ALEACIÓN DE TITANIO DE TIPO ALFA+BETA DE ALTA RESISTENCIA.

Una aleación de titanio, del tipo α + β, de alta resistencia,

que contiene, en % en masa, de 4,4% a menos del 5,5% de Al, de 1,4% a menos de 2,1% de Fe, y de 1,5% a menos de 5,5% de Mo, opcionalmente uno, o más, de menos de 0,15% de Ni, menos de 0,25% de Cr, menos de 0,25% de Mn, para sustituir una parte de dicho Fe, opcionalmente además, uno o más de 0,03% a 0,3% de Pd y de 0,05% a 0,5% de Ru, y que incluye, como impurezas, Si rebajado a menos de 0,1%, y C rebajado a menos de 0,01%, y el resto Ti y las inevitables impurezas

Aleación de titanio de tipo α + β de alta resistencia.

La presente invención se refiere a una aleación de titanio, del tipo α + β, de alta resistencia.

Las aleaciones de titanio son ligeras de peso y, sin embargo, de alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión, de manera que se están aplicando en diversos campos. Entre éstas, las aleaciones de titanio de tipo α + β, como por ejemplo la Ti-6Al-4V, son superiores en el equilibrio de resistencia, ductilidad, tenacidad, y otras propiedades mecánicas y se han usado ampliamente en el pasado en el campo aeroespacial, y en los últimos años se han aplicado de manera creciente en partes de los automóviles.

Sin embargo, con una aleación basada en Ti-6Al-4V, el V es caro, de forma que durante mucho tiempo se han estudiado aleaciones a las que se les añade Fe como un elemento alternativo al V. Por ejemplo, se está estudiando la aleación basada en Ti-5Al-2,5Fe, descrita en "Titanium Science and Technology" (Ciencia y Tecnología del Titanio) (publicada en 1984 por Deutsche Gesellschaftfur Metallkunde E.V.), página 1335; la aleación basada en Ti-6Al-1,7Fe-0,1Si descrita en "Advanced Materials & Process" (Materiales avanzados y Procedimiento) (publicada en 1993), página 43, etc.

El documento JP-A-07-062474 describe como una aleación superior en capacidad de laminado en caliente y en capacidad de laminado en frío, una aleación de titanio del tipo α + β, que comprende, en % en masa, Fe: de 1,4% a menos del 2,1%; Al: de 4% a menos de 5,5%, y el resto titanio y las impurezas inevitables.

El documento JP-A-03-197635 propone como aleación de titanio superior en la resistencia al calor, una aleación de titanio del tipo α + β, que contiene, en % en masa, Al: 2 a 7%, V: 2 a 12%, y Mo: 1 a 7%, conteniendo además uno, o más, de Sn: 1 a 6%, Zr: 3 a 8%, Fe: 0,1 a 3%, y Cu: 0,1 a 3%, comprendiendo el resto Ti y las inevitables impurezas, y que tiene uno o más de P, As, Sb, Bi, S, Se y Te, añadidos en un total del 10 a 104 ppm.

El documento JP-A-2003-201530 propone una aleación de titanio de alta resistencia, superior en capacidad de laminado en caliente, que contiene, en % en masa, Al: 3 a 7%, C: 0,08 a 0,25%, y al menos uno de Mo, V, Cr, Fe en un equivalente de Mo del 3 al 10%.

La Patente Japonesa Nº 2606023 propone un método de producción de una aleación de titanio α + β, de alta resistencia y alta tenacidad, que contiene Al: 3 a 7%, V: 2,1 a 5,0%, Mo: 0,85 a 3,15%, Fe: 0,85 a 3,15%, y O: 0,05 a 0,20%.

El documento JP-A-2000-273598 propone un método de producción de una aleación de titanio laminada en frío, en forma de bobina de alta resistencia, que contiene un equivalente de Al de 3 a 6,5%, al menos un tipo de elemento estabilizador de β de la solución sólida completa, en un equivalente de Mo de 2,0 a 4,5%, y un elemento estabilizador de β eutectoide, en un equivalente de Fe de 0,3 a 2%.

Además, el documento JP-A-2000-204425 propone una aleación de titanio de tipo α + β, de alta resistencia y alta ductilidad, que contiene al menos un tipo de elemento estabilizador de β de la solución sólida completa, en un equivalente de Mo de 2,0 a 4,5%, y al menos un tipo de elemento estabilizador de β eutectoide, en un equivalente de Fe de 0,3 a 2%, y un equivalente de Al de 3 a 6,5% y, además, Si en una cantidad de 0,1 a 1,5%.

Sin embargo, la aleación basada en Ti-5Al-2,5Fe descrita en "Titanium Science and Technology" (publicada en 1984 por Deutsche Gesellschaftfur Metallkunde E.V.), página 1335, y la aleación basada en Ti-6Al-1,7Fe-0,1Si descrita en "Advanced Materials & Process" (publicado en 1993), página 43, son algo inferiores en la resistencia a la deformación en caliente a la aleación basada en Ti-6Al-4V y justamente algo superiores en la capacidad de laminado en caliente. Además, tienen el problema de que la resistencia también es insuficiente.

