ES2644256T3

ES2644256T3 - Procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción y piezas de construcción de una aleación a base de aluminio-titanio

Info

Publication number: ES2644256T3
Application number: ES11450055.6T
Authority: ES
Inventors: Helmut Clemens; Wilfried Wallgram; Martin Schloffer
Original assignee: Voestalpine Boehler Aerospace GmbH and Co KG; MTU Aero Engines AG
Current assignee: Voestalpine Boehler Aerospace GmbH and Co KG; MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: AT509768A1; EP2386663B1; US20110277891A1; JP2017122279A; AT509768B1; JP6576379B2; EP2386663A1; US8864918B2; IL212821A; CA2739964C; JP2011236503A; IL212821A0; CA2739964A1

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la fabricacion de una pieza de construccion y piezas de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio

La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de una pieza de construccion a partir de una aleacion a base de aluminio-titanio.

Ademas se refiere la invencion a una pieza de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio, fabricada con dimensiones proximas a las dimensiones finales.

Las aleaciones a base de aluminio-titanio presentan en general una alta resistencia, una baja densidad y una buena estabilidad frente a la corrosion y se usan preferentemente como piezas de construccion en turbinas de gas y turbopropulsores.

Para los campos de aplicacion anteriores son interesantes en particular aleaciones con una composicion de: aluminio del 40 % en atomos al 50 % en atomos, niobio del 3 % en atomos al 10 % en atomos, molibdeno hasta el 4 % en atomos asf como opcionalmente los elementos manganeso, boro, silicio, carbono, oxfgeno y nitrogeno en bajas concentraciones asf como titanio como resto.

Estas aleaciones solidifican preferentemente de manera completa a traves del cristal mixto p y recorren en un enfriamiento posterior una serie de transformaciones de fases. Un diagrama esquematico (figura 1) muestra formaciones de estructura dependiendo de la temperatura y de la concentracion de aluminio con indicaciones de intervalos de temperatura usadas por el experto.

Pueden fabricarse las piezas de construccion mediante colada de un bloque o de manera pulvimetalurgica mediante prensado isostatico en caliente (HIP) de polvo de metal aleado asf como colada de un bloque y eventualmente el HIP del mismo con extrusion posterior y en cada caso con un fraguado posterior del bloque o producto intermedio para dar una pieza de construccion, que se somete a continuacion a tratamientos termicos.

Los materiales de aluminio-titanio tienen para una conformacion en caliente solo un intervalo de temperatura estrecho, que si bien puede ampliarse mediante los elementos de aleacion niobio y molibdeno, sin embargo resultan limitaciones con respecto a la deformacion o bien fraguado de las piezas. Se conoce fabricar, mediante deformacion isotermica lenta, familiar para el experto como fraguado isotermico, una pieza de construccion al menos parcialmente mediante conformacion sin arranque de virutas, sin embargo esto esta unido a alto gasto.

En todo caso no presentara una pieza de construccion fabricada segun las tecnologfas anteriores en la mayona de los casos ninguna estructura homogenea, ya que se proporciona por un lado un potencial de recristalizacion bajo y diferente del material deformado de manera isotermica lentamente, y/o por otro lado la difusion, que requiere mucho tiempo, de los atomos de los elementos niobio y/o molibdeno, que son importantes para una deformabilidad de un material, se orienta hacia la estructura de conformacion y de esta manera puede influir desventajosamente en la estructura.

Una homogeneizacion de la formacion de estructura y con ello una obtencion de propiedades isotropicas, mecanicas del material mediante tratamientos de recocido que requieren tiempo, si bien son posibles basicamente, sin embargo requieren un alto gasto.

Para la practica industrial son necesarias piezas de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio, que presentan propiedades mecanicas, homogeneas independientemente de la direccion, encontrandose la ductilidad, resistencia y estabilidad frente a la fluencia del material tambien a altas temperaturas de uso de manera equilibrada en alto nivel.

Por el estado de la tecnica se conocen los siguientes procedimientos o bien piezas de construccion:

SCHMOELZER T ET AL: “Phase fractions, transition and ordering temperatures in TiAl-Nb-Mo alloys: An in- and ex-situ study”;

CLEMENS H ET AL: “In and ex situ investigations of the beta-phase in a Nb and Mo containing gamma-TiAl based alloy”;

HABEL U ET AL: “PROCESSING, MICROSTRUCTURE AND TENSILE PROPERTIES OF .GAMMA.-TIAL PM ALLOY 395MM”;

D. ZHANG ET AL: “Effect of heat-treatments and hot-isostatic pressing on phase transformation and microstructure in a B/B2 containing Gamma-TiAl based alloy”;

H. CLEMENS ET AL: “Design of Novel B-Solidifying TiAl Alloys with Adjustable B/B2-Phase Fraction and Excellent Hot-Workability”;

Tambien en el documento DE 10 2004 056582 A1 y el documento EP 0464 366 se han descrito procedimientos de este tipo.

