α/β钛合金的加工的制作方法

文档序号:3254261阅读:442来源:国知局
专利名称:α/β钛合金的加工的制作方法
技术领域
本公开涉及用于生产高强度α/β (α+β)钛合金的工艺并且涉及通过所公开的工艺生产的产品。置量 钛和钛基合金用于多种应用中,原因在于这些材料相对高的强度、低密度和良好的耐蚀性。例如,钛和钛基合金因为这种材料的高强度-重量比和耐蚀性而广泛地用于航天工业中。已知广泛用于多种应用中的一组钛合金是α/β (a+i3)T1-6Al-4V合金,其包含以重量计6%的铝、4%的钒、小于O. 20%的氧和钛的名义成分。T1-6A1-4V合金是最常见的钛基制造的材料之一,据估计占据超过50%的总钛基材料市场。T1-6A1-4V合金用于众多应用中,这些应用得益于该合金在低温至中等温度下的高强度、轻重量和耐蚀性的组合。例如,T1-6A1-4V合金用来生产飞行器发动机组件、飞行器结构性组件、紧固件、高性能汽车组件、医疗器械的组件、运动装备、海洋应用的组件和化学加工设备的组件。T1-6A1_4V合金轧制产品一般上在轧制退火条件下或在经固溶处理和时效(STA)条件下使用。可在轧制退火条件下提供相对较低强度的T1-6A1-4V合金轧制产品。如本文所用,“轧制退火条件”指在“轧制退火”热处理后钛合金的条件,在“轧制退火”热处理中,工件在升高的温度(例如,1200-1500° F/649-816。C)下退火约1_8小时并且在静止空气中冷却。在工件于α+β相场中热加工后,对其进行轧制退火热处理。在室温下,在轧制退火条件下的T1-6A1-4V合金具有130ksi (896MPa)的最低规定的极限拉张强度和120ksi (827MPa)的最低规定的屈服强度。参见例如航天材料规范(AMS) 4928和6931A,这些文献通过引用的方式并入本文。为增加T1-6A1_4V合金的强度,这些材料通常经过STA热处理。STA热处理通常在工件于α+β相场中被热加工后进行。STA指在低于β转变温度的升高温度(例如,1725-1775° F/940-968 ° C)下热处理工件持续相对短暂的保温时间(例如,约I小时)并且随后用水或等同介质快速地对工件进行淬火。淬火的工件在升高的温度(例如,900-1200° F/482-649。C)下时效约4_8小时并且在静止空气中冷却。在室温下,根据STA加工制品的直径或厚度尺度,在STA条件下的T1-6A1-4V合金具有150-165ksi (1034-1138MPa)的最低规定的极限拉张强度和 140_155ksi (965_1069MPa)的最低规定的屈服强度。参见例如AMS4965和AMS6930A,这些文献通过引用的方式并入本文。然而,在使用STA热处理来实现T1-6A1_4V合金的高强度时存在众多限制。例如,材料的固有物理特性和在STA加工期间对快速淬火的要求限制了可以实现高强度的制品大小和尺寸,并且可能展现出相对较大的热应力、内应力、翘曲和维度扭曲。本公开涉及用于加工某些α + β钛合金以提供可媲美或优于STA条件下的T1-6A1-4V合金的特性但又不遭受STA加工的限制的机械特性的方法。发明简沭本文中公开的实施方案涉及用于从d +P钛合金形成制品的工艺。所述工艺包括 将所述a+0钛合金在环境温度至500° F(260° C)范围内的温度冷加工,并且在冷加工 步骤后,在700° F至1200° F(371-649° C)范围内的温度时效所述a + 0钛合金。所述 a + @钛合金包含按重量百分比从2. 90%至5. 00%的铝、从2. 00%至3. 00%的钒、从0. 40% 至2. 00%的铁、从0. 10%至0. 30%的氧、附带杂质和钛。可以理解,公开和本文所述的本发明不限于在此简述中所公开的实施方案。附图简沭本文公开和描述的多个非限制性实施方案的特征可以通过参考附图更好地理解, 其中