Además, la aleación descrita en el documento JP-A-07-062474 tiene una resistencia a la tracción de menos de 1000 MPa. No se puede decir que tenga una resistencia suficiente. Existe el problema de que la capacidad de laminado en caliente y la ductilidad a temperatura ambiente, y la capacidad de laminado en frío son insuficientes.

Por otro lado, la aleación descrita en el documento JP-A-03-197635 tiene cantidades mínimas de P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, y otros elementos con un número de electrones de valencia mayor que el Ti añadido a ella, para suprimir el crecimiento de la capa de óxido a alta temperatura, pero existe el problema de que estos elementos aditivos no tienen ningún efecto concreto sobre la resistencia o sobre la capacidad de laminado en caliente, ni sobre la ductilidad a temperatura ambiente ni sobre la capacidad de laminado en frío.

La aleación descrita en el documento JP-A-2003-201530 contiene el elemento C, estabilizador de α, como un elemento que aumenta la resistencia en el intervalo de temperatura desde la temperatura ambiente hasta el nivel de 500ºC, y que no tiene ningún efecto sobre la capacidad de laminado en caliente. Este C disminuye la resistencia a la deformación en caliente, pero inhibe la ductilidad a temperatura ambiente y la capacidad de laminado en frío.

La aleación descrita en la Patente Japonesa Nº 2606023 incluye el caro V en una cantidad del 2,1 al 5,0%, de forma que es insuficiente, como aleación α + β de bajo coste, para sustituir a la de Ti-6Al-4V. Además, es deseable que la capacidad de laminado en caliente también sea equivalente a la de Ti-6Al-4V, y que además se imparta una capacidad de trabajo superior.

El documento JP-A-2000-273598 describe un método de producción de una aleación de titanio laminada en frío, en forma de bobina, que contiene un equivalente de Al de 3 a 6,5%, al menos un tipo de elemento estabilizador de β de la solución sólida completa, en un equivalente de Mo de 2,0 a 4,5%, y un elemento estabilizador de β eutectoide, en un equivalente de Fe de 0,3 a 2%. Específicamente, describe una composición de una aleación específica constituida por Ti-(4 a 5%)Al-(1,5 a 3%)Mo(1 a 2%)V-(0,3 a 2%)Fe. La aleación de la anterior composición de aleación tiene que incluir V, de forma que existen los problemas de que la aleación es insuficiente, comparada con la Ti-6Al-4V, en términos de coste y en términos de capacidad de laminado en caliente.

La aleación descrita en el documento JP-A-2000-204425 es una aleación de titanio que contiene un equivalente de Al de 3 a 6,5%, al menos un tipo de elemento estabilizador de β de la solución sólida completa, en un equivalente de Mo de 2,0 a 4,5%, y un elemento estabilizador de β eutectoide, en un equivalente de Fe de 0,3 a 2%, y que contiene además Si en un 0,1 a 1,5%, pero si se incluye Si en una cantidad de 0,1% o más, los compuestos Ti y Si precipitan en la interfase, entre la fase α y la fase β, originando el problema del deterioro de las características de fatiga o de las características de ductilidad a temperatura ambiente y de trabajo en frío.

Además, en aplicaciones de uso en campos petrolíferos submarinos y otras condiciones ambientales extremas de alta temperatura, alta presión, y muy corrosivos, existe el problema de que, en algunos casos, la totalidad de las aleaciones son insuficientes en cuanto a la resistencia a la corrosión.

El documento BE 653938 describe aleaciones basadas en titanio que contienen de 4 a 7% de aluminio, de 0 a 7% de estaño, no excediendo la cantidad total de aluminio y estaño el 11%; de 1,5 a 3,5% de molibdeno, una cantidad traza de hasta el 1% de hierro y una cantidad traza de hasta el 2% de cromo, estando constituido el resto por titanio, junto con impurezas.

Por lo tanto, la presente invención tiene como su objeto la provisión de una aleación de titanio, del tipo α + β, que tenga una resistencia a temperatura ambiente, una ductilidad a temperatura ambiente, y una resistencia a la fatiga, superiores a la aleación basada en Ti-6Al-4V y que sea superior en capacidad de laminado en caliente y en capacidad de laminado en frío y, además, una aleación de titanio, del tipo α + β, superior no solo en capacidad de laminado en caliente y en capacidad de laminado en frío sino también en bajo coste y en resistencia a la corrosión.

Los inventores añadieron terceros elementos a la aleación de titanio del tipo α + β, que contiene Al y Fe, e investigaron...

1. Una aleación de titanio, del tipo α + β, de alta resistencia, que contiene, en % en masa, de 4,4% a menos del 5,5% de Al, de 1,4% a menos de 2,1% de Fe, y de 1,5% a menos de 5,5% de Mo, opcionalmente uno, o más, de menos de 0,15% de Ni, menos de 0,25% de Cr, menos de 0,25% de Mn, para sustituir una parte de dicho Fe, opcionalmente además, uno o más de 0,03% a 0,3% de Pd y de 0,05% a 0,5% de Ru, y que incluye, como impurezas, Si rebajado a menos de 0,1%, y C rebajado a menos de 0,01%, y el resto Ti y las inevitables impurezas.