[发明专利]高强度α/β加工钛的热拉伸矫直

说明书

技术背景

技术领域

本公开涉及用于矫直在α+β相场中时效的高强度钛合金的方法。

技术背景描述

钛合金通常表现出高强度重量比，是耐腐蚀的并且在中等高温下是抗蠕变的。出于这些原因，钛合金被用于航天和航空应用中，这些应用包括例如起落架构件、引擎框架以及其它关键结构部件。钛合金还被用于喷气引擎部件如转子、压缩机叶片、液压系统部件以及引擎机舱中。

近年来，在航天工业中对β钛合金的关注和应用变得更多了。β钛合金能够被加工成具有非常高的强度同时维持合理的韧性和延展性特性。另外，β钛合金在升高的温度下的低流动应力能使加工得到改进。

然而，β钛合金在α+β相场中可能是难以加工的，因为例如合金的β转变温度通常在1400°F至1600°F(760°C至871.1°C)的范围中。另外，为达到产品所需要的机械特性，在α+β固溶处理和时效之后需要快速冷却，如水或空气淬火。例如，直的经α+β固溶处理和时效的β钛合金棒可能在淬火过程中弯曲和/或扭曲(在本文中，“经固溶处理和时效”有时称为“STA”)。另外，对于β钛合金所必须使用的低时效温度（例如890°F至950°F(477°C至510°C)）严格限制能够被用于后继矫直的温度。最终的矫直必须发生在低于时效温度的温度下以防止在矫直操作过程中机械特性发生显著的变化。

对于呈长形产品或棒形式的α+β钛合金，例如像Ti-6Al-4V合金来说，常规地采用昂贵的竖式溶解热处理和时效工艺来使变形最小化。现有技术STA加工的一个典型例子包括：将长形部件如棒悬挂在一个竖式熔炉中，在α+β相场中在一个温度下固溶处理棒，以及在α+β相场中在一个更低温度下时效棒。在快速淬火（例如水淬火）之后，可能在低于时效温度的温度下可以矫直棒。悬挂在垂直方向上，棒杆中的应力在本质上更加呈径向并且导致较少的变形。经STA加工的Ti-6Al-4V合金(UNS R56400)棒从而能够通过例如在燃气炉中加热至低于时效温度的温度来矫直，并且从而可以使用2面、7面或普通技术人员已知的其它矫直机来矫直。然而，垂直热处理和水淬火操作成本很高，并且不是所有钛合金制造商都具有这种能力。

因为经固溶处理和时效的β钛合金的高的室温强度，常规矫直方法（如垂直热处理）对于矫直长形产品（如棒）不是很有效。例如，在800°F至900°F(427°C至482°C)下时效之后，STA亚稳态β钛Ti-15Mo合金(UNS R58150)在室温下能够具有200ksi(1379MPa)的极限拉张强度。因此，传统矫直方法对于STA Ti-15Mo合金来说不适合，因为不会影响机械特性的可供使用的矫直温度足够低，所以当施加矫直力时，由该合金组成的棒可能粉碎。

因此，需要一种用于经固溶处理和时效的金属及金属合金的不会显著影响经时效的金属或金属合金的强度的矫直工艺。

简述

根据本公开的一个方面，一种用于矫直选自金属和金属合金中之一的时效硬化金属形式的方法的一个非限制性实施方案包括将时效硬化金属形式加热至矫直温度。在某些实施方案中，矫直温度在以下矫直温度范围内：从时效硬化金属形式的0.3个开氏熔解温度(0.3T_m)至低于被用于硬化时效硬化金属形式的时效温度至少25°F(13.9°C)。向时效硬化金属形式施加伸长拉张应力达足以伸长并且矫直时效硬化金属形式以提供矫直的时效硬化金属形式的时间。在任何5英尺长度(152.4cm)或更短长度范围内，矫直的时效硬化金属形式偏离直线不大于0.125英寸(3.175mm)。冷却矫直的时效硬化金属形式，同时向矫直的时效硬化金属形式施加冷却拉张应力，其中该冷却拉张应力足以平衡合金中的热冷却应力并且维持在矫直的时效硬化金属形式的任何5英尺长度(152.4cm)或更短长度范围内离直线的偏差不大于0.125英寸(3.175mm)。