DE60033604T2 - Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften von Alpha-Beta-Titan-Legierungen - Google Patents

Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften von Alpha-Beta-Titan-Legierungen Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf das Wärmebehandeln von Titanlegierungen und spezieller auf das Wärmebehandeln von α-β-Legierungen auf Titanbasis, um ihre Druckermüdungs-Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Eine α-β-Legierung auf Titanbasis hat ein α-plus-β-Phasengebiet in seinem Temperatur-Zusammensetzungs-Gleichgewichts-Phasendiagramm. Diese α-β-Legierungen auf Titanbasis können für eine verbesserte Leistungsfähigkeit wärmebehandelt werden. α-β-Legierungen auf Titanbasis werden in Anwendungen eingesetzt, die eine gute mechanische Leistungsfähigkeit bei Zwischentemperaturen, gekoppelt mit ihrer relativ geringen Dichte, erfordern. So werden, z.B., solche α-β-Legierungen auf Titanbasis in Verdichter-Schaufeln, Scheiben und Strukturen von Flugzeugturbinen eingesetzt, bei denen davon ausgegangen wird, dass der Gegenstand bei Temperaturen von bis zu etwa 593°C (1100°F) betrieben wird.
  • α-β-Legierungen auf Titanbasis sind potenziell empfindlich für eine Druckermüdungs-Beschädigung. Bei der Druckermüdung wird das Material belastet und unter der Belastung für eine Zeitdauer gehalten und dann entlastet. Der Belastungs- und Entlastungs-Zyklus wird mehrmals wiederholt. Beim Einsatz sind α-β-Legierungen auf Titanbasis in typischen Situationen solchen Belastungs-Bedingungen ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen kann die α-β-Legierung auf Titanbasis reißen und vorzeitig versagen.
  • Es gibt einen Bedarf für ein Herangehen, das das Auftreten der Druckermüdung in α-β-Legierungen auf Titanbasis vermindert, während die anderen nützlichen Eigenschaften des Materials beibehalten werden. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und liefert weiter in Beziehung damit stehende Vorteile.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Wärmebehandeln einer α-β-Legierung auf Titanbasis zum Verringern ihrer Empfindlichkeit für Druckermüdungs-Beschädigung. Andere nützliche Eigenschaften der α-β-Legierung auf Titanbasis werden beibehalten, wie gute Festigkeit, Duktilität, Bruchzähigkeit, Risswachstums-Beständigkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit. Die Wärmebehandlung wird mit einer konventionellen Ausrüstung ausgeführt.
  • Eine Wärmebehandlung wird für eine α-β-Legierung auf Titanbasis geschaffen, die zur Bildung von Mischungen aus α- und β-Phasen in der Lage ist und einen β-Übergang zwischen einem α-plus-β-Phasengebiet und einem β-Phasengebiet eines Temperatur-Zusammensetzungs-Gleichgewichts-Phasendiagramms der α-β-Legierung auf Titanbasis aufweist. Das Verfahren zum Wärmebehandeln der α-β-Legierung auf Titanbasis umfasst die Stufen des ersten Erhitzens der α-β-Legierung auf Titanbasis auf eine erste Wärmebehandlungstemperatur innerhalb des α-plus-β-Phasengebietes, was einen Volumenanteil an primärer α-Phase von weniger als etwa 30% innerhalb einer β-Phasenmatrix erzeugt, und danach Abschrecken der α-β-Legierung auf Titanbasis mit einer Rate, die genügt, um das epitaxiale Wachstum der primären α-Phase während des Abkühlens zu unterdrücken und eine umgewandelte β-Morphologie in der β-Phase zu erzeugen. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird danach ein zweites Mal auf eine zweite Wärmebehandlungstemperatur erhitzt, die geringer ist als die Wachstums-Temperatur, bei der ein primäres α-Phasenniveau durch epitaxiales Wachstum beträchtlich beeinflusst wird und größer ist als eine Ordnungseinstellungs-Temperatur, bei der eine Ordnungseinstellungs-Reaktion auftritt, und danach mit einer genügenden Rate abgekühlt, um Ordnungs-einstellungs-Reaktionen in der α-β-Legierung auf Titanbasis zu vermeiden.