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Partiendo del estado de la tecnica, la presente invencion se basa en el objetivo de indicar un procedimiento, con el que pueda fabricarse una pieza de construccion con estructura homogenea, fina y uniforme, pieza de construccion que presente de forma equilibrada una ductilidad, resistencia y estabilidad frente a la fluencia del material en todas las direcciones esencialmente de manera igual en alto nivel deseado y pueda fabricarse de manera economica con dimensiones proximas a las dimensiones finales.

La invencion tiene como objetivo ademas una pieza de construccion que presente con una formacion de fases dirigida de la estructura propiedades mecanicas deseadas, en particular el lfmite de alargamiento Rpo.2 y resistencia Rm asf como alargamiento total At en el ensayo de traccion a temperatura ambiente y a una temperatura de 700 °C.

El objetivo se soluciona mediante un procedimiento del tipo mencionado anteriormente, en el que en una primera etapa se prepara un material previo acabado mediante metalurgia en fundido o pulvimetalurgia con una composicion qmmica en % en atomos de:

aluminio (Al) opcionalmente: 41 a 48

niobio (Nb): 4 a 9

molibdeno (Mo): 0,1 a 3,0

manganeso (Mn): hasta 2,4

boro (B): hasta 1,0

silicio (Si): hasta 1,0

carbono (C): hasta 1,0

oxfgeno (O): hasta 0,5

nitrogeno (N): hasta 0,5

titanio e impurezas como resto,

y este material previo se prensa con un aumento de la presion hasta al menos 150 MPa a una temperatura de al menos 1000 °C tras un calentamiento durante un periodo de tiempo de al menos 60 min de manera isostatica para dar una pieza en bruto, tras lo cual en una segunda etapa se somete la pieza en bruto HIP a una conformacion en caliente mediante una conformacion masiva rapida con una velocidad superior a 0,4 mm/s y una conformacion mediante recalcado medida como alargamiento local 9 superior a 0,3, definiendose 9 tal como sigue:

imagen1

hf = altura de la pieza tras el recalcado ho = altura de la pieza antes del recalcado

u otro procedimiento de conformacion con deformacion minima igualmente alta, en particular mediante fraguado a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1350 °C con formacion de una pieza de construccion con un enfriamiento posterior de la misma, ascendiendo el intervalo de tiempo hasta alcanzar una temperatura de 700 °C a como maximo 10 min, formandose una estructura que se recupera de manera dinamica solo en pequenas zonas parciales o puede estar recristalizada, esencialmente sin embargo presenta una estructura de deformacion con alto potencial de energfa de recristalizacion, tras lo cual se somete la pieza de construccion para un ajuste de propiedades de material deseadas en una tercera etapa a un tratamiento termico, en el que en el intervalo de la temperatura eutectoide de la aleacion, en particular de 1010 a 1180 °C en un intervalo de tiempo de 30 a 1000 min a partir de la estructura de deformacion, debido a la energfa de deformacion almacenada y a la fuerza motriz, que esta constituida por el desequilibrio de fases qmmicas tras la deformacion y el enfriamiento, se forma una microestructura homogenea, finamente globular, que esta constituida por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 (y,P0,«2) con una formacion:

ALFA2: globular con un tamano de grano de 1 a 50 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %

que pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm BETA0: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en

volumen del 1 % al 50 %

GAMMA: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en

volumen del 1 % al 60 %,

y en una etapa subordinada se realiza (puede realizarse) opcionalmente al menos otro tratamiento termico, en particular recocido secundario y/o recocido de estabilizacion de la pieza de construccion.

Con el procedimiento de acuerdo con la invencion se consigue una pluralidad de ventajas tecnicas y economicas.

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En la primera etapa del procedimiento requiere un material previo, preparado mediante metalurgia en fundido o pulvimetalurgia, unicamente una compactacion mediante prensado isostatico en caliente del mismo, tras lo cual la pieza en bruto en una segunda etapa a una temperatura elevada con respecto a un fraguado isotermico y, tal como se ha encontrado, con una capacidad de conformacion en caliente del material ventajosamente mejorada se somete a una conformacion masiva rapida con una velocidad superior a 0,4 mm/s y un grado de recalcado 9 superior a 0,3. Esta conformacion masiva rapida de la pieza en bruto puede realizarse, de manera sorprendente para el experto, a temperatura elevada con alta velocidad de conformacion, siendo necesario de acuerdo con la invencion una alta deformacion minima y un enfriamiento posterior con alta velocidad de enfriamiento para una formacion de un alto potencial de recristalizacion, por el momento congelado, en la estructura.

