PT1504131E - Liga alfa-beta de ti-al-v-mo-fe - Google Patents

Description

ΕΡ 1 504 131/ΡΤ DESCRIÇÃO "Liga alfa-beta de Ti-Al-V-Mo-Fe"

Antecedentes do invento O invento refere-se a uma liga alfa-beta de resistência elevada tendo uma combinação melhorada de resistência, maquinabilidade e propriedades balísticas.

Utilizam-se ligas à base de titânio em aplicações que requerem razões resistência/peso elevadas, juntamente com propriedades de alta temperatura e resistência à corrosão. Estas ligas podem ser caracterizadas como ligas de fase alfa, ligas de fase beta, ou ligas alfa-beta. As ligas alfa-beta contêm um ou mais elementos estabilizadores alfa e um ou mais elementos estabilizadores beta. Pode aumentar-se a resistência destas ligas por tratamento com calor ou processamento termo-mecânico. Especificamente, as ligas podem ter a resistência aumentada por arrefecimento rápido desde uma temperatura elevada na banda alfa-beta ou acima da temperatura de transição beta. Este procedimento, conhecido como tratamento de solução, é seguido por um tratamento a temperatura intermédia, designado envelhecimento, para originar uma mistura desejada de fases beta transformada e alfa como as fases principais da microestrutura da liga. É desejável utilizar estas ligas em aplicações que requerem uma combinação de resistência elevada, boa maquinabilidade e propriedades balísticas.

Assim, é um objecto do presente invento proporcionar uma liga alfa-beta baseada em titânio tendo esta combinação desejada de propriedades.

Sumário do invento

Liga alfa-beta de titânio, que compreende: AI: 4,5 a 5,5% em peso V: 3,0 a 5,0% em peso (preferivelmente 3,7 a 4,7% em peso) Mo: 0,3 a 1,8% em peso 2 ΕΡ 1 504 131/ΡΤ

Fe: 0,2 a 1,2% em peso (preferivelmente 0,2 a 0,8% em peso) O: 0,12 a 0,25% em peso (preferivelmente 0,15 a 0,22% em peso) O restante é constituído por titânio e elementos menores e impurezas, sendo cada um destes inferior a 0,1% em peso e 0,5% em peso no total.

As ligas de acordo com o invento contêm alumínio como um elemento essencial dentro dos limites da composição do invento. Se o alumínio for inferior a 4,5%, não se obterá resistência suficiente. Da mesma forma, se o alumínio for superior a 5,5%, a maquinabilidade será inferior. O vanádio é um elemento essencial como estabilizador beta de ligas alfa-beta de titânio de acordo com o invento. Se o vanádio for inferior a 3,0%, não se obterá resistência suficiente. Do mesmo modo, se o vanádio for superior a 5,0%, o teor estabilizador beta da liga será demasiado alto resultando em degradação de maquinabilidade. O ferro está presente como um elemento estabilizador beta eficaz e menos dispendioso. Normalmente, a esponja de titânio e outros materiais reciclados utilizados na produção da liga de acordo com o invento resultam em cerca de 0,1% de ferro. Caso contrário, pode adicionar-se ferro como aço ou como liga de adição de ferro-molibdénio já que a liga do invento contém molibdénio como elemento essencial. Se o ferro for superior a 1,2%, a maquinabilidade será afectada adversamente. O molibdénio é um elemento eficaz para estabilizar a fase beta, assim como para proporcionar refinamento do grão da microestrutura. Se o molibdénio for inferior a 0,3%, não se obterão os efeitos desejados. Do mesmo modo, se o molibdénio for superior a 1,8%, a maquinabilidade será degradada. O oxigénio é um elemento que aumenta a resistência do titânio e das suas ligas. Se o oxigénio for inferior a 0,12%, não se obterá resistência suficiente, e se o oxigénio for superior a 0,25%, haverá ocorrência de fragilidade e a maquinabilidade será deteriorada. 3 ΕΡ 1 504 131/ΡΤ

