DE1949626A1

DE1949626A1 - Metastable beta titanium alloy

Info

Publication number: DE1949626A1
Application number: DE19691949626
Authority: DE
Inventors: Howard Bomberger Jun; Seagle Stanley Robert; Seeley Ronald Rodger
Original assignee: RMI Co
Current assignee: RMI Co
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1288807A; US3615378A; FR2019713A1

Description

Metastabile Beta-Titan-LegierungMetastable beta titanium alloy

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte metastabile Beta-Titan-Legierung Hit hoher Festigkeit.The present invention relates to an improved high strength metastable beta titanium alloy.

CO. COCO. CO

Titanlegierungen, die als Baumaterial in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie verwendet werden, sollten verschiedene wichtige Eigenschaften besitzen. Die Legierung sollt· ohne weiteres als Fabrikerzeugnis, wie z. B. als Blech, Band, Platte, Stange, Block, Rohr oder Draht durch Schmelzen, Schmieden, Walzen oder sonstige wirtschaftliche Metallbearbeitungsverfahren hergestellt werden. Vorzugsweise wird die Enderzeugung und -herstellung von Blechen, Bändern, Röhren und Draht aus Zweckmäßigkeits- und Wirtsohaftliohkeitsgründen und zur Erzielung wünschenswerter Oberflächenbe-Titanium alloys, which are used as building materials in aircraft and aerospace industries should have several important properties. The alloy should · without further as a factory product, such as B. as sheet metal, strip, plate, rod, block, tube or wire by melting, Forging, rolling or other economical metalworking processes can be produced. Preferably will the final production and manufacture of sheet metal, strips, tubes and wire for reasons of expediency and economic liability and to achieve desirable surface finishes

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Oipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann,-Dipl.-Phys. Sebastian HerrmonnPatent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Oipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, -Dipl.-Phys. Sebastian Herrmonn

19496251949625

schaffenheit und Eigenschaften bei Zimmertemperatur durchgeführt. In ihren schmiedbaren oder erweichten Zustand sollte die Legierung eine ausreichende Streokbarkeit (10 £ige Mindestdehnung auf 50,8 mm) besitzen, um eine nennenswerte Verformung bei Zimmertemperatur zu gestatten. Es sollte möglich sein, ein Blech ohne Bruch des Bleches auf einen Radius zu biegen, der kleiner ist, als die doppelte Dicke des Bleches. Der kleinste Radius, auf den ein Blech gebogen werden kann, wird als "Mindestbiegeradius" (MBR) bezeichnet und wird gewöhnlich als ein Verhältnis Radius : Dicke ausgedrückt. Die Legierung sollte auf Wärmebehandlung ansprechen und bei Wärmebehandlung Streckgrenzen erzielen, die mehr als 11 200 kg/cm² (l60 ksi) bei zweckmäßiger Zähigkeit und Dehnbarkeit (4 %ige Mindestdehnung auf 50,8 mm) betragen. Diese Eigenschaften sollte die Legierung behalten, wenn sie längere Zeit unter zulässigen Beanspruchungen Temperaturen bis zu 316° C ausgesetzt ist. Die Legierung sollte ferner Hochfestigkeit i Gewicht-Verhältniss« aufweisen, die bei gewichtskritisohen Gebilden benötigt werden.Creation and properties carried out at room temperature. In its malleable or softened state, the alloy should have sufficient tensile strength (10 ige minimum elongation to 50.8 mm) to allow appreciable deformation at room temperature. It should be possible to bend a sheet metal to a radius smaller than twice the thickness of the sheet metal without breaking the sheet metal. The smallest radius to which a sheet metal can be bent is known as the "Minimum Bend Radius" (MBR) and is commonly expressed as a radius: thickness ratio. The alloy should respond to heat treatment and, when heat treated, achieve yield strengths of more than 11 200 kg / cm ² (160 ksi) with appropriate toughness and ductility (4% minimum elongation to 50.8 mm). The alloy should retain these properties if it is exposed to temperatures of up to 316 ° C for a longer period of time under permissible loads. The alloy should also have high strength-weight ratio i ", which are required in gewichtskritisohen structures.

Es ist bekannt^ daß Metallisches Titan als eine Alpha-Phase, eine Beta-Phase oder als Alpha-Beta-Gefüge vorkommen kann, das eine Mischung der beiden Phasen ist. Bei Zimmertemperatur nimmt das reine Metall die Alpha-Phase an, die ein dichtgedrängtes sechseckiges Kristallgefüge aufweist. Bei Erwärmung über die Beta-Übergangstemperatur (etwa 885° C) nimmt das reine Metall die Beta—Phase an, die ein körper— zentriertes kubisches Kristallgefüge aufweist. Die Beta-Phase kann vollständig oder teilweise bei Zimmertemperatur beibehalten werden, wenn dem Titan gewisse Legierungseievente zugefügt werden, die als Beta-Stabilisatoren bekannt sind. Diese können entweder beta—eutektoide Elemente sein, wie z. B. Eisen, Mangan, Chrom, Kobalt oder Nickel, oder beta—isomorphe Elemente, wie z. B. Vanadium, Molybdän, Niobium oder Tantal.It is known that metallic titanium occurs as an alpha phase, a beta phase or as an alpha-beta structure can, which is a mixture of the two phases. At room temperature the pure metal takes on the alpha phase, the has a densely packed hexagonal crystal structure. When heated above the beta transition temperature (about 885 ° C) the pure metal assumes the beta phase, which a body has centered cubic crystal structure. The beta phase can be fully or partially maintained at room temperature by adding certain alloy components known as beta stabilizers to the titanium. These can be either beta-eutectoid elements, such as B. Iron, manganese, chromium, cobalt or nickel, or beta-isomorphic Elements such as B. vanadium, molybdenum, niobium or tantalum.

