Insbesondere Titan ist ein interessantes Leichtmetall, da es fast 50 % leichter ist als Stahl. Daher sind Ti, Zr, Hf- Bauteile im Kraftfahrzeugbereich besonders interessant, wenn ungefederte oder rotierende bzw. oszillierende Massen redu- ziert werden sollen. In diesem Zusammenhang sind Gesenk- schmiedeteile (aus Stäben, Drähten), insbesondere geschmiede- te Pleuel, Kurbel-und Nockenwellen oder Ventilteile zu nen- nen. Titan verfügt im Vergleich zu metallischen Werkstoffen jedoch über ein vergleichsweise niedriges Elastizitätsmodul (kurz : E-Modul in GPa ; Materials Properties Handbook : Titani- um Alloys, Editors : Boyer, Welsch, Collings, ASM Internatio- nal, Materials Park, OH 44073-002). So beträgt das E-Modul von Titan-Legierungen lediglich ca. 90 GPa, von Stahl ca. 210 GPa, von Al-Legierungen ca. 70 GPa und von Mg-Legierungen ca.

30 bis 40 GPa.

Gesenkschmiedeteile von sich in Motoren bewegenden Bauteilen aus Titan, wie beispielsweise Pleuels, Kurbelwellen, Nocken- wellen und/oder Ventilteilen, können folglich nur geringen Belastungen standhalten.

Im Stand der Technik sind Beschichtungsverfahren für Bauele- mente beschrieben, die zu einer Härtung der Titanlegierung führen. DE 36 15 425 betrifft ein aufwändiges Plasmabeschich- tungsverfahren mittels Titanlegierungen auf Maschinenelemen- ten zu deren Härtung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Gesenkschmiedeteilen, die im wesentlichen aus Ti, Zr, Hf oder einer entsprechenden Legierung bestehen, be- reitzustellen, bei welchem ein hoher E-Modul der Gesenk- schmiedeteile erzielt wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem zu 80 Gew. % oder mehr Ti und/oder Zr und/oder Hf enthaltende Mate- rialien, oder Legierungen davon, in oder während des Umfor- mens oberhalb 5-15 K der a/ß-Phasengrenze erwärmt und an- schließend abgekühlt werden. Vorzugsweise ist eine Erwärmung für ca. 20 bis 60 Minuten vorzusehen. Dadurch wird erreicht, dass das E-Modul und Festigkeit der verwendeten Ti, Zr, Hf- Materialien in und während der Herstellung des Gesenkschmie- deteils erhöht wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können im Ver- gleich zu Stahlbauteilen bis zu 35 % oder mehr der oszillie- renden Massen in einem Motor, insbesondere bei Pleuel, Kur- bel-und Nockenwellen und/oder Ventilteilen, reduziert wer- den. Vorteile ergeben sich hinsichtlich verbesserter Motordy- namik, geringerer Geräuschemission, Entfall der Lancester- Ausgleichswelle sowie Kraftstoffeinsparung.

Als Ti, Zr, Hf-Materialien sind erfindungsgemäß geeignet Titan als solches, Zirconium als solches, Hafnium als sol- ches ; bevorzugt jedoch Legierungen enthaltend Ti und/oder Zr und/oder Hf zu 80 Gew. % oder mehr, vorzugsweise 90 Gew. %.

Besonders bevorzugt sind jedoch Titan-Legierungen mit einem Anteil an 80 Gew. % Titan, vorzugsweise 90 Gew. % Titan. Zr und Hf können als weitere Nebenbestandteile in der Größenord- nung 1-20 Gew. %, vorzugsweise 5-15 Gew. % enthaLten sein.

Ebenfalls können Beimengungen üblicher Metalle enthalten sein, wie Al, Si, Mg, Fe, Ni, Co, Mo, V oder anderer-Leicht- und Schwermetalle. Weitere bevorzugte Legierungen sind Ti Al 6 V 4 oder Ti Al 6 Fe 2 Si, wie sie im Kraftfahrzeugbau zum Einsatz kommen.

Erfindungsgemäß werden a/ß-Ti-Legierungen bzw. t/ß-Ti enthal- tende Materialien, die sowohl an hochfester, kubisch raum- zentrierter ß-Phase als auch an hexagonaler a-Phase mit hohem E-Modul verfügen, verwendet. Beim so genannten Hochtempera- turumformen werden mehr ß-Phasen und beim Niedrigteaperatur- umformen mehr-Phasen gebildet. Erfindungsgemäß wird im t/ß- Gebiet umgeformt und zwar beim Erwärmen 5-15°C vorzugsweise 8 - 10-12°C oberhalb der t/ß-Phasengrenze. Bei reinem Titan geht beispielsweise bei 882, 5°C a-Ti in ß-Ti über (so genann- te o'/ß-Phasengrenze), d. h. die Erwärmung sollte erfi ndungsge- mäß bei 887-897°C erfolgen. Für Ti AI 6 V 4 oder Ti AI 6 Fe 2 Si liegt der entsprechende bevorzugte Erwärmungswert bei 975°C 15°C.