Descrição detalhada e exemplos específicos

Exemplo 1

Dez lingotes com o diâmetro de 203 mm (8 polegadas) contendo TÍ-6A1-4V foram feitos por métodos de var (refusão a arco sob vácuo) duplo à escala laboratorial. As composições químicas destes lingotes apresentam-se na Tabela 1. Na tabela, as ligas A, B, C e E são ligas inventadas. As ligas D e F até J são ligas de controlo. A liga J é TÍ-6A1-4V, que é a liga alfa-beta mais comum. Estes lingotes foram forjados e laminados em barras quadradas de 19 mm (3/4") ou em chapas espessas de 19 mm (3/4") por processamento alfa-beta. Uma parte dos materiais foi recozida a 704°C (1300°F) durante 1 hora seguido de arrefecimento com ar de modo a examinar-se as características básicas de cada liga. Para além disto, cada barra levou o tratamento de solução e envelhecimento (STA), e a seguir as propriedades mecânicas foram avaliadas de forma a examinar-se a temperabilidade das ligas. A Tabela 2 apresenta as propriedades à tracção das ligas após recozimento por laminagem. As ligas A, B, C e E apresentam resistência equivalente (UTS ou 0,2% PS) à de TÍ-6A1-4V. As ductilidades (EI e RA) de A, B, c e E são melhores do que a de TÍ-6A1-4V. A Tabela 3 apresenta as propriedades à tracção de ligas experimentais após STA juntamente com TÍ-6A1-4V. As ligas A, B e C mostram resistência mais elevada (UTS ou 0,2% PS) do que TÍ-6A1-4V em pelo menos 10 ksi. A resistência mais elevada após STA é devida principalmente à temperabilidade melhorada por adição de Mo e/ou Fe. Porém, se o teor de Mo e/ou Fe é demasiado elevado, a ductilidade torna-se baixa como se pode ver pelas ligas G, Hei. 4

ΕΡ 1 504 131/PT

Tabela 1

Composição Química de Ligas (% em peso excepto H em ppm)

Liga Liga Ai V Mo Fe Si 0 Nota A Ti-5Al-4V-lMo-0,6Fe 4, 94 3,97 0,99 0,57 0,03 0,19 Invento B TÍ-5A1-4V-0,5Mo-0,4Fe 4, 95 3,96 0,51 0,38 0,03 0,18 Invento C TÍ-5A1-4V-0,5Mo-0,4Fe-0, 08Si 4, 95 3,98 0,50 0,39 0,07 0,18 Invento D TÍ-5A1-4V-0,5Mo-0,4Fe-0,35Si 4,93 4,02 0,51 0,39 0,30 0,17 Comparação E TÍ-5A1-4V-1,5Mo-lFe 4, 84 3,95 1,52 0,099 0,03 0,16 Invento F TÍ-4A1-4V-1,5Mo-lFe 3,94 3,95 1,51 0,98 0,03 0,22 Comparação G TÍ-4A1-4V-2MO-1,3Fe 3,92 3,91 2,01 1,26 0,03 0,19 Comparação H Ti-4Al-4Mo0,5Si 3,95 <0,01 3,88 0,20 0,47 0,21 Comparação I TÍ-4A1-2MO-1,3Fe-0, 5Si 3,90 <0,01 2,03 1,28 0,45 0,19 Comparação J TÍ-6A1-4V 5,96 4, 06 0,02 0,03 0,02 0,17 Comparação

Tabela 2

Propriedades à Tracção de Barras Recozidas por Laminagem

Liga UTS (ksi) 0,2% de PS (ksi) EI (%) RA (%) A 147, 6 145,6 17 57,9 B 144,2 142,1 17 53, 7 C 146,4 138,0 17 52,1 D 151,8 143,9 13 42,0 E 153,3 147,0 15 5 6,0 F 152,6 144,5 17 56,1 G 153,2 146,9 17 54, 0 H 154, 9 146,6 15 41,6 I 154, 4 146,4 15 40, 7 J 146, 7 134,2 15 44,3

Tabela 3

Propriedades à Tracção de Barras Tratadas por Solução e Envelhecidas

Liga UTS (ksi) 0,2% PS (ksi) Ei (%) RA (%) A 181,9 170,2 13 49,8 B 170,0 159, 7 13 51,3 C 169,4 153,3 17 57,2 D 180,4 165,3 13 48,6 E 194,1 183,5 12 40,4 F 189,5 172,8 12 40,5 G 195,5 185,0 10 35,2 H 203,4 186,8 10 32,1 I 187,5 169,4 9 32,1 J 159,0 144,5 15 53,3 EI = alongamento RA = redução em área UTS = resistência à tracção final 0,2% PS = 0,2% de prova (rendimento) de resistência 5 ΕΡ 1 504 131/ΡΤ