Q09815/U26Q09815 / U26

Für gewöhnlich hat die Alpha-Phase größere mechanische Festigkeit, als die Beta—Phase, aber geringere Dehnbarkeit. Das Alpha-Beta-Geftige stellt einen Kompromiß dar, der sowohl die Festigkeit als auch die Dehnbarkeit aufweist, die für viele Verwendungszweck benötigt werden.Usually the alpha phase has greater mechanical strength than the beta phase, but less ductility. That Alpha-Beta-Geftige represents a compromise that both the Has the strength as well as the ductility needed for many uses.

Bei den Meisten früheren Versuchen zur Erfüllung der oben genannten Erfordernisse wurden Alpha—Beta—Legierungen ▼erwendet, die für gewöhnlioh bei hohen Temperaturen bearbeitet werden, wobei nur geringe Kaltreduzierung zwischen den AnIaB- und Reinigungsbehandlungen möglich ist. Die Metallbearbeitung bei hohen Temperaturen erfordert oft einen teueren Oberflächenreinigungsvorgang des Erzeugnisses nach seiner Yarmbearbeitung oder -verformung. Diese Legierungen ™ sind auf mMBige Streckgrenzenbereiche zwischen 8400 und 10 500 kg/cm² (120 bis 150 kai) bei begrenzter Streckbarkeit und Zähigkeit begrenzt.Most previous attempts to meet the above requirements have employed alpha-beta alloys, which are usually machined at high temperatures with little cold reduction possible between the annealing and cleaning treatments. Metalworking at high temperatures often requires an expensive surface cleaning operation of the product after it has been yearmed or deformed. These alloys ™ are limited to tensile strength ranges between 8400 and 10 500 kg / cm ² (120 to 150 kai) with limited ductility and toughness.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine metastabile Beta—Titan—Legierung, die gekennzeichnet ist durch:The present invention relates to a metastable beta-titanium alloy which is characterized by:

a) mindestens ein beta-entektoides Element, dasa) at least one beta-entectoid element that

aus Eisen, Mangan, Chrom und Kobalt in einem maximalen Gehalt ausgewählt ist, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird:is selected from iron, manganese, chromium and cobalt in a maximum content determined by the following equation:

bestimmt wird;is determined;

b) mindestens'ein beta-isomorphes Element, das Vanadium im einer Menge von 2 bis 16 % der Legierung, Molybdän in einer Menge von 1 bis 6 % der Legierung, Niobium im einer Menge von 3 bis 23 % der Legierung und Tantal in einer Menge von 3 bis 2i £ der Legierung sein kann,b) at least one beta-isomorphic element, the vanadium in an amount of 2 to 16 % of the alloy, molybdenum in an amount of 1 to 6 % of the alloy, niobium in an amount of 3 to 23 % of the alloy and tantalum in one Amount can be from 3 to 2i £ of the alloy,

009Ö15/U26009Ö15 / U26

c) 1,75 bis 7 % Aluminium; undc) 1.75 to 7 % aluminum; and

d) Rest im wesentlichen Titan.d) remainder essentially titanium.

Die oben genannten Mengen sind Atemprozente.The above quantities are percentages of breath. In der Zeichnung sindIn the drawing are

Fig. 1 ein typisches Phasendiagramm eines Titan-Betaeutektoiden Elementsystems und1 shows a typical phase diagram of a titanium beta-eutectoid element system and

Fig. 2 ein Diagramm, in dem veranschaulicht ist, wieFigure 2 is a diagram illustrating how

der theoretische Höchstgehalt der beta-eutektoiden Elemente in der erfindungsgemäßen Legierung bestimmt wird.the theoretical maximum content of the beta-eutectoid elements in the alloy according to the invention is determined.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält ein oder mehrere der beta-eutektoiden Elemente Eisen, Mangan, Chrom oder Kobalt. Diese Elemente sind vorteilhaft für die Stabilisierung der Beta-Phase von Titanlegierungen, da sie mit dem Schmelzvorgang vereinbar sind (keine Steuerlegierungen (master alloys) erforderlich), da sie ferner im Vergleich mit den beta—isomorphen Elementen verhältnismäßig leicht sind und da sie starke Beta-Stabilisatoren sind. Wenn sie jedoch in übermäßigen Mengen einer Titanlegierung zugesetzt werden, bilden sich Verbindungen,und die Streckbarkeit geht verloren. Vorzugsweise werden in der erfindungsgemäßen Legierung beta—eutektoide Elemente in Nähe der Höchstmengen, die keine Verbindungen bilden, zugesetzt. Anhand der Phasendiagramme wird der Gehalt bestimmt, der innerhalb sicherer Grenzen in der Legierung enthalten sein kann.The alloy according to the invention contains one or more the beta-eutectoid elements iron, manganese, chromium or cobalt. These elements are beneficial for stabilizing the Beta phase of titanium alloys, since they are compatible with the melting process (no control alloys (master alloys) required), since they are also isomorphic in comparison with the beta Elements are relatively light and because they are powerful beta stabilizers. However, if they are in excessive amounts When added to a titanium alloy, compounds are formed and the ductility is lost. Preferably become beta-eutectoids in the alloy according to the invention Elements added near the maximum levels that do not form compounds. Based on the phase diagrams, the salary which can be contained in the alloy within safe limits.

