BE529253A

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Info

Publication number: BE529253A
Authority: BE

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   La présente invention se rapporte à des alliages perfectionnés à base de titane 
Jusqu'à présent les alliages à base 'de titane existant dans le commerce et comprenant des ingrédients métalliques d'alliage introduits à titre de remplacement pour améliorer leurs propriétés mécaniques, appar- tenaient au type alpha + bêta,ce qui nécessitait un compromis entre leur faible résistance à chaud comparée à celle des alliages alpha et la néces- site d'une ductilité suffisante pour les opérations d'usinage. 



    @   
Le but de la présente invention est de fournir des alliages d'une structure du type alpha, hexagonale et serrée, conservant une bonne résistance à des températures   raisonnablement   élevées et possédant cepen- dant une ductilité suffisante pour les opérations d'usinage. 



   Suivant l'invention, il est prévu un alliage à base de titane comprenant de 0,5 à 31% d'étain, le reste étant du titane, les impuretés mises à parto 
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un alliage à base de titane contenant de 0,5 à 31% d'étain, comprend de 0,5 à 10% d'a- luminium, le reste étant du titane, les impuretés mises à part.. 



   La structure de ces alliages peut être une structure alpha he- xagonale serrée ou un mélange de structure alpha avec une phase intermé-   diaire basée sur le composé Ti3Sn suivant les proportions des ingrédients d'alliages choisis.   



   La teneur en impuretés hydrogène, éléments interstitiels, oxy- gène et azote doit être aussi faible que possible. De préférence, les im-   puretés formées par le fer, le tungstène ou d'autres éléments bêta-stabilisants doivent etre en quantités aussi faibles que possible ou entière-   ment absentes, parce qu'elles ont tendance à former des inclusions insolu- bles du type bêta dans les alliages   ouvres.   



   Les alliages suivant l'invention peuvent être forgés ou coulés. 



  Ils sont caractérisés par de bonnes propriétés mécaniques et en parti- culier par une bonne résistance à haute température et une bonne résis- tance à la déformation plastique résiduelle. 



   Les propriétés mécaniques à la température ordinaire et àtemm- pérature élevée sont représentées dans les tableaux 1 à 4   ci-dessous-pour   une série d'alliages suivant l'invention, forgés, des chiffres pour du ti- tane non allié, également forgé, étant donnés à titre de comparaison. Les tableaux 1 et 2 indiquent les caractéristiques d'alliages de titane/étain à la température ordinaire et à température élevée et le tableau 3 donne des indications correspondantes pour les alliages titane/étain/aluminium. 



  Le tableau 4 indique la déformation plastique résiduelle pour une composi- tion d'alliage binaire et deux compositions d'alliages ternaires. Dans ces tableaux, les charges et les résistances à la traction sont exprimées en tonnes anglaises par pouce carré. 1 tonne anglaise/pouce carré = 158 kg. cm2. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  TABLEAU 1. 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> %Sn <SEP> Gharge <SEP> d'épreuve <SEP> Résistance <SEP> finale <SEP> Allongement <SEP> en <SEP> % <SEP> 
<tb> 
 
 EMI2.2 
 à o ,2 à la traction de 4 VA 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> O <SEP> 31,2 <SEP> 36,3 <SEP> 17 <SEP> 1/2 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI2.4 
 7 ,1 41,5 46 ,o 14 1/2 9 ,6 z,9 52,1 14 1/2 
 EMI2.5 
 
<tb> 
<tb> 12,3 <SEP> 53 <SEP> ,5 <SEP> 56,6 <SEP> 14
<tb> 
 
 EMI2.6 
 14,5 53 ,0 62 ,6 12 
 EMI2.7 
 
<tb> 
<tb> 16,6 <SEP> 59 <SEP> ,6 <SEP> 68,3 <SEP> 14 <SEP> I/2 <SEP> 
<tb> 21 <SEP> ,8 <SEP> 53 <SEP> ,0 <SEP> 62 <SEP> ,0 <SEP> 12
<tb> 25 <SEP> ,5 <SEP> 48,6 <SEP> 64,6 <SEP> 8
<tb> 
 TABLEAU 2.

