ES2320684T3 - Aleacion a base de titanio. - Google Patents
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Abstract
Una aleación a base de titanio constituido por aluminio, vanadio, molibdeno, hierro y oxígeno en la siguiente proporción, en tanto por ciento en peso: Aluminio 3,5-4,4 Vanadio 2,0-4,0 Molibdeno 0,1-0,8 Hierro máx. 0,4 Oxígeno máx. 0,25 Titanio resto
Description
Aleación a base de titanio.
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La invención se refiere al campo de la
metalurgia y, en particular, al campo del desarrollo de aleaciones
de titanio de tecnología punta usadas para hacer artículos de alta
resistencia y elevada trabajabilidad, incluidos artículos grandes,
es decir, artículos de versatilidad elevada.
Las aleaciones de titanio se usan de forma
generalizada como materiales aeroespaciales, por ejemplo en aviones
y cohetes, puesto que las aleaciones poseen propiedades mecánicas
resistentes y son comparativamente ligeras.
Es conocida la aleación de titanio usada de
forma más generalizada, la aleación Ti6A14V (B.A. Kalachyov, I.S.
Polkin and V.D. Talalayev. Titanium Alloys of Different Countries.
Reference Book. Moscú: VILS, 2000, p. 58-59) - [1].
Esta aleación fue desarrollada en EE. UU. en la década de 1950. Se
caracteriza por una resistencia media de 850 hasta 1000 MPa y
elevada trabajabilidad. Es un buen material para trabajar dándole
forma: forjado, matrizado y extrusión. Se usa de forma generalizada
en la ingeniería aeronáutica y aeroespacial, en la construcción de
buques, en la industria de la automoción, etc., al igual que en la
fabricación de fijadores para diversas aplicaciones. Esta aleación
es buena para ser trabajada por todos los tipos de soldadura
incluida la unión de difusión.
La desventaja de la aleación Ti6A14V es su
insuficiente versatilidad. Es difícil hacer productos laminados,
hojas delgadas y tubos de la misma, puesto que la aleación posee una
resistencia relativamente alta a la deformación, que, en el caso de
que la temperatura de deformación se haga inferior a 800ºC, lleva a
la generación de defectos como fisuras y acorta la vida de las
herramientas de trabajo o precisa de herramientas costosas.
Es conocida una aleación de pseudo
\alpha-titanio de calidad 9
(Ti-3Al-2,5V), que es muy apto para
ser trabajado en frío (véase [1], pp. 44, 45). La resistencia de
esta aleación es intermedia entre la de la aleación
Ti-6Al-4V y el titanio
(600-800 MPa). Esta aleación se usa trabajada en
frío y recocida para relajar tensiones interiores; se caracteriza
por una elevada resistencia a la corrosión en diversos medios,
incluida el agua salada. Esta aleación se usa en la fabricación de
tubos para los sistemas hidráulicos y de combustible de aviones,
cohetes y submarinos.
La desventaja de esta aleación es también su
baja versatilidad, puesto que requiere la atenuación de tensiones
al hacer grandes piezas estructurales de la misma. Por lo tanto, los
artículos tienen que ser recocidos, lo que reduce la resistencia
del Calidad 9 hasta 400-500 MPa.
El análogo más cercano de la aleación inventada
es la aleación \alpha+\beta de titanio, que consiste en
3,0-5,0 Al; 2,1-3,7 V;
0,85-3,15 Mo; 0,85-3,15 Fe;
0,06-0,2 O_{2} e impurezas inevitables (solicitud
japonesa Nº 3007214 B2, presentada el 7 de febrero de 2000) -
técnica anterior.
La desventaja de esta aleación es que es rica en
Fe y Mo y, por lo tanto, es propensa al proceso de la descohesión.
Para reducir la posibilidad de la heterogeneidad descohesiva se
requiere el uso de una tecnología especial de fundido de lingotes,
y luego efectuar el laminado y el forjado con una tasa pequeña de
deformación para evitar la decoración de "imperfecciones
beta", que disminuye la productividad.
Es un objeto de la invención proporcionar una
aleación versátil de titanio que requiere los menores costos de
fabricación y que es apta para hacer una amplia mezcla de producto
de la misma, como grandes forjados y matrizados, al igual que
productos laminados y hojas delgadas dotados de suficiente
resistencia y propiedades plásticas y estructura.
Según la invención, se proporciona una mezcla
óptica de elementos aleantes estabilizadores \alpha y \beta en
un producto semiacabado.
Según la invención, se proporciona una aleación
base de titanio consistente en aluminio, vanadio, molibdeno, hierro
y oxígeno en la siguiente proporción, en tanto por ciento en
peso:
- Aluminio
- 3,5-4,4
- Vanadio
- 2,0-4,0
- Molibdeno
- 0,1-0,8
- Hierro
- máx. 0,4
- Oxígeno
- máx. 0,25
- Ti
- equilibrio
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En la aleación inventada se logran, combinadas,
elevada resistencia y ductilidad mediante la selección minuciosa y
la evaluación experimental de las proporciones de aleación. El
contenido de estabilizadores \alpha (aluminio, oxígeno) y
estabilizadores \beta (vanadio, molibdeno y hierro) se determinó
para satisfacer un objetivo puesto como meta.
