制造β－钛合金的方法

专利名称：制造β－钛合金的方法
技术领域：
本发明是关于制造钛合金，尤其是β-钛合金的方法。本发明包括冷加工β-钛合金，随后直接使合金老化小于4小时。
描述钛合金的独特特性，使其适用于要求高抗腐蚀性、高强度、和低的物重的应用中。鉴于价格的原因，要求抗腐蚀的应用，常常使用低强度非合金的钛轧材。非合金钛可制造成例如在化学加工、脱盐、和发电中所使用的设备。与之相反，高性能的应用，常常根据一些设计因素，包括重量、强度、延展性，和可靠性的要求，以一种极优选的方式，使用高强度的钛合金。为了满足这种特殊使用的要求，用于高性能使用的合金，通常比用于耐腐蚀用的钛，进行更为严格的处理，随之带来额外的费用。尽管如此，各种钛合金所固有的高强度、高硬度、良好的韧性、低密度、和优良的抗腐蚀能力，等综合特性，适用于低到中温的应用中，主要是以重量轻，用于航天结构和其他高性能的应用中。这种重量轻常常又会增加有关处理钛合金的费用。
钛合金可以以几种冶金类型中的一种进行分类，例如有α、近似α、α-β、或β型的。β-钛合金尤其适用于航天结构。热加工的β-钛合金可冷加工成最终或近似最终的形式。冷加工过程使合金具有高水平强度和/或适宜的延展性/强度的性能关系。某些“Aerospace Material Specifications”，AMS4957A和AMS 4958A中，确实说明了对β-钛合金Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo(此处称为Ti-38-644合金)的推荐处理条件以制造主要用作航天盘簧圆棒或线。通常，航天弹簧的应用要求高的抗拉强度，低的密度和抗腐蚀性。Ti-38-644合金，以重量计，含有3.0-4.0％的铝、7.5-8.5％的钒、5.5-6.5％的铬、3.5-4.5％的钼、3.5-4.5％的锆、最大0.14％的氧，最大0.05％的碳、最大0.03％的氮，其余为钛。AMS 4957B对合金成分也提出了一些另外的限定，包括最大0.30％的铁、最大0.10％的钯、最大300ppm的氢、最大50ppm的钇，其余元素总共最大为0.40％。根据AMS的技术要求，合金必须通过在850°F～1050°F(454℃～566℃)下加热，并在所择温度±10°F(6℃)下，保持6～20小时以进行老化。所要求的最小拉伸性能，作为适用的，根据ASTME8或ASTME8M确定，取决于最终产品圆棒或丝的额定直径，但是，没有任何一种情况，是小于180ksi的最小抗拉强度，8％的最小延伸度，和20％的最小面积减少(“RA”)。
不管钛合金的冶金类型是α、近似α、α-β、或β中的哪一种，都受合金的化学组成，施加的热处理、和其它因素所影响。冶金类型的规定，都涉及室温下存在于合金微观结构中的主要结晶相。钛金属在室温下具有称为“α”的紧密堆积的六方晶结构(“hcp”)。在高温度下，该结构可转变成体心立方晶结构(“bcc”)(“β”)。发生这种转变的温度称为“β转变温度”。对于工业上纯钛合金的β转变温度约为1625°F(885℃)，在纯钛中添加某些合金的元素可促进形成α和β晶体结构的一种或另一种。有利于α结构的元素称为“α稳定剂”，有利于β结构的元素称为“β稳定剂”。例如，铝是一种α稳定剂，将铝添加到钛合金中可增β转变温度。铬、铁、钼、和钒是β稳定剂，它们的添加可降低β转变温度，在低温下可稳定β结构。合金中α和β的相对量和施用于合金的热处理，在特定的温度范围内，决定合金的微观结构是否主要是单-α相、单-β相、或α、β的混合相。
