高强度钛合金制造技术

本发明专利技术涉及一种钛合金的非限制性实施方案，其以基于总合金重量的重量百分比计包含：2.0至5.0的铝；3.0至8.0的锡；1.0至5.0的锆；0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的群组的元素；钛；和杂质。所述钛合金的非限制性实施方案包含有意添加的锡和锆以及某些其它合金添加剂、例如铝、氧、钒、钼、铌和铁以稳定α相并增加所述α相的体积分数而没有形成脆化相的风险，观察到锡和锆以及某些其它合金添加剂的所述有意添加能在保持延展性的同时增加室温拉伸强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度钛合金
本公开涉及高强度钛合金。
技术介绍
钛合金通常表现出高强度重量比，耐腐蚀，并在适度高温下抗蠕变。由于这些原因，钛合金被用于航空和航天应用，包括例如起落架构件、发动机框架和其它关键结构部件。例如，Ti-10V-2Fe-3Al钛合金(也称为“Ti10-2-3合金”，其具有UNS56410中指定的成分)和Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr钛合金(也称为“钛5553合金”；UNS未指定)是用于起落架应用和其它大型部件的商业合金。这些合金表现出在170-180ksi范围内的极限拉伸强度，并且在厚截面上是可热处理的。然而，这些合金在室温下在高强度条件下往往具有有限的延展性。这种有限的延展性通常是由脆化相诸如Ti3Al、TiAl或ω相引起的。此外，Ti-10V-2Fe-3Al钛合金可能难以加工。所述合金在固溶处理后，必须例如通过水或空气淬火来快速冷却，以便获得所期望的产品机械性能，这可能会限制其适用于小于3英寸(7.62cm)的截面厚度。Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr钛合金可从溶液温度进行空气冷却，因此，可以以高达6英寸(15.24cm)的截面厚度使用。然而，它的强度和延展性低于Ti-10V-2Fe-3Al钛合金。由于脆化二次亚稳相的沉淀，目前的合金在高强度条件下也表现出有限的延展性，例如小于6％。因此，需要这样的钛合金，其在室温下在大于约170ksi的极限拉伸强度下具有厚截面淬透性和/或改善的延展性。
技术实现思路
根据本公开的一个非限制性方面，以基于总合金重量的重量百分比计，钛合金包含：2.0至5.0的铝，3.0至8.0的锡，1.0至5.0的锆，0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的组的元素，钛，和杂质。根据本公开的另一个非限制性方面，以基于总合金重量的重量百分比计，钛合金包含：8.6至11.4的一种或多种选自由钒和铌组成的组的元素，4.6至7.4的锡，2.0至3.9的铝，1.0至3.0的钼，1.6至3.4的锆，0至0.5的铬，0至0.4的铁，0至0.25的氧，0至0.05的氮，0至0.05的碳，钛，和杂质。根据本公开的又一个非限制性方面，以基于总合金重量的重量百分比计，钛合金基本上由以下组成：2.0至5.0的铝，3.0至8.0的锡，1.0至5.0的锆，0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的组的元素，钛，和杂质。附图说明通过参考附图，可以更好地理解本文描述的合金、制品和方法的特征和优点，其中：图1是示出加工根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的方法的非限制性实施方案的图表；和图2是绘制根据本公开的钛合金的非限制性实施方案与某些常规钛合金相比的极限拉伸强度(UTS)和伸长率的图。在考虑根据本公开的某些非限制性实施方案的以下详细描述后，读者将理解前述细节以及其它细节。具体实施方式在非限制性实施方案的当前描述中，除了在操作实施例中或另有指出之外，所有表示数量或特征的数字都应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在以下描述中阐述的任何数值参数都是近似值，所述近似值可能会根据人们试图在材料中获得的期望性能而变化并且随着根据本公开的方法而变化。至少，而且不是试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数值参数都应该至少根据报告的有效数字的数量并且通过应用普通的舍入技术来解释。除非另有说明，否则本文描述的所有范围都包括所描述的终点。任何被描述为通过引用全部或部分并入本文的专利、出版物或其它公开材料仅在所并入的材料不与现有定义、陈述或本公开中阐述的其它公开材料冲突的程度上并入本文。因此，并且在必要的程度上，本文所阐述的公开内容将取代通过引用并入本文的任何冲突材料。被描述为通过引用并入本文但与现有定义、陈述或本文所阐述的其它公开材料冲突的任何材料或其部分仅在所并入的材料与现有公开材料之间不存在冲突的程度上并入。如本文所用，术语“延展性”或“延展性极限”是指金属材料在不发生断裂或开裂的情况下所能承受的减薄或塑性变形的极限或最大量。所述定义与例如ASM材料工程辞典(ASMMaterialsEngineeringDictionary),J.R.戴维斯(J.R.Davis)编,美国材料信息学会(ASMInternational)(1992),第131页中赋予的含义一致。本文提及的“包含”特定成分的钛合金旨在包括“基本上由所陈述的成分组成”或“由所陈述的成分组成”的合金。应理解，本文所述的“包含”特定成分、“由特定成分组成”或“基本上由特定成分组成”的钛合金组合物也可包括杂质。本公开部分地涉及解决常规钛合金的某些局限性的合金。根据本公开的钛合金的一个非限制性实施方案可以包含以下或基本上由以下组成(以基于总合金重量的重量百分比计)：2.0至5.0的铝，3.0至8.0的锡，1.0至5.0的锆，0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的组的元素，钛，和杂质。所述钛合金的某些实施方案可以进一步包含以下或基本上由以下组成(以基于总合金重量的重量百分比计)：6.0至12.0，或在一些实施方案中为6.0至10.0的一种或多种选自由钒和铌组成的组的元素，0.1至5.0的钼，0.01至0.40的铁，0.005至0.3的氧，0.001和0.07的碳，和0.001至0.03的氮。根据本公开的钛合金的另一个非限制性实施方案可以包含以下或基本上由以下组成(以基于总合金重量的重量百分比计)：8.6至11.4的一种或多种选自由钒和铌组成的组的元素，4.6至7.4的锡，2.0至3.9的铝，1.0至3.0的钼，1.6至3.4的锆，0至0.5的铬，0至0.4的铁，0至0.25的氧，0至0.05的氮，0至0.05的碳，钛，和杂质。在根据本公开的合金的非限制性实施方案中，合金组合物中的杂质元素和杂质可以包含以下或基本上由以下组成：氢、钨、钽、锰、镍、铪、镓、锑、硅、硫、钾和钴中的一种或多种。根据本公开的钛合金的某些非限制性实施方案可以包含，以基于总合金重量的重量百分比计，0至0.015的氢和0至0.1的钨、钽、锰、镍、铪、镓、锑、硅、硫、钾和钴中的每一种。在本专利技术钛合金的某些非限制性实施方案中，钛合金包含6.0至9.0的铝当量值以及5.0至10.0的钼当量值，本专利技术人观察到所述铝当量值和所述钼当量值改善了在室温下在大于约170ksi的极限拉伸强度下的延展性，同时避免了不期望的相，加速沉淀动力学，并促进加工过程中的马氏体转变。如本文所用，“铝当量值”或“铝当量”(Aleq)可如下测定(其中所有元素浓度均以重量百分比计，如所示)：Aleq＝Al(wt.％)+[(1/6)×Zr(wt.％)]+[(1/3)×Sn(wt.％)]+[10×O(wt.％)]。如本文所用，“钼当量值”或“钼当量”(Moeq)可如下测定(其中所有元素浓度均以重量百分比计，如所示)：Moeq＝Mo(wt.％)+[(1/5)×Ta(wt.％)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：/n2.0至5.0的铝；/n3.0至8.0的锡；/n1.0至5.0的锆；/n0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的群组的元素；/n钛；和/n杂质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180507 US 15/972,3191.一种钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
2.0至5.0的铝；
3.0至8.0的锡；
1.0至5.0的锆；
0至总共16.0的一种或多种选自由氧、钒、钼、铌、铬、铁、铜、氮和碳组成的群组的元素；
钛；和
杂质。