El aluminio es un estabilizador \alpha para
las aleaciones de titanio \alpha+\beta que contribuye al
aumento de resistencia mecánica. Sin embargo, en el caso de que el
contenido en aluminio esté por debajo del 3,5%, no se puede obtener
la resistencia suficiente a la que aspira esta invención, mientras
que, en el caso de que el contenido en aluminio supere el 4,4%,
aumenta la resistencia a la deformación en caliente y la ductilidad
a temperaturas inferiores se deteriora, lo que lleva a la
disminución de la productividad.
Se añade vanadio al titanio como estabilizador
\beta para las aleaciones de titanio \alpha+\beta, lo que
contribuye al aumento de la resistencia mecánica sin formar
compuestos intermetálicos quebradizos con titanio. La presencia de
vanadio en la aleación impide la formación de la superestructura
\alpha_{2} en la fase \alpha mientras se estabiliza la fase
\beta, y contribuye al aumento tanto de la resistencia como de la
ductilidad. En el caso de que el contenido de vanadio esté por
debajo del 2%, no puede obtenerse la resistencia suficiente a la
que aspira esta invención, mientras que, en el caso de que el
contenido de vanadio supere el 4,0%, disminuye la elongación
superplástica debido al descenso excesivo de la transición de la
fase beta. El contenido de vanadio dentro del intervalo
2,0-4,0% en esta aleación tiene el mérito de que
pueden utilizarse las sobras del más usado Ti6A14V.
Se añade molibdeno al titanio como estabilizador
\beta para las aleaciones de titanio \alpha+\beta. En el caso
de que el molibdeno se añada dentro del intervalo de
0,1-0,8%, esto contribuye a su plena disolución en
la fase \alpha, lo que permite obtener las propiedades de
resistencia suficiente sin deteriorar las propiedades plásticas. En
el caso de que el contenido de molibdeno supere el 0,8%, esto
contribuye al aumento del peso específico de la aleación, debido al
hecho de que el molibdeno es un metal pesado, y las propiedades
plásticas de la aleación se deterioran. En el caso de que el
contenido de molibdeno esté por debajo del 0,1%, el molibdeno no
contribuye plenamente a las propiedades de la aleación.
El hierro añadido a la aleación hasta el 0,4%
contribuye al aumento de la proporción volumétrica de la fase
\beta, disminuyendo la resistencia a la deformación en el
trabajado en caliente de esta aleación, lo que lleva a evadir la
generación de defectos como el fisurado. En el caso de que el
contenido de hierro supere el 0,4%, esto genera una fase de
descohesión con imperfecciones de la fase beta en la fundición y la
solidificación de la aleación, lo que lleva a la heterogeneidad de
las propiedades mecánicas, especialmente la ductilidad.
El oxígeno contribuye a la potenciación de la
resistencia mecánica por constituir un solución sólida
principalmente en la fase \alpha. En el caso de que el contenido
de oxígeno supere el 0,25%, la ductilidad de la aleación puede
deteriorarse.
La aleación puede contener hasta el 0,1% de
carbono y hasta el 0,05% de nitrógeno como impurezas inevitables;
la cantidad total de impurezas no debe superar el 0,16%.
\vskip1.000000\baselineskip
Para evaluar las propiedades de lo reivindicado,
se fundieron lingotes de aleación mediante el procedimiento de la
doble refusión con arco al vacío que tenían la siguiente composición
química (Tabla 1).
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se hicieron barras con el diámetro de 50 mm de
cada lingote trabajando en caliente. Parte de las barras se trató
térmicamente mediante recocción a 750ºC, manteniendo la temperatura
durante 1 hora y enfriando al aire. Se evaluaron las propiedades
mecánicas a temperatura ambiente en las barras tratadas térmicamente
y en las no tratadas térmicamente. Los resultados de la evaluación
se dan en la Tabla 2. Además, se evaluaron las propiedades
mecánicas de las piezas a trabajar con cambio de estado \beta, que
fueron tratadas térmicamente a 710ºC, manteniendo la temperatura
durante 3 horas y enfriando al aire. Los resultados del ensayo
mecánico de las piezas a trabajar con cambio de estado \beta se
dan en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
En comparación con las aleaciones conocidas, la
aleación inventada es sumamente versátil, económicamente beneficiosa
y tiene menor costo, debido al hecho de que para su producción
pueden usarse sobras de aleaciones conocidas de forma generalizada,
como el Ti6Al4V. Esta aleación posee propiedades mecánicas
requeridas y suficientes y puede utilizarse para hacer una amplia
gama de productos, como grandes forjados y matrizados, láminas y
hojas delgadas, al trabajar tanto en el campo \alpha+\beta como
en el campo \beta.
Claims (1)
1. Una aleación a base de titanio constituido
por aluminio, vanadio, molibdeno, hierro y oxígeno en la siguiente
proporción, en tanto por ciento en peso:
- Aluminio
- 3,5-4,4
- Vanadio
- 2,0-4,0
- Molibdeno
- 0,1-0,8
- Hierro
- máx. 0,4
- Oxígeno
- máx. 0,25
- Titanio
- resto
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