图1是平均极限拉张强度和平均屈服强度对冷加工的图,所述冷加工量化为冷拉 态条件下冷拉a+0钛合金棒的断面收缩率%(%RA);图2是平均延性的图,所述平均延性量化为冷拉态条件下冷拉a + 0钛合金棒的 拉张伸长% ;图3是在根据本文中公开的工艺的实施方案冷加工和直接时效后,极限拉张强度 和屈服强度对a + 0钛合金棒的延伸%的图;图4是在根据本文中公开的工艺的实施方案冷加工和直接时效后,平均极限拉张 强度和平均屈服强度对a+0钛合金棒的平均伸长率的图;图5是平均极限拉张强度和平均屈服强度对a +P钛合金棒的图,所述a 钛 合金棒经冷加工至20%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图6是平均极限拉张强度和平均屈服强度对a +P钛合金棒的图,所述a 钛 合金棒经冷加工至30%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图7是平均极限拉张强度和平均屈服强度对a +P钛合金棒的图,所述a 钛 合金棒经冷加工至40%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图8是平均伸长率对a +0钛合金棒的时效温度的图,所述a +0钛合金棒经冷 加工至20%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图9是平均伸长率对a +0钛合金棒的时效温度的图,所述a +0钛合金棒经冷 加工至30%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图10是平均伸长率对a + 0钛合金棒的时效温度的图,所述a + 0钛合金棒经冷 加工至40%断面收缩率和在温度下时效1小时或8小时;图11是平均极限拉张强度和平均屈服强度对a +P钛合金棒的时效时间的图,所 述a+0钛合金棒经冷加工至20%断面收缩率和在850° F(454° C)或1100° F(593° C) 时效;并且图12是平均伸长率对a + 0钛合金棒的时效时间的图,所述a + 0钛合金棒经冷 加工至20%断面收缩率和在850° F(454° C)或1100° F(593° C)时效。当考虑对本公开的多个非限制性实施方案的以下详细描述时,读者将理解前述细 节以及其他。当实施或使用本文所述的实施方案时,读者也可以理解额外的细节。非限制性实施方案的详述
应当理解对所公开实施方案的描述已经简化,以便仅显示与清晰理解所公开实施方案有关的那些特点和特征,同时出于清晰性目的,消除特点和特征。当考虑所公开实施方案的这种描述时,本领域普通技术人员会认识到其他特点和特征可能在所公开实施方案的具体实施或应用中是合乎需要的。然而,因为这类其他特点和特征可以由本领域普通技术人员在考虑所公开实施方案的这种描述时轻易地确定并实施,并且因此对于完全理解所公开的实施方案而言不是必需的,所以本文中没有提供这类特点、特征等的描述。因而,应当理解,本文中所述的描述仅是所公开实施方案的示例和说明,并且不意在限制由权利要求书限定的本发明范围。在本公开中,除非另外指明,全部数字参数应理解为在全部情况下前置有术语“约”并受其修饰,其中所述数字参数拥有固有变异性,所述固有变异性是用来测定参数数值的潜在测量技术的特征。最低限度地并且不企图限制等同物原则适用于权利要求书的范围,本发明描述中所述的每个数字参数应当至少根据所报道的有效数字的数目并且通过普通修约技术加以解释。 另外,本文中描述的任何数字范围意在包括隶属于所述范围内的全部子范围。例如,范围“I至10”意在包括在所述最小值I和所述最大值10之间(并且包括最小值和最大值)的全部子范围,即,具有等于或大于I的最小值和等于或小于10的最大值。本文中描述的任何最大数字限制意在包括隶属于其中的全部较低数字限制并且本文中描述的任何最小数字限制意在包括隶属于其中的全部较高数字限制。因此,申请人保留修订本公开(包括权利要求书)的权利以明确地描述隶属于本文中明确所述的范围内部的任何子范围。全部这类范围意在本文中内在地公开,从而明确描述任何这类子范围的修订将符合35U. S. C. § 112,第一段和 35U. S. C. § 132(a)的要求。除非另外说明,否则语法冠词“a (—个)”、“an (—个)”和“the (该)”意在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此,这些冠词在本文中用来指该冠词的语法对象的一个或多于一个(即指“至少一个”)。以举例方式,“一个组件”意指一个或多个组件,并且因此,可能构思多于一个组件并且可以在所述实施方案的实施中采用或使用之。除非另外说明,否则将所称通过引用方式并入本文中的任何专利、出版物或其他披露材料完整并入本文,但是仅至这样的程度,从而所并入的材料不与本说明书中明确所述的现有定义、声明或其他披露材料矛盾。因此并且至必需程度,如本文中所述的明确披露内容优先于通过引用方式并入本文中的任何矛盾性材料。仅将所称通过引用方式并入本文中,但是与本文中所述的现有定义、声明或其他披露材料矛盾的任何材料或其部分以如此程度并入,从而在所并入的材料和现有的披露材料之间不发生矛盾。