Die Erwärmungsdauer im besagten Temperaturbereich beträgt mindestens 20 Minuten bis 45 Minuten oder länger, vorzugswei- se jedoch nicht länger als 1 Stunde.

Hierdurch wird beim Aufwärmen die a-Niedrigtemperatarphase durch die ß-Hochtemperaturphase derart durchsetzt, class sich eine a/ß-Webstruktur bzw. ein erfindungsgemäßer Verbundwerk- stoff ergibt (Figur 1), der die hohen Festigkeitseigenschaf- ten der ß-Phase sowie den höheren E-Modul der a-Phase erfin- dungsgemäß vereinigt. Dieses temperaturabhängige Umformgebiet ist sehr eng auszuwählen, bzw. es sind Erwärmungs-bzw. Um- formtemperaturen von 15 K, vorzugsweise 5 K um den optima- len Umformbereich von 10 K oberhalb der a/ß-Phasengrenze ein- zustellen. Wird dieser Bereich verlassen, so liegen entweder isolierte a-oder ß-Phasen in einer ß-bzw. a-Grundmatrix vor (Figur 2), so dass nachteilig der niedrige E-Modul der ß- Phase resultiert. Die gewünschte t/ß-Webstruktur lässt sich erfindungsgemäß hinsichtlich einer stärkeren Durchflechtung der a-und ß-Phasen verbessern, indem nach dem Umformen lang- sam an Luft bzw. in Gasatmosphäre abgekühlt wird. Hierdurch wird die S Webstruktur weiter durch die a-Phase durchsetzt.

Im Ergebnis wird eine alternierende Anordnung der a-Phase und der ß-Phase im Material erreicht. Im weitesten Sinne wird ei- ne Mischphase in einer a/ß-Webstruktur erhalten. Erfindungs- gemäß kann sich nach'dem Umformen ein Entspannungsglühen bei 650 50°C anschließen, um neben dem Abbau ungewünschter Um- formeigenspannungen eine stärkere Durchsetzung der a/ß- Webstruktur mit der a-Phase mit hohem E-Modul zu erzielen (Figur 3). Hierbei ist die Glühzeit derart zu begrenzen, das die a/ß-Webstruktur nicht zerstört wird. Anhand bei 975°C 5°C gesenkgeschmiedeter Ti-Pleueln, die nach dem Umformen langsam in Luft abkühlten, konnte bei den a/ß-Legierungen Ti Al 6 V 4 ein E-Modul von 130 GPa bzw. Ti A1 6 Fe 2 Si ein E- Modul von 140 GPa realisiert werden. Ein anschließendes Ent- spannungsarmglühen bei 650°C erbringt eine zusätzliche E- Modulsteigerung von mindestens 5 GPa. Die durch das erfin- dungsgemäße Verfahren erzielte Zugfestigkeit liegt bei Legie- rungen (z. B. Ti Al 6 V 4, Ti Al 6 Fe 2 Si) oberhalb 1100 MPa bzw. die Dehngrenze oberhalb 1000 MPa. Dies entspricht den Festigkeitswerten hochfester ß-Ti-Legierungen, die oberhalb denen von Stahl liegen. So konnte vorteilhaft die oszillie- rende Masse bei Ti Al 6 Fe 2 Si-Pleueln im Vergleich zu hochfesten Stahlpleueln bis zu 35%-45 % reduziert werden.

Beschreibung der Figuren : Figur 1 : ß-Webgefüge (Webstruktur) eines bei 975 °C geschmiedeten Ti-Pleuels aus Ti Al 6 Fe2 Si (weiße a-und graue ß-Lamel- len).

Figur 2 : a/ß-Webgefüge (Webstruktur) eines bei 990 °C geschmiedeten Ti-Pleuels aus Ti AI 6 Fe 2 Si mit isolierten weißen a-In- seln.

Figur 3 : optimales a Webgefüge (Webstruktur) eines bei 975 °C um- geformten und dann bei 650 °C spannungsarmgeglühten Ti- Pleuels aus Ti Al 6 Fe2 Si (weiße a-und graue ß-Lamellen).