NO132051B

NO132051B -

Info

Publication number: NO132051B
Application number: NO178772A
Authority: NO
Inventors: L Seraphin; R Tricot
Original assignee: Pechiney Ugine Kuhlmann
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1975-06-02
Also published as: CA955425A; IE38052L; BE783351A; NL7206830A; GB1392382A; DE2224907A1; NO132051C; AT316159B; FR2138255B1; IE38052B1; LU65395A1; SE388211B; IT959297B; FR2138255A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en titanlegering av typen ( a + B) The invention relates to a titanium alloy of the type (a + B)

med ny metallografisk struktur, samt en fremgangsmåte ved hvilken man ved varmebehandling fremstiller den nevnte legering. with a new metallographic structure, as well as a method by which the said alloy is produced by heat treatment.

De krav man stiller til titanlegeringer, er at de i The requirements for titanium alloys are that they i

glødet tilstand samtidig skal oppvise gode strekkegenskaper og gode egenskaper ved et forsøk for bestemmelse av bruddlevetid på annealed condition must at the same time show good tensile properties and good properties in a test to determine the fracture life of

en med innsnitt forsynt prøvestav under statisk belastning, a notched test rod under static load,

hvilket forsøk vanligvis kalles Pratt og Whitney-prøven. which test is usually called the Pratt and Whitney test.

Således gjelder det at man for en legering med betegnel- Thus, it applies that for an alloy with designation

sen "TA6V" som inneholder ca. 6 % Al og 4 % v, stiller følgende krav til staver med et tverrsnitt som er ^ 50 cm 2: late "TA6V" containing approx. 6% Al and 4% v, sets the following requirements for rods with a cross-section of ^ 50 cm 2:

Strekkfasthet R: 88 - 113 hbar Tensile strength R: 88 - 113 hbar

Elastisitetsgrense E 0,2 82 hbar Elastic limit E 0.2 82 hbar

Forlengelse A % (5d)^ 10 Extension A % (5d)^ 10

Innsnøring ^ 25 Lacing ^ 25

Pratt og Whitney-prøven: varighet ^. 5 timer ved 116 hbar. The Pratt and Whitney test: duration ^. 5 hours at 116 hbar.

Nå er det imidlertid slik at man erkjenner at disse egenskaper i praksis er uforenelige. Spesielt fører den" fine og ekvi-aksielle struktur som oppnås ved omvandling i varme og påfølgende varmebehandling i området ( a + B) til gode egenskaper hva gjelder formbarhet i kulde (A % og £_ %), men til dårlige egenskaper ved Pratt og Whitney-prøven. I motsetning til dette oppviser widman-statten-strukturen som tilveiebringes ved hjelp av smi- eller varmebehandling i B-området, gode verdier ved Pratt og Whitney-prøven, Now, however, it is recognized that these characteristics are in practice incompatible. In particular, the "fine and equi-axial structure obtained by conversion in heat and subsequent heat treatment in the area (a + B) leads to good properties in terms of formability in cold (A % and £_ %), but to poor properties in Pratt and Whitney test In contrast, the widman-statten structure provided by forging or heat treatment in the B region shows good values in the Pratt and Whitney test,

god bestandighet mot kraftig utbredelse av sprekker, samt god slagfasthet, men dårlige verdier for formbarhet og utmattelsesfasthet (materialtretthet). good resistance to strong propagation of cracks, as well as good impact resistance, but poor values for formability and fatigue resistance (material fatigue).

Titanlegeringene i henhold til oppfinnelsen forener disse motstridende krav på en bemerkelsesverdig måte. Legeringene er av typen (a + B) og karakteriseres av en metallograf isk struktur som i herdet og glødet tilstand består av en primær a-fase som i en The titanium alloys according to the invention combine these conflicting requirements in a remarkable way. The alloys are of the type (a + B) and are characterized by a metallographic structure which in the hardened and annealed state consists of a primary a phase which in a

andel av 10-50 % er innleiret i en nåleformig eller finlamellær proportion of 10-50% is embedded in an acicular or fine lamellar

(a + B)-grunnmasse. (a + B)-base mass.

