[发明专利]用于紧固件应用的钛合金

说明书

本发明涉及用于紧固件应用的钛合金。具体而言，本发明提供了一种退火钛合金，以及包含该钛合金的紧固件，该钛合金具有约5.50重量％～约6.75重量％的铝、约3.50重量％～约4.50重量％的钒、大于0.20重量％的氧和大于0.30重量％的铁。本发明还涉及该钛合金的制备方法，以及用于形成飞行器用紧固件的方法和设备。本发明可进行多种操作从而由所述退火钛合金形成所述飞行器用紧固件。

技术领域

本发明总体涉及钛合金，并具体涉及对钛合金进行加工以具有所需机械性质。更具体的是，本发明涉及由具有所需机械性质的钛合金形成紧固件的方法和设备。

背景技术

钛合金是包含钛与其他化学元素的混合物的金属。钛合金具有较高的强度重量比，具有耐腐蚀性，并甚至在高温下也表现出比其他材料更高的拉伸强度和韧性。出于这些原因，钛合金通常用于航空航天应用。例如但非限制，钛合金用来形式着陆装置组件、发动机组件、机械紧固件和其他合适的结构。

通常，用于航天应用的钛部件由Ti-6Al-4V合金形成，该合金是一种由以下成分构成的α-β钛合金：约6重量％的铝、约4重量％的钒、少量其他元素以及余量的钛。航天工业标准要求由如Ti-6AL-4V等钛合金制成的部件具有一定的材料性质。例如，该标准要求航天用紧固件必须具有一定量的剪切强度和拉伸强度，以便在飞行器中使用。

为了实现这些材料性质，认证机构为钛合金制成的紧固件建立了化学成分和加工的指南。例如，目前的航天指南规定了形成Ti-6AL-4V的氧、铁、碳和氮的最大量。另外，标准提倡采用固溶处理和时效过程来改善由钛合金制成的紧固件的剪切强度和拉伸强度。

在固溶处理和时效过程中，将材料放置在炉中进行固溶处理、淬火、清洗，然后进行时效以使材料加强。该过程可能花费几个小时，并且需要占用宝贵制造空间的庞大机器。热处理过程产生使得表面变脆的表面污染物并需要移除。因此，这个过程比预期花费更多的时间和使用更多的资源。

另外，当经固溶处理和时效的材料的厚度增加时，该材料保持所需剪切强度和拉伸强度的能力下降。结果，经固溶处理和时效的较大直径紧固件可能表现得并不如预期好。

因此，理想的是获得考虑了上述的至少一些问题、以及其他可能问题的方法和设备。特别是，理想的是提供一种用于航天紧固件的轻质钛合金材料，其符合行业要求，同时节省制造时间和成本。

发明内容

本发明的实施方式提出了用于由具有所需材料性质的紧固件原料形成钛合金紧固件的方法和设备。所述紧固件由具有大于0.20重量％的氧和大于0.30重量％的铁的紧固件原料形成。特别是，本发明的示例性实施方式公开了一种紧固件，其具有约5.50重量％～约6.75重量％的铝、约3.50重量％～约4.50重量％的钒、约0.25重量％～约0.50重量％的氧和约0.40重量％～约0.80重量％的铁。

钛合金内氧和铁的含量已增加至分别超过0.20重量％和0.30重量％的航天行业的最大值。本发明的示例性实施方式中氧和铁的组成可实现航天紧固件所需的极限拉伸强度和剪切强度，并且无需对紧固件使用固溶处理和时效过程。

省去对固溶处理和时效的需求节省了大量生产时间，这意味着紧固件的生产更快，并且降低了单位紧固件的成本。制造具有更高水平的氧和铁的紧固件原料使得料锭制造商能够在料锭配制中利用更大百分比的富含上述两种元素的废料。

上述特征和功能可以在本发明的各种实施方式中独立实现，或可以在其他实施方式中结合，参考以下描述和附图可见其更多细节。

附图说明

据认为可表征示例性实施方式的新特征在所附权利要求中阐释。然而示例性实施方式以及优选的应用方式、其进一步的目的和特征通过参考以下对本发明示例性实施方式的详细描述并结合附图阅读来进行最佳理解，其中：

图1是本发明示例性实施方式的制造环境的框图；