Wie Fig. 1 zeigt, bildet ein bestimmter bekannter Prozentsatz eines beta-eutektoiden Elements, das dem Titan zugesetzt wird, bei einer bestimmten Temperatur, die mit dem Punkt b angezeigt ist, ein Eutektoid. Der Prozentsatz end die Temperatur sind natürlich für jedes beta-eutektoide Element ver-As Fig. 1 shows, a certain known percentage of a beta-eutectoid element is added to the titanium becomes, at a certain temperature, which is indicated by the point b, a eutectoid. The percentage and the temperature are of course different for each beta-eutectoid element

0 0 9 8 1 5 / U 2 60 0 9 8 1 5 / U 2 6

T949628T949628

schieden, folgen jedoch einem gleichen Muster. Die Linie a*-b stellt die Grenze zwischen der Beta—Phase und dem Bereich Beta plus Verbindung dar. Die Linie a-b wird auf 752° F (401° C) extrapoliert, um den theoretischen Höchstgehalt des Elementes zu bestimmen, das bei dieser Temperatur in der Legierung enthalten sein kann, ohne eine Verbindung zu bilden« Dieser Punkt ist ait c angedeutet. Entsprechend wird die Linie a-b bei Zimmertemperatur (etwa 10 bis 37° C) extrapoliert, um den Höchstgehalt bei Raumtemperatur zu bestimmen, was mit dem Punkt d angedeutet ist.divorced, but follow a similar pattern. The line a * -b represents the boundary between the beta phase and the Area beta plus compound. Line a-b is extrapolated to 752 ° F (401 ° C) to determine the theoretical maximum content of the element that will be present at that temperature may be contained in the alloy without forming a compound «This point is indicated ait c. Corresponding the line a-b is extrapolated at room temperature (about 10 to 37 ° C) in order to determine the maximum level at room temperature, which is indicated by the point d.

Fig. 2 zeigt die Extrapolierung für die fünf betaeutektoiden Elemente Eisen, Mangan, Chrom, Kobalt und Nickel. Die extrapolierten Kurven für die ersten vier Elemente erreichen die Raumtemperatur bei Atomprozenten des jeweiligen Elements, die zwischen 3,5 und 8,5 betragen. Dagegen erreicht die extrapolierte Kurve für Nickel niemals die Raumtemperatur. Daher kann jedes der ersten vier Elemente als Beta—Stabilisator in der erfindungegemäßen Legierung verwendet werden, nicht dagegen Nickel. Der Gehalt des beta-eutektoiden Elements in unserer Legierung wird auf das Maximum begrenzt, das durch die Extrapolierung der Kurven auf Raumtemperatur erhalten wird. Auf diese Weise wird der folgende Gehalt für jedes Element erhalten, wenn es einzeln verwendet wird:Fig. 2 shows the extrapolation for the five betaeutectoid elements iron, manganese, chromium, cobalt and nickel. The extrapolated curves for the first four elements reach room temperature at atomic percent of each Elements that are between 3.5 and 8.5. In contrast, the extrapolated curve for nickel never reaches room temperature. Therefore, each of the first four elements can be used as a beta stabilizer in the alloy according to the invention, but not nickel. The content of the beta-eutectoid element in our alloy is limited to the maximum that can be obtained by the extrapolation of the curves to room temperature is obtained. This way the following salary will be for each Item preserved when used individually:

AtomprozentAtomic percent Eiseniron bis 4,5 % up to 4.5 % Manganmanganese bis 6,0 % up to 6.0 % Chromchrome bis 8,5 % up to 8.5 % Kobaltcobalt bis 3,5 *up to 3.5 *

Diese Elemente können in Kombination verwendet werden, jedoch darf die Gesamtmenge nicht die Höchstmenge für jedes der einzeln verwendeten Elemente übersteigen. Damit wird die kombinierte Gesamtmenge in Atomprossentsätzen durch die folgend· Gleichung bestimmt:These elements can be used in combination, but the total amount must not be the maximum amount for each of the individually used elements. This is the combined total in atomic percentages by the following equation determines:

009815/1426009815/1426

Wenngleich die beta-eutektoiden Elemente außerordentlich wirkungsvoll für die Stabilisierung der Beta-Phase sind, können sie in der erfindungsgemäßen Legierung nicht in einem so ausreichend hohen Gehalt enthalten sein, daß sie allein ein ausschließliches Beta-Gefüge bei Zimmertemperatur erhalten. Demzufolge werden ein oder mehrere beta-isomorphe Elemente in den folgenden ungefähren Mengenverhältnissen zugefügt:Although the beta-eutectoid elements are extremely effective in stabilizing the beta phase, they cannot all in one in the alloy according to the invention be contained in a sufficiently high content that they alone obtain an exclusive beta structure at room temperature. Accordingly, one or more beta-isomorphic elements are added in the following approximate proportions:

Atomic percentages

Vanadium 2 bis 16 %Vanadium 2 to 16%

Molybdän i bis 6 % Molybdenum i up to 6 %

Niobium 3 bis 23 % Niobium 3 to 23 %

Tantal 3 bis 21 % Tantalum 3 to 21 %

Die beta-isomorphen Elemente ergänzen die beta—eutektoiden Elemente bei der Stabilisierung der Beta—Phase der erfindungsgemäßen Legierung, Vorzugsweise werden Vanadium und Molybdän aufgrund ihrer geringeren Kosten und der größeren Wirkung als Beta—Stabilisatoren verwendet.The beta-isomorphic elements complement the beta-eutectoid Elements in the stabilization of the beta phase of the invention Alloy, vanadium and molybdenum are preferred because of their lower cost and greater effect used as beta stabilizers.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält ferner Aluminium in Anteilen von etwa 1,75 bis 7 Atomprozent. Aluminium wird als Festigungsmittel verwendet. Für gewöhnlich ist Aluminium ein Alpha—Förderer und verhindert die Beibehaltung der Beta-Phase bei Zimmertemperatur. Diese Wirkung des Aluminiums wird in der erfindungsgemäßen Legierung durch den oben beschriebenen Zusatz großer Mengen von beta-eutektoiden und beta—isomorphen Elementen überwunden.The alloy according to the invention also contains aluminum in proportions of about 1.75 to 7 atomic percent. Aluminum is used as a strengthening agent. Usually aluminum is an alpha promoter and prevents the beta phase from being maintained at room temperature. This effect of aluminum is demonstrated in the alloy according to the invention by the one described above Addition of large amounts of beta-eutectoid and beta-isomorphic elements overcome.

Die erfindungsgemäße Legierung kann ferner mindesten® eines der neutralen Elemente Zinn wßA Zirkonium in den folgenden ungefähren Anteilen enthalten: The alloy according to the invention can furthermore contain at least one of the neutral elements tin or zirconium in the following approximate proportions:

009815/U26009815 / U26

AtomprozentAtomic percent

Zinn bis 3 % Tin up to 3 %

Zirkonium bis 3 % Zirconium up to 3 %

Die neutralen Elemente verbessern die Streckbarkeit der Legierung und verzögern die Bildung einer unerwünschten brüchigen Omega-Phase.The neutral elements improve the ductility of the alloy and delay the formation of an undesirable one fragile omega phase.

Es wurde festgestellt, daß bei einer Titanlegierung eine notwendige Voraussetzung für die Beibehaltung eines ausschließlichen Beta-Gefuges bei Zimmertemperatur eine durchschnittliche Valenz-Elektron-DicHte (VED) von mehr als 4, und für gewöhnlich mindestens 4,15 ist. Um die durchschnittliehe VED einer Legierung zu berechnen, wird der Atomprozent— satz jedes Elementes mit der Anzahl seiner Valenz—Elektronen multipliziert, und die Summe dieser Produkte durch hundert dividiert. Titan selbst weist wie die neutralen Legierungselemente Zirkonium und Zinn h Valenz—Elektronen auf. Aluminium weist 3 Valenz—Elektronen auf und ist, wie bereits erwähnt, ein Alpha—Stabilisator, der die Bildung der Beta-Phase verzögert. Die beta—isomorphen Elemente Vanadium, Niobium und Tantal weisen fünf Valenm-Elektronen auf, während Molybdän deren sechs aufweist. Di« beta—eutektoiden Elemente, die erfindungsgemäß verwendet werden können, weisen die folgenden Valenz—Elektronen auf:It has been found that a necessary requirement for a titanium alloy to maintain an exclusive beta structure at room temperature is an average valence electron density (VED) greater than 4, and usually at least 4.15. To calculate the average VED of an alloy, the atomic percentage of each element is multiplied by the number of its valence electrons, and the sum of these products is divided by a hundred. Titanium itself has as neutral alloying elements zirconium and tin h valence electrons. Aluminum has 3 valence electrons and, as already mentioned, is an alpha stabilizer that delays the formation of the beta phase. The beta-isomorphic elements vanadium, niobium and tantalum have five valenm electrons, while molybdenum has six. The beta-eutectoid elements which can be used according to the invention have the following valence electrons:

Eiseniron 88th MangenDeficiencies 77th Chromchrome 66th Kobaltcobalt 99

Die Berechnung der VED einer Titan—Legierung wird durch die folgende Gleichung unter Verwendung von Atomprozeutsätsen erhalten:The calculation of the VED of a titanium alloy is carried out by obtain the following equation using atomic processes:

— 8 —- 8th -

009815/1426009815/1426

VED = ,O4(#Ti+Zr+Sn)VED =, O4 (# Ti + Zr + Sn)

Die erfindungsgemäße Legierung hat eine VED von 4,15 bis 4,35, die als kritisch betrachtet wird, wie es weiter unten durch praktische Beispiele gezeigt ist.The alloy according to the invention has a VED of 4.15 to 4.35, which is considered critical as it is below is shown by practical examples.

