生产钛及钛合金制品的方法技术

一种生产选自钛制品和钛合金制品的制品的方法包括用氢源熔化进料材料以形成钛或钛合金的熔化热以及铸造熔化热的至少一部分以形成氢化的钛或钛合金锭。在升高的温度下使氢化的锭变形以形成加工制品，所述加工制品包括小于氢化的锭的截面面积的截面面积。使加工制品脱氢以减少加工制品的氢含量。在所述方法的某些非限制性实施方案中，脱氢制品在最长尺寸上的平均a相粒度小于10微米。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产钛及钛合金制品的方法技术背景
本公开涉及生产钛及钛合金制品的方法。特别地，本公开的某些非限制性方面涉及包括生产氢化的钛或钛合金、使钛或钛合金变形(加工钛或钛合金)并随后使材料脱氢以减少制品的氢含量的方法。在本公开的方法的某些非限制性实施方案中，所述方法提供具有超细α相粒度的钛或钛合金制品，例如在最长尺寸上的平均α相粒度小于10微米。技术背景描述钛合金用于各种各样的应用中，因为它们能够有利地平衡材料的性质，包括强度、延展性、模量和温度能力(temperaturecapability)。例如，Ti-6Al-4V合金(也称为“Ti-6-4合金”，具有UNSR56400中指定的组成)是广泛用于航空航天和生物医学行业的商业合金。钛具有两种同素异形形式：具有体心立方(“bcc”)晶体结构的“高温”贝塔(“β”)相；和具有六方密堆积(“hcp”)晶体结构的“低温”阿尔法(“α”)相。在钛合金被加热时α相完全转变成β相的温度被称为β转变温度(或简称为“β转变”或“Tβ”)。对钛合金的铸锭进行常规加工以形成坯件或其它轧制产品通常涉及在β转变以上和以下的变形步骤的组合，这取决于给定应用的所需结构和材料性质要求。较细的α粒度可导致钛合金制品有较高的拉伸性质、提高的疲劳强度和改进的超声检查性。在钛合金制品中实现较细α粒度的常规方法通常涉及管控复杂的热机械加工，例如，从β相场快速淬火，接着是α+β相区中相对大量的热加工或应变，以及α+β相区中可能的变形后退火，以增强颗粒细化。特别地，为实现最细的α粒度，需要在非常低且可能是最低限度实用的温度下热加工，并且采用相对低的受控应变率。然而，由于锻造负荷增加、开裂导致的较低工艺出品率以及特别是在大截面尺寸下实际应变率控制的缺乏或限制，对采用此常规方法所能实现的制品存在着制造上的限制。常规方法也可能受到在诸如低温和/或高应变率之类的某些加工条件下在合金中形成小空隙或孔的倾向越来越大的限制。这种现象被称为“应变诱导的孔隙率”或“SIP”。在合金中存在SIP对合金性质可能是特别有害的，并且可能导致显著的工艺出品率损失。在严重的情况下，可能需要额外且昂贵的加工步骤，如热等静压，以消除已经形成的SIP。因此，对生产具有较细α粒度的钛合金制品同时避免由热加工温度和/或应变率所施加的限制的方法产生了需求。概述本公开部分地涉及解决用于生产钛合金制品的常规方法的某些限制的方法及合金制品。本文的某些实施方案解决在某些钛及钛合金制品中实现较细α粒度的常规技术的限制。本公开的一个非限制性方面涉及生产选自钛制品和钛合金制品的制品的方法。所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成钛或钛合金的熔化热；铸造熔化热的至少一部分以形成氢化的钛或钛合金锭；在升高的温度下使氢化的锭变形以形成加工制品，所述加工制品包括小于氢化的锭的截面面积的截面面积；以及使加工制品脱氢以减少加工制品的氢含量。在所述方法的某些非限制性实施方案中，脱氢制品在最长尺寸上的平均α相粒度小于10微米。在所述方法的某些非限制性实施方案中，钛或钛合金选自由以下组成的组：商业纯的钛、近α钛合金、α+β钛合金、近β钛合金和铝化钛合金。本公开的另一非限制性方面涉及生产α+β钛合金制品的方法。所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成熔化热；铸造所述熔化热的至少一部分以形成α+β钛合金的氢化的锭；初始在β相场中且随后在α+β+δ相场中的温度下使氢化的锭变形，以形成加工制品，所述加工制品包括小于氢化的锭的截面面积的截面面积；以及对加工制品进行真空热处理以减少加工制品的氢含量。