En mikroskopisk avbildning som er typisk for denne struktur, vises på vedlagte figur. Det gjelder en "TA6V"-legering med vekt-analysen C 0,047 %, Fe 0,300 %, N2 0,011 %, Al 5,80 %, V 4,15 % A microscopic image that is typical of this structure is shown in the attached figure. It concerns a "TA6V" alloy with the weight analysis C 0.047%, Fe 0.300%, N2 0.011%, Al 5.80%, V 4.15%

og resten titan. Dette snitt anskueliggjør a-fasens små kuler (1) og (a + B)-grunnmassens fine nåler (2). and the rest titanium. This section shows the small balls (1) of the a phase and the fine needles (2) of the (a + B) ground mass.

Blant de ( a + B)-legeringer som har evne til å anta denne struktur, kan man som eksempler nevne følgende: Among the (a + B) alloys that have the ability to assume this structure, the following can be mentioned as examples:

(3 % Al - 2, 5 % V) (4 % Al, 3 % Mo, 1 % V) (6 % Al, 4 % V) (3% Al - 2.5% V) (4% Al, 3% Mo, 1% V) (6% Al, 4% V)

(4 % Al, 2 % Sn, 4 % Mo, 0, 5 % Si) (4 % Al, 4 % Sn, 4 % Mo, 0, 5 % Si) (4% Al, 2% Sn, 4% Mo, 0.5% Si) (4% Al, 4% Sn, 4% Mo, 0.5% Si)

(6 % Al, 2 % Sn, 4 % Zr, 2 % Mo) (6 % Al, 2 % Sn, 6 % V, Fe, Cu) (6% Al, 2% Sn, 4% Zr, 2% Mo) (6% Al, 2% Sn, 6% V, Fe, Cu)

(6 % Al, 5 % Zr, 4 % Mo, 1 % Cu, 0, 2 % Si) (7 % Al, 4 % Mo) (6% Al, 5% Zr, 4% Mo, 1% Cu, 0.2% Si) (7% Al, 4% Mo)

(2,25 % Al, 11 % Sn, 4 % Mo, 0, 2 % Si) (8 % Mn) (2.25% Al, 11% Sn, 4% Mo, 0.2% Si) (8% Mn)

(8 % Al, 1 % Mo, 1 % V) (4 % Al, 4 % Mn) (8% Al, 1% Mo, 1% V) (4% Al, 4% Mn)

Den fremgangsmåte i henhold til hvilken man kan tilveiebringe denne struktur, utgjør også en del av oppfinnelsen. Fremgangsmåten består i at man, etter å ha omvandlet legeringen i varme i området (a + B), herder legeringen kraftig og med hurtig initiering i vann eller olje, idet man går ut fra en temperatur som på den ene side er minst 10-15°C lavere enn temperaturen for den totale omvandling a > B for legeringen, men på den annen side er høyere enn den temperatur for hvilken B-fasen bibeholdes i metastabil form, hvoretter man utfører en vanlig gløding. The method according to which this structure can be provided also forms part of the invention. The procedure consists in that, after converting the alloy into heat in the area (a + B), the alloy hardens strongly and with rapid initiation in water or oil, starting from a temperature which on the one hand is at least 10-15 °C lower than the temperature for the total transformation a > B for the alloy, but on the other hand is higher than the temperature for which the B phase is retained in metastable form, after which a normal annealing is carried out.

Tiden for overføring mellom ovnen og hérdetanken bør være mindre enn 15 sekunder og fortrinnsvis så kort som mulig. I visse tilfeller er det fordelaktig å foreta foranstaltninger for å sette gjenstanden i bevegelse i herdebadet eller for å tilveiebringe sirkulering av herdevæsken. The time for transfer between the oven and the curing tank should be less than 15 seconds and preferably as short as possible. In certain cases it is advantageous to take measures to set the object in motion in the curing bath or to provide circulation of the curing liquid.