Die bevorzugte Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierung bewegt sich in dem folgenden ungefähren Bereich (ausschließlich unbeachtlicher Verunreinigungen):The preferred composition of the invention Alloy moves in the following approximate range (excluding negligible impurities):

Atomic percent

Pe, Mn, Cr und/oder Co 2 bis 7 #Pe, Mn, Cr and / or Co 2 to 7 #

V k bis 9 #V k to 9 #

Mo 1,5 bis 3 #Mon 1.5 to 3 #

Al 3,5 bis7 jiAl 3.5 to 7 ji

Sn und/oder Zr 1,5 bis 2,5 #Sn and / or Zr 1.5 to 2.5 #

Ti RestTi rest

Besondere Zusammensetzungen, die sich als vorteilhaft erwiesen haben, sind die folgenden in Atomprozenten:Particular compositions that have been found to be beneficial are the following, in atomic percentages:

2,5 % Fe oder 3,5 % Mn oder 5,5 Ί» Cr oder 2,0 # Co2.5 % Fe or 3.5 % Mn or 5.5 Ί » Cr or 2.0 # Co

V - 7,5 %
Mo - 2 %
Al - 5,5 %
Ti - RestV - 7.5 %
Mon - 2%
Al - 5.5 %
Ti - rest

Vorzugsweise wird jeder der letztgenannten Zusammensetzungen Zinn und/oder Zirkonium in Mengen von etwa 1,5 bis 2,5 % der Legierung zugefügt.Preferably, tin and / or zirconium is added to each of the latter compositions in amounts of about 1.5 to 2.5 % of the alloy.

In den nachstehenden Tabellen zeigen wir die Eigenschaften einer Anzahl besonderer Legierungen. Die ersten drei Legierungen, die in Tabelle I aufgeführt sind, fallen aus dem In the tables below we show the properties of a number of particular alloys. The first three alloys listed in Table I fall out of the

„ 9 -"9 -

009815/U26009815 / U26

Rahmen der vorliegenden Erfindung heraus, während die anderen Legierungen in den Rahmen der Erfindung fallen. Die Legierung 1 hat eine VED unter dem oben genannten kritischen Bereich, und ihr MBR (Mindestbiegeradius) ist viel zu hoch. Die Legierungen 2 und 3 haben jeweils eine VED, die sioh an oder über der oberen Grenze des oben genannten kritischen Bereiche bewegt. Während diese Legierungen die Biegeerfordernisse erfüllen, wird durch Vergütung keine bedeutsame Erhöhung der Härte oder Zugfestigkeit erhalten.The scope of the present invention, while the other alloys fall within the scope of the invention. the Alloy 1 has a VED below the critical range noted above, and its MBR (Minimum Bend Radius) is far too high. Alloys 2 and 3 each have a VED that is at or above the upper limit of the critical above Moving areas. While these alloys meet the bending requirements, tempering does not make it a significant one Increase in hardness or tensile strength obtained.

009815/1426009815/1426

- ίο -- ίο -

TABELLE I
EIGENSCHAFTEN VON BLECH AUS METASTABILEN TITANLEGIERUNGEN TABLE I.
PROPERTIES OF SHEET METAL MADE OF METASTABLE TITANIUM ALLOYS

Legierungalloy

Nr.No.

1 21 2

Zusammensetzung AtomprozentComposition atomic percent

> 7 8 9> 7 8 9

1010

Ti-2,lMo-i,9V-1,8Fe Ti-3,lMo-7,9V-7,2FeTi-2, IMo-i, 9V-1.8Fe Ti-3, IMo-7.9V-7.2Fe

Ti-3,2MO-8,iV-6,5Mn-I,7Su Ti-2,OMo-7,6V-4,4Mn-5,4Al Ti-3,lMo-7,6V-2,6Fe-5,4Al Ti-3,lMo-7,7V-5,6Cr-5,4Al Ti-3,lMo-7,6V-3,5Mn-5,4AlTi-3.2MO-8, IV-6.5Mn-I, 7Su Ti-2, OMo-7.6V-4.4Mn-5.4Al Ti-3, IMo-7.6V-2.6Fe-5.4Al Ti-3, IMo-7.7V-5.6Cr-5.4Al Ti-3, IMo-7.6V-3.5Mn-5.4Al