  • Das erste Erhitzen erzeugt eine Mikrostruktur mit einem geringen Volumenanteil an primärer α-Phase und das Abschrecken unterdrückt das Wachstum der α-Phase. Das Resultat ist eine Mikrostruktur mit einer relativ geringen Menge an primärer α-Phase und einer Widmanstätten- oder transformierten martensitischen β-Morphologie. Das zweite Erhitzen wird bei einer Temperatur ausgeführt, bei der sich die α-Phase nicht signifikant vergröbert und sich die transformierte β-Phase vergröbert. Das Resultat ist ein verbesserter Ausgleich der mechanischen Eigenschaften mit einer begleitenden Mikrostruktur, die eine geringe Empfindlichkeit für Druckermüdung hat. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird danach bei einer langsamen oder Zwischenrate abgekühlt, die genügt, Ordnungseinstellungs-Reaktionen in der α-β-Legierung auf Titanbasis zu vermeiden.
  • Die Wärmebehandlung kann bei einer weiten Vielfalt von α-β-Legierungen auf Titanbasis benutzt werden, wobei Beispiele Ti-6242-Legierung und Legierung 834 sind. In der Praxis liegt die erste Wärmebehandlungstemperatur in einem ersten Bereich von 39°C (70°F) unterhalb einer β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Titanbasis bis zur β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Titanbasis, vorzugsweise von 39°C (70°F) unterhalb der β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Ti tanbasis bis 5,6°C (10°F) unterhalb der β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Titanbasis. Das Abschrecken erfolgt typischerweise bei einer Rate von mehr als 111°C (200°F) pro Minute auf eine Temperatur von weniger als einer Alterungstemperatur für die Legierung, die etwa 1100°F für Ti-6242-Legierung und etwa 1300°F für Legierung 834 beträgt. Die Stufe des zweiten Erhitzens erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen der α-β-Legierung auf Titanbasis auf eine zweite Wärmebehandlungstemperatur in einem zweiten Bereich von 56°C (100°F) bis 222°C (400°F) unterhalb der β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Titanbasis. Die Stufe des Abkühlens erfolgt durch Abkühlen der α-β-Legierung auf Titanbasis auf Umgebungstemperatur mit einer Rate von 5,6°C (10°F) pro Minute bis 111°C (200°F) pro Minute.
  • Nach der oben beschriebenen Wärmebehandlung kann die α-β-Legierung auf Titanbasis weiter durch Altern der α-β-Legierung auf Titanbasis wärmebehandelt werden, typischerweise bei einer Temperatur von 510°C (950°F) bis 732°C (1350°F), was von der Legierung und den erwünschten Eigenschaften abhängt.
  • Das Resultat dieser Wärmebehandlung ist ein erwünschter Ausgleich an Eigenschaften, einschließlich guter Festigkeit, Duktilität, Bruchzähigkeit, Risswachstums-Beständigkeit und maschineller Bearbeitbarkeit, begleitet von einer guten Beständigkeit gegen Druckermüdung.
  • Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht und in der:
  • 1 ein Block-Fließdiagramm einer Verfahrens zum Wärmebehandeln einer α-β-Legierung auf Titanbasis gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Teil eines Temperatur-Zusammensetzungs-Gleichgewichts-Phasengiagramms ist, das die wesentlichen Merkmale der α-β-Legierung auf Titanbasis veranschaulicht;
  • 3 eine Zeichnung einer idealisierten Mikrostruktur ist, die eine α-β-Legierung auf Titanbasis veranschaulicht, die für Druckermüdung empfindlicher ist, und
  • 4 eine Zeichnung einer idealisierten Mikrostruktur ist, die eine α-β-Legierung auf Titanbasis zeigt, die weniger empfindlich für Druckermüdung ist.