2.根据权利要求1所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
6.0至12.0的一种或多种选自由钒和铌组成的群组的元素。


3.根据权利要求1所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
0.1至5.0的钼。


4.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含6.0至9.0的铝当量值。


5.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含5.0至10.0的钼当量值。


6.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含6.0至9.0的铝当量值以及5.0至10.0的钼当量值。


7.根据权利要求6所述的钛合金，其中以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
6.0至12.0的一种或多种选自由钒和铌组成的群组的元素；
0.1至5.0的钼；
0.01至0.40的铁；
0.005至0.3的氧；
0.001至0.07的碳；和
0.001至0.03的氮。


8.根据权利要求7所述的钛合金，其中以基于总合金重量的重量百分比计，铝、锡和锆含量的总和为8至15。


9.根据权利要求7所述的钛合金，其中所述铝当量值与所述钼当量值的比率为0.6至1.3。


10.一种制造钛合金的方法，所述方法包括：
将钛合金在760℃至840℃下固溶处理1至4小时；
将所述钛合金空气冷却至环境温度；
将所述钛合金在482℃至593℃下老化8至16小时；以及
将所述钛合金空气冷却，
其中所述钛合金具有在权利要求1中叙述的组成。


11.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金在室温下表现出至少170ksi的极限拉伸强度UTS，并且其中所述钛合金的极限拉伸强度和伸长率满足下面的方程：
(7.5×以％表示的伸长率)+UTS≥260.5。


12.一种钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
8.6至11.4的一种或多种选自由钒和铌组成的群组的元素；
4.6至7.4的锡；
2.0至3.9的铝；
1.0至3.0的钼；
1.6至3.4的锆；
0至0.5的铬；
0至0.4的铁；
0至0.25的氧；
0至0.05的氮；
0至0.05的碳；
钛；和
杂质。


13.根据权利要求12所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
8.6至9.4的一种或多种选自由钒和铌组成的群组的元素。


14.根据权利要求12所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
10.6至11.4的一种或多种选自由钒和铌组成的群组的元素。


15.根据权利要求12所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
2.0至3.0的钼。


16.根据权利要求12所述的钛合金，以基于总合金重量的重量百分比计，所述钛合金包含：
1.0至2.0的钼。


17.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含7.0至8.0的铝当量值。


18.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含6.0至7.0的钼当量值。


19.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含7.0至8.0的铝当量值以及6.0至7.0的钼当量值。


20.根据权利要求19所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马夏斯·加西亚阿维拉，约翰·V·曼蒂奥尼，马修·J·阿诺德，
申请(专利权)人：冶联科技地产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US