Exemplo 2

Chapas recozidas por laminagem com a espessura de 19 mm (3/4") foram maquinadas em chapas com a espessura de 16 mm (5/8"). Realizou-se um teste de broca nestas chapas de forma a avaliar a maquinabilidade das ligas. No teste utilizaram-se brocas de aço de alta velocidade (AISI M42). As condições do teste de broca eram as seguintes: - Diâmetro da broca: 6,4 mm (1/4") - Profundidade do orifício: 16 mm (5/8") através do orifício. - Alimentação: 19,05 mm/rev (0,0075"/rev) - Velocidade de rotação: 500 rpm - Refrigerante: refrigerante solúvel em água A vida da broca foi estabelecida quando a broca deixou de fazer orifícios devido a danos na ponta. Os resultados dos testes de broca estão apresentados na Tabela 4. O índice de broca relativo na Tabela 4 é uma média de 2 a 3 testes. O teste de broca terminou quando o seu índice relativo tornou-se superior a 4,0. O teste de broca indicou que as ligas do invento possuem uma maquinabilidade bastante superior à de TÍ-6A1-4V e de outras ligas de composição química diferente da liga do presente invento. A maquinabilidade inferior da liga F é devida ao elevado teor em oxigénio.

Tabela 4

Resultados do teste de broca

Liga Tipo de Liga índice de broca relativo Notas A Ti-5Al-4V-lMo-0,6Fe-0,19 Oxigénio > 4,3 Invento B TÍ-5A1-4V-0, 5Mo-0, 4Fe-0,18 Oxigénio >4,2 Invento D TÍ-5A1-4V-0, 5Mo-0, 4Fe-0, 35SÍ-0,17 Oxigénio > 4,3 Invento E TÍ-5A1-4V-1,5Mo-lFe-0,16 Oxigénio >4,0 Invento F TÍ-4A1-4V-1,5Mo-lFe-0, 22 Oxigénio 0,2 Comparação G Ti-4Al-2Mo-l, 3Fe-0,19 Oxigénio 1,5 Comparação H Ti-4Al-4Mo-0, 5SÍ-0, 21 Oxigénio 1,8 Comparação I Ti-4Al-2Mo-l, 3Fe-0, 5SÍ-0, 19 Oxigénio 0,2 Comparação J TÍ-6A1-4V-0,17 Oxigénio 1,0 Comparação 6 ΕΡ 1 504 131/ΡΤ

Exemplo 3

Uma chapa com uma espessura de aproximadamente 10,9 mm (0,43") foi produzida por processamento alfa-beta a partir de um lingote de laboratório com um diâmetro de 203 mm (8") . Esta chapa foi recozida por laminagem e a seguir foi decapada. Como projéctil utilizou-se um FSP (Projéctil Simulador de Fragmento) de calibre 50. Para cada chapa determinou-se a V50, que é a velocidade do projéctil que dá 50% de probabilidade de penetração completa, e comparou-se com a especificação. Os resultados apresentam-se na Tabela 5. Na tabela, AV50 indica a diferença de V50 entre o valor medido e a especificação. Assim, um número positivo indica superioridade relativamente à especificação. Como se mostra na Tabela, a liga K exibe uma propriedade balística superior à de TÍ-6A1-4V.

Tabela 5

Resultados de Propriedades Balísticas

Liga AI V Mo Fe O AVs0(FSP) Notas K 4, 94 4, 09 0, 538 0, 371 0,171 237 Invento TÍ-6A1-4V -323 Comparação

Outras concretizações do invento serão evidentes para os peritos na especialidade tendo em consideração o fascículo e a prática do invento aqui divulgadas. Pretende-se que o fascículo e os exemplos sejam considerados somente como exemplo, estando o verdadeiro âmbito do invento indicado pelas seguintes reivindicações.

Lisboa,

Claims (3)

1. ΕΡ 1 504 131/ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1. Liga alfa-beta baseada em titânio que compreende em percentagem em peso: 4,5 a 5,5 de alumínio; 3,0 a 5,0 de vanádio; 0,3 a 1,8 de molibdénio; 0,2 a 0,8 de ferro; 0,12 a 0,25 de oxigénio; e o restante em titânio e elementos menores e impurezas, sendo os referidos elementos menores cada um menos de 0,1 e no total menos de 0,5.
2. 2. Liga de acordo com a reivindicação 1, que compreende 3,7 a 4,7 de vanádio.
3. 3. Liga de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, que compreende 0,15 a 0,22 de oxigénio. Lisboa,