本发明专利技术大体涉及有色冶金领域，即涉及具有用于制造飞行器紧固件的指定机械性能的钛合金材料。由变形钛合金制造用于高强度紧固件的坯料，该变形钛合金以重量百分比计含有5.5至6.5的Al、3.0至4.5的V、1.0至2.0的Mo、0.3至1.5的Fe、0.3至1.5的Cr、0.05至0.5的Zr、0.15至0.3的O、最大0.05的N、最大0.08的C、最大0.25的Si、余量的钛和不可避免的杂质，其铝结构当量值[Al]eq在7.5至9.5的范围内且钼结构当量值[Mo]eq在6.0至8.5的范围内，其中当量由以下等式定义：[Al]eq＝[Al]+[O]
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变形钛合金的高强度紧固件坯料及其制造方法
[0001]本专利技术总体上涉及有色冶金领域，即涉及用于制造飞行器紧固件的具有指定机械性能的钛合金材料。
技术介绍
[0002]飞行器工程是现代高科技机器制造中最复杂的领域之一，并且特点为某些特殊性。设计、开发和生产的独特特征是由机身结构中由各种材料制成的部件的大量不同制造工艺所限定的。飞行器作为交通工具必须确保飞行安全性、可靠性并且还必须满足某些性能要求。质量和效率是任何飞行器的关键特征。飞行器设计是通过紧固件接合的组件和模块的组合。现代宽体客机中的紧固件数量可能高达数十万。飞行安全性取决于结构紧固件的质量和性能。这就是为什么紧固件制造需要特殊方法的原因。
[0003]为了获得最大的飞行性能和耐用性，螺栓、螺钉、双头螺栓、铆钉和螺母由专用材料制成。根据装配应用和操作条件选择机身结构中使用的紧固件材料。传统上，用于紧固件制造的材料对温度变化和冲击应力是抗性的。钛合金在紧固件的制造中起着重要作用。与其它类型的紧固件相比，钛紧固件的最重要优势包括其高的强度与重量比和高温稳定性以及高的耐腐蚀性。钛紧固件的上述特性为它们在飞行器工程中的应用提供了巨大的机会。
[0004]在市场经济环境下，开发和制造用于紧固件应用的具有竞争力的高寿命材料尤为重要和相关。应特别注意保证紧固件坯料(stock)的高质量，同时确保紧固件大批量和大规模生产的高产量和最小化成本。
[0005]存在一种已知的用于α
‑
β钛合金的紧固件的制造方法，该方法包括α
‑<br/>β钛合金的热轧、固溶热处理和老化，以重量百分比计，该α
‑
β钛合金由以下组成：
[0006]3.9至4.5的铝；
[0007]2.2至3.0的钒；
[0008]1.2至1.8的铁；
[0009]0.24至0.3的氧；
[0010]最大0.08的碳；
[0011]最大0.05的氮；
[0012]最大0.3的其它元素(合计)，
[0013]其中，事实上，其它元素至少是硼、钇(各自小于0.005的浓度)，或锡、锆、钼、铬、镍、硅、铜、铌、钽、锰、钴(各自具有0.1或更小的浓度)，余量为钛和固有杂质；在α
‑
β相场中热轧钛合金以产生坯料；在1200
°
F(648.9℃)至1400
°
F(760℃)的温度下将所产生的坯料退火1至2小时；空气冷却；机加工至指定产品尺寸；在1500
°
F(815.6℃)至1700
°
F(926.7℃)的温度下固溶热处理0.5至2小时；以至少等于在空气中冷却的速率下冷却；在800
°
F(426.7℃)至1000
°
F(537.8℃)的温度下老化4至16小时；和空气冷却(RF专利技术专利号2581332，IPC C22C 14/00，C22F 1/18，2016年4月20日公开)。
[0014]使用已知的解决方案可以生产拉伸强度高于190ksi(1310MPa)的紧固件和紧固件
坯料，以及实现高于120ksi(827MPa)的双剪切强度。然而，这些机械性能只能在固溶热处理和随后的人工老化(STA)条件下获得，这会产生最大强度，而塑性却有所降低。然而，在STA条件下，这些紧固件及紧固件坯料的高于160ksi(1103MPa)的强度仅在高达2.5英寸至3英寸(63.5mm至76.2mm)的厚度下才可获得。此外，STA处理导致紧固件库存材料中的内部残余应力增加，这需要长紧固件的矫直。内部残余应力超过设计值导致零件在生产或操作过程中形状和尺寸的变形。因此，零件材料中的残余应力会带来一定的威胁，因为它们会添加到影响零件的工作应力中，这会缩短零件使用寿命并导致结构过早失效。
[0015]存在一种已知的用于飞行器应用的钛合金和紧固件的制造方法，该方法包括生产掺入至少50％的钛废料的钛合金；对钛合金进行退火；其中，以重量百分比计，该钛合金由5.50至6.75的铝、3.50至4.50的钒、0.25至0.50的氧和0.40至0.80的铁组成；和制造用于飞行器应用的钛合金紧固件(RF专利技术专利号2618016，IPC C22C 14/00，C22F 1/18，2017年5月2日公开)
‑
原型。
[0016]使用该原型可以实现拉伸强度高达160ksi(1103MPa)且双剪切强度高达95ksi(655MPa)的退火金属，且紧固件厚度不超过1英寸(25.4mm)。然而，较厚的紧固件的特征是最大拉伸强度下降至150ksi(1034MPa)且双剪切强度降低至90ksi(621MPa)。
