637062T3

ES2637062T3 - Aleación de titanio que tiene buena resistencia a la oxidación y alta resistencia a temperaturas elevadas

Info

Publication number: ES2637062T3
Application number: ES13174628.1T
Authority: ES
Inventors: Kuang-O Yu; Ernest M. Crist; Fusheng Sun
Original assignee: RTI International Metals Inc
Current assignee: RTI International Metals Inc
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: US9957836B2; JP6430103B2; US20150192031A1; US20180245478A1; CN103572094B; HUE035973T2; CN103572094A; PL2687615T3; JP2014058740A; EP2687615B1; CN108486409A; RU2583221C2; RU2013131398A; US11041402B2; EP2687615A2; EP2687615A3

Abstract

Una aleación de titanio para alta temperatura, que consiste en: 4,5 a 7,5% en peso de aluminio; 2,0 a 8,0% en peso de estaño; 1,5 a 6,5% en peso de niobio; 0,1 a 2,5% en peso de molibdeno; 0,1 a 0,6% en peso de silicio; 0,0 a 1,0% en peso de tantalio; un total de zirconio y vanadio en la gama de 0,0 a 0,5% en peso; no más del 0,20% en peso de oxígeno; no más del 0,10% en peso de carbono; no más del 0,10% en peso de cada uno de níquel, hierro, cromo, cobre y manganeso, y un total de <0,30% en peso combinados; un total de hafnio y renio en la gama de 0,0 a 0,3% en peso; y el resto de titano.

Description

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DESCRIPCION

Aleacion de titanio que tiene buena resistencia a la oxidacion y alta resistencia a temperaturas elevadas

Aunque las aleaciones de titanio han sido usadas ampliamente en aplicaciones aeroespaciales y otras aplicaciones, la necesidad de aleaciones relativamente ligeras de peso para su uso a elevadas temperaturas se ha incrementado. Por ejemplo, el rendimiento mas elevado y la eficacia mas alta de aprovechamiento de combustible de los aeroplanos y aeromotores, estan conduciendo al desarrollo de aeromotores y fuselajes que operan a temperaturas incrementadas y con pesos disminuidos. Como resultado, las aleaciones de titanio estan siendo consideradas para su uso en la seccion mas caliente de las barquillas de los motores o en partes del fuselaje que estan sometidas a temperaturas operativas mas altas, tal como en componentes del pilon de popa. Estos desarrollos han conducido a una necesidad de reemplazar aleaciones pesadas a base de niquel (y otras), por aleaciones de titanio que tienen una excelente resistencia a la oxidacion y una alta resistencia a las temperaturas elevadas, tal como, por ejemplo, de 650 °C, 700 °C o 750 °C o incluso mas altas.

Mientras que las aleaciones de titanio, tal como la Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y la Ti-15Mo-3Al-3Nb-0,2Si han sido usadas para formar los componentes del fuselaje o del aeromotor para los que se requiere resistencia a la oxidacion, resistencia al calor y ligereza de peso, la temperatura resistente a la oxidacion de esas aleaciones esta normalmente limitada a menos de 650 °C. La exposicion termica a 700-750 °C durante periodos prolongados conduce a una descamacion severa de los componentes formados con esas dos aleaciones. Ademas, la ultima aleacion tiene una resistencia significativamente mas baja cuando se alcanzan temperaturas de servicio de 700-750 °C dado que es una aleacion de titanio casi beta.

Mas adelante se indican varias aleaciones de titanio que proporcionan caracteristicas variables deseables, pero que no son adecuadas para los fines indicados anteriormente. Las aleaciones comerciales de titanio tales como la Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y la Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si divulgadas en la patente de EE.UU. 4.980.127, son aleaciones de titanio casi beta con un contenido de molibdeno muy alto. La patente de EE.UU. 4.738.822 divulga una aleacion de titanio casi alfa libre de molibdeno, la Ti-6Al-2,7Sn-4Zr-0,4Mo-0,4Si, la cual tiene una buena fortaleza y resistencia a la fluencia a temperaturas bastante elevadas. La patente de EE.UU. 4.906.436 y la patente de EE.UU. 5.431.874 divulgan aleaciones de titanio de alta temperatura que contienen hafnio y tantalio.

La patente de EE.UU. 4.087.292 y la patente de EE.UU. 4.770.725 divulgan, respectivamente, dos aleaciones de titanio que contienen niobio, la Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-1Nb-0,25Mo-0,3Si (conocida como IMNI 829) y la Ti-5,8Al-4Sn- 3,5Zr-0,7Nb-0,5Mo-0,35Si-0,06C (conocida como IMI 834), las cuales muestran buena resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. La patente de EE.UU. 6.284.017 divulga un aleacion de titanio de alta temperatura que contiene normalmente un 3,5% de zirconio y hasta un 2,0% de niobio. Las aleaciones de titanio de las tres patentes anteriores contienen respectivamente no mas del 1,25, 1,5 y 2,0% de niobio y respectivamente al menos el 2,0, 3,25 y 2,5% de zirconio. Los documentos JP H04 202729 A y JP H09 31572 A divulgan aleaciones de Ti que comprenden respectivamente un 2,5-6,0% y un 2,0-5,0% de zirconio.

Se apreciara que producir aleaciones de titanio con resistencia excelente a la oxidacion a tales temperaturas de servicio elevadas (especialmente a alrededor de 700 °C, 750 °C o mas altas), resulta extremadamente dificil. Asi, por ejemplo, es un salto hacia delante avanzar desde una aleacion de titanio capacitada para operar a 650 °C a una aleacion de titanio capacitada para operar a 750 °C con buena resistencia a la oxidacion y gran fuerza.

Las presentes aleaciones de titanio son utiles para este y otros propositos, y pueden proporcionar varias caracteristicas fisicas deseables distintas de las que se han discutido con anterioridad.

En un aspecto, la invencion puede proporcionar una aleacion de titanio para alta temperatura consistente esencialmente en: 4,5 a 7,5% en peso de aluminio; 2,0 a 8,0% en peso de estano; 1,5 a 6,5% en peso de niobio; 0,1 a 2,5% en peso de molibdeno; 0,1 a 0,6% en peso de silicio; 0,0 a 1,0% en peso de tantalio; una cantidad total de zirconio y vanadio comprendida en la gama de 0,0 a 0,5% en peso; no mas de un 0,20% en peso de oxigeno; no mas del 0,10% en peso de carbono; no mas del 0,10% en peso de cada uno de entre niquel, hierro, cromo, cobre y manganeso, y una cantidad total de <0,30% en peso combinado, y una cantidad total de hafnio y renio comprendida en la gama de 0,0 a 0,3% en peso y el resto de titanio.

En otro aspecto, la invencion puede proporcionar una aleacion de titanio para alta temperatura que comprende: 4,5 a 7,5% en peso de aluminio; 2,0 a 8,0% en peso de estano; 1,5 a 6,5% en peso de niobio; 0,1 a 2,5% en peso de molibdeno; 0,1 a 0,6% en peso de silicio; una cantidad total de zirconio y vanadio comprendida en una gama de 0,0 a 0,5% en peso; y el resto de titanio. Otro aspecto, que no forma parte de la presente invencion, puede proporcionar un metodo que comprende las etapas de: proporcionar un componente formado por una aleacion de titanio consistente esencialmente, en peso, en un 4,5 a 7,5% de aluminio; 2,0 a 8,0% de estano; 1,5 a 6,5% de niobio; 0,1 a 2,5% de molibdeno; 0,1 a 0,6% de silicio; y el resto de titanio; y, operar una maquina que comprende ese componente de modo que se mantenga continuamente a una temperatura de al menos 600 °C durante una duracion de al menos / hora.

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Los aspectos especificos de la invencion se exponen en las reivindicaciones.

Conforme a un primer aspecto, la invencion se refiere a una aleacion de titanio para alta temperatura que consiste esencialmente en:

4.5 a 7,5% en peso de aluminio;

2,0 a 8,0% en peso de estano;

1.5 a 6,5% en peso de niobio;

0,1 a 2,5% de molibdeno;

0,1 a 0,6% en peso de silicio;

0,0 a 1,0% en peso de tantalio,

una cantidad total de zirconio y vanadio comprendida en la gama de 0,0 a 0,5% en peso; no mas del 0,20% en peso de oxigeno; no mas del 0,10% en peso de carbono;

no mas del 0,10% en peso de cada uno de entre niquel, hierro, cromo, cobre y manganeso y un total de <0,30% en peso combinado;

una cantidad total de hafnio y renio comprendida en la gama de 0,0 a 0,3% en peso y el resto de titanio.