  • 1 ist ein Block-Fließdigramm eines Verfahrens zum Ausführen des Herangehens der Erfindung. Eine Legierung auf Titanbasis, die zum Bilden von Mischungen aus Alpha(α)- und Beta(β)-Phasen in der Lage ist, üblicherweise Alpha-Beta(α-β)-Legierung auf Titanbasis genannt, wird bereitgestellt, Bezugsziffer 20. Alpha(α)-Phase ist eine hexagonal dicht gepackte (HCP) Phase, die bei tieferen Temperaturen thermodynamisch stabil ist, Beta(β)-Phase ist eine kubisch raumzentrierte (BCC) Phase, die thermodynamisch bei höheren Temperaturen stabil ist und eine Mischung aus α- und β-Phasen ist bei Zwischentemperaturen thermodynamisch stabil. 2 ist ein idealisiertes Temperatur-Zusammensetzungs-Gleichgewichts-Phasendiagramm für eine solche α-β-Legierung auf Titanbasis. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird "Titanbasis" genannt, weil sie mehr Titan als irgendein anderes Element aufweist. In einem typischen Falle hat die α-β-Legierung auf Titanbasis, deren Zusammensetzung durch eine vertikale Linie X in
  • 2 repräsentiert ist, mehr als etwa 70 Gew.-% Titan, Rest sind andere Elemente. Einige Beispiel verwendbarer Legierungen auf Titanbasis zum Einsatz bei der vorliegenden Erfindung schließen ein Legierung 834 mit einer nominellen Zusammensetzung, in Gew.-%, von 5,8% Aluminium, 4,0% Zinn, 3,5% Zirkonium, 0,5% Molybdän, 0,35% Silicium, 0,7% Niob, 0,06% Kohlenstoff, Rest Titan und Verunreinigungen, sowie Ti-6242 mit einer Nominalzusammensetzung, in Gew.-%, von etwa 6% Aluminium, etwa 2% Zinn, etwa 4% Zirkonium, etwa 2% Molybdän, etwa 0,1% Silicium, Rest Titan und Verunreinigungen. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese genannten Legierungen beschränkt. Die α-β-Legierungen auf Titanbasis von größtem Interesse und bei denen die vorliegende Erfindung am nützlichsten eingesetzt wurde, sind solche, die für Druckermüdung-Beschädigung empfindlich sind. "Druckermüdung" bezieht sich auf eine Art zyklischer Belastung, bei der die Legierung belastet wird, in dem belasteten Zustand für eine Zeitdauer gehalten und entlastet wird, wobei der Zyklus wiederholt wird. Brüche sind typischerweise charakterisiert durch facettierte interne Ermüdungsriss-Einleitungen und verringerte Ermüdungslebensdauer, verglichen mit [solchen, die] ausgeglichen sind, so dass die hohen α-Phasenniveaus stabil und die Legierungen empfindlich für Druckermüdung sind. Legierungen 834 und Ti-6242 sind Beispiele von α-β-Legierungen auf Titanbasis, die für Druckermüdung empfindlich sind.
  • Wie in 2 gezeigt, schließt das Temperatur-Zusammensetzungs-Gleichgewichts-Phasengiagramm der α-β-Legierung auf Titanbasis ein Alpha(α)-Phasengebiet 40, ein Beta(β)-Phasengebiet 42 und ein Alpha-plus-Beta(α+β)-Phasengebiet 44 ein, das zwischen dem α-Phasengebiet 40 und dem β-Phasengebiet 42 liegt. Eine als β-Übergang 46 bezeichnete Linie liegt zwischen dem α+β-Phasengebiet 44 und dem β- Phasengebiet 42 und trennt diese und eine als α-Übergang 48 bezeichnete Linie liegt zwischen dem α+β-Phasengebiet und dem α-Phasengebiet und trennt diese.