钛合金的特性与它的微观结构有关，α-β两相合金一般呈现的拉伸强度，大于α单相合金或β单相合金。通过热处理可进一步增强α-β合金，这是因为通过控制加热、淬火和老化循环，可控制微观结构。
许多β-钛合金和一种以上的β稳定剂形成合金。用足够量的β稳定剂，并在热处理和冷却过程的适当控制，可在低于合金通常的β转变温度的相当低的温度下保持β相。例如，通过从高于或经β转变温度迅速冷却，如通过淬火处理，可在钛合金中保持β相。然而，钛合金必须具有足够量的β稳定剂，以阻止β相通过马氏体转变而转变成α相。含有足量β稳定剂的钛合金，其量要足以降低合金的马氏体转变温度到低于室温，但不能足以降低β转变温度到室温以下，这已知称为“亚稳”β钛合金，这种亚稳β钛合金，在热处理并冷却到室温后，至少能保持部分β结构。本文中所用的对β钛合金的参考文献正如上述对亚稳β钛合金。
此外，除了另有说明，本说明书和权利要求中所使用的表示组份、时间、温度、等量的所有数值，都应理解成在所有实例中以术语“约”改变。因此，除非作出相反说明，在下面说明书和权利要求中列出的数字参量都是近似值，该值可根据本发明获得的要求特性进行变化。至少没有打算限定相当于权利要求范围原则的申请，每个数字参量至少应认为在所报导的有效数的范围内和通过使用一般的舍入技术。
尽管本发明设定的宽的数字范围和参量，都是近似值。在具体实例中设定的数值是以尽可能准确的报导。然而，任何数值肯定含有某种误差，这种误差必然是由各次试验中求得的标准偏差引起的。
本发明的实施方案通过包括对合金进行冷加工，然后直接将合金进行总老化时间少于4小时的老化的步骤的方法而处理β-钛合金。例如β-钛合金可以是Ti-38-644合金。该方法可包括将合金制成制品，例如如棒、丝、盘簧。
本发明的另一实施方案是由β-钛合金生产弹簧或其他制品的方法。例如β-钛合金可以是含有如下成分的合金，以重量计，为3.0-4.0％的铝、7.5-8.5％的钒、5.5-6.5％的铬、3.5-4.5％的钼、3.5-4.5％的锆，其余为钛。对合金进行热加工、冷加工，以提供5-60％的压缩，并直接老化，其总老化时间少于4小时。作为本文中使用的冷加工定义为可在低于合金的有效老化温度的温度下进行的各种处理过程。因此，钛合金的冷加工可在低于合金的β转变温度的温度下进行。冷加工永久变形加工件，在去除引起变形的负载时，不会返回到原来的形状。通常，冷加工的程度是以加工件横截面积的缩小百分数来确定。因此，由冷加工获得的5％压缩是指在冷加工过程中使加工件的横截面积缩小5％。本发明的实施方案中可使用任何冷加工技术。有用的冷加工技术包括，但不限定于压缩加工、拉制、拉丝、拉管、深拉、轧制、异形模压成形、挤压、冷镦、型锻、精压、锻造、拉伸过程、拉伸成形、和旋压。
可以利用冷加工改进合金的机械性能，包括硬度、屈服强度、和抗拉强度。然而，冷加工时，可降低延展性。延展性是材料对塑性变形而不断裂的能力的量度。拉伸度或抗拉试验中的RA一般用作材料延展性的量度。本发明的方法可以用于增加β-钛合金的强度，同时还能保持好的延展性，并能显著增加合金的老化响应。
按照本发明的方法制备和处理β-钛合金。然后，将它的性能与使用包括冷加工和热处理步骤的传统方法处理同样组分合金进行比较。以下对这种试验进行更详细的描述。
制备Ti38-644合金的熔体，并铸造成坯锭。合金具有的平均组成，以重量百分比计，示于表1。第1个坯锭在不超过1750°F的温度下进行热轧，退火和空气中冷却。
表1第1个坯锭的组成

