Titanlegierung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Alpha - Titanlegierung (dichte Hexagonalstruktur), insbesondere mit hohem Kriechwiderstand bei 400 bis 500 C und guter Schmiedbarkeit.
Es ist bekannt, dass Alpha - Titanlegierungen wegen ihrer hexagonalen Struktur oft höhere Kriech widerstände aufweisen als die Betalegierungen mit ihrer raumzentrierten kubischen Struktur.
Zusätze wie Aluminium, Zinn, Zirkonium, Sauerstoff und Stickstoff stabilisieren bekanntlich die Alphaform von Titan. Infolge der stabilen Alpha struktur im schmiedbaren Bereich sind solche ein fachen Legierungen schwierig zu behandeln. Auch können Titanlegierungen, soweit bekannt ist, wie andere Legierungssysteme die besten Kriechwider stände nur erreichen, wenn geeignete Ausschei- dungshärtungsphasen vorhanden sind.
Die Titanlegierung gemäss der vorliegenden Er findung enthält die drei folgenden Bestandteile: a) mindestens ein Alpha-Titan stabilisierendes Element; b) mindestens ein Element, welches keine inter- metallischen Verbindungen bildet, aber die Legie rung im schmiedbaren Bereich zwischen 700 und 1100 C teilweise in die Beta-Phase überführt, und c) mindestens ein Element, welches mit Titan eine Ausscheidungshärtung bewirkt.
Wie erwähnt, sind als Beispiele von Alpha- Stabilisatoren Aluminium, Zinn, Zirkonium, Sauer stoff und Stickstoff bekannt.
Das am leichtesten erhältliche betaphasenbil- dende Element, welches keine intermetallische Ver bindung bildet, ist Molybdän, aber dieses kann ganz oder teilweise durch mindestens eines der Elemente Vanadium, Niob und Tantal ersetzt werden.
Irgendwelche der bekannten Elemente, welche mit Titan Ausscheidungshärtung bewirken, können verwendet werden. Beispiele von geeigneten Elemen ten sind Silizium, Chrom, Mangan, Bor, Eisen und Beryllium.
Im folgenden sind Beispiele und geeignete Be reiche für die drei wesentlichen gleichzeitigen Zu sätze zu Titan zur Erzielung einer verbesserten oder optimalen Kriechfestigkeit und einer leichteren Herstellung angegeben: a) Alphastabilisatoren. Mindestens eines der folgenden Elemente:
EMI0001.0032
Aluminium <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Zinn <SEP> bis <SEP> 8 <SEP> 0/0
<tb> Zirkonium <SEP> bis <SEP> 10%
<tb> Sauerstoff <SEP> 0,02 <SEP> bis <SEP> 0,3 <SEP> 0/0
<tb> Stickstoff <SEP> 0,02 <SEP> bis <SEP> 0,21/o.
Sauerstoff und Stickstoff sind praktisch immer als Verunreinigungen vorhanden, wobei der Gehalt an Sauerstoff im allgemeinen 0,1 bis 0,2 % und der Gehalt an Stickstoff ungefähr 0,
1% beträgt. Wenn sauerstofffreie oder stickstofffreie Legierungen hergestellt werden könnten, würden sie unter die Grundidee der Erfindung fallen, sofern sie sonst die erfindungsgemäss erforderlichen Elemente ent halten würden. b) -Betaphasenbildner. Mindestens eines der folgenden Elemente:
EMI0002.0003
Molybdän <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Vanadium <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Niobium <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Tantal <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 0/0. e) Ausscheidungshärtung bewirkende Elemente.
Mindestens eines der folgenden Elemente:
EMI0002.0004
Silizium <SEP> bis <SEP> 211/o
<tb> Chrom <SEP> bis <SEP> 4%
<tb> Mangan <SEP> bis <SEP> 4(1/o
<tb> Bor <SEP> bis <SEP> 21/o
<tb> Eisen <SEP> bis <SEP> 41/9
<tb> Beryllium <SEP> bis <SEP> 2%. Beispiele von Legierungen entsprechend der Erfindung sind:
EMI0002.0005
T.44 <SEP> T.45 <SEP> T.46 <SEP> T.47 <SEP> T.51 <SEP> T.53 <SEP> T.55 <SEP> T.58 <SEP> T.91
<tb> Mangan <SEP> 0,2 <SEP> 0,4 <SEP> 0,6 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> Aluminium <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Zinn <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> Molybdän <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> Silizium <SEP> 0,1 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,4 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,5
<tb> Chrom <SEP> 0,2 <SEP> 0,4 <SEP> 0,6 <SEP> 0,
8 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP> - <SEP> Vanadium <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2
<tb> Titan <SEP> und
<tb> Verunreinigungen <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest <SEP> Rest In diesen Legierungen sind Stickstoff und Sauer stoff in den üblichen Mengen, wie oben angegeben, als Verunreinigungen vorhanden.
Zerreissfestigkeit (kg/mm2) Dehnung (% bei 20 C) Spannung (kg/mm ) für 0,1 % Kriechen in 100 Stunden bei 400 C Die für die obigen Versuche verwendete Wärme behandlung umfasste ein Normalisieren im Tem peraturbereich zwischen 600 bis 700 C während 1 bis 24 Stunden. Die Legierungen können alle einer komplizierteren Lösungsbehandlung, gefolgt von einer Älterungshärtung, unterworfen werden.
