钛铜铁合金和相关的触变成形方法技术

本发明专利技术涉及钛铜铁合金和相关的触变成形方法。包括约5至约33wt％的铜、约1至约8wt％的铁和钛的钛合金；和制备其的方法。

Titanium, copper and iron alloys and related thixotropic methods

The invention relates to titanium copper iron alloy and related thixotropic forming method. Titanium alloys containing about 5 to about 33wt% of copper and about 1 to about 8wt% of iron and titanium; and methods for preparing the titanium alloys.

【技术实现步骤摘要】
钛铜铁合金和相关的触变成形方法
本申请涉及钛合金，并且更具体地，涉及钛合金的触变成形。
技术介绍
钛合金在宽的温度范围内提供高拉伸强度，但重量相对较轻。此外，钛合金耐腐蚀。因此，钛合金用于各种苛刻应用，如飞机部件、医疗装置等.钛合金的塑性成形是昂贵的过程。钛合金的塑性成形所需的工具必须能够承受变形期间的重载。因此，钛合金的塑性成形的工具制造昂贵且由于磨损率高而难以维护。此外，可能难以在塑性成形钛合金时获得复杂的几何形状。因此，通常需要大量的附加机械加工来实现最终产品的所期望的形状，从而进一步增加成本。铸造是获得具有更复杂形状的钛合金产品的常用替代方案。但是，由于钛合金的熔融温度高，以及熔融钛合金与模具材料和环境氧的过度反应性，钛合金的铸造变得复杂。因此，钛合金是一些最难以经济有效的方式加工的金属，因此，本领域技术人员持续进行钛合金领域的研究和开发工作。
技术实现思路
在一个实施方式中，所公开的钛合金包括约5至约33wt％的铜、约1至约8wt％的铁和钛。在另一个实施方式中，所公开的钛合金基本上由约5至约33wt％的铜、约1至约8wt％的铁和余量的钛组成。在又另一实施方式中，所公开的钛合金基本上由约13至约33wt％的铜、约3至约5wt％的铁和余量的钛组成。在一个实施方式中，用于生产金属制品的所公开的方法包括以下步骤：(1)加热钛合金的块状物(amassoftitanium)至触变成形温度，该触变成形温度处于钛合金的固相线温度和钛合金的液相线温度之间，钛合金包括铜、铁和钛；和(2)当该块状物处于触变成形温度时，使该块状物成形为金属制品。在另一个实施方式中，用于生产金属制品的所公开的方法包括以下步骤：(1)加热钛合金的块状物至触变成形温度，该触变成形温度处于钛合金的固相线温度和钛合金的液相线温度之间，钛合金包括约5至约33wt％的铜、约1至约8wt％的铁和钛；和(2)当该块状物处于触变成形温度时，使该块状物成形为金属制品。所公开的钛铜铁合金和相关的触变成形方法的其它实施方式经由以下详细描述、附图和所附权利要求将变得明显。附图说明图1是钛铜铁合金的相图；图2A和2B是假设平衡(图2A)和Scheil(图2B)条件产生的三种实例钛合金的液相率(liquidfraction)对温度的图；图3A、3B和3C是描绘三种实例钛合金——具体地为Ti–18Cu–4Fe(图3A)、Ti–20Cu–4Fe(图3B)和Ti–22Cu–4Fe(图3C)的微观结构对时间(保持在1010℃时)的摄影图像；图4是描绘用于生产金属制品的所公开的方法的一个实施方式的流程图；图5是飞机生产和服务方法学的流程图；和图6是飞机的框图。具体实施方式公开的是钛铜铁合金。当所公开的钛铜铁合金中的铜添加和铁添加的组成限制如本文所公开进行控制时，得到的钛铜铁合金可具体地非常适用于通过触变成形生产金属制品。在不限制于任意具体理论的情况下，相信所公开的钛铜铁合金非常适合用于通过触变成形生产金属制品，因为所公开的钛铜铁合金具有相对宽的凝固范围。如本文所使用的，“凝固范围”指代钛铜铁合金的固相线温度和液相线温度之间的差(ΔT)，并且高度依赖于合金组成。作为一个实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约50℃。作为另一实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约100℃。作为另一实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约150℃。作为另一实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约200℃。作为另一实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约250℃。作为另一实例，所公开的钛铜铁合金的凝固范围至少可为约300℃。当加热至钛铜铁合金的固相线温度和液相线温度之间的温度时，所公开的钛铜铁合金变得可触变成形。但是，当钛铜铁合金的液相率过高(工艺变得类似于铸造)或过低(工艺变得类似于塑性金属成形)时，触变成形的优势被限制。