申请人保留修订本公开的权利以明确地描通过引用方式并入本文中的任何主题或其部分。本公开包括对多种实施方案的描述。应当理解本文所述的多种实施方案是示例性、说明性和非限制性的。因此,本公开不受对多种示例性、说明性和非限制性实施方案的描述限制。相反,本发明由权利要求书限定,其中可以修订权利要求书以描述在本公开中明确或内在描述或由本公开明确或内在支持的任何特点或特征。另外,申请人保留修订权利要求书的权利以明确放弃可能在现有技术中存在的特点或特征。因此,任何这类修订将符合35U. S. C. § 112,第一段和35U. S. C. § 132(a)的要求。本文公开和描述的多种实施方案可以包含如本文多样描述的特点和特征、由其组成或基本上由其组成。
本文中公开的多种实施方案涉及用于从具有与T1-6A1_4V合金不同的化学成分的α+β钛合金形成制品的热机械工艺。在多个实施方案中,α+β钛合金包含按重量百分比从2. 90至5. 00的铝、从2. 00至3. 00的钒、从O. 40至2. 00的铁、从O. 20至O. 30的氧、附带杂质和钛。在授予Kosaka的美国专利号5,980,655 (其通过引用方式并入本文)中描述了这些ct+β钛合金(在本文中称作“Kosaka合金”)。Kosaka合金的名义商业成分包含按重量百分比4. 00的铝、2. 50的钒、1. 50的铁、O. 25的氧、附带杂质和钛,并且可以称作Τ -4Α1-2. 5V-1. 5Fe-0. 250 合金。美国专利号5,980,655( 655专利”)描述了使用α + β热机械加工方法从Kosaka合金铸锭形成板材。Kosaka合金被研发作为Ti_6Al_4V合金的较低成本替代物,用于防弹装甲板应用。’655专利中所述的α+β热机械加工方法包括(a)形成具有Kosaka合金成分的铸锭;
(b)在高于所述合金的β转变温度的温度(例如,在高于1900° F(1038° C)的温度)下β锻造所述铸锭以形成中间板坯;(c)在低于所述合金的β转变温度但处于α+β相场内的温度(例如,在1500-1775° F(815-968° C)的温度)下α+β锻造所述中间板坯;(d)在低于所述合金的β转变温度但处于α+β相场内的温度(例如,在1500-1775° F(815-968° C)的温度)下α+β滚压所述板坯至最终板材厚度;以及(e)在 1300-1500° F(704_815° C)的温度下轧制退火。根据’ 655专利中所公开的工艺形成的板材展现出可媲美或优于T1-6A1_4V板材的防弹特性。然而,根据’655专利中所公开的工艺形成的板材展现出低于经STA加工后T1-6A1-4V合金实现的高强度的室温拉张强度。在室温下,在STA条件下的T1-6A1_4V合金可以展现出约160-177ksi(1103-1220MPa)的极限拉张强度和约 150_164ksi (1034_1131MPa)的屈服强度。然而,因为T1-6A1-4V的某些物理特性(如相对低的导热性),所以可以通过STA加工用T1-6A1-4V合金实现的极限拉张强度和屈服强度取决于经历STA加工的Ti_6Al_4V合金制品的大小。就这个方面而言,T1-6A1-4V合金的相对低的导热性限制了可以使用STA加工充分硬化/强化的制品的直径/厚度,因为大直径或厚截面合金制品的内在部分在淬火期间不以足以形成α’相(α’_相)的速率冷却。以这种方式,大直径或厚截面T1-6A1_4V合金的STA加工产生一种具有包围不具有相同水平的析出强化的相对较弱的核心的析出强化壳体(这可以显著降低制品的总强度)的制品。例如,对于具有大于约O. 5英寸(1.27cm)的小尺度(例如,直径或厚度)的制品,T1-6A1-4V合金制品的强度开始下降,并且STA加工对于具有大于约3英寸(7. 62cm)的小尺度的Ti_6Al_4V合金制品不提供任何益处。在STA条件下的T1-6A1_4V合金的拉张强度的尺寸依赖性在材料规范(如AMS6930A)的与增加的制品尺寸相对应的下降的强度最小值中是明显的,其中在STA条件下的T1-6A1-4V合金的最高强度最小值对应于具有小于O. 5英寸(1. 27cm)的直径或厚度的制品。例如,对于在STA条件下且具有小于O. 5英寸(1. 27cm)的直径或厚度的Ti_6Al_4V合金制品,AMS6930A规定了 165ksi (1138MPa)的最小极限拉张强度和155ksi (1069MPa)的最小屈服强度。