   
 EMI2.8 
 
<tb> 
<tb> % <SEP> Sn <SEP> Température <SEP> Charge <SEP> d'épreuve <SEP> Résistance <SEP> finale <SEP> Allongement.
<tb> de <SEP> l'essai <SEP> à <SEP> 0,2% <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> en <SEP> % <SEP> de <SEP> 4 <SEP> VA <SEP> 
<tb> 
 
 EMI2.9 
 00 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ 
 EMI2.10 
 
<tb> 
<tb> 25 <SEP> ,5 <SEP> ordinaire <SEP> 48,6 <SEP> 64,6 <SEP> 8
<tb> 400 <SEP> 43 <SEP> ,9 <SEP> 50,9 <SEP> 12
<tb> 
 
 EMI2.11 
 500 33 2 46,6 14 1/2 
 EMI2.12 
 
<tb> 
<tb> 600 <SEP> 24 <SEP> ,0 <SEP> 33 <SEP> ,4 <SEP> 13 <SEP> 1/2
<tb> 21 <SEP> ,8 <SEP> ordinaire <SEP> 53,0 <SEP> 62,0 <SEP> 12
<tb> 500 <SEP> 34,5 <SEP> 43 <SEP> ,3 <SEP> 9 <SEP> 1/2
<tb> 600 <SEP> 18,4 <SEP> 34 <SEP> ,5 <SEP> 14
<tb> 700 <SEP> 3,8 <SEP> 21 <SEP> ,9 <SEP> 106
<tb> 30 <SEP> ,5 <SEP> 500 <SEP> 32 <SEP> ,6 <SEP> 42 <SEP> ,

  4 <SEP> 14 <SEP> 1/2 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI2.13 
 600 in 33 ,s 5 I z 700 5 , 2 ,9 13 1/2   TABLEAU 3.    
 EMI2.14 
 1± Sn A1 Température Charge d'épreuve Résistance Allongement de l'essai à 0,2.% finale à la en% de 
 EMI2.15 
 
<tb> 
<tb>  C <SEP> traction <SEP> 4 <SEP> 'VA <SEP> 
<tb> 
 
 EMI2.16 
 0 0 ordinaire 312 36,3 17 I/2 2 ,5 5,7 ordinaire 59 99 66,9 5 I/2 500 29,0 33 ,3 21 I/2 
 EMI2.17 
 
<tb> 
<tb> 2,5 <SEP> 9,0 <SEP> ordinaire <SEP> - <SEP> 51,7 <SEP> 8
<tb> 500 <SEP> 40 <SEP> ,5 <SEP> 46,8 <SEP> 20
<tb> 
 
 EMI2.18 
 6,0 5,7 ordinaire 57 ,0 63 ,7 12 
 EMI2.19 
 
<tb> 
<tb> 6 <SEP> ,0 <SEP> 6 <SEP> ,0 <SEP> 500 <SEP> 42 <SEP> ,0 <SEP> 49 <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 1/2
<tb> 
 
 EMI2.20 
 6,0 '1,5 ordinaire - 45,4 14 1/2 
 EMI2.21 
 
<tb> 
<tb> 500 <SEP> 33 <SEP> 2 <SEP> 38,4 <SEP> 16
<tb> 
 
 EMI2.22 
 12,0 5 ,7 500 43 ,9 53 ,0 11 12 ,0 6,

  0 ordinaire - 70 ,0 1 1/2 12 A 7,5 500 41,4 55 ,6 5 1/z 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 TABLEAU 3 (suite) 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> % <SEP> Sn <SEP> % <SEP> Al <SEP> Température <SEP> Charge <SEP> d'épreuve <SEP> Résistance <SEP> Allongement
<tb> de <SEP> l'essai <SEP> à <SEP> 0.2% <SEP> finale <SEP> à <SEP> en <SEP> de <SEP> 
<tb>  C <SEP> la <SEP> traction <SEP> 4VA
<tb> 17,0 <SEP> 4,5 <SEP> ordinaire- <SEP> 62,6 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 
<tb> 500 <SEP> 38,0 <SEP> 48,1 <SEP> 15
<tb> 17,0 <SEP> 5,7 <SEP> 500 <SEP> 40 <SEP> ,5 <SEP> 49 <SEP> ,4 <SEP> -
<tb> 17 <SEP> ,0 <SEP> 6,0 <SEP> ordinaire <SEP> 59,9 <SEP> 72 <SEP> ,5 <SEP> 4
<tb> 22,5 <SEP> 4,5 <SEP> 500 <SEP> 39,0 <SEP> 53 <SEP> ,

