[發明專利]低溫超塑性變形的鈦合金系片材材料

有效

• 申請號: 201780091937.6
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN111279003B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: M·O·萊德;I·Y·普扎科夫;N·Y·塔倫科娃;A·V·貝雷斯托夫;N·G·米托沃斯卡亞;R·D·布里格斯
• 申請（專利權）人: 阿萎索瑪集團公司;波音公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 顏芳

通過實施本發明實現的技術結果是由鈦合金制備片材，其化學構成與具有低溫超塑性變形特性的終產物的已知當前技術的制備能力最佳平衡。該結果通過低溫超塑性變形片材材料實現，該片材材料基于包含下列(wt％)的鈦合金：4.5?5.5Al、4.5?5.5V、0.1?1.0Mo、0.8?1.5Fe、0.1?0.5Cr、0.1?0.5Ni、0.16?0.25O，其余為鈦和雜質，其中鉬結構當量值[Mo]當量高于5，并且鋁結構當量值[Al]當量低于8；當量用下式確定：[Mo]當量＝[Mo]+[V]/1.5+[Cr]×1.25+[Fe]×2.5+[Ni]/0.8；[Al]當量＝[Al]+[O]×10+[Zr]/6。

技術領域

本文公開了材料和產品，如片材材料和片材半成品，這種材料和產品包括鈦合金，該材料適于通過包括在775℃的溫度下低溫超塑性成形(SPF)的方法進行的產品制備。該材料和產品可用作由Ti–6Al–4V合金制成的片材產品的成本有效選擇。

背景技術

術語“超塑性成形”總體上適用于材料(合金)在超出塑性應變常規極限(超過500％)的情況下超塑性成形的過程。SPF可應用于在有限的溫度和應變速率范圍內呈現超塑性性質的某些材料。例如，鈦合金片材通常能夠在約900至1010℃的溫度范圍內在約3·10^-4s^-1的應變速率下進行超塑性成形(變形)。

從生產的角度看，由于在SPF時成形溫度降低，可獲得顯著的優點。例如，SPF成形溫度降低可導致模具成本降低，其壽命增加，并且可潛在地導致較便宜的鋼染料引入。另外，可減輕富氧層(α層(αcase))和污垢(scale)的形成，從而改善產品產率和減少或消除化學蝕刻的需求。另外，在SPF操作完成后保留較細晶粒存在的優點可導致變形溫度較低，這可致使限制晶粒長大。

目前，存在兩種已知的方法改善鈦合金片材材料的超塑性成形能力。第一種方法涉及開發專用熱機械加工以生產大小剛好在2μm和1μm之間和更精細的精細晶粒，從而導致增強晶粒邊界滑動。具體地，存在已知的制造在低于由Ti-6Al-4V材料形成的常規產品的溫度下變形的片材的方法(專利RF號2243833，IPC B21B1/38，2005年1月10日公開)。

第二種方法涉及開發新型鈦合金片材材料系統，該系統在較粗的材料粒度下呈現超塑性，因為：

—兩相體積分數和形態增強，

—擴散過程較快，其因合金中含有例如Fe和Ni作為快速擴散劑而加速晶粒邊界滑動。

—β轉變溫度(BTT)較低。

因此，在有效選擇合金化學組成的情況下，可在不使用超細晶粒形成所需的專用加工技術的情況下，獲得令人滿意的低溫超塑性成形(變形)性質。

根據合金元素添加水平，兩相(α+β)-鈦合金被分為鉬結構當量——[Мо]當量——等于2.5上至10％的合金(Kolachev B.A.,Polkin I.S.,Talalayev V.D.Titaniumalloys of various countries:Reference book.Moscow.VILS.2000.316p.–p.13-16)。這種合金通常用鋁和β-穩定劑合金化以保留β-相。在屬于此類的退火合金中，β-相的量可在5％至50％之間變化。因此，機械性質在相對寬的范圍內變化。由于成功添加合金元素，這些合金在俄羅斯和外國都具有廣泛應用，特別是Ti-6A1-4V合金(Materials PropertiesHandbook:Titanium alloys.R.Boyer,G.Welsch,E.Collings.ASM International,1998.1048p.–p.486-488)。在這種合金中，鋁傾向于增加強度和耐熱性，而釩是不僅增加強度性質而且提高可塑性的少數元素之一。屬于Ti-6A1-4V類的合金用于生產棒、管、部件(section)、開式和閉式染料鍛件、板材、片材、條帶和箔。其用于制備航空運載工具中的焊接和預制結構、多種航空和火箭結構構件、以及用于制備創傷學、矯形外科和牙科學中應用的醫療植入物。