DE1533204C - Verwendung einer Titanlegierung fur feste, zähe, schweißbare und gegenüber Chloriden spannungsnßkoirosionsbestandi ge Gegenstande - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeeiner Titanlegierung als Werkstoff zur Herstellung schlagen, eine Titanlegierung mit
von Gegenständen mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und Schweißbarkeit sowie Beständigkeit gegen 1,5 bis 3,5%, vorzugsweise 1,5 bis
Spannungsrißkorrosion bei hohen Temperaturen in 5 2 5°/ Aluminium
Anwesenheit von Chloriden. 2,0 bis 4,0 % Molybdän,

Spannungsrißkorrosion bei Titanlegierungen tritt q bis 5 0 °/ Zirkonium

ein bei Temperaturen von etwa 260°C unter Belastung q jjj_s q's <y° B_eryiii_um '

und in Anwesenheit von Chloriden. Titanlegierungen ₀ bis 0^35 % insgesamt' an Verunreinigungen

mit Gehalten von mehr als 1% Legierungszusätzen, io _wie Kohlenstoff, Sauerstoff und

wie sie zur Zeit im Handel üblich sind, sind mehr Stickstoff Rest Titan
oder weniger beständig gegen Spannungsrißkorrosion.

Bestimmte Titanlegierungen, die nur bis zu einigen als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen mit

Zehnteln Prozent eines Metalls, wie z. B. Palladium, hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und Schweißbarkeit

enthalten, sind korrosionsbeständig, insbesondere 15 sowie Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion bei

gegen Spannungsrißkorrosion. Diese Legierungen hohen Temperaturen in Anwesenheit von Chloriden

zeigen jedoch mechanische Eigenschaften ähnlich zu verwenden. Die erfindungsgemäß zu verwendende

denen von reinem Titan sowie eine gleich geringe Titanlegierung weist die geforderten guten mechani-

Festigkeit. sehen Eigenschaften, wie hohe Zugfestigkeit von min-

Es sind auch Titanlegierungen bekannt, die neben so destens 77,5 kg/mm² und Zähigkeit bei einer Dehnung Titan noch Bestandteile an verschiedenen Legierungs- von mindestens .3 °/o» gute Schweißbarkeit und Beelementen enthalten, so z. B. die Alpha-stabilisieren- ständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in Anden Elemente, wie Aluminium und Zinn, und die Beta- Wesenheit von Chloriden auf.

stabilisierenden, wie Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Titanlegierungen der erfindungsgemäß zu verwen-

. Molybdän, Eisen, Mangan, Kupfer, Nickel und 35 denden Art sind in ihrer Zusammensetzung bereits

Kobalt. Im allgemeinen sind Titanlegierungen, die bekannt. Gemäß der USA.-Patentschrift 2 893 864

entweder beide Arten oder nur eine von Stabilisatoren weisen sie gute Kriechfestigkeit bei Temperaturen von

enthalten, fester als reines Titan, während ihre anderen 400 bis 500° C und gute Warmverformbarkeit auf.

Eigenschaften von der Menge und Art der vorhandenen ·. Aus der USA.-Patentschrift 2 554 031 ist es bekannt,

Legierungsbestandteile abhängen. Bekannten Titan- 3° däß Titanlegierungen des erfindungsgemäß zu ver-

legierungen haftet trotz ihrer ausgezeichneten Festig- wendenden Typs mit 2,5 bis 8 % Aluminium und

keit, die in Verbindung mit ihrem geringen spezifischen 0,5 bis 8 % Molybdän hohe Festigkeit in Verbindung

Gewicht ein sehr günstiges Verhältnis von Festigkeit mit guter Zähigkeit aufweisen. Von diesen Legierungen

zu spezifischem Gewicht sowie andere Eigenschaften ist weiterhin lediglich bekannt, daß sie korrosions-

ergibt, dennoch ein erheblicher Nachteil an, und zwar 35 beständig sein sollen.

bezüglich der Anfälligkeit gegen Spannungsrißkorro- Aus der belgischen Patentschrift 653 938 ist es

sion bei hohen Temperaturen. darüber hinaus bekannt, Titanlegierungen mit 4 bis

Spannungsrißkorrosion kann auftreten, wenn die 7% Aluminium, 1,5 bis 3,5% Molybdän, Spuren bis Oberfläche eines Erzeugnisses aus einer handeis- 1% Eisen, Spuren bis 2% Chrom, Rest Titan und üblichen Titanlegierung bei hoher Temperatur und 4° üblichen Verunreinigungen für hochfeste, korrosionsbei Belastung der Einwirkung von Chloriden ausge- beständige Gegenstände, die mit Fluor verunreinigten setzt wird. Bei Werkstücken, deren Oberflächen z. B. Atmosphären ausgesetzt sind, zu verwenden. Alumimit Natriumchlorid in Berührung kommen, tritt nium ist dabei als korrosionshindernder Zusatz ausge-Spannungsrißkorrosion schon bei einer Temperatur wiesen, der insbesondere in Gegenwart yon Molybdän von 290° C und einer Belastung von 90% der Streck- 45 mindestens 4% betragen soll, um die bezüglich der grenzenfestigkeit während einer Dauer von 2000 Stun- Korrosionsbeständigkeit schädliche Wirkung des den auf. In einer 1 % Chlor enthaltenden Luftatmo- festigkeitssteigernden Zusatzes von 1,5 bis 3,5 % Sphäre wurde Spannungskorrosion schon bei 110° C Molybdän auszugleichen. Von dieser bekannten bei nur einigen Stunden Belastung hervorgerufen. Titanlegierung unterscheidet sich die erfindungs-Sogar menschliche Fingerabdrücke, die einen kleinen 5° gemäß zu verwendende durch einen geringeren Alu-Gehalt an Natriumchlorid hinterlassen, haben schon miniumgehalt, der, wie festgestellt wurde, höchstens Spannungsrißkorrosion verursacht, wenn die Erzeug- 3,5% betragen darf, damit die Titanlegierung nicht nisse aus handelsüblichen Titanlegierungen z. B. spannungsrißkorrosionsempfindlich wird.
Temperaturen von etwa 280°C bei einer Spannung Aus dem Aufsatz von H. M ar go Ii η: »Molybdän von 21 kg/mm² oder mehr für längere Zeit ausgesetzt 55 as an Alloy Addition for Titanium«, Metal Progress waren. (1957), Februar, S. 86 bis 91, war dem Fachmann