Conforme a un segundo aspecto, la invencion se refiere a una aleacion de acuerdo con el primer aspecto, en donde el aluminio esta en un 5,5 a 6,5% en peso; el estano esta en un 3,5 a 4,5% en peso; el niobio esta en un 2,75 a 3,25% en peso; el molibdeno esta en un 0,5 a 0,8% en peso; el silicio esta en un 0,30 a 0,45% en peso; el oxigeno esta en un 0,08 a 0,12% en peso; el carbono esta en un 0,02 a un 0,04% en peso; y el zirconio, hierro, niquel y cromo estan, cada uno de ellos, por debajo del 0,1% en peso.

Conforme a un tercer aspecto, la invencion se refiere a una aleacion de acuerdo con el primer aspecto en donde la aleacion comprende de 3,0 a 6,0% en peso de niobio.

Conforme a otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion de acuerdo con el primer aspecto en donde la aleacion tiene una resistencia ultima a la traccion de al menos 260 a una temperatura de 750 °C.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion conforme al primer aspecto, en donde la aleacion tiene un limite elastico de al menos 150 a una temperatura de 750 °C.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion conforme al primer aspecto en donde la aleacion tiene una ganancia de peso no mayor de 2,00 mg/cm2 tras el mantenimiento de la aleacion en aire continuamente a una temperatura de 750 °C durante un periodo de 208 horas.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion conforme al primer aspecto en donde la aleacion tiene una profundidad de caso alfa no superior a 100 micrones tras el mantenimiento de la aleacion en aire continuamente a una temperatura de 750 °C durante 208 horas.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion conforme al primer aspecto en donde la aleacion, a una temperatura de 25 °C, tiene un porcentaje de elongacion de al menos un 2% despues de la exposicion al aire a una temperatura de 750 °C durante 100 horas.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere al uso de una aleacion conforme al primer aspecto en donde la aleacion esta formada a modo de componente de motor de aeronave, tal como al menos una porcion de uno de entre una barquilla de motor de aeronave, una carcasa de motor de aeronave, una pala de compresor giratorio de motor de aeronave, una paleta de estator de motor de aeronave, una pala de turbina giratoria de motor de aeronave, una boquilla de escape de motor de aeronave, un tapon de escape de motor de aeronave y un sujetador de motor de aeronave.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere al uso de una aleacion conforme al primer aspecto, tal como al menos una porcion de escudo termico de un pilon de motor de aeronave.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere al uso de una aleacion conforme al primer aspecto, en donde la

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aleacion esta conformada a modo de componente de motor de combustion interna.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere al uso de una aleacion conforme al aspecto anterior en donde el componente del motor de combustion interna es una valvula.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere al uso de una aleacion conforme al primer aspecto tal como un componente de un motor de turbina de gas.

De acuerdo con otro aspecto, la invencion se refiere a una aleacion conforme al primer aspecto, en donde la aleacion esta conformada a modo de componente que tiene una temperatura operativa de al menos 600 °C.

Otro aspecto que no forma parte de la invencion, se refiere a un metodo que comprende las etapas de:

proporcionar un componente conformado con una aleacion de titanio que consiste esencialmente, en peso, en un

4,5 a 7,5% de aluminio, 2,0 a 8,0% de estano; 1,5 a 6,5 de niobio; 0,1 a 2,5% de molibdeno; 0,1 a 0,6% de silicio, y el resto de titanio, y

operar una maquina que comprende el componente de modo que el componente se mantenga continuamente a una temperatura de al menos 600 °C durante un periodo de al menos / hora.

Ahora se van a describir realizaciones de la invencion haciendo referencia a los dibujos adjuntos:

La figura 1 representa imagenes, sin ampliacion, de muestras de oxidacion tras la prueba de oxidacion en aire a 750 °C durante 208 horas de: (a) aleacion de titanio de la presente muestra, Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, (b) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si, y (c) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-15Mo-3Nb- 3Al-0,3Si.

La figura 2 representa imagenes de exploracion con microscopio electronico (SEM), ampliadas 100 veces, de la superficie de muestras de oxidacion tras la prueba de oxidacion en aire a 750 °C durante 208 horas de: (a) aleacion de titanio de la presente muestra, Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, (b) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si (que muestra descamacion severa), y (c) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-15Mo-3Nb- 3Al-0,3Si (que muestra descamacion parcial).

La figura 3 representa imagenes de SEM, ampliadas 10.000 veces, que muestran la capa de oxidacion de muestras de oxidacion tras la prueba de oxidacion en aire a 750 °C durante 208 horas de: (a) aleacion de titanio de la presente muestra, Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si (que muestra una escama de oxidacion de forma poligonal, continua, delgada, muy densa), (b) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si (que muestra una escama de oxidacion muy porosa, espesa, con descamacion, y con una forma a modo de varilla), y (c) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si (que muestra una escama de oxidacion muy porosa, espesa, floja, y con una forma a modo de fibra).

La figura 4 representa micrografias que muestran la profundidad de caso alfa de una aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si, (b) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al-6Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si, (c) aleacion de titanio de la tecnica anterior, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si, (d) aleacion de titanio de la presente muestra, Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si, y (e) aleacion de titanio de la presente muestra, Ti-6Al-6Sn-4Nb-0,5Mo-0,3Si.

La figura 5 es una vista en perspectiva de una aeronave que muestra motores montados en las alas de la aeronave.

La figura 6 es una vista en seccion a mayor escama tomada por la linea 6-6 de la figura 5, que muestra varios componentes del motor de la aeronave, del pilon y del ala.

La figura 7 es una vista en perspectiva que muestra varios sujetadores o componentes de sujetador.

La figura 8 es una vista en alzado de una valvula de motor de automovil.

En general, las aleaciones de muestra de la presente invencion pueden comprender, o consistir esencialmente en, un 4,5 a 7,5 por ciento en peso de aluminio (Al), alrededor de un 2,0 a 8,0 por ciento en peso de estano (Sn), alrededor de un 1,5 a 6,5 por ciento en peso de niobio (Nb), alrededor de un 0,1 a 2,5 por ciento en peso de molibdeno (Mo), alrededor de un 0,1 a 0,6 por ciento en peso de silicio (Si), y el resto de titanio con impurezas ocasionales. Los porcentajes de otros diversos elementos que pueden estar incluidos en las presentes aleaciones, se discuten con mayor detalle en lo que sigue. Se ha encontrado que las adiciones indicadas anteriormente de aluminio, estano, niobio, molibdeno y silicio a titanio de estructura hexagonal, da como resultado tanto una resistencia a la oxidacion considerablemente mejorada como una fortaleza significativamente incrementada a temperaturas elevadas de hasta 750 °C o mas.

La resistencia a la oxidacion significativamente mejorada de la aleacion de titanio se consigue principalmente

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mediante adiciones combinadas de niobio y estano. Esto se atribuye al hecho de que el uso de niobio y de estano en la aleacion puede formar una escama de oxidacion muy densa, delgada, continua, de forma poligonal, segun se ha mostrado en la figura 3a con una amplificacion de 10.000 veces. La escama de oxidacion protectora proporciona una barrera que disminuye la difusion de oxigeno en la matriz de titanio, y minimiza el estres termico entre la escama de oxidacion y el titanio para eliminar la descamacion de la escama de oxidacion. Por el contrario, se observo una escama de oxidacion porosa, espesa, floja, de descamacion, y de forma irregular (a modo de varillas o de fibras) para la Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si, segun se ha mostrado en la figura 3b, y la Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si, segun se ha mostrado en la figura 3c, ambas respectivamente con una ampliacion de 10.000 veces.

La resistencia a la oxidacion de una aleacion de titanio puede estar representada por la profundidad de caso alfa, la ganancia de peso y la descamacion de escamas. El caso alfa, que es la capa rica en oxigeno por debajo de la escama de oxidacion, es una capa muy fragil que puede deteriorar notablemente las propiedades mecanicas de las aleaciones de titanio tal como la ductilidad y la resistencia a la fatiga. La resistencia a la formacion de caso alfa es por tanto indicativa de una mejor resistencia a la oxidacion de una aleacion de titanio. Por lo tanto, una profundidad de caso alfa (o la profundidad del caso alfa) relativamente pequena indica una resistencia a la oxidacion relativamente buena de una aleacion de titanio.

Segun se ha mostrado en la tabla 4 y en la figura 4, entre varias aleaciones de titanio probadas, las aleaciones de la muestra de la invencion (por ejemplo, la Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si (figura 4d) y la Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si (figura 4e)), no solo muestran la ganancia de peso mas baja, sino tambien la profundidad de caso alfa mas pequena. La profundidad de caso alfa de las aleaciones de muestra de la invencion es solamente de alrededor del 50% de la del Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si (figura 4a) en las mismas condiciones experimentales. Aunque las aleaciones de titanio que contienen zirconio -por ejemplo la Ti-6Al-6Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si mostrada en la figura 4b y la Ti-6Al-2Sn- 4Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si mostrada en la figura 4c- dan como resultado un ligero incremento en la ganancia de peso en comparacion con las aleaciones de muestra de la invencion, por ejemplo la Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si (figura 4d) y la Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si (figura 4e), las aleaciones anteriores (las que contienen Zr y Nb) muestran el doble de la profundidad de caso alfa que las aleaciones de la presente muestra (que contienen Sn y Nb). La investigacion ha confirmado que se observo descamacion severa en las aleaciones de titanio que contienen zirconio.