Este potencial de recristalizacion o bien esta energfa almacenada que resulta de la deformacion rapida, que se forma tambien a partir de la fuerza motriz del desequilibrio de fases qmmicas, provoca en una tercera etapa con un recocido del material en el intervalo de la temperatura eutectoide de la aleacion una transformacion en una microestructura muy finamente globular de las fases GAMMA, BETAo, ALFA2 con estructura atomica ordenada a temperatura ambiente con determinadas proporciones de fases, estructura que sirve como estructura de partida de grano fino favorable para una formacion de estructura posterior, que puede conseguirse mediante tratamiento(s) termico(s), prevista en cuanto a propiedades deseadas del material.

El objetivo se soluciona tambien mediante un procedimiento del tipo mencionado anteriormente, en el que en una primera etapa se prepara un material previo acabado mediante metalurgia en fundido o pulvimetalurgia con una composicion qmmica en % en atomos de:

Al: 42 a 44,5

opcionalmente Nb: 3,5 a 4,5

Mo: 0,5 a 1,5

Mn: hasta 2,2

B: 0,05 a 0,2

Si: 0,001 a 0,01

C: 0,001 a 1,0

O: 0,001 a 0,1

N: 0,0001 a 0,02

titanio e impurezas como resto

imagen2

u otro procedimiento de conformacion con deformacion minima igualmente alta, en particular mediante fraguado a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1350 °C con formacion de una pieza de construccion con un enfriamiento posterior de la misma, ascendiendo el intervalo de tiempo hasta alcanzar una temperatura de 700 °C a como maximo 10 min, formandose una estructura, que se recupera de manera dinamica solo en pequenas zonas parciales o puede estar recristalizada, esencialmente sin embargo presenta una estructura de deformacion con alto potencial de energfa de recristalizacion, y tras lo cual se somete la pieza de construccion en una tercera etapa a un tratamiento termico, que se realiza con un intervalo de tiempo de 30 a 600 min en el intervalo de la temperatura eutectoide de la aleacion, en particular de 1040 a 1170 °C, formandose a partir de la estructura de deformacion una microestructura finamente globular, homogenea, que esta constituida por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 ((y,P0,«2) con una formacion:

ALFA2: globular con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del 10 % al 35 % que

pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm BETA0: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del

15 % al 45 %

GAMMA: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del 15 % al 60 %

y opcionalmente se realiza (se realizan) en una etapa subordinada al menos otro tratamiento termico, en particular

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recocido secundario y/o recocido de estabilizacion de la pieza de construccion.

Una composicion qmmica del material de este tipo, limitada en las concentraciones de los elementos puede intensificar un comportamiento favorable conseguido mediante los parametros del procedimiento con respecto a la formacion y conformacion de la estructura.

La formacion de grano fino en el material, lograda segun el procedimiento anterior, provoca concretamente en caso de morfologfa de estructura isotropica una elevada resistencia en lfmites mas estrechos, pudiendose considerar sin embargo la tenacidad y la estabilidad frente a la fluencia del material para determinados campos de aplicacion como no suficientes. Esta estructura de grano fino forma sin embargo en todo caso una condicion previa para la obtencion de una estructura homogenea en gran parte fina en otros tratamientos de recocido para el ajuste de propiedades mecanicas deseadas de la pieza de construccion.

Para conseguir en particular las propiedades de alta temperatura del material que se refieren a una mejora de la ductilidad o bien un aumento de la tenacidad y un aumento de la estabilidad frente a la fluencia, esta previsto de acuerdo con la invencion someter la pieza de construccion con una estructura de grano fino creada en la tercera etapa para el ajuste de propiedades de alta temperatura del material optimizadas al menos a un recocido secundario, recocido secundario que se realiza en el intervalo proximo a la temperatura de transicion de fase alfa (Ta) de la aleacion en el espacio de tres fases (alfa, beta, gamma) durante un periodo de tiempo de al menos 30 a 6000 min, tras lo cual se enfna la pieza en un intervalo de tiempo inferior a 10 min hasta una temperatura de 700 °C y a continuacion adicionalmente, de manera preferente al aire y de manera que se forma una formacion de fases:

ALFA2: globular sobresaturada, eventualmente que contiene lamelas y poco finas, con un tamano de grano de 5

|im a 100 |im con una proporcion en volumen del 25 % al 98 %

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %.

