抗蠕变钛合金制造技术

以总合金重量的重量百分比计，一种钛合金的一个非限制性实施例包括：5.5到6.5铝；1.5到2.5锡；1.3到2.3钼；0.1到10.0锆；0.01到0.30硅；0.1到2.0锗；钛；和杂质。所述钛合金的一个非限制性实施例包括锆‑硅‑锗金属间沉淀物，并且在至少890℉的温度下在52ksi的载荷下表现出小于8x10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抗蠕变钛合金
本公开涉及抗蠕变钛合金。
技术介绍
钛合金通常表现出高强度重量比，抗腐蚀并且在中等高温下抗蠕变。例如，Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr合金(也被称为“Ti-17合金”，其成分在UNSR58650中进行了规定)是一种商用合金，其广泛用于需要在高达800℉的操作温度下的高强度、抗疲劳性和韧性的组合的喷气发动机应用中。用于高温应用的钛合金的其它实例包含Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金(具成分在UNSR54620中进行了规定)和Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr合金(也被称为“β-C”，并成分在UNSR58640中进行了规定)。然而，这些合金在高温下的抗蠕变性是有限制的。因此，需要在高温下具有改善的抗蠕变性的钛合金。
技术实现思路
根据本公开的一个非限制性方面，以总合金重量的重量百分比计，一种钛合金包括：5.5到6.5铝；1.5到2.5锡；1.3到2.3钼；0.1到10.0锆；0.01到0.30硅；0.1到2.0锗；钛；和杂质。根据本公开的另一个非限制性方面，以总合金重量的重量百分比计，一种钛合金基本由以下组成：5.5到6.5铝；1.5到2.5锡；1.3到2.3钼；0.1到10.0锆；0.01到0.30硅；0.1到2.0锗；钛；和杂质。根据本公开的另一个非限制性方面，以总合金重量的重量百分比计，一种钛合金包括：2到7铝；0到5锡；0到5钼；0.1到10.0锆；0.01到0.30硅；0.05到2.0锗；0到0.30氧；0到0.30铁；0到0.05氮；0到0.05碳；0到0.015氢；钛；和杂质。附图说明通过参考附图，可以更好地理解本文所述的合金、制品和方法的特征和优点，其中：图1是绘制了根据本公开的钛合金的某些非限制性实施例相较于某些常规钛合金的随时间的蠕变应变的图。图2包含根据本公开的钛合金的一个非限制性实施例的显微照片，和示出了在持续载荷暴露之前的合金的能量色散X射线(XRD)扫描的结果的图；图3包含图2的钛合金的显微照片，和示出了合金的XRD扫描的结果以及在将合金在52ksi的持续荷载下在900℉下加热125小时后Zr/Si/Ge向金属间沉淀物的配分的结果的图；并且图4示出了图3的钛合金的元素图。当考虑根据本公开的某些非限制性实施例的以下详细描述时，读者将理解前述细节以及其它细节。具体实施方式在非限制性实施例的本描述中，除了在操作实例中或在另外指示的地方，所有表示量或特性的数字在所有情况下均应被理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在以下描述中阐述的任何数值参数都是近似值，其可以取决于人们试图在根据本公开的材料中和通过根据本公开的方法获得的期望性质而有所不同。最起码地并且并非试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数值参数至少应根据所报告的多位有效数字并通过应用普通舍入技术来解释。除非另有说明，否则本文所述的所有范围均包含所述端点。据称全部或部分通过引用并入本文的任何专利、出版物或其它公开材料被仅以所并入的材料与本公开中阐述的现有定义、陈述或其它公开材料不冲突的程度并入本文。因此并且必要地，本文阐述的公开内容可取代通过引用并入本文的任何相冲突的材料。据称通过引用并入本文但与本文阐述的现有定义、陈述或其它公开材料相冲突的任何材料或其部分仅以所述并入材料和现有公开材料之间不发生冲突的程度并入。本中对“包括”特定组合物的钛合金的提及旨在涵盖“基本由所述组合物组成”或“由所述组合物组成”的合金。将理解，本文描述的“包括”特定组合物、“由其组成”或“基本由其组成”的钛合金组合物还可以包含杂质。高温环境中的制品和零件可能会蠕变。如本文使用，“高温”是指超过约200℉的温度。蠕变是在应力下发生的随时间变化的应变。以减小的应变速率发生的蠕变被称为初级蠕变；以最小且几乎恒定的应变速率发生的蠕变被称为二级(稳态)蠕变；并且以加速的应变率发生的蠕变被称为三级蠕变。蠕变强度是将在指定的恒定环境中在给定时间的蠕变测试中导致给定蠕变应变的应力。钛和钛合金在高温和持续载荷下的抗蠕变性能主要取决于微观结构特征。钛具有两种同素异形形式：beta(“β”)相，具有体心立方(“bcc”)晶体结构；和alpha(“α”)相，其具有六方密堆积(“hcp”)晶体结构。通常，β钛合金表现出较差的高温蠕变强度。较差的高温蠕变强度是由于这些合金在高温(诸如例如900℉)下表现出明显的β相浓度而造成的。β相由于其体心立方结构(其提供了大量的变形机制)而不能很好地抵抗蠕变。由于这些缺点，已经对β钛合金的使用进行了限制。在各种应用中广泛使用的一组钛合金是α/β钛合金。在α/β钛合金中，初级α颗粒的分布和大小会直接影响抗蠕变性。根据对含有硅的α/β钛合金的研究的各种公开报道，硅化物在晶界处的沉淀可以进一步改善抗蠕变性，但是会损害室温拉伸延展性。硅的加入所引起的室温拉伸延展性的降低将可以加入的硅的浓度限制为通常0.3％(重量)。本公开部分地涉及解决常规钛合金的某些限制的合金。以总合金重量的重量百分比计，根据本公开的钛合金的一个实施例包含(即包括)：5.5到6.5铝；1.5到2.5锡；1.3到2.3钼；0.1到10.0锆；0.01到0.30硅；0.1到2.0锗；钛；和杂质。以总合金重量的重量百分比计，根据本公开的钛合金的另一个实施例包含：5.5到6.5铝；1.7到2.1锡；1.7到2.1钼；3.4到4.4锆；0.03到0.11硅；0.1到0.4锗；钛；和杂质。以总合金重量的重量百分比计，根据本公开的钛合金的又一个实施例包含：5.9到6.0铝；1.9到2.0锡；1.8到1.9钼；3.7到4.0锆；0.06到0.11硅；0.1到0.4锗；钛；和杂质。在根据本公开的合金的非限制性实施例中，合金组合物中的偶存元素和其它杂质可以包括以下中一或多种或基本由其组成：氧、铁、氮、碳、氢、铌、钨、钒、钽、锰、镍、铪、镓、锑、钴和铜。以总合金重量的重量百分比计，根据本公开的钛合金的某些非限制性实施例可以包括：0.01到0.25氧；0到0.30铁；0.001到0.05氮；0.001到0.05碳；0到0.015氢；和铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜各0到0.1。铝可以包含在根据本公开的合金中以增加α含量并提供增加的强度。在根据本公开的某些非限制性实施例中，以总合金重量的重量浓度计，铝的存在量可以为2-7％。在某些非限制性实施例中，以总合金重量的重量浓度计，铝的存在量可以为5.5-6.5％，或者在某些实施例中为5.9-6.0％。锡可以包含在根据本公开的合金中以增加α含量并提供增加的强度。在根据本公开的某些非限制性实施例中，以总合金重量的重量浓度计，锡的存在量可以为0-4％。在某些非限制性实施例中，以总合金重量的重量浓度计，锡的存在量可以为1.5-2.5％，或者在某些实施例中为1.7-2.1％。钼可以包含在根据本公开的合金中以增加β含量并提供增加的强度。在根据本公开的某些非限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其包括：/n5.5到6.5铝；/n1.5到2.5锡；/n1.3到2.3钼；/n0.1到10.0锆；/n0.01到0.30硅；/n0.1到2.0锗；/n钛；和/n杂质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180828 US 16/114,4051.一种钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其包括：
5.5到6.5铝；
1.5到2.5锡；
1.3到2.3钼；
0.1到10.0锆；
0.01到0.30硅；
0.1到2.0锗；
钛；和
杂质。