本公开的另一非限制性方面涉及生产α+β钛合金制品的方法。所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成熔化热；铸造熔化热的至少一部分以形成α+β钛合金的氢化的锭；在第一升高的温度下使锭变形以形成初始加工制品，所述初始加工制品包括小于氢化的锭的截面面积的截面面积；在第二升高的温度下使初始加工制品氢化；在第三升高的温度下使初始加工制品变形以形成中间加工制品，所述中间加工制品具有小于初始加工制品的截面面积的截面面积；以及对中间加工制品进行真空热处理以减少中间加工制品的氢含量。附图简述参考附图可以更好地理解本文描述的方法及合金制品的特征和优点，其中：图1是根据本公开生产钛或钛合金制品的方法的非限制性实施方案的流程图。应当理解的是，本专利技术在其应用上不限于上述图中所示的布置。读者在考虑到以下根据本公开的方法及合金制品的某些非限制性实施方案的详细描述后将会理解前述细节以及其它细节。读者在使用本文描述的方法及合金制品后也可理解某些这类附加的细节。某些非限制性实施方案的详细描述在本专利技术非限制性实施方案的描述以及在权利要求书中，除了在操作实施例中或者另有指示的情况下，要将表示成分和产品的数量或特性、加工条件等的所有数值理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除有相反的指示外，以下描述及所附权利要求书中给出的任何数值参数均为近似值，其可根据试图要在根据本公开的方法及合金制品中获得的所需性质而变化。最起码且不是企图限制与权利要求书范围等同的教导的应用，至少应根据所报告的有效数字的数目并通过应用普通的舍入技术来解释每个数值参数。本公开部分地涉及解决在某些钛合金制品中实现较细α粒度的常规方法的某些限制的方法和钛及钛合金制品。参考图1，示出了根据本公开生产α+β钛合金锭的方法的非限制性实施方案。所述方法包括用氢源熔化进料材料以形成熔化热(方框100)和铸造熔化热的至少一部分以形成氢化的(即，含氢的)α+β钛合金锭(方框110)。在某些非限制性实施方案中，进料材料可由一旦熔化则产生按重量计(除另指出外，本文所有的百分比均为重量百分比)包含5.50％至6.75％的铝、3.50％至4.50％的钒、钛、氢和杂质的Ti-6-4钛合金(具有UNSR56400中指定的组成)的材料组成。普通技术人员可以很容易地确定出能够形成具有特定的所需组成的合金热的起始材料。更一般地，可结合任意商业纯的钛、近α钛合金、α+β钛合金、近β钛合金和铝化钛合金的锭及其它制品的制备采用本文描述的方法。可按照本文公开的方法的各种非限制性实施方案加工的近α钛合金的非限制性实例包括Ti-8Al-1Mo-1V合金(具有UNSR54810中指定的组成)。可按照本文公开的方法的各种非限制性实施方案加工的α+β钛合金的非限制性实例包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金(具有UNSR54620中指定的组成)、Ti-6Al-4V合金(具有UNSR56400中指定的组成)和Ti-6Al-6V-2Sn合金(具有UNSR56620中指定的组成)。可按照本文公开的方法的各种非限制性实施方案加工的近β钛合金的非限制性实例包括Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金(也表示为“Ti-17”合金，具有UNS-R58650中指定的组成)、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.15Si合金(也表示为“Ti-62222”合金)和Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金(也表示为“SP-700”合金)。