另外,STA加工可导致相对大的热应力和内应力并且在淬火步骤期间可造成钛合金制品的翘曲。尽管有其限制性,但STA加工仍是在T1-6A1-4V合金中实现高强度的标准方法,因为T1-6A1-4V合金通常不是可冷变形的并且因此不能被有效地冷加工以提高强度。不意图受理论约束,通常认为冷可变形性/可加工性的缺乏可归因于T1-6A1-4V合金中的滑移成带(slip banding)现象。T1-6A1_4V合金的α相(α-相)使共格的Ti3Al ( α-2)粒子析出。这些共格的α-2(α2)析出物增加了合金的强度,但是因为共格析出物在塑性变形期间因移动位错而被剪切,所以沉淀物导致明显的平面滑移带在合金的微结构内部形成。另外,已经显示T1-6A1_4V合金晶体形成铝和氧原子的短程有序的局部区域,S卩,局部偏离于铝和氧原子在晶体结构内部的均匀分布。已经显示熵减少的这些局部区域促进明显的平面滑移带在T1-6A1-4V合金的微结构内部的形成。这些微结构和热力学特征在T1-6A1-4V合金内的存在可以在变形期间造成滑移位错的纠缠或以其它方式防止位错滑移。当这种情况出现时,滑移被定位至合金中明显的平面区域(称作滑移带)。滑移带造成延性损失、裂纹形核和裂纹扩展,这导致冷加工期间T1-6A1-4V合金的失效。
因此,T1-6A1-4V合金通常在通常高于α 2溶线温度的升高的温度下被加工(例如,锻造、滚压、拉延等)。T1-6A1-4V合金不能被有效地冷加工以增加强度,原因在于冷变形期间开裂(即工件失效)的高发生率。然而,出乎意料地发现了 Kosaka合金具有相当大的冷可变形/可加工度,如美国专利申请公开号2004/0221929 (其通过引用方式并入本文)中所述。已经确定,Kosaka合金在冷加工期间不展现出滑移成带,并且因此在冷加工期间展现出比T1-6A1-4V合金明显更少的开裂。不意图受理论约束,据信Kosaka合金中滑移带的缺少可以归因于铝和氧短程有序的最小化。此外,α 2-相稳定性在Kosaka合金中相对于T1-6A1-4V较低,例如,如α2-相溶线温度(对于T1-6A1-4V是1305° F/707。C(最大O. 15重量百分比的氧)且对于T1-4Al-2. 5V-1. 5Fe-0. 250是1062° F/572。C,使用美国威斯康星州麦迪逊的CompuTherm LLC的Pandat软件测定)的平衡模型所展示。因此,Kosaka合金可以被冷加工以实现高强度并且保留可加工水平的延性。此外,已经发现可以将Kosaka合金冷加工和时效以实现胜过仅仅冷加工的增强的强度和增强的延性。如此,Kosaka合金可以实现可媲美或优于在STA条件下的T1-6A1-4V合金的强度和延性,但是不需要STA加工并且没有STA加工的限制。通常。“冷加工”指在显著削弱材料流变应力的温度加工合金。如本文中关于所公开的方法所用,“冷加工”、“冷加工的”、“冷成型”和类似术语或与其中特定加工或形成技术相联系使用的“冷”,指不高于500° F(260° C)的温度加工或(依情形而定)已经在这个温度加工的特征。因此,例如,在环境温度至500° F(260° C)范围内的温度对Kosaka合金工件进行拉延操作在本文中视为冷加工。另外,术语“加工”、“成型”和“变形”在本文中总体上可互换地使用,术语“可加工性”、“可成型性”、“可变形性”和类似术语也是如此。应当理解,与本申请有关的适用于“冷加工”、“冷加工”、“冷成型”和类似术语的意思不意在并且没有限制这些术语在其他语境下或与其他发明相关情况下的意思。在多个实施方案中,本文中公开的工艺可以包括在环境温度至直至500° F(260° C)范围内的温度冷加工α+β钛合金。在冷加工操作后,α+β钛合金可以在700° F至1200° F(371-649° C)范围内的温度时效。
当一种机械操作(例如冷拉伸展)在本文中描述为在指定温度或在指定温度范围内实施、进行等时,这种机械操作是对这种机械操作开始时处于该指定温度或处于该指定温度范围内的工件进行。在机械操作过程期间,工件的温度可能从机械操作开始时工件的初始温度变动。例如,工件的温度可以因加工操作期间的绝热加热而提高或因加工操作期间的传导性、对流性和/或辐射性冷却而下降。偏离机械操作开始时的初始温度的温度变动的幅度和方向可取决于多种参数,例如,对工件进行的加工水平、进行加工时的应变率、机械操作开始时工件的初始温度和周围环境的温度。当一种热操作(如时效热处理)在本文中描述为在指定温度和指定时间段或在指定的温度范围和时间范围内实施时,将这种操作进行指定的时间,同时维持工件处于所述温度。