部分经热轧、退火和空气冷却的坯锭，用本发明的方法进行处理，而另一部分经热轧、退火和空气冷却的坯锭，以传统方式进行处理，以作比较之用，以传统方式处理的部分，经热加工，然后固溶热处理，和接着老化。改变热处理参量，以评价机械性能的影响。正如从现有技术中所知，固溶热处理是一种热处理步骤，其中，将合金加热到适宜的温度，并在此温度下保持一段时间，足以使合金的一种或多种成分进入到固溶体中。然后将该合金迅速冷却，以使一种或多种成分保持在固溶体中。对合金进行固溶热处理主要是改进在给定强度下的延展性。
几种类型的传统热处理方法与本发明的方法进行比较。表2中包括在各种条件下通过传统热处理方法处理表1合金，在室温下进行抗拉试验的结果。表2中报导的所有拉伸性能，都是按照ASTM E8测定的。使用拉伸试验测定试验件的最大抗拉强度(“UTS”)，0.2％的屈服强度、延伸率、和RA。RA和延伸率是试验件的延展性的量度。延伸率是在加应力时，试验件的延伸量。抗伸试验中，延伸率是在原长度的样品断裂后所测量的原标准长度的增加量，通常在试验件上标注的，以原标准长度的百分比表示。
表2传统方法加工的Ti-38-644合金特性轧制和热处理的室温拉伸数据

*＝失败的近冲压标志表2中列出的试验件是从直径4英寸的坯料热轧成直径为0.569英寸的棒，并在老化前经固溶热处理，表2中的数据清楚地表明合金需要大于8小时的长时间老化，才能获得大于180ksi的高强度。对于二个试验，固溶热处理过程(1400°F(760℃)下1小时和1400°F(760℃)下20分钟)，对于AMS 4957A和AMS 4958B规定的Ti-38-644棒和丝，传统的过程需要大于8小时的老化，才能获得最小的抗拉强度。AMS 4958A规定在热轧和固溶热处理后，β-钛合金必须获得不大于5％的冷加工压缩，AMS 4958A也要求合金在老化温度下经受至少12小时老化。此外，由于在增高温度下进行固溶热处理和老化，合金表面上可形成一氧化物层。AMS 4958A还需要酸浸步骤以去除该层。
发明实施方案的描述合金的老化时间可利用不同的标准进行测定和表示。例如，老化过程的长度可以以合金曝露在炉内老化的温度下的总时间，或者以合金的表面或内部组分保持在老化温度范围内的总时间，进行测量。除另有指出外，本文中对本发明的实施方案报导的所有老化时间是在约所要求的老化温度下，合金曝露于环境中的总时间，实例中列出的试验件样品的老化是在实验炉内进行的。加热合金更有效的装置，例如产生对流炉，可对合金迅速传热，因此可降低对合金赋予所要求的性能所必要的最小老化时间。本发明的方法并不限于本文描述的实施方案，包括所用的特殊老化装置，但包括各种其他实施方案。因此，本文中呈现的本发明实施方案仅是发明的实例，而本发明的范围不受其限制。
本发明方法的实施方案包括在冷加工步骤后直接老化β-钛合金少于4小时。在冷加工前，β-钛合金可进行热加工。在热加工后，和冷加工前，合金也可以退火。β-钛合金的优选退火温度是1425°F(774℃)。对于利用本发明方法，冷加工和老化前，进行退火的试验件和未进行退火的试验件，其强度和延展性表明几乎一致。
本发明实施方案的特征和优点，参照附图，可得到更好的理解。


