Herkömmliche Titanlegierungen weisen hohe Festigkeitswerte auf, lassen sich gut kaltwalzen (wickeln) und sind zudem gut bearbeitbar. Die erfindungsgemäße Titanlegierung benötigt keine teuren Legierungselemente, wodurch die Kosten gesenkt werden. Die erfindungsgemäße Titanlegierung erfüllt folgende Anforderungen: Al-Äquivalent (Al + 10O (Sauerstoff)): 3,5–7,2 % (Massen-%); Al: mehr als 1,0 % und weniger als 4,5 %; O: weniger als 0,60 %. und Fe-Äquivalent (Fe + 0,5Cr + 0,5Ni + 0,67Co + 0,67Mn): mehr als 0,8 % und weniger als 2,0 % und enthält ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Cu: 0,4–3,0 % und Sn: 0,4–10 %, wobei der Rest aus Ti und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit in der Luft- und Raumfahrt, in Chemieanlagen, in der Automobilindustrie und anderen Bereichen häufig eingesetzt. Eine typische Titanlegierung ist Ti-6Al-4V. Diese Ti-6Al-4V-Legierung, die gemäß ASTM Gr. 5 mit einer Streckgrenze von 0,2 % über 828 MPa genormt ist, weist hervorragende Festigkeitseigenschaften auf. Es enthält jedoch einen hohen Anteil an Aluminium als Zusatzelement, was zu schlechter Kaltverformbarkeit führt. Daher ist die Herstellung dünner Bleche durch Coilwalzen schwierig, und es wird üblicherweise im sogenannten Patchwalzen zu dünnen Blechen verarbeitet. Beim Patchwalzen werden Lagen warmgewalzter Titanbleche übereinandergelegt, mit einer Deckschicht aus Baustahl abgedeckt und bei einer Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes gewalzt. Im Vergleich zum Kaltwalzen ist dieses Verfahren äußerst komplex und sehr teuer. Darüber hinaus ist der für das Warmwalzen geeignete Temperaturbereich begrenzt, was zahlreiche Verarbeitungsbeschränkungen mit sich bringt.
Im Gegensatz dazu ist beispielsweise die Titanlegierung Ti-3Al-2,5V-Legierung (ASTM Gr. 9) eine universell einsetzbare Titanlegierung, die sich zu Coils walzen lässt. Die 0,2%-Streckgrenze dieser Legierung beträgt jedoch ca. 500 MPa und ist damit deutlich niedriger als die der zuvor genannten Ti-6Al-4V-Legierung. Darüber hinaus offenbart die japanische Patentanmeldung Nr. 02-57136 ein hitzebeständiges Titanlegierungsblech mit ausgezeichneter Kaltverformbarkeit. Dieses Legierungsblech wurde primär zur Verbesserung der Kaltverformbarkeit entwickelt, weist jedoch geringe Konzentrationen der α-Phasen-stabilisierenden Elemente bzw. der β-Phasen-stabilisierenden Elemente auf. Daher ist die Festigkeitssteigerung durch Mischkristallverfestigung gering, wodurch es für Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen ungeeignet ist.
Eine Titanlegierung mit vergleichbarer Festigkeit wie die Ti-6Al-4V-Legierung, die zu Coils gewalzt werden kann, ist Ti-4,5Al-2Mo-1,6V-0,5Fe-0,3Si-0,05C (ASTM Gr. 35) und wird bereits in Serie als kaltgewalztes Coil hergestellt. In KSTi-9 werden, ähnlich wie in der Legierung Ti-6Al-4V, Molybdän und Vanadium als β-Phasenverfestigungselemente eingesetzt. Eine weitere hochfeste Titanlegierung ist Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0,25O (ATI425 (US-amerikanische eingetragene Marke)). In dieser Legierung dient Vanadium als wichtigstes β-Phasenstabilisierungselement (β-Phasenverfestigungselement).
Des Weiteren offenbart die japanische Patentanmeldung Nr. 01-111835 eine Legierung, die zur Verbesserung der Kaltverformbarkeit entwickelt wurde. Die darin beschriebene Titanlegierung weist aufgrund des Erhalts der β-Phase eine hohe Verformbarkeit auf, was eine hohe Konzentration des β-Phasen-stabilisierenden Elements erfordert.
Wie bereits erwähnt, benötigen Titanlegierungen, die in Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt usw. verwendet werden, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Kaltverformbarkeit (die Fähigkeit, zu Spulen gewalzt zu werden). Bei geringer Kaltverformbarkeit entstehen beim Kaltwalzen Risse an den Enden des Titanlegierungsblechs, die sich ausbreiten und zum Bruch führen. Selbst wenn Kaltwalzen (Spulenwalzen) möglich ist, erfordert eine geringe Kaltverformbarkeit wiederholtes Kaltwalzen und anschließendes Glühen, was die Kosten erhöht. Darüber hinaus gibt es bei Titanlegierungen mit geringer Zerspanbarkeit, selbst wenn Kaltwalzen möglich ist, Fälle, in denen die Weiterverarbeitung auf dem aktuellen Produktniveau (z. B. Biegen) schwierig ist. Ziel ist es, eine Titanlegierung mit höherer Festigkeit als bestehende Werkstoffe, guter Walzbarkeit (Kaltwalzen) und Bearbeitbarkeit (Dehnung, Duktilität) bei gleichzeitiger Kostenkontrolle zu entwickeln, ohne auf teure Legierungselemente (Mo, V, Nb usw.) angewiesen zu sein.
Die Titanlegierung erfüllt folgende Bedingungen: Al-Äquivalent (Al + 10 O (Sauerstoff)): 3,5–7,2 Masse-%, Al: mehr als 1,0 % und weniger als 4,5 %, O: weniger als 0,60 %, Fe-Äquivalent (Fe + 0,5 Cr + 0,5 Ni + 0,67 Co + 0,67 Mn): mehr als 0,8 % und weniger als 2,0 %. Sie enthält außerdem ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu: 0,4–3,0 % und Sn: 0,4–10 %. Das Gleichgewicht zwischen Titan und unvermeidbaren Verunreinigungen ist optimal. Dadurch wird eine Titanlegierung mit höherer Festigkeit als die bisherige Legierung Ti-3Al-2,5V hergestellt, die sich zu Spulen walzen lässt und gleichzeitig gute Kaltwalzeigenschaften für das Spulenwalzen sowie eine gute Bearbeitbarkeit (geringe Dehnung) aufweist. Die Titanlegierung dieser Erfindung erreicht eine Festigkeit, die der von Ti-6Al-4V entspricht. Dies ermöglicht die Herstellung hochfester Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, Chemieanlagen, Automobile usw. bei hoher Produktivität und niedrigen Kosten.
Darüber hinaus erreicht die Titanlegierung eine höhere Festigkeit als die zuvor genannte Legierung Ti-3Al-2,5V, die sich zu Spulen walzen lässt und der Festigkeit von Ti-6Al-4V entspricht.