本文对热操作(如时效热处理)所述的时间段不包括加热时间和冷却时间,这可以取决于例如工件的尺寸和形状。在多个实施方案中,α+β钛合金可以在环境温度直至500° F(260° C)范围或 其中任何子范围(例如,环境温度至450° F(232° C)、环境温度至400° F (204° C)、环境温度至350° F(177° C)、环境温度至300° F(149° C)、环境温度至250° F(121° C)、环境温度至200° F(93° C)或环境温度至150° F(65° C))内的温度被冷加工。在多个实施方案中,α+β钛合金在环境温度被冷加工。在多个实施方案中,α+β钛合金的冷加工可以使用成型技术进行,所述成型技术包括但不必然限于拉延、深拉延、滚压、滚压成型、锻造、挤压、皮尔格式轧管(pilgering)、摆辗、变薄旋压、剪切-旋压、液压成型、挤胀成型、模锻、冲击挤压、爆炸成型、橡胶成型、反挤压、冲孔、旋压、拉伸成型、压弯、电磁成型、缴制(heading)、压印(coining)及其任意组合。就本文中公开的工艺而言,在不大于500° F(260° C)的温度进行时,这些成型技术对α+β钛合金提供冷加工。在多个实施方案中,可以将α+β钛合金冷加工至20%至60%的断面收缩率。例如,可以将α+β钛合金工件(例如,铸锭、钢坯、棒、杆、管件、板坯或板材)塑性变形(例如,在冷拉、冷轧、冷挤或冷锻操作中),从而使工件的横截面面积收缩达20%至60%范围内的百分比。对于圆柱形工件,例如,圆形铸锭、钢坯、棒、杆和管件,针对工件的圆形或环形截面测量断面收缩率,所述截面大体上垂直于工件穿过拉延模、挤压模等运动的方向。同样,针对工件的大体上垂直于工件穿过滚压设备等的轧辊运动的方向的截面测量被滚压的工件的断面收缩率。在多个实施方案中,可以将α+β钛合金冷加工至20%至60或其中的任何子范围(例如,30% 至 60%、40% 至 60%、50% 至 60%、20% 至 50%、20% 至 40%、20% 至 30%、30% 至 50%、30%至40%或40%至50%)的断面收缩率。可以将α+β钛合金冷加工至20%至60%的断面收缩率,而没有可观察到的边裂或其他表面开裂。可以在没有任何中间应力消除退火的情况下进行冷加工。以这种方式,本文中公开的工艺的多种实施方案可以在没有任何中间应力消除退火的情况下在连续的冷加工操作(例如两次或更多次通过冷拉设备)之间实现达60%的断面收缩率。在多个实施方案中,冷加工操作可以包括至少两个变形循环,其中每个变形循环包括冷加工α+β钛合金到至少10%的断面收缩率。在多个实施方案中,冷加工操作可以包括至少两个变形循环,其中每个变形循环包括冷加工α+β钛合金到至少20%的断面收缩率。这至少两个变形循环可以在没有任何中间应力消除退火的情况下实现达60%的断面收缩率。例如,在冷拉操作中,可以将棒在环境温度下在第一次拉伸中冷拉至大于20%的断面收缩率。可以随后将大于20%冷拉的棒在环境温度下在第二次拉伸中冷拉至大于20%的第二断面收缩率。两次冷拉伸可以在其间没有任何中间应力消除退火的情况下进行。以这种方式,可以使用至少两个变形循环冷加工α+β钛合金,以实现较大的总体断面收缩率。在给定的冷加工操作的实施中,使α+β钛合金冷变形所需的力将取决于多种参数,包括例如工件的尺寸和形状、合金材料的屈服强度、变形程度(例如,断面收缩率)和特定的冷加工技术。在多种实施方案中,在冷加工操作后,冷加工的α+β钛合金可以在700° F至1200。F(371-649。C)范围或其任何子范围(例如,800。F至1150。F、850° F至1150° F、800 ° F 至 1100° F 或 850。F 至 1100 ° F( 即,427-621 ° C、454_621 ° C、427-593° C或454-593° C))内的温度被时效。时效热处理可在足以提供规定的机械特性(例如,规定的极限拉张强度、规定的屈服强度和/或规定的伸长率)组合的温度下和时间长度内进行。例如,在多个实施方案中,时效热处理可以在某个温度下进行达50小时。在多个实施方案中,时效热处理可以在某个温度下进行O. 5至10小时或其中的任何子范围,例如在该温度下进行I至8小时。时效热处理可以在温控炉(例如,户外煤气炉(open-airgas furnace))中进行。在多个实施方案中,本文中公开的工艺还可以包括在冷加工操作之前进行的热加工操作。热加工操作可以在α+β相场内进行。例如,热加工操作可以在低于α+β钛合金的β转变温度300° F至25° F(167-15° C)范围内的温度下进行。