图1是说明Ti-38-644合金经受13％或15％冷加工压缩和950°F(510℃)下老化，老化时间对UTS，0.2％屈服强度，延伸率、和RA的影响。
图2是说明Ti-38-644合金经受13％或15％冷加工压缩和在950°F(510℃)、1000°F(538℃)，和1050°F(566℃)下老化，老化时间和老化温度对UTS的影响。和图3是说明Ti-38-644合金经受13％或15％冷加工压缩和在950°F(510℃)、1000°F(538℃)，或1050°F(566℃)下老化，老化时间和老化温度对RA的影响。
表1中的合金试验片是根据本发明方法处理的。应理解，本发明的方法也适用于其他合金组合物，并不限定本文描述的方法应用。通过使用本发明，可在相当短的时间内生产出强度相当高的β-钛合金，同时能保持延展性。表3-9中列出了本发明的实施方案。每种情况，都是在冷加工步骤后，试验件直接老化，总时间少于4小时。直接老化合金包括加工后老化合金，而没有中间加热处理步骤，诸如固溶热处理。直接老化并不排除冷加工合金后和老化合金前所进行的其他处理步骤。这些加工可以是例如机械加工，诸如修边，或化学处理，诸如酸浸。各表中列出了所使用的处理步骤和从室温下拉伸试验得到的处理合金样品的机械特性。
表3-9列出施加到具有表1组成的β-钛合金的本发明方法的实施方案。冷加工的量可以是任何程度，在本发明方法的实施方案中，β-钛合金优选冷加工到5％～60％的压缩。更优选是冷加工β-钛合金到小于35％的压缩。最好本发明方法的实施方案包括将β-钛合金冷加工到15～35％的压缩。关于表3，对试验片进行热轧、冷拔得到8％的压缩，然后按照各表所示的温度和时间进行直接老化。表3中描述的试验片在冷拔前还进行退火和无心研磨。在表3列出的实施方案，直接老化不到4小时，就能产生很高的强度(UTS大于170ksi)，并能保持延展性(延伸率大于8％，RA大于20％)。在所列实施方案中，可实施UTS值大于180ksi，并高达199ksi。在950°F(510℃)的老化温度下实现了最高的UTS值，在该温度下，仅以166分钟的老化总时间，就获得了199ksi的UTS。
通过延伸率和RA的测量，在1050°F(566℃)的较高老化温度下得以实现最高延展性。
表3具有8％的冷加工压缩的本发明实施方案的拉伸试验结果

表4中列出了本发明的实施方案，其中试验片是经过热轧，冷拔到13％压缩，和直接老化。此外，表4中描述的实施方案是在热轧后，冷拔前，进行退火和无心研磨。表4中的本发明方法的实施方案，在仅20分钟的老化时间后，呈现强度明显地增加。在950°F(510℃)和1000°F(538℃)的老化温度下，进一步老化，强度增加到大于AMS 4958A和AMS 4957B规定中所要求的值。然而，在1050°F(565℃)下老化的试验件，没有获得在较低老化温度下老化的试验片所得的同样高的强度。但在1050°F(565℃)下老化的试验片，保持了通过延伸率和RA所测量的较大的延展性。
表4具有13％的冷加工压缩的本发明实施方案的拉伸试验结果

表5中列出的本发明实施方案，其中，试验片是经过热轧，冷拔到13％压缩，和直接老化，形式类似于表4中示出的实施方案。然而，在表5中列出的试验片在冷拔前没有进行退火和无心研磨。尽管如此，表5中列出的本发明实施方案，制造的试验片呈现出很高的强度和延展性。表5中的实施方案，在老化时间缩短到69～72分钟时，使β-钛合金产生非常高的强度(UTS在190ksi以上)。结果表明当本发明施用于表1中的β-钛合金时在本发明的实施方案中可以排除退火步骤，而不会明显影响机械性能。
表5具有13％的冷加工压缩，并没有退火的本发明实施方案的拉伸试验结果