  • Das Phasendiagramm der 2 ist ein Gleichgewichts-Phasendiagramm, das Bedingungen des thermodynamischen Gleichgewichts repräsentiert und der Zustand thermodynamischer Stabilität mag nicht bei allen Temperaturen erreicht werden, insbesondere bei tiefen Temperaturen. Das α-Phasengebiet 40 wird aufgrund der langsameren Kinetik bei tiefen Temperaturen und der Komplexizitäten der α-β-Legierung auf Titanbasisen selten erreicht. Bei tiefen Temperaturen wird typischerweise eine Mischung von Phasen beobachtet, wie im Folgenden erläutert wird. Trotzdem ist das Gleichgewichts-Phasendiagramm der 2 ein brauchbares Werkzeug für die Erläuterung und Analyse des vorliegenden Herangehens, weil die Bezugnahme auf das Gleichgewichts-Phasendiagramm und die Beschreibung der Erfindung in Begriffen des Gleichgewichts-Phasendiagramms eine einheitliche, eindeutige Diskussion von α-β-Legierungen auf Titanbasis verschiedener Zusammensetzungen gestattet.
  • Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird zuerst auf eine erste Wärmebehandlungstemperatur innerhalb des α+β-Phasengebietes, Bezugsziffer 22, erhitzt, was einen Volumenanteil an primärer α-Phase von weniger als etwa 30% innerhalb einer primären β-Phasenmatrix erzeugt. Die erste Wärmebehandlungstemperatur liegt vorzugsweise in einem ersten Bereich von 39°C (70°F) unterhalb einer β-Übergangstemperatur Tβ der α-β-Legierung auf Titanbasis bis zur β-Übergangstemperatur der α-β-Legierung auf Titanbasis (die β-Übergangstemperatur Tβ der α-β-Legierung auf Titanbasis ist die Temperatur, bei der die vertikale Linie X, die die Zusammensetzung der α-β-Legierung auf Titanbasis repräsentiert, den β-Übergang 46 kreuzt). Vorzugsweise beträgt der erste Bereich von 39°C (70°F) unterhalb der β-Übergangstemperatur Tβ bis 5,6°C (10°F) unterhalb der β-Übergangstempersatur Tβ. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird bei der ersten Wärmebehandlungstemperatur für eine Zeitdauer gehalten, die genügt, damit die Gleichgewichts-Phasenanteile erreicht und idealerweise erzielt werden. Die hierfür erforderliche Zeit hängt von der Größe des wärmebehandelten Gegenstandes ab, doch liegt sie typischerweise im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 4 Stunden. Durch Ausführen der ersten Wärmebehandlung in diesem Temperaturbereich gerade unterhalb der β-Übergangstemperatur Tβ wird ein erwünschtermaßen geringer Volumenanteil an primärer α-Phase erzielt.
  • Nach Abschluss des ersten Erhitzens 22 wird die α-β-Legierung auf Titanbasis mit einer Rate abgeschreckt, die genügt, um die Bildung beträchtlicher Mengen zusätzlicher primärer α-Phase zu unterdrücken und eine umgewandelte β-Morphologie in der β-Phase zu erzeugen, Bezugsziffer 24. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird bis zu einer Abschreckungstemperatur abgeschreckt, die genügend gering ist, sodass unerwünschte geordnete Phasen, wie Ti3Al, unterdrückt werden. Diese Abschreckungstemperatur liegt typischerweise von etwa Raumtemperatur bis etwa 760°C (1400°F), doch beträgt sie vorzugsweise etwa Raumtemperatur. Die erforderliche Abschreckungsrate ist typischerweise größer als 111°C (200°F), und die α-β-Legierung auf Titanbasis wird typischerweise bis zu einer Temperatur von weniger als der Alterungstemperatur für die Legierung abgeschreckt, die etwa 593°C (1100°F) für Ti-6242-Legierung und etwa 704°C (1300°F) für Legierung 834 beträgt.