通常,Kosaka合金具有约1765° F至1800° F(963_982° C)的β转变温度。在多种实施方案中,α+β钛合金可以在1500° F至1775° F(815_968° C)范围或其中的任何子范围(例如,1600° F至 1775° F、1600。F 至 1750° F 或 1600° F 至 1700° F(即,871-968° C、871_954。C或871-927° C))内的温度下被热加工。在冷加工操作之前包括热加工操作的实施方案中,本文中公开的工艺还可以包括在热加工操作和冷加工操作之间的任选的退火或应力消除热处理。热加工的α+β钛合金可以在1200° F至1500° F(649-815° C)范围或其中的任何子范围(例如,1200° F至1400。F 或 1250° F 至 1300° F(即,649-760° C 或 677-704° C))内的温度下被退火。在多个实施方案中,本文中公开的工艺可以包括在α+β相场内进行的热加工操作之前,在β相场内进行的任选的热加工操作。例如,可以在β相场内热加工钛合金铸锭以形成中间制品。这种中间制品可以在α+β相场内被热加工以形成α+β相微结构。在热加工后,中间制品可以被应力消除退火并且随后在环境温度至500° F(260° C)范围内的温度被冷加工。冷加工的制品可以在700° F至1200° F(371-649° C)范围内的温度被时效。在高于合金的β转变温度的温度,例如,在1800° F至2300° F(982-1260° C)范围或其中的任何子范围(例如,1900° F至2300° F或1900° F至2100° F ( S卩,1038-1260° C或1038-1149° C))内的温度,进行β相场内的任选的热加工。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有155ksi至200ksi(1069-1379MPa)范围内的极限拉张强度和8%至20%范围内的伸长率。另外,在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有160ksi至180ksi (1103-124IMPa)范围内的极限拉张强度和8%至20%范围内的伸长率。此外,在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有165ksi至180ksi(1138-1241MPa)范围内的极限拉张强度和8%至17%范围内的伸长率。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有140ksi至165ksi (965-1138MPa)范围内的屈服强度和8%至20%范围内的伸长率。此外,在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有155ksi至165ksi (1069-1138MPa)范围内的屈服强度和8%至15%范围内的伸长率。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所 述α+β钛合金制品在环境温度下具有在包括于155ksi至200ksi(1069-1379MPa)内的任何子范围内的极限拉张强度、在包括于140ksi至165ksi (965-1138MPa)内的任何子范围内的屈服强度和在包括于8%至20%内的任何子范围内的伸长率。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有大于155ksi的极限拉张强度、大于140ksi的屈服强度和大于8%的伸长率。根据多种实施方案形成的α+β钛合金制品可以在环境温度下具有大于166ks1、大于175ks1、大于185ksi或大于195ksi的极限拉张强度。根据多种实施方案形成的α+β钛合金制品可以在环境温度下具有大于145ks1、大于155ksi或大于160ksi的屈服强度。根据多种实施方案形成的α +β钛合金制品可以在环境温度下具有大于8%、大于10%、大于12%、大于14%、大于16%或大于18%的伸长率。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以以形成α+β钛合金制品为特征,所述α+β钛合金制品在环境温度下具有与由经固溶处理和时效(STA)条件下的T1-6A1-4V合金组成的其它相同制品在环境温度下的极限拉张强度、屈服强度和伸长率至少同样大的极限拉张强度、屈服强度和伸长率。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以用来热机械地加工α+β钛合金,所述α+β钛合金包含、其成分为或其成分基本为按重量百分比从2. 90%至5. 00%的铝、从