En particular los granos de ALFA2 sobresaturados y una formacion de estructura sin bien fina, sin embargo, no

optimizada dan como resultado con altos valores de resistencia una baja ductilidad del material y tenacidad.

Mediante una composicion qmmica, limitada pueden conseguirse propiedades de material mecanicas mejoradas, sin embargo, esta orientado el perfil de propiedades solo a determinados fines de uso.

Una composicion qmmica, limitada del material, tal como se ha indicado anteriormente, puede usarse concretamente para la obtencion de proporciones favorables de las partes constituyentes de estructura con dimensiones mas estrechas y lfmites de contenido mas estrechos, reflejandose las ventajas que resultan de esto en una cierta precision de los valores de propiedades mecanicas; sin embargo esencialmente se crean con ello de manera sumamente ventajosa las condiciones previas para una optimizacion del comportamiento a alta temperatura de una pieza de construccion de una aleacion a base de titanio-aluminio.

Una seleccion del tiempo de recocido en caso de un recocido secundario proxima a la temperatura de transicion de fase alfa (Ta) puede realizarse en cuanto a un ajuste de cantidades de fase deseadas y de los tamanos de grano. Por ejemplo se reduce generalmente la fase p con duracion de recocido creciente.

Tras un tratamiento termico en la zona de transicion a fase alfa y un enfriamiento forzado presentan las fases de estructura esencialmente una estructura atomica desordenada.

Cuando en el procedimiento de fabricacion se somete la pieza de construccion tras un recocido secundario al menos a un recocido de estabilizacion, que se realiza en un intervalo de temperatura de 700 °C a 1000 °C, en todo caso por encima de la temperatura de aplicacion de la pieza de construccion con una duracion de 60 min a 1000 min y un posterior enfriamiento lento o bien en horno con una velocidad inferior a 5 °C/min, preferentemente inferior a 1 °C/min, para el ajuste o formacion de las partes constituyentes de la estructura:

ALFA2 / GAMMA: grano lamelar con un tamano de grano de 5 |im a 100 |im con una proporcion en volumen del

25 % al 98 % con una estructura fina de lamelas (a2/y), preferentemente con una distancia promedio entre lamelas de 10 nm a 1 |im

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al

25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al

50 %,

pueden conseguirse formaciones de estructura con propiedades de alta temperatura mecanicas esencialmente mejoradas del material.

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Por medio de un recocido de estabilizacion con un enfriamiento lento, en el que se conserva una difusion atomica suficiente, se realiza una conversion de los granos ALFA2 sobresaturados en una estructura ALFA2 / GAMMA lamelar sin modificacion esencial del tamano de grano. Una estructura lamelar en los granos de estructura anteriormente sobresaturados mejora en alta medida la estabilidad frente a la fluencia del material con altas cargas en el intervalo de temperatura de aproximadamente 700 °C.

El otro objetivo de la invencion se consigue con una pieza de construccion que presenta dimensiones proximas a las dimensiones finales, de una aleacion a base de titanio-aluminio con una composicion qmmica de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, fabricada con una estructura del material, que esta constituida por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 (y,Po,«2) con una formacion:

ALFA2: globular sobresaturada con un tamano de grano de 1 |im a 50 |im con una proporcion en volumen del 1 %

al 50 %, que pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm BETAo: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen

del 1 % al 50 %

GAMMA: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 60 %,

preferentemente ajustada con un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 3, presentando el material las siguientes propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura a temperatura ambiente:

0 Rpo,2: 650 a 910 MPa 0 Rm: 680 a 1010 MPa 0 At: 0,5 % a 3 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

0 Rpo,2: 520 a 690 MPa 0 Rm: 620 a 970 MPa 0 At: 1 % a 3,5 %.

Esta pieza creada con alta rentabilidad de la fabricacion tiene una estructura fina, globular, homogenea con perfil de propiedades del material igual en todas direcciones, que puede usarse de manera ventajosa para una pluralidad de fines de aplicacion.

