[發明專利]高強度和延展性α/β鈦合金

有效

• 申請號: 201180043312.5
• 申請日: 2011-09-07
• 公開（公告）號: CN103097559A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: D.J.布萊恩;J.V.曼蒂昂;T.D.貝哈
• 申請（專利權）人: ATI資產公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18;A61L27/06;B62D29/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 秦劍

相關申請的交叉引用

本發明是依據美國法典第35篇第120條的規定要求2010年10月13日提交、發明名稱為“High?Strength?Alpha/Beta?Titanium?Alloy?Fasteners?and?Fastener?Stock”的共同待決的美國專利申請號12/903,851的優先權的部分繼續申請，其中所述申請是依據美國法典第35篇第120條的規定要求2010年9月23日提交、發明名稱為“High?Strength?Alpha/Beta?Titanium?Alloy?Fasteners?and?Fastener?Stock”的共同待決的美國專利申請號12/888,699的優先權的部分繼續申請。申請號12/903,851和12/888,699的全部公開內容以引用方式并入本文中。

技術背景

技術領域

本發明涉及高強度和延展性α/β鈦合金。

發明背景

鈦合金通常具有高強度重量比、耐腐蝕，并且在適度高溫下耐蠕變。出于這些原因，鈦合金被用于各種航天、航空、國防、海洋和汽車應用，包括，例如，起落架構件、發動機機架、防彈產品、船體以及機械緊固件。

減輕飛機或其它移動交通工具的重量能夠節省燃料。因此，例如，航天工業中存在減輕飛機重量的強勁需求。鈦和鈦合金由于具有高強度重量比，因此是在飛機應用中實現減輕重量的優良材料。用于航天應用中的多數鈦合金零件由Ti-6Al-4V合金（ASTM?Grade5；UNS?R56400；AMS4928、AMS4911）制成，這種合金是α/β鈦合金。

Ti-6Al-4V合金是一種最常見的鈦基制造材料，估計占總鈦基材料市場的50%以上。Ti-6Al-4V合金由于將輕質、耐腐蝕，以及在低到中溫下的高強度有利組合，因此被用于若干應用中。例如，Ti-6Al-4V合金被用于制備飛機發動機部件、飛機結構部件、緊固件、高性能汽車部件、醫療裝置的部件、體育器械、海洋應用的部件，以及化學加工設備的部件。

Ti-6Al-4V合金軋制產品通常用于軋制退火條件或固溶處理和時效處理（STA）條件中。本文所用術語“軋制退火條件”是指鈦合金在“軋制退火”熱處理后的條件，在“軋制退火”熱處理中，工件在高溫（例如，1200-1500℉/649-816℃）下退火約1至8小時并在靜止空氣中冷卻。軋制退火熱處理在工件在α+β相場中熱加工之后進行。在室溫下，處于軋制退火條件下的直徑為約2英寸至4英寸（5.08cm至10.16cm）的圓條材Ti-6Al-4V合金具有130ksi（896MPa）的最小指定極限拉伸強度以及120ksi（827MPa）的最小指定屈服強度。軋制退火的Ti-6Al-4V板通常被生產成規格AMS4911，而軋制退火的Ti-6Al-4V條材通常被生產成規格AMS4928。

以引用方式全文并入本文中的美國專利號5,980,655（“'655專利”）中公開了一種α/β鈦合金，所述α/β鈦合金包括（以重量百分數計）2.90至5.00的鋁；2.00至3,00的釩；0.40至2.00的鐵；0.20至0.30的氧；附帶雜質；以及鈦。本文中將'655專利中公開的α/β鈦合金稱為“'655合金”。'655合金內可商購合金成分標稱地包括（以基于總合金重量的重量百分數計算）4.00鋁、2.50釩、1.50鐵、0.25氧、附帶雜質和鈦，并且本文中可以稱為Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O合金。

由于難以對Ti-6Al-4V合金進行冷加工，因此通常在高溫下，通常在α2溶線溫度以上，對合金進行加工（例如，鍛造、軋制、拉制等）。Ti-6Al-4V合金無法有效地冷加工以提高強度，原因在于，例如，冷變形期間的高斷裂（即，工件故障）發生率。但是，如以引用方式全文并入本文中的美國專利申請公開No.2004/0221929所述，人們驚奇且意外地發現，'655合金具有很大程度的冷變形性/可加工性。

令人驚奇地，'655合金可以進行冷加工以獲得高強度，同時維持可加工的延展性水平。本文定義的可加工的延展性水平是指合金伸長率大于6%的條件。此外，'655合金的強度與Ti-6Al-4V所能獲得的強度相當。例如，如'655專利的表6所示，針對Ti-6Al-4V測量的拉伸應力是145.3ksi（1,002MPa），而'655合金的試驗樣本的拉伸輕度為138.7ksi至142.7ksi（956.3MPa至983.9MPa）。