WO1999009228A1

WO1999009228A1 - Legierung auf der basis von titanaluminiden

Info

Publication number: WO1999009228A1
Application number: PCT/DE1998/002323
Authority: WO
Inventors: Jonathan Paul; Fritz Appel; Richard Wagner
Original assignee: Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 1999-02-25
Also published as: RU2203339C2; EP1015650A1; CN1115421C; US6524407B1; DE19735841A1; DE59810561D1; ATE257521T1; EP1015650B1; CN1276021A

Abstract

Es wird eine Legierung auf der Basis von Titanaluminiden vorgeschlagen, und zwar mit einer Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.

Description

Legierung auf der Basis von Ti tanal umi niden

Beschrei bung

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf der Basis von Titanal u iniden .

Es ist bekannt, Legierungen auf der Basis von Titanalu- miniden für Zwecke einzusetzen, bei denen einerseits ein sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festigkeit des Werkstoffs erforderlich ist. Legierungen auf der Basis von Ti tanal umi niden ersetzen deshalb schon vielfach gewöhnliche Superl egi erungen auf Nickelbasis, die gegenwärtig noch in einzelnen Komponenten, beispielsweise in Turbinen als Turbinenschaufeln, Verwendung finden. Die Legierungen auf der Basis von Ti tanal umi niden haben allerdings, obwohl sie an sich bei hoher Festigkeit ein geringes Gewicht aufweisen, nicht in jedem Falle alle die Eigenschaften, die die zuvor genannten Superlegie- rungen aufweisen und können bisher auch die durch diese Superl egi erungen gesetzten hohen technischen Standards nicht vollständig erfüllen. Ein wesentlicher Nachteil der bisher bekannten Legierungen auf der Basis von Ti tanal umi niden ist der, daß sie ab einer Betriebstemperatur von 700° C eine deutliche Abnahme der Festigungseigenschaften aufweisen. Dies trifft insbesondere bei niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten auf, die für eine Materi al beanspruchung unter Kriechbedingungen charakteristisch sind.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Legierung auf der Basis von Ti tanal umi niden bereitzustellen, die diese Nachteile nicht hat, d.h. eine Legierung, die ebenfalls eine hohe Temperaturfestigkeit aufweist, so daß diese auch geeignet ist, als Ersatz für Legierungen auf Nickelbasis zu dienen, wobei die erfindungsgemäße Legierung dennoch einfach und kostengünstig herstellbar und verhältnismäßig einfach bearbeitbar sein soll .

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß, wie Versuche ergeben haben, signifikant höhere Festigkeiten bis in den Temperaturbereich von 900° C und höher, d.h. bei derartigen Betriebstemperaturen, denen die erfi ndungsgemäße Legierung ausgesetzt ist, erreicht werden können, und zwar gegenüber den bisher bekannten Legierungen auf der Basis von bisher verwendeten Titanal umi ni dgemi sehen .

Ein weiterer wesentlicher Vorteil, der sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergeben hat, ist der, daß der Oxidati onswiderstand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Legierung sehr viel größer ist im Vergleich zu bisherigen Legierungsgemischen der gattungsgemäßen Art, d.h. insgesamt können die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Legierungen aufgrund ihrer weit höheren Temperaturbeständigkeit gegenüber bisherigen Legierungen dieser Art zu technischen Lösungen verhelfen, zu denen bisher weder die Superl egi erungen auf Nickelbasis noch die Legierungen auf der Basis von Ti tanal umi niden befähigt waren.

Um die Festigkeit der Legierung noch weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, der Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob noch Komponenten aus Bor und/oder Kohlenstoff zuzufügen, wodurch sich die Legierung dann noch für weitere andere Einsatzfälle eignet, beispielsweise für den Einsatz in Hochleistungsturbinen für Strahltriebwerke in zivil und militärisch genutzten Fl ugzeugen .

Versuche haben ergeben, daß es vorteilhaft ist, dabei den Anteil an Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung unterhalb einer Konzentration von 0,5 Atom % zu wählen.

Der Anteil von Niob in der Legierung kann variieren, und zwar vorteilhafterweise derart, daß 5 < x < 10 ist und zwar bei einer Legierungszusammensetzung entsprechend Ti-45Al-xNb. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme zweier graphischer Darstellungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 die Variation des im Druckversuch gemessenen Fließ-Widerstandes über die Temperatur der erfi nderungsgemäßen Legierung sowie bekannter Legierungen auf der Basis von Ti tanal uminiden und

Fig. 2 das reziproke Aktivierungsvolumen (1/V) nach 1,25 % plastischer Verformung unter Druck verschiedener erfindungsgemäßer Legierungen sowie bereits bekannter Legierungen auf der Basis von Ti tanal umi ni den mit anderer Zusammensetzung .

Die voraufgeführten Figuren zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen sehr viel höhere Festigkeitswerte als konventionelle Legierungen haben. Gleichzeitig ist jedoch das reziproke Aktivierungsvolumen der erfindungsgemäßen Legierungen mit dem konventioneller Legierungen vergleichbar. Das bedeutet, daß größere Festigkeit von Legierungen, die Niob neben Titan und Aluminium enthalten, auch bei hohen Temperaturen und niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten aufrecht erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäßen Legierungen mit der Zusammensetzung Ti-45Al-xNb mit 5 < x < 10 werden durch Verwendung herkömmlicher metallurgischer Gießmethoden oder durch an sich bekannte pul ermetallurgische Techniken erzeugt und können beispielsweise durch Warmschmieden, Warmpressen bzw. Warmstrangpressen und Warmwalzen bearbeitet werden.

Neben den Basiskomponenten der Legierung aus Titan, Aluminium und Niob kann auch noch zur Erhöhung der Festigkeit bei hohen Arbeitstemperaturen der aus den Legierungen hergestellten Gegenstände, d.h. bis 900° C und darüber hinaus Bor, und/oder Kohlenstoff in Mengen von weniger als 0,5 Atom % hinzugefügt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Legierung auf der Basis von Ti tanal umi niden , gekennzeichnet durch eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bor enthält.

3. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohlenstoff enthält.

4. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung < 0,5 Atom % ist.

5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß deren Zusammensetzung Ti-45Al-xNb ist, wobei 5 < x < 10 ist.