Para conseguir una mejora de las propiedades mecanicas del material, en particular un aumento de la estabilidad frente a la fluencia, es ventajoso cuando esta formada la pieza de construccion con una estructura del material de:

|im a 80 |im con una proporcion en volumen del 50 % al 95 %

BETAo: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 20 |im con una proporcion en volumen del 31 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 |im a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 28 %

preferentemente ajustada segun un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, presentando el material las siguientes propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura (segun la norma ASTM E8M, EN2002-1) a temperatura ambiente:

0 Rpo,2: 650 a 940 MPa 0 Rm: 730 a 1050 MPa 0 At: 0,2 % a 2 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

0 Rpo,2: 430 a 620 MPa 0 Rm: 590 a 940 MPa 0 At: 1 % a 2,5 %.

Una ventaja esencial en cuanto a una ductilidad, resistencia y estabilidad frente a la fluencia del material en todas las direcciones en igual medida en un alto nivel se consigue cuando la pieza de construccion esta formada con una

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estructura del material, que esta constituida por las partes constituyentes con una formacion:

25 % al 98 % con una estructura fina de lamelas (02/7), preferentemente con una distancia promedio entre lamelas de 10 nm a 1 nm

BETAo: globular, con un tamano de grano de 0,5 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 %

al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 0,5 |im a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 %

al 50 %

preferentemente ajustada segun un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, presentando el material las siguientes propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura (segun la norma ASTM E8M, EN 2002-1) a temperatura ambiente:

0 Rp0,2: 710 a 1020 MPa 0 Rm: 800 a 1250 MPa 0 At: 0,8 % a 4 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

0 Rp0,2: 540 a 760 MPa 0 Rm: 630 a 1140 MPa 0 At: 1 % a 4,5 %.

A continuacion se explicara en mas detalle la invencion por medio de imagenes que comprenden unicamente una composicion de aleacion.

Muestran:

la figura 1

la figura 2 la figura 3

la figura 4 la figura 5

formacion de estructura dependiendo de la temperatura y de la concentracion de aluminio con indicaciones de intervalo de temperatura usadas por el experto (diagrama esquematico) estructura de la aleacion a base de Al-Ti segun una conformacion masiva y posterior enfriamiento estructura de la aleacion tras un recocido en el intervalo de la temperatura eutectoide (Teu) y enfriamiento

estructura de la aleacion tras un recocido a temperatura de transicion de fase alfa (Ta) estructura de la aleacion tras un recocido de estabilizacion

En la figura 1 estan representadas esquematicamente las formaciones de estructura de aleaciones a base de aluminio-titanio dependiendo de la temperatura y de la concentracion de aluminio. Ademas son evidentes las indicaciones de temperatura usadas por el experto.

Las formaciones de estructura representadas en la figura 2 a figura 5 proceden de una serie de ensayo con una aleacion de Ti, 43,2 % en atomos de Al, 4 % en atomos de Nb, 1 % en atomos de Mo, 0,1 % en atomos de B.

Esta aleacion tiene una temperatura eutectoide de Teu 1165 °C + 7 °C y una temperatura de transicion de fase alfa Ta = 1243 °C + 7 °C, temperaturas que se determinaron con el analisis termico diferencial.

Las imagenes de estructura se tomaron con un aumento de 200 veces en el microscopio electronico de barrido en un contraste de electrones por retrodispersion.

La figura 2 muestra la estructura del material tras una deformacion en una matriz con un grado de conformacion de 9 = 0,7 con una velocidad de conformacion de 1,0 mm/s y un enfriamiento al aire. Como consecuencia de la conformacion masiva, tras enfriamiento de la pieza, presenta esta una textura de deformacion unidireccional tfpica y muestra como partes constituyentes granos GAMMA-BETA0-ALFA2 unidireccionales.

La figura 3 muestra la estructura de la pieza deformada tras un tratamiento termico en el intervalo de la temperatura eutectoide (Teu), en el presente caso a 1150 °C, seguido de un enfriamiento.

La estructura estaba constituida por granos ALFA2 globulares con un tamano de grano (medido como diametro del cfrculo circunscrito mas pequeno) de 3,2 |im + 1,9 |im con una proporcion en volumen de aprox. el 25 %, por granos BETA0 globulares con un tamano de grano de 3,7 |im + 2,1 |im con una proporcion en volumen de aprox. el 26 % y por granos GAMMA globulares con un tamano de grano de 5,7 |im + 2,4 |im con una proporcion en volumen del 49 %.

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En la figura 4 esta representada la estructura de la pieza deformada y a continuacion recocida a 1150 °C y enfriada tras un recocido secundario en el intervalo de la temperature de transicion de fase alfa (Ta) en el caso dado a una temperature de 1240 °C y un enfriamiento de esta hasta 700 °C en 5 min y enfriamiento posterior al aire.

Las partes constituyentes de la estructura determinadas eran: granos ALFA2 en formacion globular con un tamano de grano de 11,0 |im + 5,8 |im con una proporcion en volumen del 73 %, granos BETA0 globulares con un tamano de grano de 4,5 |im + 2,6 |im con una proporcion en volumen del 11 % y granos GAMMA globulares con un tamano de grano de 4,2 |im + 2,2 |im con una proporcion en volumen del 16 %.