Ti«2,lMo-7,8V-4,Ti «2, lMo-7.8V-4,

Ti-2,lMo-7,9V-1,8Fe-3,7Mn-2,5Sn-5,6Al Ti-2, IMo-7.9V-1.8Fe-3.7Mn-2.5Sn-5.6Al

Ti-2,OMo-7,5V-5Cr-6.2AlTi-2, OMo-7.5V-5Cr-6.2Al

VEDVED Wärmebehand
lungHeat treatment
lung Härte
Rockwell—
skala Ahardness
Rockwell—
scale A ♦*
^ZF/ 2
kg/cm*♦ *
^ZF / 2
kg / cm * 600600 StG „
^kf?/^c»StG "
^k f? / ^c » 600600 Dehng.Stretch ■ MBR
R:D ■ MBR
R: D 4,134.13 ■788⁰C-I2MIn-AL*■ 788 ⁰ C-I2MIn-AL * 7474 1111th 770770 1111th 560560 00 >25> 25 4,434.43 788°C-12Min~AL
+482°C-24Std-AL788 ° C-12min ~ AL
+ 482 ° C-24h-AL 67
6867
68 99 930930 99 650650 2222nd 0,70.7 4,354.35 788°C-10Min-AL
+482°C-8Std-Al788 ° C-10min-AL
+ 482 ° C-8h-Al 65
6465
64 88th 940
980940
980 88th 590
300590
300 1515th 1,01.0 4,204.20 843°C-12Min-AL
+482°C-8Std-AL843 ° C-12min-AL
+ 482 ° C-8h-AL 63
7163
71 7
127th
12th 940
980940
980 7
127th
12th 450
470450
470 9
59
5 0,80.8 4,194.19 843^OC-i2Min-AL
+482 C-8Std-AL843 ^O C-i2Min-AL
+482 C-8h-AL 66
7266
72 7
137th
13th 300
470300
470 7
137th
13th 660
980660
980 10
410
4th 1,01.0 4,214.21 816°C-12MIn-AL
+482 C-8Std-AL816 ° C-12MIn-AL
+482 C-8h-AL 64
7264
72 8
138th
13th 580580 7
127th
12th 160160 8
48th
4th 1,01.0 4,194.19 843°C-12Min-AL
+482 C-4Std-AL843 ° C-12min-AL
+482 C-4h-AL 6262 88th 88th 1111th 0,40.4 4,244.24 76O°C-12MiU-AL
+538 C-8Std-AL76O ° C-12MiU-AL
+538 C-8h-AL 66
6966
69 4,254.25 843^OC-i2Min-AL
+538 C-8Std-AL843 ^O C-i2Min-AL
+538 C-8h-AL 63
6663
66 440
770440
770 090
410090
410 4,164.16 8i6°C-7Min-AL
+510 C-8Std-AL8i6 ° C-7min-AL
+510 C-8h-AL -- 8
128th
12th 8
118th
11th 15
815th
8th 0,90.9

♦*♦♦ * ♦

AL = Abkühlung in LuftAL = cooling in air

ZF = Zugfestigkeit f· StG = StreckgrenzeZF = tensile strength f · StG = yield point

TABELLE I (Fortsetzung) EIGENSCHAFTEN VON BLECH AUS METASTABILEN TITANLEGIERUNGEN TABLE I (continued) PROPERTIES OF METASTABLE TITANIUM ALLOY SHEET

Legierungalloy
Nr.No. coco
αοαο 1111th ^14^ 14 1212th II. tt

Zusammensetzung AtOMprozent Composition atomic percent

Wäraebehand· VED lung Heat treatment · VED lung

Ti-I,7MO-7,6V-3,5Mn-5,3Al Ti-6, i»Mo-2, 8Mn-i, 7Sn-4,8 AlTi-1.7MO-7.6V-3.5Mn-5.3Al Ti-6, i »Mo-2, 8Mn-i, 7Sn-4.8 Al

Ti-3, lMo-2, OV-1, 8Fe-3, 6Mn-3,3Zr-5,6AlTi-3, IMo-2, OV-1, 8Fe-3, 6Mn-3.3Zr-5.6Al

Ti-3,lMo-7,6V-2,OCo-5,5AlTi-3, IMo-7.6V-2, OCo-5.5Al

C-7Min-AL +510°C-8Std-ALC-7Min-AL + 510 ° C-8h-AL

Härte Rockwell* skala Ahardness Rockwell * scale A

4,4, 1717th 788"C-IOMIn-AL788 "C-IOMIn-AL
+482°C-8Std-AL+ 482 ° C-8h-AL 65
7565
75 2121 843°C~12MIn-AL843 ° C ~ 12MIn-AL
+538-8Std-AL+ 538-8h-AL 65
7265
72 4,4, 1919th 843°C-12MIn-AL843 ° C-12MIn-AL
+482-8Std-AL+ 482-8h-AL 64
7064
70

ZF „ StG ₉ Dehng. MBR kg/cat kg/cm* % R:DZF "StG ₉ expansion. MBR kg / cat kg / cm * % R: D

8 790 8 510 10 0,7 13 680 13 070 58 790 8 510 10 0.7 13 680 13 070 5

CD NJ CD CD NJ CD

TABLE II PROPERTIES OF HIGH STRENGTH TITANIUM ALLOYS

Zu·awieneätzung Dichte Wäreebehand- ZF ₂ StG ₂ Dehng. MBRAdditional etching density heat treatment ZF ₂ StG ₂ expansion. MBR

