一种选自钛合金紧固件和钛合金紧固件坯料的制品，所述制品包括α/β钛合金，其包括（以重量百分数计）：3.9至4.5的铝；2.2至3.0的钒；1.2至1.8的铁；0.24至0.3的氧；多达0.08的碳；多达0.05的氮；钛；以及多达0.3的其它元素。在某些实施方案中，所述制品具有至少170ksi（1,172MPa）的极限拉伸强度和至少103ksi（710.2MPa）的双剪切强度。本发明专利技术公开了一种用于制备包括所述α/β合金的钛合金紧固件和钛合金紧固件坯料的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度α/β钛合金紧固件和紧固件坯料专利技术人DavidJ.Bryan相关申请的交叉引用本申请是部分继续申请，依据美国法典第35篇第120条的规定要求2010年9月23日提交、专利技术名称为“HighStrengthAlpha/BetaTitaniumAlloyFastenersandFastenerStock”的共同待决的美国专利申请号12/888,699的优先权，该申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。技术背景
本专利技术涉及机械紧固件和紧固件坯料，确切地说，涉及包括α/β钛合金的紧固件和紧固件坯料。专利技术背景钛合金通常具有高强度重量比、耐腐蚀，并且在适度高温下耐蠕变。出于这些原因，钛合金被用于各种航天与航空应用，包括，例如，起落架构件、发动机机架以及机械紧固件。减轻飞机重量能够节省燃料，因此航天工业中存在减轻飞机重量的强劲需求。钛和钛合金由于具有高强度重量比，因此是在飞机应用中实现减轻重量的优良材料。目前，钛合金紧固件被用于要求不高的航天应用中。在某些航天应用中，如果钛合金的强度不足以满足特定应用的特殊机械要求，则使用较重的铁基和镍基合金紧固件。用于航天应用中的多数钛合金零件由Ti-6Al-4V钛合金（ASTMGrade5、UNSR56400、AMS4965）制成，这种钛合金是α/β钛合金。小直径Ti-6Al-4V紧固件坯料，即，直径小于0.5英寸（1.27cm）的紧固件坯料的典型最低规格是根据ASTME8/E8M-09（“StandardTestMethodsforTensionTestingofMetallicMaterials”，ASTMInternational，2009）确定的170ksi（1,172MPa）极限拉伸强度（UTS），以及根据NASM1312-13（“Method13-DoubleShear”、AerospaceIndustriesAssociation-NationalAerospaceStandard（Metric），2003年2月1日）确定的103ksi（710MPa）双剪切强度（DSS）。铁基和镍基超合金，例如，A286铁基超合金（UNSS66286）是具有下一等级强度的用于航天紧固件应用中的代表材料。冷拉和时效A286金属紧固件的典型最低强度规格是180ksi（1,241MPa）UTS和108ksi（744MPa）DSS。合金718镍基超合金（N07718）是具有最高等级强度的用于航天紧固件中的材料。冷拉和时效合金718超合金紧固件的典型规格下限是220ksi（1,517MPa）UTS和120ksi（827MPa）DSS。此外，目前用作或者考虑用作高强度紧固件材料的两种β钛合金具有180ksi（1,241.1MPa）的最低极限拉伸强度以及108ksi（744.6MPa）的最低DSS。宾夕法尼亚州Jenkintown的SPSTechnologies提供一种钛合金紧固件，所述紧固件由符合Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo钛合金（AMS4958）的化学组成的优化β钛合金制成。还市售有直径最大为1英寸（2.54cm）的SPS螺栓。AlcoaFasteningSystems（AFS）已开发出一种高强度钛紧固件，所述紧固件由符合Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe钛合金（也称为Ti-5553、UNS未指定）的标称化学组成的钛合金制成，所述Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe钛合金为近β钛合金。据称，AFSTi-5553合金紧固件具有190ksi（1,309MPa）的拉伸强度，大于10%的伸长率，以及对于无涂层零件113ksi（779MPa）的最低DSS和对于有涂层零件108ksi（744MPa）的最低DSS。β钛合金通常包括高合金含量，因此部件和加工成本高于α/β钛合金。β钛合金的密度通常也高于α/β钛合金。例如，α/β钛合金的密度为约0.161lbs/in3（4.5g/cm3），而β钛合金Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo的密度为约0.174lbs/in3（4.8g/cm3），近β合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe的密度为约0.168lbs/in3（4.7g/cm3）。