表6中列出的本发明实施方案，其中，试验片是经过热轧、冷拔到15％压缩，和直接老化。此外，表6中的试验片在冷拔前，不进行退火和无心研磨。表6中本发明的某些实施方案包括不到60分钟的老化时间。包括冷却加工到15％压缩的实施方案，呈现出的强度高于包括冷加工到8％压缩的实施方案，而且延展性没有相应损失。冷加工到15％压缩的实施方案，在900°F(482℃)和950°F(510℃)下，老化总时间仅45分钟后，就能获得大于190ksi的UTS，在同样的温度下，老化时间仅60分钟后，获得的UTS大于200ksi。
表6具有15％的冷加工压缩的本发明实施方案的拉伸试验结果

表7中列出的本发明实施方案，其中，试验片是经过热轧、冷拔到19％、和直接老化。除此之外，表7中描述的实施方案是在冷拔前进行退火和无心研磨。
表7具有19％的冷加工压缩的本发明实施方案的拉伸试验结果

表8列出的本发明实施方案，其中，试验件是经过热轧、冷拔到20％压缩，和直接老化。此外，表8中的试验片，在冷拔前未进行退火和无心研磨。表8中的本发明实施方案，有大约5％的UTS增加和6％的0.2％屈服强度的增加，超过了使用15％压缩的冷加工实施方案。冷加工到20％压缩的实施方案，降低了延展性5％(以延伸率测量)或9％(以RA测量)。
表8具有20％的冷加工压缩的本发明实施方案的抗拉试验结果

表9中列出的本发明实施方案，其中，试验片是经过热轧、冷拔到25％压缩、和直接老化。此外，在冷拔前，表9中描述的实施方案未经退火和无心研磨。表9中列出的本发明实施方案，平均显示UTS增加了约7％，和0.2％屈服强度增加了9％，超过了使用加工到15％压缩的实施方案。与利用冷加工到15％压缩的实施方案比较，冷加工到25％压缩的实施方案，降低延展性11％(以延伸率测量)或2％(以RA测量)。
表9具有25％的冷加工压缩的本发明实施方案的拉伸试验结果

包括冷加工到13％或15％压缩步骤的本发明实施方案的拉伸性能示于图1-3中。图1是老化时间对具有表1所示组成的Ti-38-644β-钛合金样品影响的说明图。其中方法包括冷加工到13％或15％压缩的步骤。对于老化总时间的最初至少60分钟，UTS和0.2％屈服强度迅速增加。对于这些实施方案，试验件的UTS在大约30分钟的老化时间内，就达到180ksi。这些试验件通常在实验室内试验炉中进行老化，生产老化炉似乎是更有效地加热制品并因此在生产炉内，预计可减少达到高强度时本发明方法所需用的总老化时间，在某些情况下，有可能只需2/3或更多一些时间。
β-钛合金可在低于β转变的温度下进行老化。β-钛合金的老化最好在800°F(427℃)～1100°F(538℃)的温度下进行。对于某些应用，β钛合金的老化可在800°F(427℃)～1000°F(538℃)，最好在900°F(482℃)～1000°F(538℃)下进行。
从图1可以看到，以延伸率或RA测量的试验件的延展性，随老化总时间而降低。然而，延展性随着总老化时间缓慢降低，仍可获得超过200ksi的UTS，同时又保持了相当良好的延展性。对于某些应用，诸如汽车、雪地机动车、摩托车和其他再造车辆的悬挂弹簧，和活塞发动机的阀弹簧最好是短时间老化。汽车生产线可包括生产所要求的卷绕和老化弹簧的安装。例如，弹簧可以是卷绕，然后在传送带上以带状通过老化炉进行老化。在这些和另一些应用中，β钛合金优选老化不到3小时。最好是使β钛合金老化不到2小时，甚至对于某些时间敏感的应用中，老化要少于1小时，最好少于45分钟。本发明生产的合金不仅可用于弹簧，以外其他应用中，例如在生物医药工业中用于外科手术器械或植入物中。
图2是说明老化时间和老化温度对包括冷加工到13％或15％压缩的本发明实施方案处理的β钛合金试验件的UTS产生影响。本发明的实施方案使用低温下老化获得了较高的UTS。可以预测到，由于晶体是在较高温度下生长和由于加工条件导致合金中存在少量体积的α相，这两种情况对β钛合金都会产生负影响。
图3是说明老化时间和老化温度对使用包括冷加工到13％或15％压缩的本发明实施方案，以面积减少测量表1中β钛合金试验件的延展性所产生的影响。本发明的实施方案，使用较高温度下老化，试验件随时间产生较高的延展性。可以预测到，由于晶体是在较高温度下生长，虽然对强度有负影响，但提高了β钛合金的延展性。
根据本发明的方法制造和处理第2个钛坯料。表10中示出了第2坯料在三个部位的组成。对合金三个部分的组成进行试验，以证实其成分，确保整个坯锭具有一个良好的一致性组成。
表10第2个坯锭的组成