  • Das Abschrecken 24 erhält den geringen Volumenanteil an primärer α-Phase in der abgeschreckten α-β-Legierung auf Titanbasis durch Unterdrücken epitaxialen Wachstums der primären α-Phase während des Abkühlens. D.h., es gibt ungenügend Zeit für ein beträchtliches zusätzliches Wachstum der primären α-Phase, obwohl zusätzliche α-Phase aus dem Gleichgewichts-Phasendiagramm erwartet wird. Das Abschrecken 24 verursacht auch die Umwandlung der primären β-Phase in eine Widmanstätten- oder martensitische umgewandelte β-Morphologie. Der Begriff "umgewandelte β" bezieht sich auf eine nadelförmige oder Plättchen-α-Phase mit geringen Mengen beibehaltener β-Phase. Eine umgewandelte β-Struktur bildet sich während des Abkühlens der Legierung vom β-Phasengebiet oder bildet sich aus dem α-β-Phasengebiet in Konkurrenz mit epitaxialem Wachstum primärer α-Phase. Umgewandelte β hat üblicherweise einen von drei morphologischen Typen, lamellar, Widmanstätten oder martensitisch. Die lamellare Struktur resultiert aus geringeren Abkühlraten, sie enthält im Wesentlichen eine kristallographische Variante der α-Phase und ist hinsichtlich der Beständigkeit gegen Druckermüdung weniger erwünscht. Die Widmanstätten- und martensitischen Strukturen, die aus höheren Abkühlraten resultieren, sind unterschiedliche Morphologien der α-Phase, die mehrere kristallographische Varianten der α-Phase enthalten und zu einer verbesserten Druckermüdungs-Fähigkeit führen. Die mehrfachen α-Orientierungen in Verbindung mit Widmanstätten- und martensitischen Strukturen tragen auch zu höheren Festigkeiten und verminderter Zähigkeit und Duktilität bei und/oder sie haben hohe Niveaus von Restspannung und aus diesen Gründen ist eine zusätzliche Wärmebehandlung erforderlich.
  • Nach Abschluss des Abschreckens 24 wird die α-β-Legierung auf Titanbasis ein zweites Mal auf eine zweite Wärmebe handlungstemperatur von weniger als einer Wachstumstemperatur erhitzt, bei der ein primäres α-Phasenniveau beträchtlich beeinflusst wird durch epitaxiales Wachstum, und sie ist höher als eine Ordnungseinstellungs-Temperatur, bei der eine Ordnungseinstellungs-Reaktion (wie die Bildung von Ti3Al) auftritt, Bezugsziffer 26. D.h., es gibt wenig zusätzliches Wachstum der α-Phase, obwohl eine gewisse untergeordnete Menge des Wachstums auftreten mag, und intermetallische Verbindungen, wie Ti3Al, werden nicht gebildet. Die zweite Wärmebehandlungstemperatur kann gemäß der Natur der α-β-Legierung auf Titanbasis variieren, doch liegt sie typischerweise in einem zweiten Bereich von 56°C (100°F) bis 222°C (400°F) unterhalb der β-Übergangstemperatur Tβ der α-β-Legierung auf Titanbasis. Während des zweiten Erhitzens 26 bleibt die α-Phase zum großen Teil unbeeinflusst und die umgewandelte β-Phase, die bei der Abschreckstufe 24 erzeugt wurde, vergröbert sich, behält jedoch ihre kristallographischen Varianten bei. Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird bei der zweiten Wärmebehandlungstemperatur für eine genügende Zeitdauer gehalten, sodass die umgewandelte β-Phase vergröbert wird. Die erforderliche Zeit hängt von der Größe des wärmebehandelten Gegenstandes ab, doch liegt sie typischerweise im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 4 Stunden. Nach dem Abkühlen hat diese Struktur verringerte Festigkeit und erzielt einen guten Ausgleich der mechanischen Eigenschaften.