2.00%至3. 00%的钒、从O. 40%至2. 00%的铁、从O. 10%至O. 30%的氧、附带元素和钛。根据本文所公开的工艺热机械地加工的α+β钛合金中的铝浓度可以是在按重量百分比从2. 90至5. 00的范围或其任何子范围(例如,3. 00%至5. 00%,3. 50%至4. 50%、
3.70%至4. 30%,3. 75%至4. 25%或3. 90%至4. 50%)内。根据本文所公开的工艺热机械地加工的α+β钛合金中的钒浓度可以是在按重量百分比从2. 00至3. 00的范围或其任何子范围(例如,2. 20%至3. 00%,2. 20%至2. 80%或2. 30%至2. 70%)内。根据本文所公开的工艺热机械地加工的α+β钛合金中的铁浓度可以是在按重量百分比从O. 40至2. 00的范围或其任何子范围(例如,O. 50% 至 2. 00%、1. 00% 至 2. 00%、1. 20% 至1. 80% 或1. 30% 至1. 70%)内。根据本文所公开的工艺热机械地加工的α+β钛合金中的氧浓度可以是在按重量百分比从O. 10至O. 30的范围或其任何子范围(例如,O. 15%至O. 30%,O. 10%至O. 20%,O. 10%至O. 15%、0. 18% 至 O. 28%,O. 20% 至 O. 30%,O. 22% 至 O. 28%,O. 24% 至 O. 30% 或 O. 23% 至 O. 27%)内。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以用来热机械地加工α+β钛合金,所述α+β钛合金名义上包含、其成分为或其成分基本为4. 00%重量的铝、2. 50%重量的钒、1. 50%重量的铁和O. 25%重量的氧、钛和附带杂质(Τ -4Α1-2. 5V-1. 5Fe_0. 250)。具有名义成分 T1-4A1_2. 5V-1. 5Fe_0. 250 的 α+β 钦合金是可从 Allegheny TechnologiesIncorporated作为ATI 425 合金可商业获得的。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以用来热机械地加工α+β钛合金,所述α+β钛合金包含、其成分为或其成分基本为钛、铝、钒、铁、氧、附带杂质和按重量计小于O. 50%的任何其它有意添加的合金成分。在多种实施方案中,本文中公开的工艺可以用来热机械地加工α+β钛合金,所述α+β钛合金包含、其成分为或其成分基本为钛、招、钒、铁、氧和按重量计小于O. 50%的任何其它成分(包括有意添加的合金成分和附带杂质)。在多种实施方案中,除钛、铝、钒、铁和氧之外的总成分(附带杂质和/或有意添加的合金添 加物)的最大水平可以是按重量计O. 40%,O. 30%,O. 25%,O. 20%或O. 10%。在多种实施方案中,如本文所述那样加工的α+β钛合金可以包含、其成分基本为或其成分为根据AMS6946A的3.1部分的成分(该文献通过引用方式并入本文中并且其规定了在表I中提供的成分(以重量计的百分比))。表I
权利要求
1.一种用于从α+β钛合金形成制品的工艺,其包括在环境温度至500° F范围内的温度冷加工所述α + β钛合金;并且在所述冷加工后,在700° F至1200° F范围内的温度时效所述α+β钛合金;所述α + β钛合金包含按重量百分比从2. 90至5. 00的铝、从2. 00至3. 00的钒、从 O. 40至2. 00的铁、从O. 10至O. 30的氧、钛和附带杂质。
2.根据权利要求1所述的工艺,其中所述冷加工和时效形成α+β钛合金制品,其在环境温度下具有155ksi至200ksi范围内的极限拉张强度和8%至20%范围内的伸长率。
3.根据权利要求1所述的工艺,其中所述冷加工和时效形成α+β钛合金制品,其在环境温度下具有165ksi至180ksi范围内的极限拉张强度和8%至17%范围内的伸长率。
4.根据权利要求1所述的工艺,其中所述冷加工和时效形成α+β钛合金制品,其在环境温度下具有HOksi至165ksi范围内的屈服强度和82%至20%范围内的伸长率。