用密度较小钛合金制造的紧固件能够进一步节省航天应用的重量。此外，固溶处理的时效α/β钛合金等中获得双模态微结构能够提供优于β钛合金的机械性质，例如，高周疲劳。α/β钛合金的β转变温度（Tβ）也高于β钛合金。例如，ATI钛合金的Tβ为约1,800℉（982.2℃），而Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Feβ钛合金的Tβ为约1,500℉（815.6℃）。这两种形式钛合金的Tβ差异能够增大α/β钛合金的α/β相场中的热机械加工和热处理的温度窗口。由于不断需要通过减轻飞机重量来节省燃料消耗，因此需要改进航天应用中的轻质紧固件。具体来说，强度大于由Ti-6Al-4Vα/β钛合金制成的当代航天紧固件的轻质α/β钛合金航天紧固件和紧固件坯料更具优势。
技术实现思路
在根据本专利技术的非限制实施方案中，一种选自钛合金紧固件和钛合金紧固件坯料的制品包括α/β钛合金，所述α/β钛合金包括（按重量百分比计）：3.9至4.5的铝；2.2至3.0的钒；1.2至1.8的铁；0.24至0.3的氧；多达0.08的碳；多达0.05的氮；钛；以及总共多达0.3的其它元素。在一个非限制实施方案中，所述α/β钛合金紧固件或紧固件坯料具有至少170ksi（1,172MPa）的极限拉伸强度和至少103ksi（710.2MPa）的双剪切强度。在根据本专利技术的另一非限制实施方案中，一种选自钛合金紧固件和钛合金紧固件坯料的制品包括α/β钛合金，所述α/β钛合金基本上由以下成分组成（按重量百分比计）：3.9至4.5的铝；2.2至3.0的钒；1.2至1.8的铁；0.24至0.3的氧；多达0.08的碳；多达0.05的氮；总共多达0.3的其它元素；钛；附带杂质；并且其中所述其它元素基本上由以下元素中的一种或多种组成：锡、锆、钼、铬、镍、硅、铜、铌、钽、锰和钴，其中每一个这样的元素的重量百分数为0.1及以下；以及硼和钇，其中每一个这样的元素的重量百分数为0.005以下。在一个非限制实施方案中，所述α/β钛合金紧固件或紧固件坯料具有至少170ksi（1,172MPa）的极限拉伸强度和至少103ksi（710.2MPa）的双剪切强度。在根据本专利技术的另一非限制实施方案中，一种用于制备钛合金紧固件坯料的方法包括：提供α/β钛合金，所述α/β钛合金包括（以重量百分数计）：3.9至4.5的铝；2.2至3.0的钒；1.2至1.8的铁；0.24至0.3的氧；多达0.08的碳；多达0.05的氮；钛；以及总共多达0.3的其它元素。对进行所述α/β钛合金热轧，之后在1小时至2小时的退火时间内和1,200℉（648.9℃）至1,400℉（760℃）的退火温度下使其退火。退火之后，用空气冷却所述α/β钛合金，然后将其加工成预定尺寸。随后在0.5小时至2小时的固溶处理时间内和1,500℉（815.6℃）至1,700℉（926.7℃）的固溶处理温度下对所述α/β钛合金进行固溶处理。固溶处理之后，在至少等于空气冷却速率的冷却速率下冷却所述α/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】2010.09.23 US 12/888,699;2010.10.13 US 12/903,8511.一种用于制备钛合金紧固件坯料的方法，所述方法包括：提供α/β钛合金，其包括，以重量百分数计：3.9至4.5的铝；2.2至3.0的钒；1.2至1.8的铁；0.24至0.3的氧；多达0.08的碳；多达0.05的氮；总共多达0.3的其它元素，其中所述总共多达0.3的其它元素包括以下的一种或多种：硼和钇，其每一者小于0.005；锡、锆、钼、铬、镍、硅、铜、铌、钽、锰和钴，其每一者不大于0.10；以及余量的钛和附带杂质；在所述钛合金的α/β相中对所述钛合金进行热轧；在1小时至2小时的退火时间内及1,200℉(648.9℃)至1,400℉(760℃)的退火温度下使所述钛合金退火；用空气冷却所述钛合金；将所述钛合金加工成预定尺寸；在0.5小时至2小时的固溶处理时间内及1,500℉(815.6℃)至1,700℉(926.7℃)的固溶处理范围下对所述钛合金进行固溶处理；以至少等于空气冷却速率的冷却速率冷却所述钛合金，在4小时至16小时的时效处理时间内及800℉(426.7℃)至1,000℉(537.8℃)的时效处理温度下对所述钛合金进行时效处理；以及用空气冷却所述钛合金。2.如权利要求1所述的方法，其中所述热轧在比所述钛合金的β转变温度低50℉(27.8℃)到比所述钛合金的所述β转变温度低600℉(333.3℃)的温度范围内进行。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在热轧之后和使所述钛合金退火之前，冷拉所述钛合金，以实现截面积的缩小小于10％并进行退火处理。4.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·布赖恩，
申请(专利权)人：ATI资产公司，
类型：
国别省市：
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