[发明专利]高强度-高刚度β钛合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善β（BETA）钛合金机械性能的方法，尤其涉及一种在不影响韧性的情况下提高Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr（Ti-5553）合金的强度及刚度的方法。

背景技术

β钛合金因其更高的比强度（specific strength）（强度与密度之比）而具有改善的工作性能，其能降低重量。这些合金在航空航天工业中有应用，例如可应用于起落架组件、直升机旋翼系统等机构中（参见由R.R.Boyer与R.D.Briggs所著发表在材料、工程与工作性能杂志2005年第14（6）册第681-685页中的β钛合金在航空航天工业中的应用的文章）。在这些应用中，钛合金取代了像高强度低合金钢与4340M钢等钢材，因其具有优越的耐腐蚀性而降低了维护费用，且可降低重量。近来所述合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr（Ti-5553）（所有成分均以重量百分比表示）作为替代更成熟的合金Ti-10V-2Fe-3Cr的一种选择受到越来越多的关注。Ti-5553合金具有改善的加工性能、对尺寸高达6英寸的部分进行热处理的能力及更优的强度-韧性-硬度的组合性能。Ti-5553在热处理的条件下的典型目标属性是极限抗拉强度为180ksi，延伸率为5%，及拉伸弹性模量为16.2Msi。β钛合金在强度与刚度方面的改善的有益效果是提高加工性能及进一步的降低重量。

因此，在不影响延伸率的情况下提高β钛合金机械性能的新的一种改善方法是有需求的。而本发明的该种方法满足了该需求。

发明内容

根据本发明新的改善方法，硼化钛（TiB）沉淀物被掺入像Ti-5553的β钛合金，相比于基线合金，所述β钛合金通过均化作用、热加工及最终热处理等加工工序获得在机械性能上的改善。通过合适的方法将硼引入所述钛合金的成分从而产生TiB沉淀物，例如通过预合金粉末冶金技术。如图解示例，本发明的方法可用来提高通过气体雾化预合金粉末方法制备的Ti-5553合金的机械性能。

附图说明

图1是一种根据本发明通过预合金粉末冶金方法制备高强度-高刚度Ti-5553合金的流程图；及

图2是在不同均化作用温度与无均化作用情况下加强的Ti-5553合金的抗拉屈服强度（TYS）、极限抗拉强度（UTS）与延伸率（TE）的曲线图。在于1100℉时效处理6小时后，所有样品通过在1500℉处理的溶液做最终热处理一个小时。

具体实施方式

下面将描述一种提高像Ti-5553的多组分β钛合金的机械性能的新的改善方法。

在此披露、描述的方法包含四个关键要素：

1.将TiB沉淀物掺入β钛合金基质中；

2.在所述β转变温度以上进行均化作用热处理；

3.在所述β转变温度以下进行热加工；及

4.在所述β转变温度以下进行最终热处理。

可用几个不同的方法完成将硼引入所述钛合金组分以产生TiB沉淀物的过程，例如可用铸造、铸锻加工、像气体雾化法或元素混合法等粉末冶金技术。在所述β转变温度（在该温度完成由α相到β相的转变）以上进行的均化作用热处理产生具有良好强度-伸长率组合的平衡微细组织（equilibrium microstructure）。在所述β转变温度以下进行的像锻造、滚压与挤压等通常的金属热加工操作能用来产生细晶组织。最终热处理包括溶液处理以使所需量的粗α板部分在经过时效处理而使细α小板沉淀后产生沉淀，这两个沉淀过程均在所述β转变温度以下进行，所述热处理提供了在成品中所需的强度-伸长率组合。溶液处理一般为本领域技术人员所熟知（参见G.Lutjering与J.C.Williams在Springer的2007年第二版的第289页的文章<<钛>>）。