  • Nach Abschluss des zweiten Erhitzens 26 wird die α-β-Legierung auf Titanbasis mit einer Rate abgekühlt, die genügt, um Ordnungseinstellungs-Reaktionen (wie die Bildung von Ti3Al) in der α-β-Legierung auf Titanbasis zu vermeiden, Bezugsziffer 28. Die Abkühlrate liegt typischerweise von 5,6°C (10°F) pro Minute bis 111°C (200°F) pro Minute bis zu einer Temperatur, sodass die Bildung unerwünschter geordneter Pha sen, wie Ti3Al, unterdrückt wird. Diese Temperatur, bis zu der die Legierung abgekühlt werden muss, liegt typischerweise von etwa Raumtemperatur bis etwa 760°C (1400°F), doch beträgt sie vorzugsweise etwa Raumtemperatur. Diese Abkühlstufe 28 behält die bei der zweiten Erhitzungsstufe 26 erzielte Struktur bei und vermeidet die Bildung anderer Phasen, wie der geordneten Phase Ti3Al. Die geringere Abkühlrate führt auch zu weniger Restspannung und verbesserter maschineller Bearbeitbarkeit.
  • Nach Abschluss der Abkühlstufe 28 kann die α-β-Legierung auf Titanbasis wahlweise weiter behandelt werden, wie durch eine Alterungs-Wärmebehandlung, Bezugsziffer 30. Die Alterungsbehandlung erfolgt durch Erhitzen der α-β-Legierung auf Titanbasis auf eine Alterungstemperatur, die höher als Raumtemperatur ist, aber unterhalb der ersten Wärmebehandlungstemperatur und unterhalb der zweiten Wärmebehandlungstemperatur liegt. Die Alterungsbehandlung kann irgendeine von mehreren Wirkungen haben, einschließlich Verminderung von Restspannung, Stabilisierung der Mikrostruktur (d.h. Änderung zu einer Struktur, die näher am Gleichgewicht liegt, um Änderungen während des Betriebes zu minimieren) und/oder Zunahme der Festigkeit um eine geringe Menge. Für die Alterung der α-β-Legierung auf Titanbasis liegt die Alterungstemperatur typischerweise im Bereich von 510°C (950°F) bis 737°C (1350°F). Die α-β-Legierung auf Titanbasis wird bei der Alterungstemperatur für eine genügende Zeitdauer gehalten, sodass die erwünschten Effekte auftreten. Die erforderliche Zeit hängt von der Größe des gealterten Gegenstandes und der Legierung ab, doch liegt sie typischerweise im Bereich von etwa 1 Stunde bis etwa 12 Stunden.
  • Es folgt ein bevorzugtes Herangehen zur Ausführung der Erfindung mit der bevorzugten Ti-6242-Legierung, die eine β- Übergangstemperatur Tβ von etwa 995°C (1825°F) hat, wozu man das oben beschriebene Herangehen anwendet. Das erste Erhitzen 22 erfolgt bei einer Temperatur von etwa 981°C (1800°F) für eine Zeit von etwa 1 Stunde, nachdem der Gegenstand das thermische Gleichgewicht erreicht hat. Das Abschrecken 24 erfolgt in Wasser mit einer Abschreckrate von etwa 315°C (600°F) pro Minute auf Raumtemperatur. Das zweite Erhitzen 28 erfolgt bei einer Temperatur von etwa 871°C (1600°F) für eine Zeit von etwa 1 Stunde, nachdem der Gegenstand thermisches Gleichgewicht erreicht hat. Das Abkühlen 28 ist eine Luftkühlung bei einer Rate von etwa 56°C (100°F) pro Minute bis auf Raumtemperatur. Das wahlweise Altern 30 erfolgt bei einer Alterungstemperatur von etwa 513°C (1100°F) für eine Zeit für etwa 8 Stunden, nachdem der Gegenstand thermisches Gleichgewicht erreicht hat, gefolgt von einer Luftkühlung.