因此，当钛铜铁合金的液相率处于约30％和约50％之间时触变成形可以是有利的。在不限制于任意具体理论的情况下，进一步相信所公开的钛铜铁合金非常适合用于通过触变成形生产金属制品，因为所公开的钛铜铁合金在显著低于传统钛合金铸造温度的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在一个表达中，所公开的钛铜铁合金在小于1,200℃的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在另一个表达中，所公开的钛铜铁合金在小于1,150℃的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在另一个表达中，所公开的钛铜铁合金在小于1,100℃的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在另一个表达中，所公开的钛铜铁合金在小于1,050℃的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在又另一表达中，所公开的钛铜铁合金在约1,010℃的温度下获得约30％和约50％之间的液相率。在一个实施方式中，公开的是具有表1中所示组成的钛铜铁合金。表1元素范围(wt％)Cu5–33Fe1–8Ti余量因此，所公开的钛铜铁合金可由(或基本上由)钛(Ti)、铜(Cu)和铁(Fe)组成。本领域技术人员会意识到，还可存在大体上不影响所公开的钛铜铁合金的物理性质的各种杂质，并且这种杂质的存在不会导致偏离本公开的范围。例如，所公开的钛铜铁合金的杂质含量可以如表2中所示进行控制。表2杂质最大(wt％)O0.25N0.03其它元素，每种0.10其它元素，总共0.30加入至所公开的钛铜铁合金的铜添加在给定温度下增加液相率。因此，在不限制于任意具体理论的情况下，相信铜添加有助于所公开的钛铜铁合金的可触变成形性。如表1所示，加入至所公开的钛铜铁合金的铜添加的组成限制的范围为约5wt％至约33wt％。在一个变化中，铜添加的组成限制的范围为约13wt％至约33wt％。在另一变化中，铜添加的组成限制的范围为约15wt％至约30wt％。在另一变化中，铜添加的组成限制的范围为约17wt％至约25wt％。在又另一变化中，铜添加的组成限制的范围为约18wt％至约22wt％。铁是强的β-稳定剂，但可以增加密度并且导致脆化。因此，在不限制于任意具体理论的情况下，相信铁添加在冷却期间保留了Ti–β相，但没有过多的密度增加并且没有显著导致脆化。如表1所示，加入至所公开的钛铜铁合金的铁添加的组成限制的范围为约1wt％至约8wt％。在一个变化中，铁添加的组成限制的范围为约2wt％至约7wt％。在另一变化中，铁添加的组成限制的范围为约3wt％至约6wt％。在另一变化中，铁添加的组成限制的范围为约3wt％至约5wt％。在又另一变化中，铁以约4wt％的含量存在。实例1(Ti–13-33Cu–4Fe)所公开的钛铜铁合金的一个通常的非限制性实例具有表3中所示的组成。表3元素含量(wt％)Cu13–33Fe4Ti余量参考图1的相图，具体地参考图1的交叉阴影区域，所公开的Ti–13-33Cu–4Fe合金具有相对低的固相线温度(大约1,000℃)和相对宽的凝固范围。因此，所公开的Ti–13-33Cu–4Fe合金非常适合于触变成形。实例2(Ti–18Cu–4Fe)所公开的钛铜铁合金的一个具体的非限制性实例具有以下公称组成：Ti–18Cu–4Fe和表4中所示的测量组成。表4元素含量(wt％)Ti余量Cu17.7±0.6Fe4.0±0.1O0.155±0.006N0.00本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钛合金，其包括：约5至约33wt％的铜；约1至约8wt％的铁；和钛。

【技术特征摘要】
2017.03.29 US 15/472,9481.钛合金，其包括：约5至约33wt％的铜；约1至约8wt％的铁；和钛。2.权利要求1所述的钛合金，其中所述铜以约13至约33wt％存在；或其中所述铜以约15至约30wt％存在；或其中所述铜以约17至约25wt％存在；或其中所述铜以约18至约22wt％存在；或其中所述铁以约2至约7wt％存在；或其中所述铁以约3至约5wt％存在；或其中所述铁以约4wt％存在；或其中所述铜以约13至约33wt％存在，和所述铁以约3至约5wt％存在。3.权利要求1或2所述的钛合金，其中氧作为杂质以至多约0.25wt％的含量存在；或其中氮作为杂质以至多约0.03wt％的含量存在。4.权利要求1所述的钛合金，其由所述铜、所述铁和所述钛组成。5.用于生产金属制品的方法，其包括：加热钛合金的块状物至触变成形温度，所述触变成形温度处于所述钛合金的固相线温度和所述钛合金的液相线温度之间，所述钛合金包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·帕里什，R·卡拉姆，K·N·坎普，C·C·德弗雷塔斯，
申请(专利权)人：波音公司，巴西金边大学，
类型：发明
国别省市：美国,US