Atemprozent g/cM^ lung kg/cm kg/cm fl R:D Percentage of breath g / cM ^ lung kg / cm kg / cm fl R: D

Ti-3,lMo-7,7V-3,6Mn-5,4Al 4,7056 LG *_# 8 860 8 580 15,8 1,0Ti-3, lMo-7.7V-3.6Mn-5.4Al 4.7056 LG * _# 8 860 8 580 15.8 1.0

LGV 13 910 12 930 5,8LGV 13 910 12 930 5.8

Ti-.3,lMo-.7,8V-3,6Mn-2,iZr-5,5Al 4,76i LG 9 420 9 280 12,0 1,0Ti-.3, lMo-.7.8V-3.6Mn-2, iZr-5.5Al 4.76i LG 9 420 9 280 12.0 1.0

LGV 14 100 13 140 7,5LGV 14 100 13 140 7.5

Ti-3,0Mo-7,6V-4,7Cr-5,4Al 4,7333 LG 8 510* 7 870 11,5 0,4Ti-3.0Mo-7.6V-4.7Cr-5.4Al 4.7333 LG 8 510 * 7 870 11.5 0.4

ο LGV 13 700 12 630 7,0ο LGV 13 700 12 630 7.0

4,70564,7056 LG *_#
LGVLG * _#
LGV 4,7614,761 LG
LGVLG
LGV 4,73334.7333 LGVLGV 4,67794.6779 LG
LGVLG
LGV 4,70564,7056 LG
LGVLG
LGV 4,73334.7333 LG
LGVLG
LGV 4,70564,7056 LG
LGVLG
LGV

S ii-2,mo-7_t6V-5,5Cr~5_thAl 4,6779 LG ■ 8 510 8 l60 14,8 0,9S ii-2, mo-7 _t 6V-5.5Cr ~ 5 _t hAl 4.6779 LG ■ 8 510 8 l60 14.8 0.9

00 LGV 13 470 12 370 8,500 LGV 13 470 12 370 8.5

Ti-3, OMo-7,6V-3, 5Mn-7,2Al 4,7056 LG 9 280 8 930 13,8 1,1Ti-3, OMo-7.6V-3, 5Mn-7.2Al 4.7056 LG 9 280 8 930 13.8 1.1

14 310 I3OOO 6,514 310 I 300 O 6.5

~? Ti-1,5Mo-7,7V-4,5Mn-1,6Sn-5,4Al 4,7333 LG 9 070 8 720 13*Θ 1,1 ~? Ti-1,5Mo-7.7V-4.5Mn-1.6Sn-5.4Al 4.7333 LG 9 070 8 720 13 * Θ 1.1

f! LGV 14 330 13 330 6,9f! LGV 14 330 13 330 6.9

⁰⁷ Ti-2,OMo~7,6V~2,?Fe-5,5Al 4,7056 LG 8 510 7 940 13,5 1,7 ⁰⁷ Ti-2, OMo ~ 7.6V ~ 2,? Fe-5.5Al 4.7056 LG 8 510 7 940 13.5 1.7

13 000 12 160 7,2 -13,000 12 160 7.2 -

LG s Lösungs-GlühenLG's solution glow

LGV = Lösungs-Glühen + VergütungLGV = solution annealing + tempering

TABLE III

Zusaauens et zung Atomprozent Accumulation atomic percent

STABILITÄT VON HOCHFESTEN TITANLEGIERUNGEN Vor Kriechdehnung STABILITY OF HIGH STRENGTH TITANIUM ALLOYS Before creep strain

Ti-3,1MO-7V-3,6Mn-5,4Al Ti-3,lMo-7,8V-3,6Mn-2,1Zr-5,5Al Ti-3,OMo-7,6V-4,7Cr-5,4Al Ti-2,OMo-7,6V-5,5Cr-5,4Al ö Ti~3, OMo-7, 6V-3, 5Mn-7, 2Al oo Ti-3,OMo-7,6V-3,5Mn-7,2Al Ti«l,5MO-7,7V-4,5Mn-I,6Sn-5,Ti-3.1MO-7V-3.6Mn-5.4Al Ti-3, IMo-7.8V-3.6Mn-2.1Zr-5.5Al Ti-3, OMo-7.6V-4.7Cr-5.4Al Ti-2, OMo-7.6V-5.5Cr-5.4Al ö Ti ~ 3, OMo-7, 6V-3, 5Mn-7, 2Al oo Ti-3, OMo-7.6V-3.5Mn-7.2Al Ti «1.5MO-7.7V-4.5Mn-1.56Sn-5,