Handelsüblich reines Titan ist im Gegensatz zu den zwar bekannt, daß höhere Aluminiumgehalte von

üblicherweise benutzten Titanlegierungen für Span- etwa 6 % Aluminium bei 3 % Molybdän Titanlegierun-

nungsrißkorrosion nicht empfindlich. Aber dieses gen eine bessere Oxydationsbeständigkeit, jedoch eine

besitzt wiederum nicht die Festigkeit der üblichen ⁶° niedrigere Zunderbeständigkeit als Titanlegierungen

Titanlegierungen und deren andere wünschenswerte mit niedrigerem Aluminiumgehalt von etwa 3% bei

Eigenschaften, wie z. B. Aushärtbarkeit. Daher be- 1 % Molybdän verleihen, dies sagt jedoch nichts

steht ein dringendes Bedürfnis nach einer Titan- über die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit von

legierung mit mechanischen Eigenschaften, die ver- Titanlegierungen in Chloriden aus. Die Erfindung

gleichbar sind mit denen der bekannten Legierungen, 65 wird in der Feststellung gesehen, daß Titanlegierungen

die aber auch gegen Spannungsrißkorrosion bei Ein- mit verhältnismäßig niedrigen Aluminiumgehalten

wirkung von Chloriden bei hohen Temperaturen von 1,5 bis 3,5% eine gute Spannungsrißkorrosions-

beständig ist. beständigkeit in Chloriden zeigen. Zusätze von Alu-

minium erhöhen und von Molybdän vermindern die Spannungsrißkorrosionsanfälligkeit.

Die erfindungsgemäßen Legierungsbestandteile und die Mengen, in denen diese in der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung vorhanden sind, sind kritisch, um die besonderen, obenerwähnten Eigenschaften zu erhalten. Aluminium ist ein Bestandteil, der die Alpha-Phase einer Titanlegierung stabilisiert. In der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung jedoch bewirkt das Aluminium die Unterdrückung der Omega-Sprödigkeit, die durch vorhandene Mengen an Beta-Stabilisatoren verursacht werden kann. Daher wird sich der Aluminiumgehalt auf Festigkeit und Verformbarkeit günstig auswirken. Um diese Wirkung zu erreichen, sind wenigstens 1,5% erforderlich. Mehr als 3,5 % Aluminium haben eine schädliche und unvorteilhafte Wirkung auf die Beständigkeit gegen die Spannungsrißkorrosion der Legierung. Ein Gehalt von weniger als 2,5 % Aluminium ist noch günstiger.

Molybdän als Beta-Stabilisator bewirkt in der Titanlegierung ein wesentliches Ansteigen der Zugfestigkeit ohne viel Einfluß auf die Verformbarkeit.

Mindestens 2% Molybdän sind nötig, um größere Festigkeit zu erhalten. Ein Gehalt von mehr als 4% Molybdän wird sich nachteilig auf die Schweißbarkeit der Legierung auswirken.

Zirkonium kann in einer Menge bis 5 % vorhanden sein und ist als Alpha-Stabilisator wünschenswert. Es bewirkt eine Erhöhung der Zugfestigkeit ohne schädigende Nebenwirkung auf die Verformbarkeit und Schweißbarkeit. Mengen über 5% sind jedoch unvorteilhaft, weil das spezifische Gewicht der Legierung im Verhältnis zu den gewonnenen Vorteilen zu hoch wird.

Beryllium kann in Mengen bis 0,5% vorhanden sein. Als Beta-Stabilisator unterstützt es die Wirkung von Aluminium und Molybdän auf die Festigkeit. Bei mehr als 0,5% wird Verformbarkeit und Schweißbarkeit der Legierung jedoch verschlechtert.
Die erfindungsgemäß aus der Titanlegierung hergestellten Erzeugnisse werden für Bauteile verwendet, bei denen es auf geringes spezifisches Gewicht und hohe Festigkeit ankommt, z. B. in der Luftfahrt, bei Düsenmaschinen, Raketen und in der Raumfahrttechnik, und die gleichzeitig auf Grund ihrer Beständigkeit

ίο gegen Spannungsrißkorrosion in Anwesenheit von Chloriden unter Druck bei hohen Temperaturen der Einwirkung von Chloriden ausgesetzt werden, so z. B., wenn Flugzeuge oder Raketen unter Bedingungen betrieben werden, unter denen Teile bzw. deren Oberflächen verhältnismäßig hohe Temperaturen erreichen und z. B. Salz-Sprühregen oder Seewasser ausgesetzt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung einer Titanlegierung, bestehend aus

   1,5 bis 3,5%, vorzugsweise 1,5 bis
   2,5% Aluminium,

   2,0 bis 4,0% Molybdän,

   0 bis 5,0% Zirkonium,

   0 bis 0,5% Beryllium,

   0 bisΛ),35% insgesamt an Verunreinigungen wie Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff, Rest Titan,

   als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und Schweißbarkeit sowie Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion bei hohen Temperaturen in Anwesenheit von Chloriden.