Ved bestemmelsen av herdet.emperaturen kan nedre grense i visse tilfeller påvirkes av.det totale innhold av tilslagselement i legeringen, for omvandlingen fra B til a under avkjølingen har en tendens til å øke samtidig med det nevnte innhold. When determining the hardened temperature, the lower limit can in certain cases be influenced by the total content of aggregates in the alloy, because the conversion from B to a during cooling tends to increase simultaneously with the said content.

Behandlingen ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan utføres enten ved slutten av omvandlingen av produktene i varme ved umiddelbar tilbakeføring til ovnen med påfølgende herding og gløding, eller senere ved en separat herde- og glødeoperasjon. The treatment by the method according to the invention can be carried out either at the end of the transformation of the products into heat by immediate return to the furnace with subsequent hardening and annealing, or later by a separate hardening and annealing operation.

Glødetrinnet er nødvendig for å stabilisere den struktur som oppnås etter herdingen og som er ustabil i varme. I dette trinn gis produktene den ønskede hårdhet og de ønskede mekaniske egenskaper. Det dreier seg her om en vanlig gløding ved en temperatur som vanligvis ligger mellom 650 og 750°C, alt etter arten av den legering det dreier seg om. The annealing step is necessary to stabilize the structure obtained after curing, which is unstable in heat. In this step, the products are given the desired hardness and the desired mechanical properties. This involves ordinary annealing at a temperature that is usually between 650 and 750°C, depending on the nature of the alloy in question.

Som nedenstående eksempler viser, har titanlegeringene As the examples below show, the titanium alloys have

av typen (a + B) med strukturen i henhold til oppfinnelsen forbedrete egenskaper hva angår fasthet (R, EQ ^) og formbarhet of the type (a + B) with the structure according to the invention improved properties in terms of firmness (R, EQ ^) and formability

(A %, %) ved trekking, forbedrete verdier ved Pratt og Whitney-prøven samt forbedret utmatt;. ses fasthet (roterende bøyning), uten at deres egenskaper hva angår slagseighet og bestandighet mot kraftig utbreding av sprekker forandres nevneverdig. (A %, %) when pulling, improved values at the Pratt and Whitney test as well as improved fatigue;. firmness (rotating bending) is seen, without their properties in terms of impact strength and resistance to strong propagation of cracks changing significantly.

Disse legeringer er således spesielt godt egnet for fremstilling av lette strukturelementer som utsettes for kraftige mekaniske påkjenninger og som er meget pålitelige, f.eks. gjenstander for landingsunderstell, fester og beslag på fly, rotornav på heli-koptere, blad og skiver for lavtrykkskompressorer for turbomaskiner, veivstenger, apparater som er nedsenket på stort dyp, elementer for hydroplan, deler til raketter og romskip. These alloys are thus particularly well suited for the production of light structural elements which are exposed to heavy mechanical stresses and which are very reliable, e.g. landing gear items, aircraft fasteners and fittings, helicopter rotor hubs, blades and washers for low-pressure compressors for turbomachines, connecting rods, deep-sea equipment, hydroplane components, rocket and spaceship parts.

Eksempel 1 Example 1

Man smidde ved 950°C to blokker med dimensjonene 370 x 200 x 800 mm av en titanlegering med 6 % Al og 4 % v, hvis temperatur for omvandling a B var 1000°C. Blokk 1 ble helt enkelt utsatt for gløding på vanlig måte i 2 timer ved 730°c og deretter for avkjøling i luft. Dens struktur var 90 % a-fase i form av langstrakte småkuler + 10 % B. Blokk 2 ble i henhold til oppfinnelsen i 1 time og 30 minutter holdt ved 980°C, bie herdet i vann og deretter glødet i 1 time og 30 minutter ved 730°c, samt avkjølt i luft. Dens struktur var 25 % a (primær) + 75 % ( a + B) Two blocks with dimensions 370 x 200 x 800 mm were forged at 950°C from a titanium alloy with 6% Al and 4% v, whose temperature for transformation a B was 1000°C. Block 1 was simply subjected to annealing in the usual way for 2 hours at 730°c and then to cooling in air. Its structure was 90% a-phase in the form of elongated small spheres + 10% B. According to the invention, block 2 was held for 1 hour and 30 minutes at 980°C, bee hardened in water and then annealed for 1 hour and 30 minutes at 730°c, and cooled in air. Its structure was 25% a (primary) + 75% ( a + B)