5.根据权利要求1所述的工艺,其中所述冷加工和时效形成α+β钛合金制品,其在环境温度下具有155ksi至165ksi范围内的屈服强度和8%至15%范围内的伸长率。
6.根据权利要求1所述的工艺,其中所述冷加工和时效形成α+β钛合金制品,其在环境温度下具有与由经固溶处理和时效条件下的T1-6A1-4V合金组成的其它相同制品环境温度下的极限拉张强度、屈服强度和伸长率至少同样大的极限拉张强度、屈服强度和伸长率。
7.根据权利要求1所述的工艺,其包括冷加工所述α+ β钛合金至20%至60%的断面收缩率。
8.根据权利要求1所述的工艺,其包括冷加工所述α+ β钛合金至20%至40%的断面收缩率。
9.根据权利要求1所述的工艺,其中所述α+β钛合金的所述冷加工包括至少两个变形循环,其中每个循环包括冷加工所述α+β钛合金至至少10%的断面收缩率。
10.根据权利要求1所述的工艺,其中所述α+β钛合金的所述冷加工包括至少两个变形循环,其中每个循环包括冷加工所述α+β钛合金至至少20%的断面收缩率。
11.根据权利要求1所述的工艺,其包括在环境温度至400°F范围内的温度冷加工所述α + β钛合金。
12.根据权利要求1所述的工艺,其包括在环境温度下冷加工所述α+β钛合金。
13.根据权利要求1所述的工艺,其包括在所述冷加工后在800°F至1150° F范围内的温度时效所述α+β钛合金。
14.根据权利要求1所述的工艺,其包括在所述冷加工后在850°F至1100° F范围内的温度时效所述α+β钛合金。
15.根据权利要求1所述的工艺,其包括将所述α+β钛合金时效达50小时。
16.根据权利要求15所述的工艺,其包括将所述α+β钛合金时效达O.5至10小时。
17.根据权利要求1所述的工艺,其还包括在低于所述α+β钛合金的β转变温度 300° F至25° F范围内的温度热加工所述α+β钛合金,其中所述热加工在所述冷加工之前进行。
18.根据权利要求17所述的工艺,其还包括在1200°F至1500° F范围内的温度使所述α+β钛合金退火,其中所述退火在所述热加工和所述冷加工之间进行。
19.根据权利要求17所述的工艺,其包括在1500°F至1775° F范围内的温度热加工所述α + β钛合金。
20.根据权利要求1所述的工艺,其中所述α+β钛合金由按重量百分比从2.90至5.00的铝、从2. 00至3. 00的钒、从O. 40至2. 00的铁、从O. 10至O. 30的氧、附带杂质和钛组成。
21.根据权利要求1所述的工艺,其中所述α+β钛合金基本上由按重量百分比从3.50至4. 50的铝、从2. 00至3. 00的钒、从1. 00至2. 00的铁、从O. 10至O. 03的氧和钛组成。
22.根据权利要求1所述的工艺,其中所述α+β钛合金基本上由按重量百分比从3.70至4. 30的铝、从2. 20至2. 80的钒、从1. 20至1. 80的铁、从O. 22至O. 28的氧和钛组成。
23.根据权利要求1所述的工艺,其中冷加工所述α+β钛合金包括通过选自滚压、锻造、挤压、皮尔格式轧管、摆辗和拉延中的至少一种操作进行冷加工。
24.根据权利要求1所述的工艺,其中冷加工所述α+β钛合金包括冷拉延所述α+β钛合金。
25.—种α+β钛合金制品,其由根据权利要求1所述的工艺形成。
26.根据权利要求25所述的制品,其中所述制品选自钢坯、棒、杆、管件、板坯、板材和紧固件。
27.根据权利要求25所述的制品,其中所述制品具有大于O.5英寸的直径或厚度、大于 165ksi的极限拉张强度、大于155ksi的屈服强度和大于12%的伸长率。
28.根据权利要求25所述的制品,其中所述制品具有大于3.O英寸的直径或厚度、大于 165ksi的极限拉张强度、大于155ksi的屈服强度和大于12%的伸长率。
全文摘要
公开了用于从α+β钛合金形成制品的工艺。所述α+β钛合金包含按重量百分比从2.90至5.00的铝、从2.00至3.00的钒、从0.40至2.00的铁和从0.10至0.30的氧。将所述α+β钛合金在环境温度至500°F范围内的温度冷加工,并且随后在700°F至1200°F范围内的温度时效。
文档编号C22F1/18GK103025906SQ201180035692
公开日2013年4月3日 申请日期2011年6月27日 优先权日2010年7月19日
发明者D.J.布莱恩 申请人:Ati资产公司
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