  • 3 zeigt eine Mikrostruktur einer α-β-Legierung auf Titanbasis, die nicht nach der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist und die empfindlich ist für eine Druckermüdungs-Beschädigung. Es gibt einen relativ hohen Volumenanteil an α-Phase 50, der als etwa 50 Vol.-%, dispergiert innerhalb einer lamellaren umgewandelten β-Phase 52. Die primäre α-Phase ist zum großen Teil kristallographisch ausgerichtet, wobei die einzelnen Volumina der α-Phase sich in enger kristallographischer Ausrichtung mit ihren Nachbarn befinden. Dieses Material ist relativ empfindlich für Druckermüdungs-Beschädigung. 4 zeigt im Gegensatz dazu eine Mikrostruktur einer α-β-Legierung auf Titanbasis, die nach dem vorliegenden Herangehen behandelt worden ist und die wenig, wenn überhaupt, Empfindlichkeit für Druckermüdungs-Beschädigung hat. In diesem Falle gibt es einen relativ geringen Volumenanteil primärer α-Phase 54, weniger als etwa 30 Vol.-%, dispergiert in einer umgewandelten und vergröberten Widmanstätten-(in diesem Falle) oder martensitischer β-Phase 56. Selbst wenn es einen untergeordneten Grad der kristallographischen Ausrichtung der einzelnen Volumina der α-Phase gibt, begrenzt der relativ geringe Volumenanteil an α-Phase irgendeine nachteilige Auswirkung der kristallographischen Ausrichtung.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Materials, umfassend die Stufen: Liefern einer alpha-beta-Legierung auf Titanbasis, die zur Bildung von Mischungen aus alpha- und beta-Phasen in der Lage ist und einen beta-Übergang zwischen einem alpha-plus-beta-Phasenbereich und einem beta-Phasenbereich eines Temperatur-Zusammensetzungs-Phasengleichgewichtsdiagrammes der gelieferten alpha-beta-Legierung auf Titanbasis aufweist; danach erstes Erhitzen der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bis zu einer ersten Wärmebehandlungstemperatur in einem ersten Bereich von 39°C (70°F) unterhalb einer beta-Übergangstemperatur der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bis zur beta-Übergangstemperatur der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis; danach Abschrecken der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis mit einer Rate von mehr als 111°C (200°F) pro Minute; danach zweites Erhitzen der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bis zu einer zweiten Wärmebehandlungstemperatur in einem zweiten Bereich von 56°C (100°F) bis 222°C (400°F) unterhalb der beta-Übergangstemperatur der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis; und danach Abkühlen der alpha-beta-Legierung auf Titan-Basis auf Umgebungstemperatur mit einer Rate von 5,6°C (10°F) pro Minute bis 111°C (200°F) pro Minute.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die alpha-beta-Legierung auf Titanbasis eine nominelle Zusammensetzung, in Gew.-%, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (1) 5,8% Aluminium, 4% Zinn, 3,5% Zirkonium, 0,5% Molybdän, 0,35% Silizium, 0,7% Niob, 0,06% Kohlenstoff, Rest Titan und Verunreinigungen und (2) 6% Aluminium, 2% Zinn, 4% Zirkonium, 2% Molybdän, 0,1% Silizium, Rest Titan und Verunreinigungen, aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stufe des ersten Erhitzens die Stufe einschließt Erhitzen der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bis zu einer ersten Wärmebehandlungstemperatur in einem ersten Bereich von 39°C (70°F) unterhalb einer beta-Übergangstemperatur der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bis 5,6°C (10°F) unterhalb der beta-Übergangstemperatur der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das nach der Stufe des Abkühlens der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis eine zusätzliche Stufe des Alterns der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis einschließt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das nach der Stufe des Abkühlens der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis eine zusätzliche Stufe des Alterns der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis bei einer Temperatur von 510°C (950°F) bis 732°C (1350°F) einschließt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das erste Erhitzen eine Volumenfraktion primärer alpha-Phase von weniger als 30% in einer primären beta-Phasenmatrix erzeugt; das Abschrecken das erneute epitaxiale Wachstum primärer alpha-Phase unterdrückt und eine transformierte beta-Morphologie in der beta-Phase erzeugt; die Temperatur der zweiten Erhitzens geringer ist als eine Wachstumstemperatur, bei der ein Niveau primärer alpha-Phase beträchtlich durch epitaxiales Wachstum beeinflusst wird und höher ist als eine Ordnungseinstellungs-Temperatur, bei der eine Ordnungseinstellungs-Reaktion stattfindet und das Abkühlen Ordnungseinstellungs-Reaktionen in der alpha-beta-Legierung auf Titanbasis vermeidet.