可按照本文公开的方法的各种非限制性实施方案加工的铝化钛合金的非限制性实例包括Ti-24Al-11Nb合金和超α2基Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产选自钛制品和钛合金制品的制品的方法，所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成钛或钛合金的熔化热；铸造所述熔化热的至少一部分以形成氢化的钛或钛合金锭；在升高的温度下使所述氢化的锭变形以形成加工制品，所述加工制品包括小于所述氢化的锭的截面面积的截面面积；以及使所述加工制品脱氢以减少所述加工制品的氢含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.10 US 62/114,1941.一种生产选自钛制品和钛合金制品的制品的方法，所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成钛或钛合金的熔化热；铸造所述熔化热的至少一部分以形成氢化的钛或钛合金锭；在升高的温度下使所述氢化的锭变形以形成加工制品，所述加工制品包括小于所述氢化的锭的截面面积的截面面积；以及使所述加工制品脱氢以减少所述加工制品的氢含量。2.如权利要求1所述的方法，其中所述制品选自由以下组成的组：商业纯的钛制品、近α钛合金制品、α+β钛合金制品、近β钛合金制品和铝化钛合金制品。3.如权利要求1所述的方法，其中所述氢化的锭的至少一部分具有0.05重量％至1.5重量％的氢含量。4.如权利要求1所述的方法，其中所述氢化的锭的至少一部分具有大于0至0.8重量％的氢含量。5.如权利要求1所述的方法，其中所述氢化的锭的至少一部分具有0.2重量％至0.8重量％的氢含量。6.如权利要求1所述的方法，其中所述氢源包括以下中的至少一种：包括氢的分压的气体环境、包括氢和惰性气体的分压的气体环境以及氢化钛。7.如权利要求1所述的方法，其中熔化进料材料包括在包括氢的分压的气体环境中熔化所述进料材料。8.如权利要求1所述的方法，其中所述氢源包括所述进料材料中的含氢材料。9.如权利要求8所述的方法，其中所述含氢材料是氢化钛。10.如权利要求1所述的方法，其中所述升高的温度在所述钛合金的β相场中。11.如权利要求10所述的方法，其中所述方法在使所述氢化的锭变形和使所述加工制品脱氢的中间进一步包括：将所述加工制品从所述β相场冷却到室温；在所述钛合金的α+β+δ相场中的温度下老化所述加工制品；以及在所述钛合金的所述α+β+δ相场中使所述加工制品变形，以形成中间加工制品，所述中间加工制品包括小于所述锭的截面面积的截面面积。12.如权利要求11所述的方法，其中使所述氢化的锭变形和使所述加工制品变形中的至少一者包括锻造和轧制中的至少一者。13.如权利要求1所述的方法，其中使所述加工制品脱氢包括在基本上真空状态和足以从所述加工制品中除去至少一部分氢的温度下加热所述加工制品。14.如权利要求1所述的方法，其中使所述加工制品脱氢将所述氢含量减少到不超过150ppm。15.如权利要求1所述的方法，其中所述脱氢的加工制品在最长尺寸上的平均α相粒度小于10微米。16.如权利要求1所述的方法，其中所述脱氢的加工制品在最长尺寸上的平均α相粒度小于3微米。17.如权利要求1所述的方法，其中所述脱氢的加工制品在最长尺寸上的平均α相粒度小于1微米。18.如权利要求1所述的方法，其中所述制品是α+β钛合金制品，且所述α+β钛合金按重量计包含5.50％至6.75％的铝、3.50％至4.50％的钒、钛、氢和杂质。19.一种生产α+β钛合金制品的方法，所述方法包括：用氢源熔化进料材料以形成熔化热；铸造所述熔化热的至少一部分以形成α+β钛合金的氢化的锭；初始在β相场中且随后在α+β+δ相场中的温度下使所述氢化的锭变形，以形成加工制品，所述加工制品包括小于所述氢化的锭的截面面积的截面面积；以及对所述加工制品进行真空热处理以减少所述加工制品...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·肯尼迪，R·M·戴维斯，R·W·布拉德利，R·M·福布斯琼斯，
申请(专利权)人：冶联科技地产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US