Se ha descubierto que el zirconio tiene un efecto significativamente negativo sobre la resistencia a la oxidacion de las aleaciones de titanio. Por lo tanto, la excelente resistencia a la oxidacion de la presente aleacion se consigue en parte proporcionan una composicion de la aleacion de titanio que esta sustancialmente libre de zirconio o que contiene una cantidad minima de zirconio, segun se detalla mejor mas adelante. De ese modo, no se anade tipicamente de forma deliberada como parte de la composicion de la aleacion, por lo que cualquier zirconio que este presente en la aleacion se considera normalmente como una impureza.

Las aleaciones de la invencion son diferentes de las aleaciones de titanio comerciales actuales conocidas de alta temperatura, tal como las que se discuten en los antecedentes de la presente solicitud. Con respecto a la resistencia a la oxidacion, la resistencia a la temperatura y la resistencia a la fluencia, la aleacion de la presente invencion es muy superior a las de Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si comerciales. La ultima aleacion es una aleacion de titanio casi beta con un contenido muy alto de molibdeno, y por tanto completamente diferente a la presente aleacion, la cual es una aleacion de titanio casi alfa con adiciones combinadas de Nb y Sn.

Aunque la Ti-6Al-2,7Sn-4Zr-0,4Mo-0,4Si es una aleacion de titanio casi alfa con una buena combinacion de resistencia a la temperatura elevada y resistencia a la fluencia, esta aleacion esta libre de niobio y tiene una resistencia a la oxidacion inferior a la de las presentes aleaciones. Las presentes aleaciones son tambien diferentes de las aleaciones de la patente de EE.UU. 4.906.436 y de la patente de EE.UU. 5.431.874, cada una de las cuales divulga aleaciones de titanio para alta temperatura que contienen hafnio y tantalio.

Las presentes aleaciones son tambien diferentes de las aleaciones siguientes de titanio de alta temperatura que contienen niobio. Segun se indica en los antecedentes de la presente solicitud, la patente de EE.UU. 4.087.292, la patente de EE.UU. 4.770.726 y la patente de EE.UU. 6.284.071 divulgan, cada una de ellas, aleaciones de titanio que contienen zirconio y niveles relativamente bajos de niobio. Segun se ha indicado con anterioridad, se ha descubierto que el zirconio deteriora significativamente la resistencia a la oxidacion del titanio a temperaturas elevadas. Ademas, las adiciones combinadas de contenidos bajos de niobio y altos de zirconio provocan un caso alfa muy profundo y descamacion severa a temperaturas elevadas.

Por lo tanto, la aleacion de la presente invencion esta disenada como aleacion de titanio libre de zirconio o esencialmente libre de zirconio, con adiciones combinadas de estano y una cantidad mas alta de niobio (preferiblemente, 3,0 - 6,0%). Adicionalmente, la presente aleacion muestra una mejor resistencia a la oxidacion que la de las aleaciones de las tres patentes anteriores.

La aleacion de la presente invencion esta disenada como aleacion de titanio casi alfa. Su fase matricial mayoritaria es la fase alfa hexagonal de paquete cerrado del titanio. Esta fortalecida por elementos de aluminio, estano, niobio, molibdeno y silicio, y su resistencia a la oxidacion esta mejorada por las adiciones de niobio y estano.

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El contenido de aluminio debe ser generalmente tan alto como sea posible para obtener el maximo fortalecimiento de la fase alfa, y para evitar la formacion de compuesto intermetalico (Ti3Al). La adicion de aluminio resulta eficaz para mejorar la resistencia a las temperaturas elevadas y la resistencia a la fluencia. Para lograr este efecto, es necesario que la adicion de aluminio sea de al menos un 4,5%, mientras que una cantidad demasiado alta de aluminio da como resultado la formacion de fase de Ti3Al quebradiza; por lo tanto, el contenido de aluminio debe estar limitado hasta el 7,5%.

El estano es un elemento muy eficaz para mejorar la resistencia a la oxidacion con la adicion combinada de niobio. Generalmente hablando, cuanto mas alto sea el contenido de estano, mejor sera la resistencia a la oxidacion. El estano fortalece tambien tanto la fase alfa como la fase beta, y es eficaz para mejorar la resistencia a temperaturas elevadas. Se prefiere la adicion de un 2,0% de estano o mas, para mejorar la resistencia a la oxidacion y la fortaleza. Sin embargo, un contenido excesivo de estano puede dar como resultado la formacion de fase de Ti3Al quebradiza, y deteriorar la ductilidad y la soldabilidad. El contenido maximo de estano debera ser por lo tanto controlado a no mas de un 8,0%.

El niobio es un elemento muy importante para mejorar significativamente la resistencia a la oxidacion con la adicion combinada de estano. La adicion combinada de niobio y estano puede dar como resultado una escama de oxidacion muy densa, delgada, continua y de forma poligonal cuando la aleacion se calienta a temperaturas elevadas. La adicion de niobio puede minimizar tambien el estres termico entre la escama de oxidacion y la matriz de titanio, eliminando con ello el descamado de la escama de oxidacion tras la exposicion termica a temperaturas elevadas durante periodos prolongados. Se prefiere la adicion de un 1,5% de niobio, o mas, para mejorar la resistencia a la oxidacion; sin embargo, el niobio es un debil estabilizador de fase beta, y refuerza principalmente la fase beta. La adicion de niobio en una cantidad grande inducira mas fase beta, y por lo tanto reducira la resistencia a las temperaturas elevadas y la resistencia a la fluencia. De ese modo, el limite superior de niobio podra ser del 6,5% con lo que la presente aleacion incluye del 1,5 al 6,5% de niobio y puede, por ejemplo, incluir desde el 2,0, 2,5 o 3,0% hasta el 4,5, 5,0, 5,5 o 6,0% de niobio. En un ejemplo de realizacion, la aleacion puede incluir desde el 2,5 al 3,5%, o desde el 2,75 al 3,25% de niobio.

Se puede anadir tambien tantalio a la aleacion para mejorar la resistencia a la oxidacion y la resistencia frente a temperaturas elevadas. El limite superior de tantalio podra ser del 0,1% y por tanto esta dentro de la gama de 0,0 a 1,0% en peso.

El molibdeno es un estabilizador beta mas fuerte y principalmente fortalece la fase beta. Una pequena cantidad de molibdeno (0,5%) incrementara la resistencia a la traccion de la presente aleacion. Una cantidad mayor de molibdeno reducira la resistencia a la fluencia. Por lo tanto, la adicion de molibdeno debera estar en la gama de 0,1 a 2,5%.

El silicio forma normalmente siliciuros de titanio finos en los limites de grano y matriz. El silicio puede ser anadido en la presente aleacion para mejorar la resistencia a la fluencia. La adicion de silicio desde 0,1 hasta 0,6% es la gama en la que resulta apreciable el efecto del silicio sobre la resistencia a la fluencia.

El contenido de oxigeno en la presente aleacion de titanio esta preferiblemente controlado puesto que es un potente estabilizador alfa. Un contenido excesivo de oxigeno tiende a reducir la ductilidad post-termica de la exposicion y la dureza a la fractura. El limite superior de oxigeno debe ser del 0,20%, con preferencia del 0,12%. El oxigeno esta tipicamente comprendido en la gama de 0,08 a 0,20% en peso, o de 0,08 a 0,12% en peso. El carbono en la presente aleacion esta tambien tipicamente controlado a no mas del 0,10% y normalmente esta comprendido en la gama de 0,02 a 0,10% en peso, o de 0,02 a 0,04% en peso.

Dos elementos que con preferencia deben ser excluidos de, o estar muy limitados en, la presente aleacion son el zirconio y el vanadio, puesto que estos deterioran la resistencia a la oxidacion. Su limite superior combinado debe estar controlado a no mas del 0,5 por ciento en peso. De ese modo, la cantidad de cada uno de entre ellos, el zirconio y el vanadio, esta comprendida, con preferencia, en la gama de 0,0 a 0,5% en peso, pero tambien el total de zirconio y vanadio esta comprendido con preferencia en la gama de 0,0 a 0,5% en peso.

