DE19735841A1 - Legierung auf der Basis von Titanaluminiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung auf der Basis von Titanaluminiden.

Es ist bekannt, Legierungen auf der Basis von Titanalu­ miniden für Zwecke einzusetzen, bei denen einerseits ein sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festig­ keit des Werkstoffs erforderlich ist. Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden ersetzen deshalb schon vielfach gewöhnliche Superlegierungen auf Nickelbasis, die gegenwärtig noch in einzelnen Komponenten, bei­ spielsweise in Turbinen als Turbinenschaufeln, Verwen­ dung finden.

Die Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden haben allerdings, obwohl sie an sich bei hoher Festigkeit ein geringes Gewicht aufweisen, nicht in jedem Falle alle die Eigenschaften, die die zuvor genannten Superlegie­ rungen aufweisen und können bisher auch die durch diese Superlegierungen gesetzten hohen technischen Standards nicht vollständig erfüllen. Ein wesentlicher Nachteil der bisher bekannten Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden ist der, daß sie ab einer Betriebstem­ peratur von 700°C eine deutliche Abnahme der Festi­ gungseigenschaften aufweisen. Dies trifft insbesondere bei niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten auf, die für eine Materialbeanspruchung unter Kriechbedingungen charakteristisch sind.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Legierung auf der Basis von Titanaluminiden bereitzu­ stellen, die diese Nachteile nicht hat, d. h. eine Legierung, die ebenfalls eine hohe Temperaturfestigkeit aufweist, so daß diese auch geeignet ist, als Ersatz für Legierungen auf Nickelbasis zu dienen, wobei die erfin­ dungsgemäße Legierung dennoch einfach und kostengünstig herstellbar und verhältnismäßig einfach bearbeitbar sein soll.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß, wie Versuche ergeben haben, signifikant höhere Festigkeiten bis in den Temperaturbereich von 900°C und höher, d. h. bei derartigen Betriebstemperaturen, denen die erfindungsgemäße Legierung ausgesetzt ist, erreicht werden können, und zwar gegenüber den bisher bekannten Legierungen auf der Basis von bisher verwendeten Titan­ aluminidgemischen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil, der sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergeben hat, ist der, daß der Oxidationswiderstand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Legierung sehr viel größer ist im Vergleich zu bisherigen Legierungsgemischen der gat­ tungsgemäßen Art, d. h. insgesamt können die erfindungs­ gemäß vorgeschlagenen Legierungen aufgrund ihrer weit höheren Temperaturbeständigkeit gegenüber bisherigen Legierungen dieser Art zu technischen Lösungen verhel­ fen, zu denen bisher weder die Superlegierungen auf Nickelbasis noch die Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden befähigt waren.

Um die Festigkeit der Legierung noch weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, der Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob noch Komponenten aus Bor und/oder Kohlenstoff zuzufügen, wodurch sich die Legie­ rung dann noch für weitere andere Einsatzfälle eignet, beispielsweise für den Einsatz in Hochleistungsturbinen für Strahltriebwerke in zivil und militärisch genutzten Flugzeugen.

Versuche haben ergeben, daß es vorteilhaft ist, dabei den Anteil an Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung unterhalb einer Konzentration von 0,5 Atom-% zu wählen.

Der Anteil von Niob in der Legierung kann variieren, und zwar vorteilhafterweise derart, daß 5 ≦ x ≦ 10 ist und zwar bei einer Legierungszusammensetzung entsprechend Ti-45A1-xNb.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme zweier gra­ phischer Darstellungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 die Variation des im Druckversuch gemessenen Fließ-Widerstandes über die Temperatur der erfinderungsgemäßen Legierung sowie bekannter Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden und

Fig. 2 das reziproke Aktivierungsvolumen (1/V) nach 1,25% plastischer Verformung unter Druck verschiedener erfindungsgemäßer Legierungen sowie bereits bekannter Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden mit anderer Zusammen­ setzung.

Die voraufgeführten Figuren zeigen, daß die erfindungs­ gemäßen Legierungen sehr viel höhere Festigkeitswerte als konventionelle Legierungen haben. Gleichzeitig ist jedoch das reziproke Aktivierungsvolumen der erfindungs­ gemäßen Legierungen mit dem konventioneller Legierungen vergleichbar. Das bedeutet, daß größere Festigkeit von Legierungen, die Niob neben Titan und Aluminium enthal­ ten, auch bei hohen Temperaturen und niedrigen Verfor­ mungsgeschwindigkeiten aufrecht erhalten bleibt.

Die erfindungsgemäßen Legierungen mit der Zusammenset­ zung Ti-45Al-xNb mit 5 ≦ x ≦ 10 werden durch Verwendung herkömmlicher metallurgischer Gießmethoden oder durch an sich bekannte pulvermetallurgische Techniken erzeugt und können beispielsweise durch Warmschmieden, Warmpressen bzw. Warmstrangpressen und Warmwalzen bearbeitet werden.

Neben den Basiskomponenten der Legierung aus Titan, Aluminium und Niob kann auch noch zur Erhöhung der Festigkeit bei hohen Arbeitstemperaturen der aus den Legierungen hergestellten Gegenstände, d. h. bis 900°C und darüber hinaus Bor, und/oder Kohlenstoff in Mengen von weniger als 0,5 Atom-% hinzugefügt werden.

Claims (5)

1. Legierung auf der Basis von Titanaluminiden, gekenn­ zeichnet durch eine Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bor enthält.

3. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohlenstoff ent­ hält.

4. Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung < 0,5 Atom-% ist.

5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß deren Zusammensetzung Ti-45Al-xNb ist, wobei 5 ≦ x ≦ 10 ist.