根据本发明的方法对第2坯锭进行处理，第2坯锭在不超过1825°F(996℃)的温度下进行热轧，并进行退火和空气中冷却。关于表11，由第2坯锭制造的试验片，进行热轧，冷拔以获得16.5％的压缩，然后在表中所示的温度和时间下进行直接老化。表11中描述试验片，在冷拔前，在不超过1450°F(774℃)的温度下进行退火，并在空气中冷却。表11中列出的实施方案，用不到30分钟的直接老化，就获得了较高的强度(大于190ksi的UTS)，并保持了延展性(延伸率大于8％，RA大于20％)。在列出的实施方案中，实现了大于200ksi，甚至达到220ksi的UTS。再有，在较低的老化温度下实施了最高的UTS值，在900°F(482℃)下，总老化时间只有60分钟，就获得了220ksi的UTS。在1050°F(566℃)的较高老化温度下，实施了由延伸率和RA测量的最高延展性。
表11对由第2坯锭制造的具有16.5％冷加工压缩的本发明实施方案抗拉伸试验结果

通常，由表11描述的本发明方法的实施方案制造的试验片，与利用表3-9描述的本发明方法实施方案制造的试验件相比，在较短的老化时间内就获得了较高的抗拉强度。然而，总体讲，表11中描述的试验片，延展性都较低，可以认为，第2坯锭经受较高的热轧温度，可获得较低的延展性，这是因为较高的处理温度有利于较大尺寸的β粒子。考虑到较高强度与退火后的较低冷却有关，所以对于某些老化，退火要在冷加工之前进行。
表12示出了通过本发明方法制备的制品进行旋转梁式疲劳试验的结果，其中制品经过热轧、冷拔到15％压缩，和950°F(510℃)下直接老化1小时，根据国际试验标准ISO1143，在50Hz的频率，R＝-1，利用平滑棒，进行旋转梁式疲劳试验，以测定弯曲疲劳。结果表示在断裂前每个样品经受的循环数，或者，如果未发生断裂，对样品进行循环的总数。
表12对本发明的实施方案进行旋转梁式疲劳试验的结果，本发明方案包括15％的冷加工压缩和950°F下直接老化1小时。

表13表示对利用本发明方法制备的制品进行负载荷控制的轴向疲劳试验结果，其中试验片经过热轧、冷拔到15％压缩、和950°F(510℃)下直接老化1小时。根据ASTM E-466-96，用29Hz频率，在R＝0.1，进行载荷控制的轴向疲劳试验，以测定制品的疲劳程度。结果表示断裂前，每个样品经受的循环数。以本发明的方法，使用不同的条件制备的制品，诸如较长的老化时间、不同的老化温度，或不同的冷加工程度，在疲劳试验中，都可导致断裂前的循环数的增加。
表13对本发明实施方案的负载荷控制的轴向疲劳试验结果，其中包括15％的冷加工压缩和950°F(510℃)下直接老化1小时。