Para mejorar la resistencia a las temperaturas elevadas y la resistencia a la fluencia, los elementos niquel, hierro, cromo, cobre y manganeso deberan ser excluidos de, o estar muy limitados en, la presente aleacion de titanio; cada uno de estos elementos debe estar controlado a no mas de 0,10 por ciento en peso, y el contenido total residual de elementos combinado de esos elementos debera estar controlado a no mas del 0,30 por ciento en peso. De ese modo, cada uno de esos cinco elementos puede estar en la presente aleacion en una gama comprendida entre 0,0 y 0,10% en peso, y con preferencia el total de esos cinco elementos esta en la gama de 0,0 a 0,30% en peso.

Los elementos hafnio y renio estan tambien excluidos de, o estan muy limitados en, la presente aleacion de titanio. Su limite superior combinado debe estar controlado hasta no mas del 0,3 por ciento en peso. De ese modo, la cantidad de cada uno de entre el hafnio y el renio en la presente aleacion, esta comprendido con preferencia en la gama de 0,0 a 0,3% en peso, pero tambien la cantidad total de hafnio y renio esta comprendida en la gama de 0,0 a 0,3% en peso.

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Las aleaciones experimentales fueron en primer lugar fundidas en botones de 250 gm, y laminadas en caliente en laminas de 2,54 mm (0,10”) de espesor, y tratadas con calor. Los efectos del Al, Sn, Zr, Nb, Mo y Si sobre la resistencia a la oxidacion y las propiedades mecanicas de las aleaciones de titanio, han sido estudiadas. En base a los resultados experimentales, se seleccionaron dos aleaciones con composiciones nominales de Ti-6Al-4Sn-3Nb- 0,5Mo-0,3Si y Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si para ampliar el estudio. Se fundieron cuatro lingotes de 70 kg usando la tecnica de fusion por arco de plasma, a continuacion se laminaron en caliente en placas en el campo de fase beta, y a continuacion se laminaron en caliente en laminas de 3,429 mm x 800,1 mm x 2540 mm (0,135 x 31,5 x 100 pulgadas) en el campo de fase alfa+beta. Las laminas fueron tratadas en caliente a diferentes temperaturas para producir tres tipos de microestructuras: bimodal I (15% alfa primaria), bimodal II (35% alfa primaria), y microestructura equiaxica (60% alfa primaria). Las laminas fueron sometidas a evaluaciones de resistencia a la oxidacion, propiedad de traccion, resistencia a la rotura por fluencia, propiedad de traccion de exposicion post- termica, conformacion fria/caliente, prueba de conformacion superplastica y soldabilidad.

Las tablas 1 y 5 proporcionan la ganancia de peso en mg/cm2 para varias muestras de aleaciones de titanio que se produjeron cuando la muestra fue expuesta al aire continuamente a una temperatura dada sustancialmente constante durante un periodo de tiempo o duracion dados. Las tablas 1 y 5 proporcionan una medicion indicativa de la resistencia a la oxidacion de las diversas aleaciones de titanio. La tabla 1 proporciona una comparacion de dicha ganancia de peso entre muestras de la presente aleacion y otras aleaciones de titanio, cuando la temperatura dada fue, respectivamente, de 650, 700 y 750 °C (1202, 1292 y 1382 2F, respectivamente) para duraciones respectivas de 24, 48, 72, 96, 160 y 208 horas. En particular, las otras aleaciones de titanio de la tabla I son las aleaciones comerciales Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si, mientras que las presentes aleaciones de la tabla 1 son Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si y Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si.

La tabla 5 muestra mas en particular la ganancia de peso de los tres tipos mencionados con anterioridad de microestructuras de aleacion de Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si a las mismas temperaturas y duraciones respectivas. Las aleaciones de la presente muestra presentaron una resistencia a la oxidacion mucho mayor que las aleaciones comerciales de Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si, segun se ha mostrado en la tabla 1. Los tres tipos de microestructura de la presente aleacion de muestra mostraron solamente una ganancia de peso relativamente leve en comparacion con las otras aleaciones en las mismas condiciones. Esto puede proporcionar una opcion de diferentes microestructuras para una buena combinacion de excelente resistencia a la oxidacion y diferentes niveles de propiedades mecanicas. Aparte de la microestructura especifica, las aleaciones de la presente muestra presentaron una mejor resistencia a la oxidacion que las aleaciones de las muestras comerciales indicadas.

En la realizaciones probadas de la presente aleacion de titanio, la ganancia de peso en mg/cm2 fue, por ejemplo, no mas de 0,08, 0,09, 0,10, 0,11,0,12, 0,13, 0,14 o 0,15, despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 24 horas; no mas de 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19 o 0,20 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 48 horas; no mas de 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,20, 0,21 o 0,22 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 72 horas; no mas de 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24 o 0,25 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 96 horas; no mas de 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29 o 0,30 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 160 horas; no mas de 0,20, 0,21,0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34 o 0,35 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 208 horas; no mas de 0,17, 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26 o 0,27 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 24 horas; no mas de 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34 o 0,35 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 48 horas; no mas de 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39, 0,40, 0,41, 0,42, 0,43, 0,44 o 0,45 despues de mantener la aleacion en aire a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 72 horas; no mas de 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39, 0,40, 0,41, 0,42, 0,43, 0,44, 0,45, 0,46, 0,47, 0,48, 0,49 o 0,50 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 96 horas; no mas de 0,42, 0,43, 0,44, 0,45, 0,46, 0,47, 0,48, 0,49, 0,50, 0,51, 0,52, 0,53, 0,54, 0,55, 0,56, 0,57, 0,58, 0,59 o 0,60 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 160 horas; no mas de 0,47, 0,48, 0,49, 0,50, 0,51, 0,52, 0,53, 0,54, 0,55, 0,56, 0,57, 0,58, 0,59, 0,60, 0,61, 0,62, 0,63, 0,64, 0,65, 0,66, 0,67, 0,68, 0,69, 0,70, 0,71, 0,72, 0,73, 0,74, 0,75, 0,76, 0,77, 0,78, 0,79 o 0,80 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 700 °C durante 208 horas; no mas de 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39, 0,40, 0,41,0,42, 0,43, 0,44, 0,45, 0,46, 0,47, 0,48, 0,49, 0,50, 0,51, 0,52, 0,53, 0,54, 0,55, 0,56, 0,57, 0,58, 0,59 o 0,60 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 24 horas; no mas de 0,49, 0,50, 0,51, 0,52, 0,53, 0,54, 0,55, 0,56, 0,57, 0,58, 0,59, 0,60, 0,61, 0,62, 0,63, 0,64, 0,65, 0,66, 0,67, 0,68,

0,69, 0,70, 0,71, 0,72, 0,73, 0,74, 0,75, 0,76, 0,77, 0,78, 0,79 o 0,80 despues de mantener la aleacion en aire

continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 48 horas; no mas de 0,72, 0,73, 0,74, 0,75, 0,76,

0,77, 0,78, 0,79, 0,80, 0,81, 0,82, 0,83, 0,84, 0,85, 0,86, 0,87, 0,88, 0,89, 0,90, 0,91, 0,92, 0,93, 0,94, 0,95, 0,96,

0,97, 0,98, 0,99, 1,00, 1,01, 1,02, 1,03, 1,04, 1,05, 1,06, 1,07, 1,08, 1,09, 1,10, 1,11, 1,12, 1,13, 1,14, 1,15, 1,16,

1,17, 1,18, 1,19 o 1,20 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de

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750 2C durante 96 horas; no mas de 0,95, 0,96, 0,97, 0,98, 0,99, 1,00, 1,01, 1,02, 1,03, 1,04, 1,05, 1,06, 1,07, 1,08, 1,09, 1,10, 1,11, 1,12, 1,13, 1,14, 1,15, 1,16, 1,17, 1,18, 1,19, 1,20, 1,21, 1,22, 1,23, 1,24, 1,25, 1,26, 1,27, 1.28,

1,29, 1,30, 1,31, 1,32, 1,33, 1,34, 1,35, 1,36, 1,37, 1,38, 1,39, 1,40, 1,41, 1,42, 1,43, 1,44, 1,45, 1,46, 1,47, 1,48,

1,49 o 1,50 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 160 horas, y no mas de 1,12, 1,13, 1,14, 1,15, 1,16, 1,17, 1,18, 1,19, 1,20, 1,21, 1,22, 1,23, 1,24, 1,25, 1,26, 1,27, 1,28, 1,29, 1,30, 1,31, 1,32, 1,33, 1,34, 1,35, 1,36, 1,37, 1,38, 1,39, 1,40, 1,41, 1,42, 1,43, 1,44, 1,45, 1,46,

1,47, 1,48, 1,49, 1,50, 1,51, 1,52, 1,53, 1,54, 1,55, 1,56, 1,57, 1,58, 1,59, 1,60, 1,61, 1,62, 1,63, 1,64, 1,65, 1,66,

1,67, 1,68, 1,69, 1,70 o 2,00 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 208 horas.

