[發明專利]具有改良性能的鈦合金

有效

• 申請號: 201910307779.4
• 申請日: 2013-01-12
• 公開（公告）號: CN110144496B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 羅杰·托馬斯;保羅·蓋瑞特;約翰·范寧
• 申請（專利權）人: 鈦金屬公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 白華勝;段曉玲

本發明公開了一種具有高強度、細小晶粒尺寸、和低成本的鈦合金，以及制造所述鈦合金的方法。具體地，本發明的合金提供了比Ti6?4增加100MPa強度，且具有類似的密度和接近相等的延展性。本發明的合金特別適用于包括飛機發動機組件的各種應用中。所述Ti合金包括以重量百分比計，約6.0?6.7％的鋁，約1.4?2.0％的釩，約1.4?2.0％的鉬，約0.20?0.42％的硅，約0.17?0.23％的氧，最大約0.24％的鐵，最大約0.08％的碳，以及附帶雜質的余量鈦。

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年1月12日提交的美國申請No.13/349483和2012年2月17日提交的英國專利申請No.1202769.4的優先權，如在本說明書中充分提到，上述申請的全部內容在此以引文形式并入。

技術領域

本公開文本通常涉及鈦(Ti)合金。具體而言，描述了具有相對低成本且改善機械性能的α-β的Ti合金，以及制造該Ti合金的方法。

背景技術

在要求高強度重量比、良好的抗腐蝕性、以及在更高的溫度下這些性能的保持度的應用中，已經廣泛使用Ti合金。盡管具有這些優勢，與鋼鐵和其它合金相比，Ti合金較高的原料和生產成本嚴格限制了其在對于提高效率和性能的需要遠高于其相對較高成本中的應用。受益于以各種加工方式加入Ti合金的一些典型應用包括但不限于：航空發動機盤、套管、風扇和壓縮機扇葉；飛機機身組件；外科手術組件；裝甲板和各種工業/工程應用。

已被成功的用于各種應用的常規Ti基合金是Ti-6Al-4V，又名Ti 6-4。顧名思義，這種Ti合金通常包括6wt.％的鋁(Al)和4wt.％的釩(V)。Ti6-4也通常包括至多0.30wt.％的鐵(Fe)和至多0.30wt.％的氧(O)。Ti6-4已經成為鈦合金“主力”，其中在中等溫度下強度/重量比是材料選擇的關鍵參數。Ti6-4的性能平衡，適用于各種各樣的靜態和動態的結構應用中，其能夠被穩妥的加工來提供穩定的性能，且其相對便宜。

目前，航空公司對于降低大氣排放和噪音，降低燃料成本和降低維護和備件成本的需要推動了新型航空發動機的設計。發動機生產商通過具有更高旁通比、壓縮機中更高壓力、渦輪機中更高溫度的發動機的設計回應他們之間的競爭。這些增強的機械性能需要合金具有比Ti6-4更高強度，但是具有相同的密度和接近相等的延展性。

其他合金，如550(Ti-4.0Al-4.0Mo-2.0Sn-0.5Si)和VT8(Ti-6.0Al-3.2Mo-0.4Fe-0.3Si-0.15O)，與Ti6-4相比，從合金中包含的硅獲得接近100MPa的強度。但是，這些合金與Ti6-4相比具有更高的密度和更高的生產成本，因為不用釩而使用鉬作為主要β穩定元素。附加費用的升高不僅因為鉬相對于釩具有更高價格，還因為在這些合金中包含了作為原材料的Ti6-4切屑和加工碎屑。

因此，工業上需要提供一種與Ti6-4相比，具有更高強度、更細小晶粒尺寸和特別改良的低周疲勞壽命的成本效益好的合金。

發明內容

本發明公開了一種具有高強度、細小晶粒尺寸、和低成本的鈦合金，以及制造該鈦合金的方法。具體而言，本發明的合金提供了與Ti6-4相比，增加100MPa的強度，且具有類似的密度和接近相等的延展性。所述強度和延展性的改良組合在高應變率下得以保持。與Ti6-4相比，本發明合金的高強度使其能夠獲得明顯增加的壽命，使其在給定壓力的低周疲勞負載下失效。本發明的合金特別適用于包括飛機發動機組件的多種應用中。本發明的合金在整個公開中被稱為“本發明合金”或“Ti639”。