nach Kriechdehnungafter creep

kg/cm² kg / cm ² 910910 StGStG cm² cm ² Dehng.Stretch Kriechdehnungsbehand—
lungCreep Elongation Treatment-
lung C-8090 kg/c«²-96StdC-8090 kg / c « ² -96h ^ZF, 2
kg/c« ^ZF , 2
kg / c « 840840 StGStG c² c ² Dehng·Stretching f
0»f
0 » 1313th 400400 1212th 980980 5,85.8 316«316 " C-8090 kg/cM²-96StdC-8090 kg / cM ² -96h 1313th 030030 1313th 330330 6,86.8 1414th 700700 1313th 540540 4,54.5 316«316 " C-8090 kg/cm²-96StdC-8090 kg / cm ² -96h 1414th 170170 1313th 400400 6,06.0 1313th 230230 1212th 630630 7,07.0 316«316 " C-457O-kg/cm²-96StdC-4570-kg / cm ² -96h 1414th 440440 1313th 540540 4,54.5 1212th 240240 1111th 110110 9,09.0 316«316 " C-5980 kg/ci»²-96StdC-5980 kg / ci » ² -96h 1212th 770770 1111th 200200 6,56.5 1414th 240240 1212th 840840 7,57.5 316«316 " C-3 87 0-kg/cm²-96StdC-3 87 0-kg / cm ² -96h 1313th 63Ο63Ο 1212th 070070 4,34.3 1414th 470470 1212th 840840 7,57.5 260«260 « C-3870 kg/c»²-96StdC-3870 kg / c » ² -96h 1313th 910910 1212th 140140 6,56.5 1414th 1313th 400400 7,57.5 288°288 ° 1313th 1212th 63Ο63Ο 6,56.5

CD CD K)CD CD K)

Claims

PATENT LAWYERS

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN 8 MONCHEN 2.· THERESIENSTRASSE 33PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN 8 MONCHEN 2. THERESIENSTRASSE 33

Dipl.-Ing. MARTIN LICHT Dr. R El N H OLD SCHMIDT Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

REACTIVEMETALS »INC., NILES, OHIO 1000 TRUE AVENUE, V. St. A.

Munich, ± _t October 1969

Ihr ZeichenYour sign

Unser ZeichenOur sign

/ vL

Patent application: Metastable beta-titanium alloy

PATENT CLAIMS

Metastable beta-titanium alloy, characterized by: a) at least one beta-eutectoid element, consisting of iron, manganese, chromium and cobalt in a maximum content is selected which is given by the equation:

(% Cr) + 5^l (% Co) = 4,5 % (% Cr) + 5 ^ l (% Co) = 4.5 %

is determined

b) at least one beta-isomorphic element selected from vanadium in an amount of 2 to 16% of the alloy, molybdenum in an amount of 1 to 6 $ of the alloy, niobium in an amount of 3 to 23% of the alloy, and tantalum in an amount of 3 to 21 # of the alloy is selected,

c) 1.75 to 7 # aluminum and

d) remainder essentially titanium,

where the amounts given are atomic percentages.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that the average valence electron density is approximately between 4.15 and 4.35.

Patent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDTOppenau office: PATENT ADVOCATE DR. REINHOLD SCHMIDT

-β- 194962$-β- $ 194962

3. Legierung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mindestens ein neutrales Element, das Zinn oder Zirkonium sein kann, in Mengen bis etwa 3 % der Legierung enthält.3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it contains at least one neutral element, which can be tin or zirconium, in amounts up to about 3 % of the alloy.

h» Legierung nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Legierung ungefähr die folgende ist: h » Alloy according to claim 3, characterized in that the composition of the alloy is approximately the following:

AtomprozentAtomic percent

Fe, Mn, Cr und/oder Co 2 bis 7 % Fe, Mn, Cr and / or Co 2 to 7%

V k bis 9 % Mo 1,5 bis 3 % Al 3,5 bis 7 * Sn und/oder Zr 1,5 bis 2,5 % Ti Rest.V k up to 9 % Mo 1.5 to 3 % Al 3.5 to 7 * Sn and / or Zr 1.5 to 2.5% Ti remainder.

5. Legierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das beta—eutektoide Element Eisen in einer Menge von etwa5. Alloy according to claim i, characterized in that the beta-eutectoid element iron in an amount of about 2,5 % der Legierung, Mangan in einer Menge von etwa 3,5 % der' Legierung, Chrom in einer Menge von etwa 5»5 % der Legierung oder Kobalt in einer Menge von etwa 2,0 % der Legierung ist, und die übrige Zusammensetzung etwa die folgende ist:2.5 % of the alloy, manganese in an amount of about 3.5 % of the alloy, chromium in an amount of about 5 »5 % of the alloy, or cobalt in an amount of about 2.0 % of the alloy, and the the rest of the composition is roughly as follows:

V · 7,5 % Mo 2 % Al 5,5 * Ti Rest.V · 7.5% Mo 2 % Al 5.5 * Ti remainder.

6. Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beta-eutektoide Element Eisen ist.6. Alloy according to claim 5, characterized in that the beta-eutectoid element is iron.

7. Legierung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das beta-eutektoide Element Mangan ist.7. Alloy according to claim 5 »characterized in that the beta-eutectoid element is manganese.

009815/1426009815/1426

8. Alloy according to claim 5, characterized in that the beta-euiectoid element is chromium.

9. Alloy according to claim 5, characterized in that the beta-eutectoid element is cobalt.

ID. Alloy according to one of Claims 5 to 9, characterized in that it contains at least one neutral element, which can be tin and zirconium, in amounts of 1.5 to 2.5 % of the alloy.

BATH ORIGINAL

Ü Ij 9 H