La tabla 4 muestra la ganancia de peso y la profundidad de caso alfa de varias aleaciones despues de la prueba especifica de oxidacion. Mas en particular, la aleacion de Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si de la presente muestra (figura 4) tuvo una profundidad de caso alfa en micrones o micrometros (pm) de no mas de alrededor de 80, 85, 90, 95 o 100 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 208 horas; y no mas de alrededor de 40, 45, 50 o 55 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 650 °C durante 208 horas. Adicionalmente, la aleacion de Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si de la presente muestra (figura 4) tuvo una profundidad de caso alfa de no mas de alrededor de 70, 75, 80, 85, 90, 95 o 100 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de alrededor de 750 °C durante 208 horas, y no mas de alrededor de 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 o 55 despues de mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura e alrededor de 650 °C durante 208 horas.

Las tablas 2 y 6 muestran propiedades de traccion (resistencia ultima a la traccion, limite elastico y porcentaje de elongacion) de varias muestras de aleaciones de titanio. La tabla 2 proporciona una comparacion de las propiedades de traccion entre muestras de la presente aleacion y otras aleaciones de titanio a alrededor de 25, 200, 400, 600, 700 y 750 °C (alrededor de 77, 392, 752, 1112, 1202, 1292 y 1382 °F, respectivamente). En particular, las otras aleaciones de titanio de la tabla 2 son las aleaciones comerciales Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y Ti-15Mo-3Nb-3Al- 0,3Si, mientras que las presentes aleaciones de titanio de la tabla 2 son las Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si y Ti-6Al- 6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si. La tabla 6 muestra las propiedades de traccion de las tres microestructuras indicadas anteriormente de la presente aleacion de muestra Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si a las mismas temperaturas tanto en la direccion longitudinal (L-dir) como en la direccion transversal (T-dir).

Las realizaciones probadas de la presente aleacion de titanio tuvieron una resistencia ultima a la traccion (UTS) medida en megapascales (MPa) de al menos 1100, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160, 1170, 1180, 1190, 1200, 1210, 1220 o 1230 a una temperatura de alrededor de 25 °C; de al menos 880, 890, 900, 910, 920, 930, 940, 950, 960, 970, 980, 990, 1000, 1010, 1020 1030 o 1040 a una temperatura de alrededor de 200 °C; de al menos 760, 770, 780, 790, 800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880, 890, 900 o 910 a una temperatura de alrededor de 400 °C; de al menos 590, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700 o 710 a una temperatura de alrededor de 600 °C; de al menos 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 600, 620 o 630 a una temperatura de alrededor de 650 °C; de al menos 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, 500, 510 o 520 a una temperatura de alrededor de 700 °C; y de al menos 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390 o 400 a una temperatura de alrededor de 750 °C.

Las realizaciones probadas de la presente aleacion de titano tuvieron un limite elastico (YS) medido en MPa de al menos 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060, 1070, 1080, 1090, 1100, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160 o 1170 a una temperatura de alrededor de 25 °C; de al menos 750, 760, 770, 780, 790, 800, 810, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880, 890 o 900 a una temperatura de alrededor de 200 °C; de al menos 600, 610, 620, 630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730, 740, 750, 760, 770 o 780 a una temperatura de alrededor de 400 °C; de al menos 460, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540 o 550 a una temperatura de alrededor de 600 °C; de al menos 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470 o 480 a una temperatura de alrededor de 650 °C; de al menos 250, 260, 370, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350 o 360 a una temperatura de alrededor de 700 °C; y de al menos 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260 o 270 a una temperatura de alrededor de 750 °C.

Las tablas 3 y 7 muestran la propiedad de rotura por fluencia de varias aleaciones de titanio. La tabla 3 muestra que el tiempo para la rotura por fluencia a 650 °C y 138 MPa de las aleaciones de titanio de la presente muestra, Ti-6Al- 4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si y Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, es mucho mayor que el de las aleaciones comerciales Ti-6Al- 2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si. La tabla 7 muestra que en la aleacion de titanio de la presente muestra, la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, en direccion longitudinal, el tiempo para la rotura por fluencia para la microestructura bimodal I mencionada con anterioridad a 600 °C y 173 MPa, es de al menos alrededor de 90, 95 o 100 horas; a 650 °C y 138 MPa es de al menos alrededor de 90, 95 o 100 horas; a 700 °C y 104 MPa es de al menos alrededor de 30, 35, 40 o 45 horas; y a 750 °C y 69 MPa es de al menos 10, 15, 20 o 25 horas. La tabla 7 muestra tambien que para la aleacion de titanio de la presente muestra Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, en direccion longitudinal, el tiempo de rotura por fluencia para la microestructura bimodal II mencionada con anterioridad, a 600 °C y 173 MPa es de al menos alrededor de 90, 95 o 100 horas; a 650 °C y 138 MPa es de al menos alrededor de 50, 55, 60, 65, 70 o 75 horas; a 700 °C y 104 MPa es de al menos alrededor de 5 o 10 horas; y a 750 °C y 69 MPa es de al menos 5, 10 o 15 horas. La tabla 7 muestra ademas que para la aleacion de titanio de la presente muestra, la Ti- 6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si, en direccion longitudinal, el tiempo para la rotura por fluencia para la microestructura

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La aleacion de la presente invencion puede ser tratada termicamente para conseguir microestructuras objetivo que optimicen las propiedades de alta resistencia y buena rotura por fluencia a temperaturas elevadas de al menos hasta 750 °C, y conserven una buena ductilidad. Cuando se incrementa la temperatura de tratamiento de la solucion, la fraccion de volumen de alfa primaria se reduce, conduciendo con ello a una alta fortaleza y una alta resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas.

En determinadas aplicaciones, puede ser importante que la aleacion de la presente invencion conserve la resistencia a la deformacion a temperaturas elevadas durante periodos prolongados de uso, y tambien puede ser importante que la aleacion conserve una ductilidad suficiente a temperatura ambiente tras exposicion termica sostenida. Esto se conoce como estabilidad de exposicion post-termica. La tabla 8 demuestra la propiedad de traccion a temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) de la Ti-6Al-4Sn-0,5Mo-0,3Si8 tras exposicion termica a 650, 700 y 750 °C durante 100 horas. La escama de oxidacion se retiro con anterioridad a que las muestras fueran probadas en cuanto a traccion. La presente aleacion muestra excelentes ductilidad y resistencia a temperatura ambiente, lo que indica que la aleacion tiene una buena estabilidad post-termica sin deterioro ni fase quebradiza precipitada.

El efecto de la escama de la oxidacion sobre la propiedad de traccion a temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) ha sido mostrado en la figura 9. Las muestras de traccion fueron probadas con toda la escama de oxidacion tras exposicion termica a 650, 700 y 750 °C durante 100 horas. De manera clara, la aleacion muestra una buena resistencia a temperatura ambiente y ductilidad suficiente o un porcentaje de elongacion de 2 a 4%. Particularmente digno de mencion es la ductilidad a la traccion a temperatura ambiente o el porcentaje de elongacion de la aleacion de titanio de la presente muestra tras exposicion termica a temperaturas elevadas tan altas como 750 °C durante 100 horas. Por el contrario, las aleaciones comerciales, la Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si y la Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si, muestran una descamacion por oxidacion severa a una temperatura elevada de 750 °C de tal modo que la ductilidad a la traccion no estuvo disponible o los materiales eran tan fragiles que no se pudo obtener el limite elastico.

Haciendo referencia general a la tabla 8, la resistencia ultima a la traccion (UTS) a temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1100, 1110, 1120, 1130, 1140 o 1150 MPa, a alrededor de 700 °C durante 100 horas; con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1100, 1110, 1120, 1130 o 1140 MPa, y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1050, 1060, 1070, 1080 o 1090 MPa. La UTS de temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada anteriormente despues de la exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es al menos de alrededor de 1070, 1080, 1090, 1100, 1110 o 1120 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es al menos de alrededor de 1080, 1090, 1100, 1110 o 1120 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1050, 1060, 1070, 1080 o 1090 MPa. La UTS de tempratura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb- 0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura equiaxica mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1170, 1180, 1190, 1200, 1210 o 1220 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1100, 1110, 1120, 1130, 1140 o 1150 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1100, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1160 o 1170 MPa.

Con referencia general continuada a la tabla 8, el limite elastico (YS) a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb- 0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070 o 1080 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060 o 1070 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 970, 980, 990, 1000 o 1010 MPa. El YS a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 6750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070 o 1080 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050 o 1060 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 980, 990, 1000, 1010 o 1020 MPa. El YS a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-eNb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura equiaxica mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 1130, 1140, 1150, 1160, 1170 o 1180 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070, 1080, 1090 o 1100 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 1050, 1060, 1070, 1080, 1090, 1100 o 1110 MPa.