La figura 5 muestra la estructura de la pieza deformada tras un recocido de grano fino en el intervalo de temperatura eutectoide (Teu), un recocido a alta temperatura en el espacio de fases (a+p+y) o bien un recocido a la temperatura de transicion de la fase alfa (Ta) a 1240 °C y un enfriamiento forzado seguido de un recocido de estabilizacion en el caso dado a 875 °C con posterior enfriamiento lento con una velocidad de 2 °C/min.

En este punto debe determinarse que mediante variaciones de la temperatura de recocido y/o del tiempo de recocido pueden ajustarse la microestructura de la estructura y el perfil de propiedades del material.

Tras el tratamiento termico anterior, la estructura estaba constituida por granos ALFA2/GAMMA globulares con estructura lamelar a/y con un tamano de grano de 7,1 |im + 3,8 |im con una proporcion en volumen del 64 %, por granos BETA0 globulares con un tamano de grano de 2,3 |im + 2,2 |im con una proporcion en volumen del 13 % y por fases GAMMA globulares con un tamano de grano de 2,7 |im + 2,1 |im con una proporcion en volumen del 23 %.

Como tambien las demas muestras de series de ensayo se midieron en esta pieza las propiedades mecanicas mas importantes. A temperatura ambiente se encontraban los valores de resistencia Rp0,2 por encima de 720 MPa, Rm por encima de 810 MPa y el alargamiento de rotura por encima del 1,6 %.

A 700 °C se determino en el ensayo de fluencia (ASTME139 o EN2005-5) con una tension de prueba en la muestra de 250 MPa y una duracion de solicitacion de 100 horas, un valor Ap inferior al 0,65 %.

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricacion de una pieza de construccion a partir de una aleacion a base de aluminio-titanio, en el que en una primera etapa se prepara un material previo acabado mediante metalurgia en fundido o pulvimetalurgia con una composicion qmmica en % en atomos de:

aluminio (Al) opcionalmente

41 a 48

niobio (Nb)

4 a 9

molibdeno (Mo)

0,1 a 3,0

manganeso (Mn)

hasta 2,4

boro (B)

hasta 1,0

silicio (Si)

hasta 1,0

carbono (C)

hasta 1,0

oxfgeno (O)

hasta 0,5

nitrogeno (N)

hasta 0,5

titanio e impurezas como resto,

y este material previo se prensa con un aumento de la presion hasta al menos 150 MPa a una temperatura de al menos 1000 °C tras calentamiento durante un periodo de tiempo de al menos 60 min de manera isostatica para dar una pieza en bruto, tras lo cual en una segunda etapa se somete la pieza en bruto HIP a una conformacion en caliente mediante una conformacion masiva rapida con una velocidad superior a 0,4 mm/s y una conformacion mediante recalcado medida como alargamiento local ^ superior a 0,3, definiendose ^ tal como sigue:

tp = In (hf/h<>)

hf = altura de la pieza tras el recalcado ho = altura de la pieza antes del recalcado

u otro procedimiento de conformacion con deformacion minima igualmente alta, en particular mediante fraguado a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1350 °C con formacion de una pieza de construccion con un enfriamiento posterior de la misma, ascendiendo el intervalo de tiempo hasta alcanzar una temperatura de 700 °C a como maximo 10 min, formandose una estructura, que se recupera de manera dinamica solo en pequenas zonas parciales o puede estar recristalizada, esencialmente sin embargo presenta una estructura de deformacion con alto potencial de energfa de recristalizacion, tras lo cual la pieza de construccion se somete para un ajuste de propiedades de material deseadas en una tercera etapa a un tratamiento termico, en el que en el intervalo de la temperatura eutectoide (Teu) de la aleacion, en particular de 1010 a 1180 °C en un intervalo de tiempo de 30 a 1000 min a partir de la estructura de deformacion, debido a la energfa de deformacion almacenada y la fuerza motriz para la reestructuracion de la estructura, que esta constituida por el desequilibrio de fases qmmicas tras la deformacion y el enfriamiento, se forma tras un enfriamiento al aire una microestructura homogenea, finamente globular, formada por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 (y, P0, a2) con una formacion:

ALFA2: globular con un tamano de grano de 1 a 50 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %, que pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm

BETA0: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %

GAMMA: globular que rodea la fase a2, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %,

y en una etapa subordinada se realiza (se realizan) opcionalmente al menos otro tratamiento termico, en particular recocido secundario y/o recocido de estabilizacion de la pieza de construccion.
2. Procedimiento para la fabricacion de una pieza de construccion a partir de una aleacion a base de aluminio-titanio, en el que en una primera etapa se prepara un material previo acabado mediante metalurgia en fundido o pulvimetalurgia con una composicion qmmica en % en atomos de:

Al opcionalmente

42 a 44,5

Nb

3,5 a 4,5

Mo

0,5 a 1,5

Mn

hasta 2,2

B

0,05 a 0,2

Si

0,001 a 0,01

C

0,001 a 1,0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

O 0,001 a 0,1

N 0,0001 a 0,02

titanio e impurezas como resto,

y este material previo se prensa con un aumento de la presion hasta al menos 150 MPa a una temperature de al menos 1000 °C tras calentamiento durante un periodo de tiempo de al menos 60 min de manera isostatica para dar una pieza en bruto, tras lo cual en una segunda etapa se somete la pieza en bruto HIP a una conformacion en caliente mediante una conformacion masiva rapida con una velocidad superior a 0,4 mm/s y una conformacion mediante recalcado medida como alargamiento local ^ superior a 0,3, definiendose ^ tal como sigue:

cp = In (hf/ho)

hf = altura de la pieza tras el recalcado ho = altura de la pieza antes del recalcado

u otro procedimiento de conformacion con deformacion minima igualmente alta, en particular mediante fraguado a una temperatura en el intervalo de 1000 a 1350 °C con formacion de una pieza de construccion con un enfriamiento posterior de la misma, ascendiendo el intervalo de tiempo hasta alcanzar una temperatura de 700 °C a como maximo 10 min, formandose una estructura, que se recupera de manera dinamica solo en pequenas zonas parciales o puede estar recristalizada, esencialmente sin embargo presenta una estructura de deformacion con alto potencial de energfa de recristalizacion,

tras lo cual se somete la pieza de construccion para un ajuste de propiedades de material deseadas en una tercera etapa a un tratamiento termico, que se realiza con un intervalo de tiempo de 30 a 600 min en el intervalo de la temperatura eutectoide (Teu) de la aleacion, en particular de 1040 a 1170 °C, formandose a partir de la estructura de deformacion tras un enfriamiento al aire una microestructura homogenea, finamente globular, que esta constituida por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 (y, P0, 02) con una formacion:

ALFA2: globular con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del 10 % al 35 % que pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm

BETA0: globular que rodea la fase 02, con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del 15 % al 45 %

GAMMA: globular que rodea la fase 02, con un tamano de grano de 1 a 10 |im con una proporcion en volumen del 15 % al 60 %,

y opcionalmente se realiza (se realizan) en una etapa subordinada al menos otro tratamiento termico, en particular recocido secundario y/o recocido de estabilizacion de la pieza de construccion.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la pieza de construccion con una estructura fina creada en la tercera etapa se somete, para el ajuste de propiedades de alta temperatura del material optimizadas, al menos a un recocido secundario, que se realiza en el intervalo proximo a la temperatura de transicion de fase alfa (Ta) de la aleacion en el espacio de tres fases (alfa, beta, gamma) durante un periodo de tiempo de al menos 30 a como maximo 6000 min, tras lo cual se enfna la pieza en un intervalo de tiempo inferior a 10 min hasta una temperatura de 700 °C y a continuacion mas preferentemente al aire y de manera que se forma una formacion de fases:

ALFA2: globular sobresaturada, eventualmente que contiene lamelas y poco finas, con un tamano de grano de 5 a 100 |im con una proporcion en volumen del 25 % al 98 %

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %.
4. Procedimiento segun la reivindicacion 2, en el que la pieza de construccion con una estructura fina creada en la

tercera etapa se somete para el ajuste de propiedades de alta temperatura del material optimizadas al menos a un recocido secundario, que se realiza en el intervalo proximo a la temperatura de transicion de fase alfa (Ta) de la aleacion en el espacio de tres fases (alfa, beta, gamma) durante un periodo de tiempo de al menos 30 a como maximo 6000 min, tras lo cual se enfna la pieza en un intervalo de tiempo inferior a 10 min hasta una temperatura de 700 °C y a continuacion adicionalmente, de manera preferente al aire y de manera que se forma una formacion de fases:

ALFA2: globular sobresaturada, eventualmente que contiene lamelas y poco finas, con un tamano de grano de 5 a 80 |im con una proporcion en volumen del 50 % al 98 %