虽然以上对某些组成的β钛合金描述了本发明方法，但是，可以认为本发明的方法具有广泛的应用，对于其他的β钛合金也可进行处理。例如，没有对本发明方法进行限定，从本发明中可获益的某些另外商售β钛合金是具有如下额定组成的钛合金，以重量百分比计。例如有Ti-12Mo-6Zr-2Fe(合金含有12％钼、6％锆、2％铁和钛，商业上至少可以ALLVAC TMZF合金的一种形式购得)；Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al(该合金含有4.5％铁、6.8％钼、1.5％铝和钛，商业上至少可以TIMETAL LCB合金的一种形式购得)；Ti-15Mo-2.6Nb-3Al-0.2Si(合金含有15％钼、2.6％铌、3％铝、0.2％硅和钛，商业上至少可以TIMETAL 21S合金的一种形式购得)；Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(合金含有15％钒、3％铬、3％锡、3％铝和钛，商业上至少可以ALLVAC 15-3合金的一种形式购得)；Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn(合金含有11.5％钼、6％锆、4.5％锡和钛，商业上至少可以UNITEK βIII合金的一种形式购得)；和Ti-6V-6Mo-5.7Fe-2.7Al(合金含有6％钒、6％钼、5.7％铁、2.7％铝和钛，商业上至少可以TIMETAL 125合金的一种形式购得)。以上给出的合金组成是额定组成，每种元素的含量可以变化，至少2％或更多，合金也可以含有其他组分。
应当理解本说明书说明有关清晰理解本发明的那些方面。本发明的某些方面对于本技术领域的技术人员将是清晰的，并不促进对本发明更好理解的某些方面，为了简化本说明书，而没有给出。虽然结合某些实施方案描述了本发明，但本技术领域中的技术人员，根据以上描述，都会认识到可以对本发明进行多种改进与变化，本发明的所有这些改进与变化，都由上述描述和以下权利要求所覆盖。
权利要求
1.一种处理钛合金的方法，方法包括冷加工β-钛合金，和直接老化β-钛合金，其老化总时间少于4小时。
2.根据权利要求1的方法，其中，β-钛合金至少含有铝、钒、钼、铬、和锆中的一种。
3.根据权利要求1的方法，还包括冷加工β钛合金前，对β钛合金进行热轧。
4.根据权利要求3的方法，其中冷加工β钛合金，包括冷加工β-钛合金到至少5％压缩。
5.根据权利要求4的方法，其中冷加工β钛合金，包括冷加工β-钛合金到至少15％压缩。
6.根据权利要求5的方法，其中冷加工β钛合金，包括冷加工β-钛合金到小于60％压缩。
7.根据权利要求6的方法，其中冷加工β钛合金，包括冷加工β-钛合金到小于35％压缩。
8.根据权利要求7的方法，其中冷加工β钛合金，包括冷加工β-钛合金到小于20％压缩。
9.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金在约800°F(427℃)～约1200°F(649℃)的温度范围内进行直接老化。
10.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金在约800°F(427℃)～约1000°F(538℃)的温度范围内进行直接老化。
11.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金在约900°F(482℃)～约1000°F(538℃)的温度范围内进行直接老化。
12.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金直接老化少于3小时。
13.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金直接老化少于2小时。
14.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金直接老化少于1小时。
15.根据权利要求1的方法，其中直接老化β钛合金，包括将β钛合金直接老化少于45分钟。
16.根据权利要求1的方法，其中以重量计，β合金含有3.0～4.0％的铝、7.5～8.5％的钒、5.5～6.5％的铬、3.5～4.5％的钼、3.5～4.5的锆、和钛。
17.一种制造加工制品的方法，包括，提供β钛合金，以重量计它含有3.0～4.0％铝、7.5～8.5％钒、5.5～6.5％铬、3.5～4.5％钼、3.5～4.5锆、和钛，对β钛合金进行热加工，对β钛合金进行冷加工，以获得5～60％压缩，在约800°F(427℃)～约1100°F(593℃)的温度范围下，对β钛合金进行总时间少于2小时的直接老化。