Con referencia general continuada a la tabla 8, el porcentaje de elongacion (EI., %) a temperatura ambiente de la Ti- 6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I mencionada anteriormente tras exposicion termica

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 10, 11, 12, 13 o 14; a alrededor de 700 °C durante 100 horas la escama de oxidacion retirada es de al menos 10, 11, 12, 13 o 14; y a alrededor 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 10, 11, 12, 13 o 14. El porcentaje de elongacion a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada, es de al menos alrededor de 10, 11, 12, 13, 14 o 15; al alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 10, 11, 12, 13 o 14; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 10, 11, 12, 13, 14 o 15. El porcentaje de elongacion a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura equiaxica mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 7, 8, 9, 10 u 11; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 7, 8, 9, 10 u 11; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion retirada es de al menos alrededor de 7, 8, 9, 10, 11 o 12.

Haciendo referencia en general a la tabla 9, la resistencia ultima a la traccion (UTS) a temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba, es de al menos alrededor de 1090, 1100, 1110, 11120, 1130 o 1140 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1080, 1090, 1100, 1110 o 1120 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1020, 1030, 1040, 1050 o 1060 MPa. La UTS a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba, es de al menos alrededor de 1070, 1080, 1090, 1100, 1110, 1120 o 1130 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070 o 1080 MPa, y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1000, 1010, 1020, 1030, 1040 o 1050 MPa.

Con referencia general continuada a la tabla 9, el limite elastico (YS) a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb- 0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070, 1080, 1090 o 1100 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050, 1060 o 1070 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 970, 980, 990, 1000 o 1010 MPa. El YS a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada anteriormente tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1040, 1050, 1060, 1070, 1080 o 1090 MPa; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 990, 1000, 1010, 1020 o 1030 MPa; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es al menos de alrededor de 970, 980, 990, 1000 o 1010 MPa.

Con referencia general continuada a la tabla 9, el porcentaje de elongacion a temperatura ambiente (EI., %) de la Ti- 6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal I mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1,2 o 3; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1, 2 o 3; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1, 2 o 3. El porcentaje de elongacion a temperatura ambiente de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si que tiene la microestructura bimodal II mencionada con anterioridad tras exposicion termica continua a alrededor de 650 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1, 2 o 3; a alrededor de 700 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos 1, 2, 3 o 4; y a alrededor de 750 °C durante 100 horas con la escama de oxidacion permaneciente sobre la muestra de prueba es de al menos alrededor de 1,2 o 3.

La presente aleacion es altamente conformable a temperatura ambiente (capacidad de conformacion en frio) o a temperaturas elevadas (capacidad de conformacion en caliente). La tabla 10 muestra los datos de prueba de doble curvatura de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si. Como aleacion casi alfa, la presente aleacion puede ser conformada en frio con una relacion entre radio/espesor de 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9 o 4,0, claramente mas baja que la relacion entre radio/espesor de 4,5 requerida para la Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si. La tabla 11 muestra los resultados de traccion de tasa de deformacion rapida de la Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si a temperaturas elevadas de alrededor de 780 a alrededor de 930 °C. La presente aleacion muestra una buena capacidad de conformacion en caliente, con una ductilidad o porcentaje de elongacion muy alto (elongacion de alrededor del 90 al 230%) y un esfuerzo de deformacion suficientemente bajo a temperaturas elevadas.

La aleacion de la presente invencion puede ser conformada tambien en piezas de forma compleja usando la tecnica de conformacion superplastica (SPF). La tabla 12 muestra la propiedad de conformacion superplastica de la Ti-6Al- 4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si a una velocidad de deformacion de 3x10-4/segundo en una gama de temperatura de 925 a 970 5 °C. La presente aleacion muestra una elongacion del 340 al 360% y un esfuerzo de deformacion suficientemente

bajo para la conformacion de la SPF. La prueba demuestra tambien que la presente aleacion es una aleacion de titanio soldable, puesto que es una aleacion de titanio casi alfa.

Segun puede apreciarse a partir de los datos presentados con anterioridad, la presente invencion proporciona una 10 aleacion de titanio resistente a la oxidacion a alta temperatura que puede ser usada a temperaturas elevadas de al menos hasta 750 °C. La presente aleacion no solo tiene una resistencia mas alta a temperaturas elevadas sino tambien una resistencia mucho mayor a la oxidacion que las aleaciones comerciales, tal como la Ti-6Al-2Sn-4Zr- 2Mo-0,1Si y la Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si, y presenta una buena combinacion de excelente resistencia a la oxidacion, alta fortaleza y resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas, y una buena estabilidad a la exposicion post- 15 termica. Ademas, esta aleacion puede ser fabricada en piezas usando la tecnica de conformacion en frio, conformacion en caliente, conformacion superplastica y soldadura.

Estas propiedades y el rendimiento de la presente aleacion se consiguen mediante un control estricto de la quimica de las aleaciones. En particular, las adiciones combinadas de niobio y de estano podrian ser mantenidas dentro de 20 un rango dado. El aluminio, molibdeno, silicio y oxigeno podrian ser tambien controlados dentro de un rango dado para obtener una buena combinacion de las propiedades. Las impurezas tales como el zirconio, hierro, niquel y cromo, deben ser mantenidas a un nivel considerablemente bajo.

Tabla 1 - Resultados de la prueba de oxidacion de varias aleaciones de titanio

Aleacion: Temp. de prueba °C Ganancia de peso mg/cm2

0 hrs: 24 hrs 48 hrs 72 hrs 96 hrs 160 hrs 208 hrs

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1 Si: 650 0 0,15 0,21 0,26 0,28 0,38 0,43

700: 0 0,32 0,44 0,52 0,61 0,86 1,08

750: 0 0,70 1,21 1,64 2,20 3,93 7,22

Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si: 650 0 0,28 0,38 0,43 0,48 0,57 0,61

700: 0 0,44 0,70 1,03 1,39 2,16 2,66

750: 0 0,99 1,88 3,55 5,85 12,7 19,1

Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,6Mo-0,3Si: 650 0 0,08 0,12 0,15 0,14 0,19 0,20

700: 0 0,17 0,23 0,28 0,32 0,42 0,47

750: 0 0,36 0,50 0,64 0,74 1,00 1,17

Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si: 650 0 0,09 0,12 0,13 0,15 0,20 0,22

700: 0 0,19 0,26 0,31 0,34 0,45 0,51

750: 0 0,38 0,53 0,66 0,79 1,06 1,25

25

Tabla 2 - Resultados de la prueba de propiedades mecanicas de varias aleaciones de titanio

Aleacion: Propiedad de traccion Temperatura de prueba °C

25: 200 400 600 650 700 750

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1 Si: UTS, MPa 1032 856 776 571 475 389 242

YS, MPa: 949 723 622 439 351 205 131

EI., %: 13 14 17 32 72 46 119

Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si: UTS, MPa 934 743 680 423 300 197 119

YS, MPa: 871 641 552 328 213 126 63

EI., %: 18 22 26 50 120 200 200

Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,6Mo-0,3Si: UTS, MPa 1152 918 765 601 487 402 314

YS, MPa: 1093 788 758 481 380 314 216

EI., %: 17 18 20 36 46 46 73

: UTS, MPa 1143 934 852 600 544 410 317

Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si: YS, MPa 1079 824 711 491 406 293 188

: EI., % 15 16 15 35 36 49 90

Tabla 3 - Prueba de propiedad de rotura por fluencia de varias aleaciones de titanio

Aleacion: Propiedad de rotura por fluencia a 650 °C y 138 MPa

Tiempo para rotura por fluencia, hrs

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1 Si: 25,5

Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,3Si: 3,4

Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si: 71,9

Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si: 44,0

Tabla 4 - Ganancia de peso y profundidad de caso alfa de varias aleaciones de titanio

Aleacion: Prueba de oxidacion a 750 °C/208 hrs Prueba de oxidacion a 650 °C/208 hrs

: Ganancia de peso, mg/cm2 Caso alfa, pm Ganancia de peso, mg/cm2 Caso alfa, pm

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1 Si: 7,22 141 0,43 64

Ti-6Al-6Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si: 1,97 143 0,34 96

Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Nb-0,5Mo-0,3Si: 1,88 145 0,33 70

Ti-6Al-6Sn-6Nb-0,5Mo-0,3Si: 1,27 82 0,24 45

Ti-6Al-6Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si: 1,25 75 0,22 24

5

Tabla 5 - Resultados de la prueba de oxidacion de la aleacion de Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si

