[发明专利]α-β钛合金的加工

说明书

本发明公开了一种用于提高可冷加工的α‑β钛合金的拉伸强度的方法，其包含在T_β‑106℃至T_β‑72.2℃范围内的温度下溶液热处理可冷加工的α‑β钛合金15分钟至2小时；以至少3000℃/分钟的冷却速率冷却所述α‑β钛合金；冷加工所述α‑β钛合金以便向所述合金赋予在5％至35％范围内的有效应变；以及在T_β‑669℃至T_β‑517℃范围内的温度下老化所述α‑β钛合金1至8小时。还公开了包括经溶液处理、淬火、冷加工和老化的α‑β钛合金的紧固件坯件和紧固件。

技术领域

本公开涉及加工某些可冷加工的α-β钛合金的新型方法、使用所述方法制造的合金、以及包括所述合金的制品。本公开的一个具体非限制性方面涉及包括使用本文的新型方法制造的合金的紧固件和紧固件坯件。

背景技术

钛合金通常表现出高强度重量比、耐腐蚀性、以及在适度高温下的抗蠕变性。由于这些原因，钛合金被用于许多航空、航天、国防、船舶和汽车应用，包括例如起落架构件、发动机机架、防弹装甲、船体和机械紧固件。

减小飞机或其它机动车辆的重量可以节省燃料。因此，例如，在航空工业中有强大的驱动力来减轻飞机的重量。钛和钛合金是用于在飞机应用中实现重量减轻的有吸引力的材料，因为它们具有高强度重量比和其它有利的机械特性。

作为α-β钛合金的Ti-6Al-4V合金(ASTM 5级；UNS R56400；AMS 4965)用于许多应用中，这些应用受益于合金的轻质、耐腐蚀性和在低至中等温度下的高强度的有利组合。例如，航空应用中使用的许多钛合金零件是由Ti-6Al-4V合金制成。更一般地，Ti-6Al-4V合金用于生产飞机发动机部件、飞机结构部件、高性能汽车部件、医疗器械部件、运动器材、船舶应用部件、化学加工设备部件和紧固件。Ti-6Al-4V合金小直径紧固件坯件(即，具有小于0.5英寸(1.27cm)直径的紧固件坯件)的典型最小规格为170ksi(1,172MPa)极限拉伸强度(UTS)(根据ASTM E8/E8M 09(“金属材料张力测试的标准测试方法(Standard TestMethods for Tension Testing of Metallic Materials)”美国材料和试验协会(ASTMInternational),2009)所测定)和103ksi(710MPa)双剪切强度(DSS)(根据NASM 1312-13(修订版2，2013)紧固件测试方法-双剪试验(Fastener Test Methods-Double ShearTest)(航空航天工业协会(Aerospace Industries Association))所测定)。

铁和镍基高温合金，例如A286铁基高温合金(UNS S66286)，是具有下一级强度的航空紧固件应用中使用的代表性材料。冷拔和老化的A286合金紧固件的典型规定最小强度为180ksi(1,241MPa)UTS和108ksi(744MPa)DSS。

合金718镍基高温合金(UNS N07718)是航空紧固件中使用的材料，代表了最高强度等级。冷拔和老化的合金718高温合金紧固件的典型规定最小值为220ksi(1,517MPa)UTS和120ksi(827MPa)DSS。镍和钢紧固系统通常使用拉拔和老化加工路线来实现其高强度。历史上，由于合金在室温下的低延展性，Ti-6Al-4V合金或其它钛合金没有使用拉拔和老化工艺。这在业界是众所周知的。

钛具有比钢或镍低得多的密度，这在航空紧固件和其它应用中导致显著的重量节省。然而，某些低温应用需要高于现有钛合金紧固件材料通常可达到的强度。另外，用于生产常规钛合金紧固件的热处理步骤可能很长，在紧固件生产过程中造成工艺瓶颈。例如，成品钛合金紧固件的常规老化时间可以在4至12小时范围内，并且通常为8至10小时。提供表现出高强度的钛合金紧固件材料，例如用Ti-6Al-4V合金紧固件可获得的强度，而不需要目前用于获得所需强度水平的长时间老化将是有利的。