ES2267711T3 - Aleaccion de titanio y metodo para el tratamiento termico de materiales semiacabados de dicha aleacion, de gran tamaño. - Google Patents

Abstract

La aleación con base de titanio que contiene aluminio, vanadio, molibdeno, cromo, hierro, zirconio, oxígeno y titanio, cuyo aspecto diferenciador es que contiene, adicionalmente, nitrógeno, con la siguiente proporción de componentes (% por masa): aluminio 4, 0 ¿ 6, 0 vanadio 4, 5 ¿ 6, 0 molibdeno 4, 5 ¿ 6, 0 cromo 2, 0 ¿ 3, 6 hierro 0, 2 ¿ 0, 5 zirconio 0, 7 ¿ 2, 0 oxígeno en ningún caso más de 0, 2 nitrógeno en ningún caso más de 0, 05 titanio el resto mientras el molibdeno equivale a Mo> 13, 8, donde el equivalente al molibdeno viene determinado por la fórmula siguiente:

Description

Aleación de titanio y método para el tratamiento térmico de materiales semiacabados de dicha aleación, de gran tamaño.

Campo de la invención

La invención se refiere a metalurgia no ferrosa y, más concretamente, a la producción de modernas aleaciones de titanio utilizadas preferiblemente para la fabricación de piezas forjadas de gran tamaño, piezas selladas, elementos de sujeción y otros componentes para la ingeniería aeronáutica.

Antecedentes de la invención

Se conoce la aleación con base de titanio y con la siguiente composición (% por masa):

	aluminio	4,0-6,3
	vanadio	4,5-5,9
	molibdeno	4,5-5,9
	cromo	2,0-3,6
	hierro	0,2-0,8
	zirconio	0,01-0,08
	carbono	0,01-0,25
	oxígeno	0,03-0,25
	titanio	resto

(patente RF núm. 2122040, C22C 14/00, 1998) como prototipo.

Dicha aleación posee una combinación adecuada de alta resistencia y buena plasticidad en piezas de gran tamaño y de hasta 150-200 mm de grosor, endurecidas con aire o agua. La aleación se deforma fácilmente por acción del calor y se puede soldar con arco de argón o mediante haz de electrones.

La desventaja de la aleación es un insuficiente nivel de resistencia en piezas macizas de gran tamaño, con un grosor superior a los 150-200 mm, endurecidas con aire.

Se conoce el método de tratamiento térmico para productos semiacabados de gran tamaño, fabricados con aleaciones de titanio bifásicas que incluye el precalentamiento hasta una temperatura de entre 7 y 50ºC superiores a la temperatura de transformación polimórfica, mantenida durante un periodo comprendido entre las 0,15 y las 3 horas y el enfriamiento hasta la temperatura de región bifásica, entre 20 y 80ºC inferiores a la temperatura de transformación polimórfica mantenida durante un período de entre 0,15 y 3 horas con endurecimiento y envejecimiento (Certificado del inventor en USSR núm. 912771. C22F, 1/18, 1982), como prototipo.

La desventaja de este método es el insuficiente nivel de resistencia en piezas macizas de gran tamaño y con un grosor superior a los 150-200 mm.

Descripción de la invención

El objeto de la aleación que se reivindica, con base de titanio y del método para el tratamiento térmico de productos semiacabados de gran tamaño fabricados con dicha aleación es obtener un nivel de resistencia mejorado en piezas macizas de gran tamaño con un exceso de grosor que se sitúa entre los 150 y los 200 mm.

El resultado técnico global obtenido en el proceso de realización del grupo de invenciones reivindicadas es la regulación de una combinación óptima de elementos \alpha y \beta estabilizadores de la aleación que contienen aluminio, vanadio, molibdeno, cromo, hierro, zirconio, oxígeno y titanio y que contiene además nitrógeno, con la siguiente distribución de componentes, % por masa

	aluminio	4,0-6,0
	vanadio	4,5-6,0
	molibdeno	4,5-6,0
	cromo	2,0-3,6
	hierro	0,2-0,5
	zirconio	0,7-2,0
	oxígeno	en ningún caso superior a 0,2
	nitrógeno	en ningún caso superior a 0,05
	titanio	resto

Mientras el equivalente en molibdeno es Mo_{pq} \geq 13,8

De acuerdo con la invención, el equivalente en molibdeno viene determinado por la fórmula siguiente:

Mo_{3KB} = \frac{%Mo}{1} + \frac{%V}{1,5} + \frac{%Cr}{0,6} + \frac{%Fe}{0,4}

Además, el contenido total de aluminio y zirconio no supera el 7,2%.