Microestructura: Temp. de prueba °C Ganancia de peso, mg/cm2

0 hrs: 24 hrs 48 hrs 72 hrs 96 hrs 160 hrs 208 hrs

Bimodal I: 650 0 0,09 0,12 0,14 0,15 0,20 0,21

700: 0 0,18 0,25 0,29 0,34 0,43 0,48

750: 0 0,35 0,49 0,61 0,72 0,95 1,12

Bimodal I: 650 0 0,08 0,12 0,15 0,14 0,19 0,20

700: 0 0,17 0,23 0,28 0,32 0,42 1,47

750: 0 0,36 0,50 0,64 0,74 1,00 1,17

Equiaxica: 650 0 0,08 0,11 0,13 0,14 0,18 0,21

700: 0 0,17 0,24 0,28 0,33 0,43 0,49

750: 0 0,41 0,60 0,73 0,88 1,14 1,33

Tabla 6 - Resultados de la prueba de propiedad mecanica de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si

Microestructura: Propiedad de traccion Temperatura de prueba, °C

25: 200 400 600 650 700 750

Bimodal I L-dir: UTS, MPa 1157 914 801 636 522 420 335

YS, MPa: 1090 894 633 487 391 302 219

EI., %: 16 18 19 29 40 43 94

Bimodal I T-dir: UTS, MPa 1204 1030 898 698 609 517 387

YS, MPA: 1092 867 735 542 476 359 262

EI., %: 15 18 18 19 26 28 53

Bimodal II L-dir: UTS, MPa 1152 918 765 601 487 402 314

YS, MPa: 1093 788 758 481 380 314 216

EI., %: 17 18 20 36 46 46 73

Bimodal II T-dir: UTS, MPa 1183 1019 880 694 604 473 352

YS, MPa: 1090 873 740 515 424 334 240

EI., %: 9 14 16 19 11 13 36

Equiaxica L-dir: UTS, MPa 1221 990 893 638 517 386 264

YS, MPa: 1165 890 777 515 376 270 153

EI., %: 14 14 13 28 55 93 179

Tabla 7 - Propiedad de rotura por fluencia de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si

Microestructura: Direccion de muestra Condicion de prueba de rotura por fluencia Tiempo de rotura, hrs Deformacion por fluencia, %

Bimodal I: L-dir 600 2C / 173 MPa 100* 4,1

L-dir: 650 °C / 138 MPa 100* 23,8

L-dir: 700 °C / 104 MPa 42,8 66,4

L-dir: 750 °C / 104 MPa 23,1 42,7

Bimodal II: L-dir 600 °C / 173 MPa 100* 6,1

L-dir: 650 °C / 138 MPa 71,9 40,9

L-dir: 700 °C / 104 MPa 9,8 6,6

L-dir: 750 °C / 69 MPa 13,9 49,0

Equiaxica: L-dir 650 °C / 138 MPa 16,6 52,1

Nota: 100* indica que el tiempo de rotura es mayor de 100 horas

5 Tabla 8 - Propiedad de traccion a temperatura ambiente de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si tras exposicion termica (escama de oxidacion retirada)__________________________________________________

Exposicion termica: Microestructura Propiedad de traccion

UTS, MPa: YS, MPa EI., %

650 °C / 100 hrs: Bimodal I 1152 1083 14

Bimodal II: 1120 1073 15

Equiaxica: 1220 1177 11

700 °C / 100 hrs: Bimodal I 1141 1065 14

Bimodal II: 1124 1052 14

Equiaxica: 1153 1092 11

750 °C / 100 hrs: Bimodal I 1090 1008 14

Bimodal II: 1092 1012 15

Equiaxica: 1170 1099 12

Tabla 9 - Propiedad de traccion a temperatura ambiente de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si tras exposicion termica (con escama de oxidacion)_____________________________________________________

Exposicion termica: Microestructura Propiedad de traccion

UTS, MPa: YS, MPa EI., %

650 °C / 100 hrs: Bimodal I 1136 1100 3

Bimodal II: 1124 1086 3

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700 2C / 100 hrs: Bimodal I 1112 1070 3

Bimodal II: 1074 1030 4

750 °C / 100 hrs: Bimodal I 1052 1012 2

Bimodal II: 1047 1008 3

Tabla 10 - Ductilidad de doble curvatura de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si

Radio de curvatura/espesor de la lamina (R/t): Resultado de doble curvatura

Primera curvatura: Segunda curvatura

2,88: pasa pasa

2,61: pasa falla

La especificacion de lamina de Ti-6242 requiere una R/t de paso = 4,5

Tabla 11 - Propiedad de conformacion en caliente de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si (propiedad de traccion de tasa de deformacion rapida, 0,01/segundo)_______________________________________________

Temp. °C: 788 816 843 871 927

Estres verdadero a deformacion real 0,2, MPa: 348 293 236 187 110

Elongacion, %: 91 95 190 200 230

Tabla 12 - Propiedad de conformacion superplastica de la aleacion Ti-6Al-4Sn-3Nb-0,5Mo-0,3Si (tasa de deformacion, 3x10-4 / segundo)_________________________________________________________________

SPF Temp., °C: 927 940 954 968

Estres a deformacion real 0,2, MPa: 30 25 20 17

Estres a deformacion real 1,1, MPa: 37 33 26 25

Elongacion total, %: 400 460 360 340

La prueba de traccion a temperatura ambiente (alrededor de 25 °C) mostrada en las tablas 2, 6, 8 y 9, fue realizada de acuerdo con ASTM E8-11 (Metodos de Prueba Estandar para Prueba de Tension de Materiales Metalicos); la prueba de traccion a temperatura elevada mostrada en las tablas 2, 6, 8 y 9 se realizo de acuerdo con ASTM E21-09 (Metodos de Prueba Estandar para Pruebas de Tension a Temperatura Elevada de Materiales Metalicos); la prueba de la propiedad de conformacion en caliente mostrada en la tabla 11 se realizo de acuerdo con ASTM E21-09; la prueba de rotura por fluencia mostrada en las tablas 3 y 7 se realizo de acuerdo con ASTM 139-11 (Metodos de Prueba Estandar para Realizar Fluencia, Rotura por Fluencia, y Pruebas de Rotura por Estres de Materiales Metalicos); la prueba de doble curvatura mostrada en la tabla 10 se realizo de acuerdo con ASTM E290-09 (Metodos de Prueba Estandar para Prueba de Curvatura de Material respecto a Ductilidad); la prueba de conformacion superplastica mostrada en la tabla 12 se realizo de acuerdo con ASTM E2448-08 (Metodo de Prueba Estandar para Determinacion de Propiedades Superplasticas de Materiales Metalicos Laminados); las muestras usadas en la prueba de oxidacion en relacion con la ganancia de peso y la profundidad de caso alfa (tablas 1, 4 y 5) eran de alrededor de 2 mm x 10 mm x 50 mm.

En general, las presentes aleaciones de titanio tienen una excelente resistencia a la oxidacion, una alta fortaleza, y un buen comportamiento de conformacion superplastica, y una buena soldabilidad. Estas aleaciones de titanio pueden ser usadas para piezas estructurales, para las que se requiere resistencia a la oxidacion, resistencia a la corrosion, alta resistencia a temperaturas elevadas y peso ligero, por ejemplo, piezas de fuselaje (escudo termico, boquillas tapon, etc.), piezas de aeromotores (carcasa, palas y paletas) y piezas de automovil (valvulas).

Las presentes aleaciones pueden ser usadas para conformar una diversidad de componentes, articulos o piezas, especialmente las que necesitan una alta resistencia a temperaturas elevadas. Aunque las presentes aleaciones son muy utiles a temperas mas altas tales como 650, 700 o 750 °C, las presentes aleaciones pueden proporcionar tambien ventajas significativas a una temperatura algo mas baja de 660 °C (1112 °F) o incluso a temperaturas mas bajas. Es decir, aunque otras aleaciones de titanio pueden ser muy adecuadas para su uso a tales temperaturas elevadas mas bajas, las presentes aleaciones de titanio proporcionan ventajas significativas a esas temperaturas debido al menos en parte a las caracteristicas previamente discutidas.

Las figuras 5-8 ilustran algunos de los componentes que pueden ser conformados a partir de las presentes aleaciones de titanio. Con referencia a la figura 5, se ha mostrado una aeronave 1 que tiene un fuselaje 2, alas 4, y motores 6 de turbina de gas montados en las alas 4 de la aeronave por medio de pilones 8 respectivos. La figura 6

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muestra que el pilon 8 esta asegurado al ala 4 y se extiende descendentemente y hacia delante desde la misma con el motor 6 de la aeronave asegurado a, y extendiendose descendentemente desde, el pilon 8. Mas en particular, el pilon 8 tiene una seccion 10 delantera y una seccion 12 trasera o de popa de tal modo que la parte superior de la parte trasera 12 esta fijada a la parte inferior del ala 4 y la parte inferior del pilon 8 delantero puede estar formada con la presente aleacion, incluyendo aunque sin limitacion las que se detallan mas adelante.

