Untersuchung zur trockenen Hochtemperaturkorrosion von technisch genutzten Titanbasislegierungen
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IF achgruppe Huttenwesen/Werkstoffkunde
Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz Kuhn vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. Helmut Winterhager Dr. -lng. Andreas Kohler Dr. -lng. Wolfgang Krajewski Institut fUr MetallhUttenwesen und Elektrometallurgie der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Untersuchung zur trockenen Hochtemperaturkorrosion von technisch genutzten Ti tanbasislegierungen
Westdeutscher Verlag 1976
© 1976 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN-13: 978-3-531-02559-9 DOl: 10.1007/978-3-322-88305-6
e-ISBN- 13: 978-3-322-88305-6
- 3 -
Inhalt
1.
Einleitung
5
2.
Die Oxidation von Titan und Titanbasislegierungen
5
2.1
Aufbau der Oxidschicht
6
2.2
Diffusion in Metal! und Zunder
7
2.3
Oxidationsmechanismen
8
2.4
Einflu13 von Legierungselementen auf die Oxidation
9
3.
Eigene Untersuchungen
11
3.1
Kennzeichnung der verwendeten unlegierten
11
Titanqualitaten und Titanlegierungen 3.1.1
Chemische Zusammensetzung
11
3.1.2
Herstellung der Proben
12
3.1.3
Hartebestimmung
13
3.1.4
Dilatometrische Untersuchungen zwischen
13
100 und 900°C 3.2
Oxidationsversuche
14
3.2.1
Versuchsapparatur
14
3.2.2
VersuchsdurchfUhrung
14
3. 3
Ergebnisse der Verzunderungsversuche
15
3.3.1
Die Verzunderung von Reinsttitan
16
3.3.2
Technisch genutzte Titanlegierungen
18
3.3.2.1
Ti - 0,2 Pd
18
3.3.2.2
Ti 5Al 2Sn
19
3.3.2.3
Ti 6Al 4V
21
3.3.2.4
Ti 7Al 4Mo
22
3.3.2.5
Ti 8Al 1Mo 1 V
23
3.3.2.6
Ti 6Al 4Zr 2Mo 2Sn
24
3.3.2.7
Ti 13V llCr 3Al
25
4.
Zusammenfassung
26
5.
Schrifttumsverzeichnis
28
6.
Anhang:
32
Tabellen und Abbildungen
- 5 -
1.
Einleitung
Eine wirtschaftliche groBtechnische Produktion von Titan gelang erst nach dem zweiten Weltkrieg. hat aber seither einen groBen Aufschwung genommen: 1949 produzierten die USA ungeflihr 50 t Titan. 1972 etwa 22.000 t. Der Anwendungsbereich von Titan und Titanbasislegierungen umfaBt Luft- und Raumfahrt. Chemieanlagen. Anwendung in Elektrochemie. Medizin und in weiteren technischen Bereichen (1-5). BesondeI] vorteilhaft fUr Titan sind die geringe Dichte von 4.5 g/cm • die guten Festigkeitseigenschaften und die gute KorrosionsbesAndigkeit gegen Gase und Chemikalien aller Art. Technische Anwendungen sind im Temperaturbereich von - 253 bis + 550 0 C bekannt. bei h5heren Temperaturen werden die Festigkeitseigenschaften. vor allem die Kriechfestigkeit. schnell schlechter (1-7). Deswegen ist das Hochtemperaturkorrosionsverhalten von Titanlegierungen in Luft und Sauerstoff im Temperaturbereich von 800 bis 1000 0 C bisher kaum untersucht worden (7). Dagegen liegen tiber die Oxidation von Reintitan zahlreiche Ver5ffentlichungen vor (8-30). Durch Neuentwicklungen im Triebwerksbau. einem Hauptanwendungsgebiet fUr Hochtemperaturtitanlegierungen. steigt die Temperaturbeanspruchung stAndig. Daher liegt der Schwerpunkt der Legierungsentwicklung bei warmfesten Titanlegierungen mit einer hoheren oberen Betriebstemper
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