  1 <SEP> 6 <SEP> I/2 <SEP> 
<tb> 
 TABLEAU 40 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> % <SEP> Sn <SEP> %AI <SEP> Température <SEP> Charge <SEP> Déformation <SEP> Déformation <SEP> plastique
<tb> de <SEP> l'essai <SEP> plastique <SEP> résiduelle <SEP> en <SEP> % <SEP> 
<tb>  C <SEP> sous <SEP> charge <SEP> Après <SEP> Après
<tb> en <SEP> % <SEP> 100 <SEP> heures <SEP> 300 <SEP> heures
<tb> 21,7 <SEP> - <SEP> 400 <SEP> 25 <SEP> 0,03 <SEP> 0 <SEP> ,032 <SEP> 0,049
<tb> 400 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> ,07 <SEP> 0 <SEP> ,0 <SEP> 64 <SEP> 0 <SEP> ,093 <SEP> 
<tb> 6,3 <SEP> 5,7 <SEP> 300 <SEP> 35 <SEP> 0,67 <SEP> 0,008 <SEP> 0,009
<tb> 400 <SEP> 25 <SEP> 0,02 <SEP> 0,013 <SEP> 0,019
<tb> 400 <SEP> 35 <SEP> 1,67 <SEP> 0,086 <SEP> -
<tb> 17 <SEP> ,4 <SEP> 5,3 <SEP> 400 <SEP> 28 <SEP> 0 <SEP> ,009 <SEP> 0,044 <SEP> 0,067
<tb> 400 <SEP> 30 <SEP> 0,013 <SEP> 0,

  096 <SEP> -
<tb> 
 
L'étain et l'aluminium élèvent tous deux la température de transition du titane et stabilisent ainsi sa forme alpha. Contrairement à de nombreux alliages alpha-bêta dans lesquels la fragilisation dépend de la vitesse de refroidissement dans la région alpha + bêta, les alliages alpha de la présente invention n'ont aucune tendance à devenir fragiles ou cassants quelle que soit la vitesse de refroidissement, et on dispose ainsi d'une gamme plus étendue de températures de travail. En   outre .%  pour la même raisonles alliages suivant l'invention peuvent être facilement soudés et ne deviennent pas plus fragiles dans la zone affectée par la chaleur. 



   Les alliages binaires peuvent être facilement travaillés à chaud. Les températures varient entre 800 C environ pour une teneur en étain pouvant atteindre 20% puis augmentent avec la teneur en étain jusqu'à 1000 C environ pour 30% d'étain. Dans le cas d'alliages ternaires, la facilité du travail à chaud diminue lorsque la teneur en aluminium augmente. 



   Les alliages de l'invention ont une bonne résistance à l'oxydation. Jusque des températures de l'ordre de 500 C ils sont très résistants et à 500 C par exemple, il ne se forme qu'une légère pellicule superficielle après 1000 heures déposition. A des températures de   800 C   ou davantage, les alliages s'oxydent plus rapidement que le titane   pur:.   dans le cas des alliages ternaires, en particulier lorsque le rapport entre l'étain et l'aluminium dépasse   1  1. Lorsque le rapport entre l'étain et l'aluminium   dépasse 4. si   l'oxydation est si rapide qu'il ne se forme pas de couche superficielle durcie par diffusion d'oxygène ou d'azote dans la matièreo



   <Desc / Clms Page number 1>
 



   The present invention relates to improved titanium-based alloys
Hitherto the titanium-based alloys existing on the market and comprising alloying metal ingredients introduced as a replacement to improve their mechanical properties, belonged to the alpha + beta type, which required a compromise between their. low hot strength compared to alpha alloys and the need for sufficient ductility for machining operations.



    @
The object of the present invention is to provide alloys of an alpha, hexagonal and tight structure, retaining good strength at reasonably high temperatures and yet possessing sufficient ductility for machining operations.



   According to the invention, there is provided a titanium-based alloy comprising 0.5 to 31% tin, the remainder being titanium, apart from the impurities.
According to another characteristic of the invention, a titanium-based alloy containing from 0.5 to 31% of tin, comprises from 0.5 to 10% of aluminum, the remainder being titanium, the impurities included. apart..



   The structure of these alloys can be a tight hexagonal alpha structure or a mixture of alpha structure with an intermediate phase based on the Ti3Sn compound depending on the proportions of the selected alloy ingredients.



   The content of impurities of hydrogen, interstitial elements, oxygen and nitrogen should be as low as possible. Preferably, the impurities formed by iron, tungsten or other beta-stabilizing elements should be in amounts as low as possible or entirely absent, because they tend to form insoluble inclusions of the mineral. beta type in working alloys.



   The alloys according to the invention can be forged or cast.



  They are characterized by good mechanical properties and in particular by good resistance to high temperature and good resistance to residual plastic deformation.



   The mechanical properties at room temperature and at elevated temperature are shown in Tables 1 to 4 below - for a series of alloys according to the invention, forged, figures for unalloyed titanium, also forged, given for comparison. Tables 1 and 2 show the characteristics of titanium / tin alloys at room temperature and at elevated temperature and Table 3 gives corresponding indications for titanium / tin / aluminum alloys.