DE60033604T 1999-08-27 2000-08-22 Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften von Alpha-Beta-Titan-Legierungen Expired - Lifetime DE60033604T2 (de)

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US384911 1999-08-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010032464B4 (de) * 2010-07-28 2017-03-16 MTU Aero Engines AG Duale Blisken im Hochdruckverdichter

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6814820B2 (en) * 2001-07-06 2004-11-09 General Electric Company Heat treatment of titanium-alloy article having martensitic structure
EP1516070A4 (de) * 2002-06-27 2005-07-27 Memry Corp Titanzusammensetzungen und herstellungsverfahren dafür
US20040168751A1 (en) * 2002-06-27 2004-09-02 Wu Ming H. Beta titanium compositions and methods of manufacture thereof
US20040261912A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Wu Ming H. Method for manufacturing superelastic beta titanium articles and the articles derived therefrom
US6918974B2 (en) * 2002-08-26 2005-07-19 General Electric Company Processing of alpha-beta titanium alloy workpieces for good ultrasonic inspectability
US7785429B2 (en) 2003-06-10 2010-08-31 The Boeing Company Tough, high-strength titanium alloys; methods of heat treating titanium alloys
JP2008502808A (ja) * 2004-06-10 2008-01-31 ホーメット コーポレーション 熱処理を行った近β型チタン合金鋳造品
US7449075B2 (en) * 2004-06-28 2008-11-11 General Electric Company Method for producing a beta-processed alpha-beta titanium-alloy article
DE102005052918A1 (de) * 2005-11-03 2007-05-16 Hempel Robert P Kaltverformbare Ti-Legierung
FR2899241B1 (fr) * 2006-03-30 2008-12-05 Snecma Sa Procedes de traitement thermiques et de fabrication d'une piece thermomecanique realisee dans un alliage de titane, et piece thermomecanique resultant de ces procedes
US8500929B2 (en) 2006-09-28 2013-08-06 The Boeing Company Thermal processing method for improved machinability of titanium alloys
US10792771B2 (en) 2017-09-12 2020-10-06 Raytheon Technologies Corporation Method of making integrally bladed rotor
US10605101B2 (en) * 2017-09-12 2020-03-31 United Technologies Corporation Process of making integrally bladed rotor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3901743A (en) * 1971-11-22 1975-08-26 United Aircraft Corp Processing for the high strength alpha-beta titanium alloys
FR2162856A5 (en) * 1971-11-22 1973-07-20 Xeros Heat treatment for alpha/beta titanium alloys - - having improved uniform ductility strength and structure
US3833363A (en) * 1972-04-05 1974-09-03 Rmi Co Titanium-base alloy and method of improving creep properties
JP3319195B2 (ja) * 1994-12-05 2002-08-26 日本鋼管株式会社 α+β型チタン合金の高靱化方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010032464B4 (de) * 2010-07-28 2017-03-16 MTU Aero Engines AG Duale Blisken im Hochdruckverdichter

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