18.根据权利要求17的方法，其中加工制品是弹簧。
19.根据权利要求17的方法，其中，冷加工β钛合金，包括通过模具冷拔β钛合金。
20.根据权利要求17的方法，其中，热加工β钛合金包括将β钛合金加工成棒、条、带卷。
21.根据权利要求17的方法，其中，直接老化β钛合金，包括老化总时间少于1小时。
22.根据权利要求17的方法，其中，直接老化β钛合金，包括老化总时间少于45分钟。
23.根据权利要求22的方法，其中，直接老化β钛合金，包括在约900°F(482℃)～约1000°F(538℃)的温度范围下进行直接老化。
24.根据权利要求18的方法，其中，弹簧是汽车、雪地机动车、摩托车、再造车辆、或发动机的零件。
25.根据权利要求17的方法，其中，还包括对β钛合金进行无心研磨，和在对β钛合金进行冷加工前，对β钛合金进行退火。
26.根据权利要求25的方法，其中，冷加工β钛合金，包括通过模具冷拔β钛合金。
27.根据权利要求17的方法，其中，冷加工合金，以获得5～35％的压缩。
28.一种处理钛合金的方法，包括对冷加工的β钛合金进行总时间少于4小时的直接老化。
29.根据权利要求28的方法，其中，β钛合金含有铝、钒、钼、铬、和锆中的至少一种。
30.根据权利要求28的方法，还包括在冷加工β钛合金前，对β钛合金进行热轧。
31.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括在约800°F(427℃)～约1200°F(649℃)的温度范围下，对β钛合金进行直接老化。
32.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括在约800°F(427℃)～约1000°F(538℃)的温度范围下，对β钛合金进行直接老化。
33.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括在约900°F(482℃)～约1000°F(538℃)的温度范围内，对β钛合金进行直接老化。
34.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于3小时。
35.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于2小时。
36.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于1小时。
37.根据权利要求28的方法，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于45分钟。
38.根据权利要求28的方法，其中，以重量计，β钛合金含有3.0～4.0％铝、7.5～8.5％钒、5.5～6.5％铬、3.5～4.5％钼、3.5～4.5锆、和钛。
39.利用上述方法制备的制品，包括冷加工制品，其中制品含有β钛合金，和直接老化制品的总时间少于4小时的制品。
40.根据权利要求39的制品，其中，制品是棒、条、或带卷中的一种。
41.根据权利要求39的制品，其中，以重量计，β钛合金含有3.0～4.0％铝、7.5～8.5％钒、5.5～6.5％铬、3.5～4.5％钼、3.5～4.5锆、和钛。
42.根据权利要求39的制品，其中，直接老化β钛合金，包括在约800°F(427℃)～约1200°F(649℃)的温度范围下对β钛合金进行直接老化。
43.根据权利要求39的制品，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于2小时。
44.根据权利要求39的制品，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于1小时。
45.根据权利要求39的制品，其中，直接老化β钛合金，包括对β钛合金直接老化少于45分钟。
全文摘要
本发明的实施方案通过包括以下步骤的方法处理β钛合金冷加工合金，和进行直接老化合金的总时间少于4小时。该方法包括将合金制成制品，例如，棒、丝、或盘簧。方法可用于制造具有高抗拉强度，同时保留延展性。β－钛合金可以是任何β－钛合金，例如，以重量计，合金含有3.0～4.0％铝、7.5～8.5％钒、5.5～6.5％铬、3.5～4.5％钼、3.5～4.5锆、和钛。合金可以热加工，冷加工以获得5～60％的压缩，和直接老化的总时间少于4小时。
文档编号C22F1/00GK1602369SQ02824857
公开日2005年3月30日 申请日期2002年6月7日 优先权日2001年12月14日
发明者布赖恩·J·马夸特 申请人:Ati资产公司