Die Erfindung betrifft eine Titanaluminidlegierung.
Aus der JP-A-82 83 890 ist eine intermetallische Verbindung auf Ti-Al-Basis bekannt, deren Zusammensetzung beispielsweise Ti-44Al-8.5Nb unerwünschte Phasen enthält, wobei sowohl die ω- als auch die β*-Phase eine versprödende Wirkung erwarten läßt. Diese versprödende Wirkung ist für das angestrebte Ziel, nämlich bei einer hohen Betriebstemperatur im Einsatz dabei auch eine hohe Festigkeit zu bewahren, äußerst nachteilig.
Es ist bekannt, Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden für Zwecke einzusetzen, bei denen einerseits ein sehr geringes Gewicht und andererseits eine hohe Festigkeit des Werkstoffs erforderlich ist. Legierungen auf der Basis von Titanaluminiden ersetzen deshalb schon vielfach gewöhnliche Superlegierungen auf Nickelbasis, die gegenwärtig noch in einzelnen Komponenten, beispielsweise in Turbinen als Turbinenschaufeln, Verwendung 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 Superlegierungen 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 Betriebstemperatur von 700° C eine deutliche Abnahme der Festigungseigenschaften 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 bereitzustellen, 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 erfindungsgemäße Legierung dennoch einfach und kostengünstig herstellbar und verhältnismäßig einfach bearbeitbar sein soll.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Titanaluminidlegierung, deren Zusammensetzung Ti-45Al-xNb mit 5 ≤ x ≤ 10 Atom % und wahlweise bis zu 0,5 Atom % B und/oder C ist.
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 Titanaluminidgemischen.
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 gattungsgemäßen Art, d.h. insgesamt können die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Legierungen aufgrund ihrer weit höheren Temperaturbeständigkeit gegenüber bisherigen Legierungen dieser Art zu technischen Lösungen verhelfen, 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, werden der Legierungszusammensetzung aus Titan, Aluminium und Niob wahlweise noch Komponenten aus Bor und/oder Kohlenstoff zugefügt, wobei der Anteil 1 an Bor und/oder Kohlenstoff in der Legierung unterhalb einer Konzentration von 0,5 Atom % gewählt wird, wodurch sich die Legierung dann noch für weitere andere Einsatzfälle eignet, beispielsweise für den Einsatz in Hochleistungsturbinen für Strahltriebwerke in zivil und militärisch genutzten Flugzeugen.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Titanaluminidlegierung unter Verwendung gieß- oder pulvermetallurgischer Techniken hergestellt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf zwei graphische Darstellungen beschrieben. Darin zeigen:
Die voraufgeführten Figuren zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen sehr viel höhere Festigkeitswerte als konventionelle Legierungen haben. Gleichzeitig ist jedoch das reziproke Aktivierungsvolumen der erfindungsgemäßen Legierungen mit dem konventioneller Legierungen vergleichbar. Das bedeutet, daß größere Festigkeit von Legierungen, die Niob neben Titan und Aluminium enthalten, auch bei hohen Temperaturen und niedrigen Verformungsgeschwindigkeiten aufrechterhalten bleibt.
Die erfindungsgemäßen Legierungen mit der Zusammensetzung Ti-43Al-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.