  Table 4 shows the residual plastic strain for one binary alloy composition and two ternary alloy compositions. In these tables, loads and tensile strengths are expressed in English tons per square inch. 1 English ton / square inch = 158 kg. cm2.

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  TABLE 1.
 EMI2.1
 
<tb>
<tb>% Sn <SEP> Gload <SEP> of test <SEP> Resistance <SEP> final <SEP> Elongation <SEP> in <SEP>% <SEP>
<tb>
 
 EMI2.2
 at o, 2 to the traction of 4 VA
 EMI2.3
 
<tb>
<tb> O <SEP> 31.2 <SEP> 36.3 <SEP> 17 <SEP> 1/2 <SEP>
<tb>
 
 EMI2.4
 7, 1 41.5 46, o 14 1/2 9, 6 z, 9 52.1 14 1/2
 EMI2.5
 
<tb>
<tb> 12.3 <SEP> 53 <SEP>, 5 <SEP> 56.6 <SEP> 14
<tb>
 
 EMI2.6
 14.5 53.0 62.6 12
 EMI2.7
 
<tb>
<tb> 16.6 <SEP> 59 <SEP>, 6 <SEP> 68.3 <SEP> 14 <SEP> I / 2 <SEP>
<tb> 21 <SEP>, 8 <SEP> 53 <SEP>, 0 <SEP> 62 <SEP>, 0 <SEP> 12
<tb> 25 <SEP>, 5 <SEP> 48.6 <SEP> 64.6 <SEP> 8
<tb>
 TABLE 2.

   
 EMI2.8
 
<tb>
<tb>% <SEP> Sn <SEP> Temperature <SEP> Test load <SEP> <SEP> Final resistance <SEP> <SEP> Elongation.
<tb> from <SEP> the test <SEP> to <SEP> 0.2% <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> in <SEP>% <SEP> of <SEP> 4 < SEP> VA <SEP>
<tb>
 
 EMI2.9
 00 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯
 EMI2.10
 
<tb>
<tb> 25 <SEP>, 5 <SEP> ordinary <SEP> 48.6 <SEP> 64.6 <SEP> 8
<tb> 400 <SEP> 43 <SEP>, 9 <SEP> 50.9 <SEP> 12
<tb>
 
 EMI2.11
 500 33 2 46.6 14 1/2
 EMI2.12
 
<tb>
<tb> 600 <SEP> 24 <SEP>, 0 <SEP> 33 <SEP>, 4 <SEP> 13 <SEP> 1/2
<tb> 21 <SEP>, 8 <SEP> ordinary <SEP> 53.0 <SEP> 62.0 <SEP> 12
<tb> 500 <SEP> 34.5 <SEP> 43 <SEP>, 3 <SEP> 9 <SEP> 1/2
<tb> 600 <SEP> 18.4 <SEP> 34 <SEP>, 5 <SEP> 14
<tb> 700 <SEP> 3.8 <SEP> 21 <SEP>, 9 <SEP> 106
<tb> 30 <SEP>, 5 <SEP> 500 <SEP> 32 <SEP>, 6 <SEP> 42 <SEP>,

  4 <SEP> 14 <SEP> 1/2 <SEP>
<tb>
 
 EMI2.13
 600 in 33, s 5 I z 700 5, 2, 9 13 1/2 TABLE 3.
 EMI2.14
 1 ± Sn A1 Temperature Proof load Resistance Elongation of the test at 0.2.% Final at the in% of
 EMI2.15
 
<tb>
<tb> C <SEP> traction <SEP> 4 <SEP> 'VA <SEP>
<tb>
 
 EMI2.16
 0 0 ordinary 312 36.3 17 I / 2 2.5 5.7 ordinary 59 99 66.9 5 I / 2,500 29.0 33, 3 21 I / 2
 EMI2.17
 
<tb>
<tb> 2.5 <SEP> 9.0 <SEP> ordinary <SEP> - <SEP> 51.7 <SEP> 8
<tb> 500 <SEP> 40 <SEP>, 5 <SEP> 46.8 <SEP> 20
<tb>
 