[0017]本专利技术的目的是生产直径高达4英寸(101.6mm)的紧固件坯料，其具有高水平的机械性能和最小的制造成本。
[0018]本专利技术的技术结果是生产钛合金紧固件坯料，其化学性质与生产能力有效地平衡并且具有高极限拉伸强度和双剪切强度，同时在退火条件下保持高水平的塑性性能。
技术实现思路
[0019]该技术结果借助于一种用于变形钛合金的紧固件坯料的制造方法来实现，以重量百分比计，该变形钛合金含有5.5至6.5的Al、3.0至4.5的V、1.0至2.0的Mo、0.3至1.5的Fe、0.3至1.5的Cr、0.05至0.5的Zr、0.2至0.3的O、最大0.05的N、最大0.08的C、最大0.25的Si、余量的钛和不可避免的杂质，铝结构当量值[Al]eq在7.5至9.0的范围内且钼结构当量值[Mo]eq在6.0至8.5的范围内，其中当量值由以下等式定义：
[0020][Al]eq＝[Al]+[O]×
10+[Zr]/6；
[0021][Mo]eq＝[Mo]+[V]/1.5+[Cr]×
1.25+[Fe]×
2.5。
[0022]紧固件坯料制成圆轧棒的形式，直径为8mm至31.75mm(0.315英寸至1.25英寸)，并且在退火条件下的最小拉伸强度为165ksi(1138MPa)且最小双剪切强度为100ksi(689MPa)。紧固件坯料制成圆轧棒的形式，直径超过32mm至101.6mm(1.25英寸至4英寸)，并且在退火条件下的最小拉伸强度为160ksi(1103MPa)且最小双剪切强度为95ksi(655MPa)。紧固件坯料还可以通过拉制生产制成为圆线材的形式，其直径至多10mm(0.394英寸)，并且在退火条件下的最小拉伸强度为168ksi(1158MPa)且最小双剪切强度为103ksi(710MPa)。
[0023]这一技术结果还借助于一种紧固件坯料的制造方法实现，该紧固件坯料制成为直径为8mm至101.6mm(0.315英寸至4.0英寸)的圆轧棒的形式，该方法包括熔融钛合金铸锭，以重量百分比计，该钛合金铸锭由以下组成：5.5至6.5的Al、3.0至4.5的V、1.0至2.0的Mo、0.3至1.5的Fe、0.3至1.5的Cr、0.0本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由变形钛合金制成的高强度紧固件坯料，以重量百分比计，所述变形钛合金由以下组成：5.5至6.5的Al、3.0至4.5的V、1.0至2.0的Mo、0.3至1.5的Fe、0.3至1.5的Cr、0.05至0.5的Zr、0.2至0.3的O、最大0.05的N、最大0.08的C、最大0.25的Si以及余量的钛和不可避免的杂质，其特征在于铝结构当量值[Al]eq在7.5至9.5的范围内并且钼结构当量值[Mo]eq在6.0至8.5的范围内，其中所述当量值由以下等式定义：[Al]eq＝[Al]+[O]
×
10+[Zr]/6；[Mo]eq＝[Mo]+[V]/1.5+[Cr]
×
1.25+[Fe]
×
2.5。2.一种紧固件坯料，以直径为8mm至31.75mm(0.315英寸至1.25英寸)的圆轧棒的形式制备。3.一种紧固件坯料，以直径超过31.75mm至101.6mm(1.25英寸至4.0英寸)的圆轧棒的形式制备。4.根据权利要求1所述的紧固件坯料，通过拉制以直径至多为10mm(0.394英寸)的圆线材的形式制备。5.根据权利要求1、2所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为165ksi(1138MPa)的极限拉伸强度。6.根据权利要求1、2所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为100ksi(689MPa)的双剪切强度。7.根据权利要求1、3所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为160ksi(1103MPa)的极限拉伸强度。8.根据权利要求1、3所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为95ksi(655MPa)的双剪切强度。9.根据权利要求1、4所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为168ksi(1158MPa)的极限拉伸强度。10.根据权利要求1、4所述的紧固件坯料，在退火条件下具有最小为103ksi(710MPa)的双剪切强度。11.一种用于权利要求1、2、3、5、6、7、8所述的紧固件坯料的制造方法，所述方法包括熔融钛合金铸锭，以重量百分比计，所述钛合金铸锭由以下组成：5.5至6.5的Al、3.0至4.5的V、1.0至2.0的Mo、0.3至1.5的Fe、0.3至1.5的Cr、0.05至0.5的Zr、0.2至0.3的O、最大0.05的N、最大0.08的C、最大0.25的Si以及余量的钛和不可避免的杂质，其特征在于铝结构当量值[...
【专利技术属性】
技术研发人员：纳塔利娅，
申请(专利权)人：威森波阿维斯玛股份公司，
类型：发明
国别省市：
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