(nåler). Resultatene av forsøkene for bestemmelse av bruddlevetid under statisk belastning av en prøvestav som var forsynt med innsnitt (Pratt og Whitney), strekkfasthet, slagfasthet, bestandighet mot utbredelse av sprekker (Physmet) og utmattelsesfasthet angis i tabell I. Verdiene gjelder tverretningen. (needles). The results of the tests for determining fracture life under static loading of a test rod that was provided with notches (Pratt and Whitney), tensile strength, impact strength, resistance to crack propagation (Physmet) and fatigue strength are given in Table I. The values apply to the transverse direction.

Man kan konstatere en vesentlig forbedring av resultatene A significant improvement in the results can be noted

fra Pratt og Whitney-prøven og for utmattelsesfastheten. verdiene hva angår bestandighet og innsnøring er også forbedret. Forandringen av de øvrige egenskaper er ubetydelige. from the Pratt and Whitney test and for the fatigue strength. the values regarding durability and tightening have also been improved. The change in the other properties is insignificant.

Eksempel 2 Example 2

Man smidde ved 930°C to oktagonale staver med 17 mm mel- Two octagonal rods with 17 mm flour were forged at 930°C

lom flatsidene av en titanlegering med 5,84 % Al og 3,98 % V og med en temperatur for omvandling a > B på 980°C. Stav 3 ble glødet i 1 time og 30 minutter ved 730°C og avkjølt i luft. Dens struktur besto av 90 % kuleformig a-fase + 10 % B-fase. Stav 4 ble i henhold - til oppfinnelsen oppvarmet i 1 time ved 960 C, herdet i vann, glødet i 1 time og 30 minutter ved 730°C og avkjølt i luft. Dens struktur besto av 30 % likeakset, primær a-fase + 70 % finlamellær (a + B)-fase. Resultatene av forsøkene for bestemmelse av strekkfasthet og utmattelsesfasthet er angitt i tabell II. Verdiene ble målt i lengderetningen. lom the flat sides of a titanium alloy with 5.84% Al and 3.98% V and with a temperature for transformation a > B of 980°C. Rod 3 was annealed for 1 hour and 30 minutes at 730°C and cooled in air. Its structure consisted of 90% spherical a-phase + 10% B-phase. According to the invention, rod 4 was heated for 1 hour at 960°C, hardened in water, annealed for 1 hour and 30 minutes at 730°C and cooled in air. Its structure consisted of 30% equiaxed primary a phase + 70% fine lamellar (a + B) phase. The results of the tests for the determination of tensile strength and fatigue strength are given in Table II. The values were measured in the longitudinal direction.

Strekkfasthetsegenskapene er ekvivalente, mens utmattelsesfastheten er forbedret for stav (4). The tensile strength properties are equivalent, while the fatigue strength is improved for rod (4).

Claims

1. Titanium alloy of the type (a + B) with improved properties in terms of both tensile strength and resistance to cracking and fatigue strength, characterized by the fact that its metallographic structure in the hardened and annealed state consists of 10-50% of a primary a-phase which is embedded in a needle-shaped or fine-lamellar (a + B) matrix.

2. Process for producing a titanium alloy as specified in claim 1 by conversion to heat in the range (a + B) with subsequent hardening and annealing, characterized in that the hardening is carried out as a strong hardening with rapid initiation, in water or oil, starting from a temperature which, on the one hand, is at least 10-15°C lower than the temperature for the complete transformation a ^B of the alloy, and on the other hand is higher than the temperature for which B -phase is retained in metastable form.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the time for transfer between oven and curing tank is kept under 15 seconds.

4. Method as stated in claim 2 for the production of a titanium alloy containing 6% Al and 4% V, characterized in that after the conversion to heat in the area (a + B) the hardening is carried out in water starting from a temperature between 960 and 980°C, and then glows at 730°C.