 EMI2.18
 6.0 5.7 regular 57.0 63.7 12
 EMI2.19
 
<tb>
<tb> 6 <SEP>, 0 <SEP> 6 <SEP>, 0 <SEP> 500 <SEP> 42 <SEP>, 0 <SEP> 49 <SEP> 4 <SEP> 10 <SEP> 1/2
<tb>
 
 EMI2.20
 6.0 '1.5 regular - 45.4 14 1/2
 EMI2.21
 
<tb>
<tb> 500 <SEP> 33 <SEP> 2 <SEP> 38.4 <SEP> 16
<tb>
 
 EMI2.22
 12.0 5, 7,500 43, 9 53, 0 11 12, 0 6,

  0 regular - 70, 0 1 1/2 12 A 7.5 500 41.4 55, 6 5 1 / z

 <Desc / Clms Page number 3>

 TABLE 3 (continued)
 EMI3.1
 
<tb>
<tb>% <SEP> Sn <SEP>% <SEP> Al <SEP> Temperature <SEP> Test load <SEP> <SEP> Resistance <SEP> Elongation
<tb> from <SEP> test <SEP> to <SEP> 0.2% final <SEP> <SEP> to <SEP> in <SEP> from <SEP>
<tb> C <SEP> the <SEP> traction <SEP> 4VA
<tb> 17.0 <SEP> 4.5 <SEP> ordinary- <SEP> 62.6 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP>
<tb> 500 <SEP> 38.0 <SEP> 48.1 <SEP> 15
<tb> 17.0 <SEP> 5.7 <SEP> 500 <SEP> 40 <SEP>, 5 <SEP> 49 <SEP>, 4 <SEP> -
<tb> 17 <SEP>, 0 <SEP> 6.0 <SEP> ordinary <SEP> 59.9 <SEP> 72 <SEP>, 5 <SEP> 4
<tb> 22.5 <SEP> 4.5 <SEP> 500 <SEP> 39.0 <SEP> 53 <SEP>,

  1 <SEP> 6 <SEP> I / 2 <SEP>
<tb>
 TABLE 40
 EMI3.2
 
<tb>
<tb>% <SEP> Sn <SEP>% AI <SEP> Temperature <SEP> Load <SEP> Deformation <SEP> Plastic deformation <SEP>
<tb> of <SEP> plastic <SEP> test <SEP> residual <SEP> in <SEP>% <SEP>
<tb> C <SEP> under <SEP> load <SEP> After <SEP> After
<tb> in <SEP>% <SEP> 100 <SEP> hours <SEP> 300 <SEP> hours
<tb> 21.7 <SEP> - <SEP> 400 <SEP> 25 <SEP> 0.03 <SEP> 0 <SEP>, 032 <SEP> 0.049
<tb> 400 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP>, 07 <SEP> 0 <SEP>, 0 <SEP> 64 <SEP> 0 <SEP>, 093 <SEP>
<tb> 6.3 <SEP> 5.7 <SEP> 300 <SEP> 35 <SEP> 0.67 <SEP> 0.008 <SEP> 0.009
<tb> 400 <SEP> 25 <SEP> 0.02 <SEP> 0.013 <SEP> 0.019
<tb> 400 <SEP> 35 <SEP> 1.67 <SEP> 0.086 <SEP> -
<tb> 17 <SEP>, 4 <SEP> 5.3 <SEP> 400 <SEP> 28 <SEP> 0 <SEP>, 009 <SEP> 0.044 <SEP> 0.067
<tb> 400 <SEP> 30 <SEP> 0.013 <SEP> 0,

  096 <SEP> -
<tb>
 
Tin and aluminum both raise the transition temperature of titanium and thus stabilize its alpha form. Unlike many alpha-beta alloys in which embrittlement depends on the cooling rate in the alpha + beta region, the alpha alloys of the present invention have no tendency to become brittle or brittle regardless of the cooling rate. and there is thus a wider range of working temperatures. Furthermore.% For the same reason the alloys according to the invention can be easily welded and do not become more brittle in the heat affected zone.



   Binary alloys can be easily hot worked. The temperatures vary between approximately 800 C for a tin content which can reach 20% and then increase with the tin content up to approximately 1000 C for 30% tin. In the case of ternary alloys, the ease of hot working decreases as the aluminum content increases.



   The alloys of the invention have good resistance to oxidation. Up to temperatures of the order of 500 C they are very resistant and at 500 C for example, only a light surface film forms after 1000 hours of deposition. At temperatures of 800 C or more, alloys oxidize faster than pure titanium. in the case of ternary alloys, in particular when the ratio of tin to aluminum exceeds 1 1. When the ratio of tin to aluminum exceeds 4. if the oxidation is so rapid that it does not occur does not form a hardened surface layer by diffusion of oxygen or nitrogen into the material o

Claims

CLAIMS.

1. Titanium-based alloy characterized in that it comprises 0.5 to 31% tin, the remainder being titanium, apart from impurities.

2. Titanium-based alloy according to claim 1, characterized in that it further contains 0.5 to 10% aluminum. above. 3. Titanium-based alloys, substantially as described above.