Die Eigenschaften von solchen Legierungen ge mäss der Erfindung sind die folgenden:
EMI0002.0018
T.44 <SEP> T.45 <SEP> T.46 <SEP> T.47 <SEP> T.51 <SEP> T.53
<tb> 113 <SEP> 107 <SEP> 113 <SEP> 116 <SEP> 131 <SEP> 112
<tb> 11 <SEP> 14 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11
<tb> 39,5 <SEP> 44 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 52 <SEP> 44
Titanium Alloy The present invention relates to an alpha titanium alloy (dense hexagonal structure), in particular with high creep resistance at 400 to 500 ° C. and good forgeability.
It is known that because of their hexagonal structure, alpha-titanium alloys often have higher creep resistance than beta alloys with their body-centered cubic structure.
Additives such as aluminum, tin, zirconium, oxygen and nitrogen are known to stabilize the alpha form of titanium. Due to the stable alpha structure in the forgeable area, such simple alloys are difficult to handle. As far as is known, titanium alloys, like other alloy systems, can only achieve the best creep resistance if suitable precipitation hardening phases are present.
The titanium alloy according to the present invention contains the following three components: a) at least one alpha-titanium stabilizing element; b) at least one element which does not form any intermetallic compounds, but which partially converts the alloy into the beta phase in the malleable range between 700 and 1100 C, and c) at least one element which causes precipitation hardening with titanium.
As mentioned, aluminum, tin, zirconium, oxygen and nitrogen are known as examples of alpha stabilizers.
The most easily available beta phase-forming element that does not form an intermetallic compound is molybdenum, but this can be replaced in whole or in part by at least one of the elements vanadium, niobium and tantalum.
Any of the known elements that effect precipitation hardening with titanium can be used. Examples of suitable elemen are silicon, chromium, manganese, boron, iron and beryllium.
The following are examples and suitable ranges for the three essential simultaneous additions to titanium to achieve improved or optimal creep resistance and easier production: a) Alpha stabilizers. At least one of the following:
EMI0001.0032
Aluminum <SEP> to <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> tin <SEP> to <SEP> 8 <SEP> 0/0
<tb> zirconium <SEP> to <SEP> 10%
<tb> Oxygen <SEP> 0.02 <SEP> to <SEP> 0.3 <SEP> 0/0
<tb> nitrogen <SEP> 0.02 <SEP> to <SEP> 0.21 / o.
Oxygen and nitrogen are practically always present as impurities, the oxygen content generally being 0.1 to 0.2% and the nitrogen content about 0,
1%. If oxygen-free or nitrogen-free alloys could be produced, they would fall under the basic idea of the invention, provided they would otherwise contain the elements required according to the invention. b) beta phase builders. At least one of the following:
EMI0002.0003
Molybdenum <SEP> to <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Vanadium <SEP> to <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Niobium <SEP> to <SEP> 10 <SEP>%
<tb> Tantalum <SEP> to <SEP> 10 <SEP> 0/0. e) Precipitation hardening elements.
At least one of the following:
EMI0002.0004
Silicon <SEP> to <SEP> 211 / o
<tb> Chromium <SEP> to <SEP> 4%
<tb> Manganese <SEP> to <SEP> 4 (1 / o
<tb> boron <SEP> to <SEP> 21 / o
<tb> iron <SEP> to <SEP> 41/9
<tb> Beryllium <SEP> to <SEP> 2%. Examples of alloys according to the invention are:
EMI0002.0005
T.44 <SEP> T.45 <SEP> T.46 <SEP> T.47 <SEP> T.51 <SEP> T.53 <SEP> T.55 <SEP> T.58 <SEP> T. 91
<tb> Manganese <SEP> 0.2 <SEP> 0.4 <SEP> 0.6 <SEP> 0.8 <SEP> - <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> aluminum <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> tin <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> Molybdenum <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> silicon <SEP> 0.1 <SEP> 0 , 2 <SEP> 0.3 <SEP> 0.4 <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.5
<tb> Chromium <SEP> 0.2 <SEP> 0.4 <SEP> 0.6 <SEP> 0,
8 <SEP> - <SEP> - <SEP> 2 <SEP> - <SEP> Vanadium <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - < SEP> - <SEP> 2
<tb> Titan <SEP> and
<tb> Impurities <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest <SEP> rest In these alloys nitrogen and oxygen are in the usual amounts, as indicated above, present as impurities.
Tensile strength (kg / mm2) Elongation (% at 20 C) Tension (kg / mm) for 0.1% creep in 100 hours at 400 C. The heat treatment used for the above tests comprised normalization in the temperature range between 600 and 700 C. for 1 to 24 hours. The alloys can all be subjected to more sophisticated solution treatment followed by age hardening.
The properties of such alloys according to the invention are as follows:
EMI0002.0018
T.44 <SEP> T.45 <SEP> T.46 <SEP> T.47 <SEP> T.51 <SEP> T.53
<tb> 113 <SEP> 107 <SEP> 113 <SEP> 116 <SEP> 131 <SEP> 112
<tb> 11 <SEP> 14 <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11
<tb> 39.5 <SEP> 44 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 52 <SEP> 44