El motor 6 puede incluir una barquilla 14 con un extremo delantero que define una entrada de aire 16, una carcasa 18 de motor, una seccion 20 de compresor que puede incluir un compresor 22 de baja presion con palas 24 de compresor giratorias de baja presion y un compresor 26 de alta presion con palas 28 de compresor giratorias de alta presion, perfiles estaticos o de estator o paletas 30, una camara 32 de combustion, una seccion 34 de turbina que puede incluir una turbina 36 con palas 38 de turbina giratorias, un sistema de escape que incluye una boquilla de escape o un conjunto 40 de boquilla, y un tapon 42 de salida, y varios sujetadores tales como componentes de pilon de alta temperatura que incluyen un escudo termico 44 a lo largo de la parte inferior del pilon 8 y varios sujetadores. Un escudo termico representativo del tipo de escudo termico mostrado con 44 ha sido divulgado en la patente de EE.UU. 7.943.327, la cual se incorpora aqui por referencia. Otro escudo termico de ese tipo, tambien mencionado como carenado de pilon de popa, ha sido divulgado en la publicacion de solicitud de patente de EE.UU. 2011/0155847, la cual se incorpora tambien en la presente memoria por referencia.

Los sujetadores o los componentes de sujetador del motor 6 y/o del pilon 8 pueden estar representados por los sujetadores y/o los componentes de sujetador ilustrados en la figura 7, la cual muestra, en particular, un sujetador roscado en forma de un tornillo 46, una tuerca 48 roscada y una arandela 50. Los sujetadores o los componentes de sujetador mostrados en la figura 7 estan simplificados y son genericos, y estan destinados a representar una diversidad de otros tipos de sujetadores y componentes de sujetador que son bien conocidos. Tales sujetadores o componentes pueden ser usados, por ejemplo, en motores de aeronaves o de forma mas general, en una aeronave. Tales sujetadores o componentes pueden ser usados tambien en varios entornos de alta temperatura, por ejemplo otros tipos de motores tales como motores de combustion interna usados en automoviles u otros vehiculos o para otros propositos. Los sujetadores o componentes formados con las presentes aleaciones de titanio pueden ser usados en entornos de temperatura mas baja, pero son especialmente utiles para proporcionar sujetadores de alta resistencia en entornos de alta temperatura, tal como las temperaturas discutidas en lo que antecede.

Segun se conoce bien, el motor 6 de aeronave es una forma de motor alimentado con combustible que crea una cantidad sustancial de calor durante el funcionamiento. Mientras que el motor 6 ha sido ilustrado como motor de turbina de gas para aeronave, tambien puede representar otros tipos de motores alimentados con combustible, tal como cualquier motor de combustion interna que puede ser un motor de movimiento alternativo, por ejemplo un motor de un automovil. De ese modo, las presentes aleaciones de titanio pueden ser usadas para formar componentes que sean por tanto mas susceptibles a la oxidacion.

La figura 8 muestra un componente de ese tipo en forma de valvula 52 de motor de automovil que incluye un vastago 54, un filete 56 y una cabeza de valvula 58. El filete 56 es ahusado concavamente hacia el interior desde la cabeza de valvula 58 hasta el vastago 54. El vastago 54 termina en una punta 60 opuesta a la cabeza 58. El vastago 54 adyacente a la punta 60 define una ranura 60 acanalada para recibir un retenedor para un muelle de valvula del motor. La cabeza 58 tiene una cara 64 de asiento de valvula configurada para asentar contra un asiento de valvula del motor. Una valvula obturadora de motor tal como la valvula 58, ha sido divulgada en la patente de EE.UU. 6.718.932, la cual se incorpora en la presente memoria por referencia.

El motor 6, el cual puede representar, por ejemplo, segun se ha indicado anteriormente, un motor de turbina de gas o un motor de movimiento alternativo o cualquier motor alimentado con combustible, puede representar tambien de manera mas amplia una maquina que puede incluir un componente fabricado con una de las presentes aleaciones de modo que el funcionamiento de la maquina producira calor de tal modo que el componente se mantiene continuamente a una temperatura operativa de al menos 600, 650, 700 o 750 °C durante una duracion de al menos 1/2 hora, dos horas, tres horas, cuatro horas, cinco horas, seis horas, siete horas, ocho horas, nueve horas, diez horas o mas, tal como la duracion indicada en las tablas pertinentes proporcionadas en la presente memoria con respecto al mantenimiento de la temperatura a 24 horas, 48 horas, etcetera. La maquina puede estar operada de tal modo que el componente alcance esas temperaturas durante los tiempos o las duraciones indicadas, no necesariamente de una manera continua, sino por el contrario de forma intermitente, y de modo que la duracion total de los periodos de tiempo o duraciones intermitentes, por ejemplo, pueda ser igual, por ejemplo, a cualquiera de las duraciones especificas mencionadas con anterioridad. En cualquier caso, el componente estara generalmente expuesto a tales temperaturas en el aire, con lo que duracion total de exposicion a la oxidacion a tales temperaturas elevadas sera similar tanto de forma continua como intermitente.

La solicitante se reserva el derecho de reivindicar las presentes aleaciones, piezas formadas con las mismas o metodos relativos en cualesquiera incrementos de valores indicados en la presente memoria, incluyendo por ejemplo, aunque sin limitacion, los porcentajes de los elementos que forman las presentes aleaciones, las temperaturas y las horas mencionadas, la cantidad de ganancia de peso, la profundidad de caso alfa, el grado de elongacion, etcetera.

En la descripcion que antecede algunos de los terminos han sido usados por motivos de brevedad, claridad y comprension. No se deben implicar limitaciones innecesarias de los mismos mas alla del requisito de la tecnica anterior debido a que tales terminos se usan con fines de descripcion y se pretende que sean entendidos de manera amplia.

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Ademas, la descripcion y la ilustracion de las realizaciones preferidas de la invencion son solamente un ejemplo y la invencion no esta limitada a los detalles exactos mostrado o descritos.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Una aleacion de titanio para alta temperatura, que consiste en:
4.5 a 7,5% en peso de aluminio;

2,0 a 8,0% en peso de estano;

1.5 a 6,5% en peso de niobio;

0,1 a 2,5% en peso de molibdeno;

0,1 a 0,6% en peso de silicio;

0,0 a 1,0% en peso de tantalio;

un total de zirconio y vanadio en la gama de 0,0 a 0,5% en peso; no mas del 0,20% en peso de oxigeno; no mas del 0,10% en peso de carbono;

no mas del 0,10% en peso de cada uno de niquel, hierro, cromo, cobre y manganeso, y un total de <0,30% en peso combinados;

un total de hafnio y renio en la gama de 0,0 a 0,3% en peso; y el resto de titano.
2. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que el aluminio esta en un 5,5 a 6,5% en peso; el estano esta en un 3,5 a 4,5% en peso; el niobio esta en un 2,75 a 3,25% en peso; el molibdeno esta en un 0,5 a 0,8% en peso; el silicio esta en un 0,30 a 0,45% en peso; el oxigeno esta en un 0,08 a 0,12% en peso; el carbono esta en un 0,02 a 0,04% en peso; y el zirconio, hierro, niquel y cromo estan, cada uno de ellos, por debajo de un 0,1% en peso.
3. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion comprende un 3,0 a 6,0% en peso de niobio.
4. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion tiene una resistencia ultima a la traccion de al menos 260 a una temperatura de 750 °C.
5. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion tiene un limite elastico de al menos 150 a una temperatura de 750 °C.
6. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion tiene una ganancia de peso de no mas de 2,00 mg/cm2 tras mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de 750 °C durante una duracion de 208 horas.
7. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion tiene una profundidad de caso alfa de no mas de 100 micrones tras mantener la aleacion en aire continuamente a una temperatura de 750 °C durante 208 horas.
8. - La aleacion de la reivindicacion 1, en la que la aleacion a una temperatura de 25 °C tiene un porcentaje de elongacion de al menos un 2% tras la exposicion en aire a una temperatura de 750 °C durante 100 horas.
9. - Uso de una aleacion conforme a la reivindicacion 1 para formar al menos una porcion de uno de: (a) una barquilla del motor de una aeronave, (b) una carcasa de motor de aeronave, (c) una pala de compresor giratoria de motor de aeronave, (d) una paleta de estator de motor de aeronave, (e) una pala de turbina giratoria de motor de aeronave, (f) una boquilla de salida de motor de aeronave, (g) un tapon de salida de motor de aeronave, (h) un sujetador de motor de aeronave, y (i) un escudo termico de un pilon de motor de aeronave.
10. - Uso de una aleacion conforme a la reivindicacion 1 para la formacion de un componente de un motor de combustion interna o de un componente de un motor de turbina de gas.
11. - El uso de la reivindicacion 10 para la formacion de un componente de un motor de combustion interna, y en el que el componente del motor de combustion interna es una valvula.
12. - Uso de una aleacion conforme a la reivindicacion 1 para la formacion de un componente que tiene una temperatura operativa de al menos 600 °C.