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 28 %.
5. Procedimiento segun la reivindicacion 3, en el que la pieza de construccion tras un recocido secundario de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

acuerdo con la reivindicacion 3 se somete al menos a un recocido de estabilizacion, que se realiza en un intervalo de temperatura de 700 a 1000 °C, en todo caso por encima de la temperatura de aplicacion de la pieza de construccion con una duracion de 60 a 1000 min y un enfriamiento posterior lento o bien de horno con una velocidad inferior a 5 °C/min, preferentemente inferior a 1 °C/min, para el ajuste o la formacion de las partes constituyentes de la estructura:

ALFA2 /GAMMA: grano lamelar con un tamano de grano de 5 a 100 |im con una proporcion en volumen del 25 % al 98 % con una estructura fina de lamelas (a2/y), preferentemente con una distancia promedio entre lamelas de 10 nm a 1 |im

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %.
6. Procedimiento segun la reivindicacion 4, en el que la pieza de construccion tras un recocido secundario de acuerdo con la reivindicacion 4 se somete al menos a un recocido de estabilizacion, que se realiza en un intervalo de temperatura de 700 a 1000 °C, en todo caso por encima de la temperatura de aplicacion de la pieza de construccion con una duracion de 60 a 1000 min y un enfriamiento posterior lento o bien de horno con una velocidad inferior a 5 °C/min, preferentemente inferior a 1 °C/min, para el ajuste o la formacion de las partes constituyentes de la estructura:

ALFA2 /GAMMA: grano lamelar con un tamano de grano de 5 a 80 |im con una estructura fina de lamelas (a2/y), preferentemente con una distancia promedio entre lamelas de 10 a 30 nm, y con una proporcion en volumen del 45 % al 90 %

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %.
7. Pieza de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio con una composicion qmmica de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, fabricada con dimensiones proximas a las dimensiones finales, que puede obtenerse con un procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, con una estructura del material, que esta constituida por las fases que presentan a temperatura ambiente una estructura atomica ordenada:

GAMMA, BETA0, ALFA2 (y, P0, a2) con una formacion:

ALFA2: globular con un tamano de grano de 1 a 50 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %, que pueden contener lamelas y mas gruesas, aisladas con un espesor de > 100 nm

BETA0: globular que rodea la fase 02, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %

GAMMA: globular que rodea la fase 02, con un tamano de grano de 1 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 60 %

que puede obtenerse con un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, presentando el material las siguientes propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura a temperatura ambiente:

0 Rp0,2: 650 a 910 MPa 0 Rm: 680 a 1010 MPa 0 At: 0,5 a 3 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

0 Rp0,2: 520 a 690 MPa 0 Rm: 620 a 970 MPa 0 At: 1 a 3,5 %.
8. Pieza de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio con una composicion qmmica de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, fabricada con dimensiones proximas a las dimensiones finales, con una estructura del material que esta constituida por:

ALFA2: globular sobresaturada, eventualmente que contiene lamelas y poco finas, con un tamano de grano de 5 a 80 |im con una proporcion en volumen del 50 % al 95 %

BETA0: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 %

GAMMA: globular, con un tamano de grano de 1 a 20 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 28 %

ajustada segun un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 3 o 4, presentando el material las siguientes

5

10

15

20

25

30

35

propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura (segun la norma ASTM E8M, EN 2002-1) a temperatura ambiente:

° Rp0,2: 650 a 940 MPa ° Rm: 730 a 1050 MPa ° At: 0,2 a 2 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

° Rp0,2: 430 a 620 MPa ° Rm: 590 a 940 MPa ° At: 1 a 2,5 %.
9. Pieza de construccion de una aleacion a base de aluminio-titanio con una composicion qmmica de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, fabricada con dimensiones proximas a las dimensiones finales, con una estructura del material que esta constituida por las partes constituyentes con una formacion:

ALFA2 / GAMMA: grano lamelar con un tamano de grano de 5 a 100 |im con una proporcion en volumen del 25 % al 98 % con una estructura fina de lamelas (a2/y), preferentemente con una distancia promedio entre lamelas de 10 a 1 nm

BETA0: globular, con un tamano de grano de 0,5 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 25 % GAMMA: globular, con un tamano de grano de 0,5 a 25 |im con una proporcion en volumen del 1 % al 50 %

ajustada segun un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 5 o 6, presentando el material las siguientes propiedades mecanicas en el intervalo de:

• resistencia y alargamiento de rotura (segun la norma ASTM E8M, EN 2002-1) a temperatura ambiente:

° Rp0,2: 710 a 1020 MPa ° Rm: 800 a 1250 MPa ° At: 0,8 a 4 %

• resistencia y alargamiento de rotura a 700 °C:

° Rp0,2: 540 a 760 MPa ° Rm: 630 a 1140 MPa ° At: 1 a 4,5 %.