Dicho resultado técnico se obtiene también por el hecho de que en el método de tratamiento térmico para productos semiacabados de gran tamaño y fabricados con la aleación que se reivindica, con base de titanio, que incluye el calentamiento y mantenimiento de la pieza a una temperatura inferior a la temperatura de transformación polimórfica, enfriamiento y envejecido, de acuerdo con la invención, se lleva a cabo directamente a t_{\beta-\alpha \ + \ \beta} (30-70ºC), y esta temperatura se mantiene durante un periodo comprendido entre las 2 y las 5 horas; el envejecimiento se realiza durante un período de tiempo comprendido entre las 8 y las 16 horas a una temperatura de entre 540 y 600ºC. El enfriamiento se realiza en agua o en aire.

La mayor parte de la fase \beta es la responsable de la alta resistencia de la aleación, que se debe a los estabilizadores \beta de amplia gama (V, Mo, Cr, Fe), a su considerable cantidad y eficacia y a su capacidad de incidir en la posibilidad de conservar la condición de fase metaestable durante el enfriamiento retardado (por ejemplo, en aire) en sellados de corte transversal. Aunque la fase \beta es la más importante en el proceso de fortalecimiento de la aleación, sólo se puede mejorar la tendencia a aumentar de esta resistencia a costa de aumentar la resistencia de la fase \alpha, cuyo rango normal para esta aleación está entre el 60 y el 70%. Para ello, se ha intensificado la fase \beta con zirconio estabilizador de fase \alpha; este último forma un amplio abanico de soluciones sólidas con titanio \beta, se parece bastante a éste, en términos de densidad y temperatura de fusión, aumenta la resistencia a la corrosión y, en una cantidad de hasta el 1,5-2,0%, aumenta ligeramente la resistencia de la aleación, y prácticamente no reduce su plasticidad ni su resistencia al resquebrajamiento.

Debido a la regulación de estabilizadores \beta en la forma de un equivalente al molibdeno, según la fórmula (1) -con establecimiento de su valor mínimo-, al aumentar el contenido en zirconio y la regulación del contenido de estabilizadores \alpha según la fórmula (2), al tiempo que se optimiza el proceso de parámetros de soluciones sólidas, -incluido el calentamiento y el mantenimiento a una temperatura inferior a la temperatura de transformación polimórfica-, los productos macizos fabricados con la aleación que se reivindica, después de su endurecimiento por aire (o agua) a partir del proceso a temperatura de solubilización de la fase sólida muestran, después del paso del envejecimiento, un mayor nivel de resistencia y unas características satisfactorias de plasticidad y viscosidad de destrucción.

Esta aplicación cumple el requisito de unidad de invención, dado que el método de tratamiento térmico está pensado para la fabricación de productos semiacabados, fabricados con la aleación reivindicada.

Para estudiar las características de la aleación se han fabricado lingotes de ensayo de 430 mm de diámetro, con la siguiente composición media:

TABLA 1

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Los lingotes se forjaron en series de regiones \beta, \alpha+\beta, \beta, a+\beta, con una deformación del acabado en la región \alpha+\beta y en el intervalo de 45-55% por tocho cilíndrico de 250 mm de diámetro.

Además, las piezas forjadas se sometieron al siguiente tratamiento térmico:

Proceso de solubilización de la fase sólida: calentamiento a 790ºC, se mantiene durante 3 horas, enfriamiento al aire.

Envejecimiento: calentamiento a 560ºC, se mantiene durante 8 horas, enfriamiento al aire.

Las propiedades mecánicas de las piezas forjadas (datos medios por unidad) se indican en la Tabla 2

TABLA 2

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Los resultados del ensayo muestran que la aleación que se reivindica y el método de tratamiento térmico de los productos semiacabados fabricados con ella permiten garantizar el aumento más seguro y estable de características de resistencia en las piezas macizas, a la vez que se mantienen unas características de plasticidad satisfactorias.

El grupo de invenciones que se reivindican está destinado a diferentes productos (barras, piezas forjadas, placas, etc.), pero es específico para piezas forjadas macizas y selladas que superen los 150-200 mm de lado o de diámetro de sección, que es lo requerido para garantizar un alto nivel de resistencia.

Claims (2)

1. La aleación con base de titanio que contiene aluminio, vanadio, molibdeno, cromo, hierro, zirconio, oxígeno y titanio, cuyo aspecto diferenciador es que contiene, adicionalmente, nitrógeno, con la siguiente proporción de componentes (% por masa):

aluminio 4,0-6,0 vanadio 4,5-6,0 molibdeno 4,5-6,0 cromo 2,0-3,6 hierro 0,2-0,5 zirconio 0,7-2,0 oxígeno en ningún caso más de 0,2 nitrógeno en ningún caso más de 0,05 titanio el resto

mientras el molibdeno equivale a Mo\geq 13,8, donde

el equivalente al molibdeno viene determinado por la fórmula siguiente:

Mo_{3KB} = \frac{%Mo}{1} + \frac{%V}{1,5} + \frac{%Cr}{0,6} + \frac{%Fe}{0,4}

2. La aleación, tal y como se detalla en la Reivindicación 1, cuyo elemento diferenciador es que el contenido total en aluminio y zirconio no supera los 7,2.