[发明专利]钛合金

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年4月30号提交的美国临时专利申请号61/330,081的权利，其内容在此全文引用作为参考。

技术领域

与本发明的主题有关的事物至少部分受到美国政府资助，军队合同号为W15QKN-09-C-0144和W15QKN-09-C-0026。因此，美国政府可享有本发明的一定权利。

背景技术

钛合金能提供低重量、耐腐蚀结构，并因此用于各种应用。例如，Ti–6Al–4V，以质量百分表示，是商业合金，被广泛用于航空和医药的应用。其它的应用也能从使用钛合金中获得好处，在各种工业部门，比如防御、能源、化学加工、航海和运输。但是，钛的材料和加工成本可能抑制这些应用。

钛合金的材料成本普遍高，至少一部分是因为微量元素比如铁和氧的含量需要严格控制在熔体库中。当熔体凝固时，元素如铁和氧可能偏析，导致非均匀的机械性能。为了消除这个影响，已经研发了超低间隙(ELI)级合金。例如，航空材料规格在ELI级Ti-6Al–4V上限制铁的质量百分比为0.25，氧的质量百分比为0.13。

钛的加工成本普遍高，至少一部分是因为钛合金是典型地锻制的。通过操作过程使钛合金形成近终形可能涉及昂贵的加工。此外，操作和加工可能产生显著的材料浪费。

发明内容

一方面，本申请涉及一种合金，该合金包括：按质量百分比计，约3.0%~约6.0%的铝，0%~约1.5%的锡，约2.0%~约4.0%的钒，约0.5%~约4.5%的钼，约1.0%~约2.5%的铬，约0.20%~约0.55%的铁，0%~约0.35%的氧，0%~约0.007%的硼，和0%~约0.60%的其它偶存元素和杂质，以及包括钛的质量百分比余量。

一个方面，本申请涉及一种方法，该方法包括：提供一种基于至少50%的钛基合金的材料，所述钛基合金包括：按质量百分比计，约6%的铝和约4%的钒，包含钛的质量百分比余量，该材料进一步包括：按质量百分比计，0%~约0.35%的氧，0%~约0.55%的铁和其它偶存元素和杂质；熔化该材料从而提供一种合金，该合金包括：按质量百分比计，约3.0%~约6.0%的铝，0%~约1.5%的锡，约2.0%~约4.0%的钒，约0.5%~约4.5%的钼，约1.0%~约2.5%的铬，约0.20%~约0.55%的铁，0%~约0.35%的氧，0%~约0.007%的硼，和0%~约0.60%的其它偶存元素和杂质，包含钛的质量百分比余量；以及，以加压至约2atm（2个大气压）的气体冷却所述合金。

另一方面，本申请涉及将合金加工成近终形或熔模铸件的方法，近终形或熔模铸件能避免需要热操作以实现强度和韧性的良好结合。相反，热加工是许多传统的钛合金如钛-6wt%铝-4wt%钒的重要特征，所述钛-6wt%铝-4wt%钒依赖于从低于β转变温度的温度下的锻造和冷却而引起的晶粒细化。控制铁含量是被公开特征的重要特征，从而在没有热撕裂的情况下使铸态晶粒尺寸最小化，热撕裂可能由于过多的铁含量引起。此外，当从高于β转变温度冷却时，在该合金中能通过本发明的方法实现晶粒内微观结构α板条网篮形态。与Ti-6-4合金的平行或片状α板条相反，本发明的一方面实现交错的网篮形态。

其它方面和具体实施例包含在本申请的范围内，并根据下面的说明和附图中进行详细说明。

附图说明

图1为展示了在落入本申请范围内的合金的非限制实施例中，加工-结构-性能之间关系的系统设计图。

图2为描述了一组集成的，适于设计落入，如在此描述的包括，例如图1的本申请范围内的合金的计算机模型图。

图3展示了落入本文所公开的范围内（包括，例如图1）的合金的非限制性实施例中、对应于β转变温度的α相粗化率常数。

图4为图3的放大图，描述了落入本申请范围内的合金的非限制实施例的、对应于β转变温度的α相粗化率常数。

图5展示了落入本文所公开的范围内（包括，例如图1）的合金的非限制性实施例中、在603℃时对应于钼含量的α相粗化率常数。

图6展示了落入本文所公开的范围内（包括，例如图1）的合金的非限制性实施例中、α相粗化率常数在603℃时随钼和铬含量的变化而变化的曲线图。

图7展示了落入本文所公开的范围内（包括，例如图1）的合金的非限制性实施例中、Scheil冻结范围和生长限制参数随铁和硼含量的变化而变化的曲线图。