2.根据权利要求1所述的钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其包括：
5.5到6.5铝；
1.7到2.1锡；
1.7到2.1钼；
3.4到4.4锆；
0.03到0.11硅；
0.1到0.4锗；
钛；和
杂质。


3.根据权利要求1所述的钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其包括：
5.9到6.0铝；
1.9到2.0锡；
1.8到1.9钼；
3.5到4.3锆；
0.06到0.11硅；
0.1到0.4锗；
钛；和
杂质。


4.根据权利要求1所述的钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其进一步包括：
0到0.30氧；
0到0.30铁；
0到0.05氮；
0到0.05碳；
0到0.015氢；和
铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜各0到0.1。


5.根据权利要求1所述的钛合金，其包括锆-硅-锗金属间沉淀物。


6.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金在至少890℉的温度下在52ksi的载荷下表现出小于8x10-4(24小时)-1的稳态蠕变速率。


7.一种制造钛合金的方法，所述方法包括：
将钛合金在1780℉到1800℉下固溶处理4小时；
以取决于所述钛合金的横截面厚度的速率将所述钛合金冷却至环境温度；
将所述钛合金在1025℉到1125℉下时效8小时；和
风冷所述钛合金，
其中所述钛合金具有权利要求1中所述的组成。


8.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金在900℉下表现出至少130ksi的极限拉伸强度。


9.一种钛合金，以总合金重量的重量百分比计，其基本由以下组成：
5.5到6.5铝；
1.5到2.5锡；
1.3到2.3钼；
0.1到10.0锆；
0.01到0.30硅；
0.1到2.0锗；
钛；和
杂质。


10.根据权利要求9所述的钛合金，其中以总合金重量的重量百分比计，所述合金中的铝含量为5.9到6.0。


11.根据权利要求9所述的钛合金，其中以总合金重量的重量百分比计，所述合金中的锡含量为1.7到2.1。


12.根据权利要求9所述的钛合金，其中以总合金重量的重量百分比计，所述合金中的锡含量为1.9到2.0。


13.根据权利要求9所述的钛合金，其中以总合金重量的重量百分比计，所述合金中的钼含量为1.7到2.1。


14.根据权利要求9所述的钛合金，其中以总合金重量的重量百分比计，所述合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·V·曼蒂奥尼，D·J·布赖恩，M·加西亚阿维拉，
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