[发明专利]制造用于内燃机排气系统的钛合金的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2008年11月6日提交的美国临时申请第61/112,083号的优先权。

背景技术

发明领域

本发明涉及用来制造抗氧化性高强度钛合金的技术，所述钛合金可以为平坦轧制的或者卷绕的条状产品。所述技术优选用来制造合金产品，所述合金产品可以很理想地用于机动车排气系统部件，所述应用需要升高温度强度以及抗氧化性这样的性质组合。

发明背景

已知将工业纯(CP)的钛用于机动车排气系统和摩托车的消音器。这些由CP钛制造的排气系统比标准不锈钢制造的排气系统更轻。当使用钛代替不锈钢的时候，重量的减轻可以高达44％，系统的重量减轻可以约等于或大于20磅。

通过在排气系统中使用CP钛，尽管能够提供良好的减轻重量的效果，另一方面，会由于该应用中的高温而造成CP钛的过度氧化和软化。因此，CP钛板产品的使用仅限于经受较低温度的特定的排气系统的部件。

当排气管由钛制造的时候，它们通常包括由CP钛制造的焊接管。对于消音器和催化转化箱，可以通过成形和焊接，由CP钛板制造部件。用于管子和消音器部件的输入材料通常是以连续的冷轧条状产品的形式制造的。已知的用来制造钛条状产品的方法包括将钛锭熔化，通过热锻或热轧将钛锭转化为中间板块，然后在高温下，通过一系列减小的辊隙将板块轧制成卷片产品或热带卷。这可以通过纵列设置的一系列本领域众所周知的轧制机或可逆式轧机完成。

所述热带卷还通常可以在连续线性炉内进行热处理或退火，还可以进行修整和处理以除去表面污染物和裂纹。然后在成卷轧制机(例如Sendzimir轧制机)上将所述热带卷冷轧至最终规格。在轧制之后，可以在连续的惰性气体或真空的线性炉或者罩式炉内，在真空或惰性气体中对卷材进行退火，最终冷轧过的卷材或条可以通过另外的步骤(可以包括调平和酸洗)进行精整以进行销售。

在制造用于排气系统的管子部件的焊接管的时候，可以将冷轧条分割成合适的宽度，可以送入包括轧制成型机和氧炔焊接源(例如钨惰性气体(TIG)、金属惰性气体(MIG)或激光焊接)的连续管焊接生产线，或者切割至一定的用来形成管材的长度，以独立的长度进行焊接。对于这些方法，条产品的优选特征是平滑的低磨擦性表面，以防成形装置附着在所述条上，在横向上具有平滑的弯曲曲线，以便促进均匀地成形为管形，具有足够的弯曲延伸，以形成管。焊接管还应当具有足够的成形能力，使其能够弯曲成最终所需的排气管形状，具有足够的机械(例如强度)和氧化性能特征，以便在管部件长时间受到废气作用的时候具有耐受能力。

对于消音器部件和催化转化箱的制造，通常将所述卷材或条切割成平坦的片材，可以由所述平坦片材切割独立的坯件，然后进行成形和组装，所述成形和组装可以根据需要包括以下操作的组合：深冲压，压制，弯曲，成形和轧制卷边接缝以及焊接。对于消音器部件的制造，关键特征是在拉制和压制中的成形能力，以及极佳的弯曲延性。所选的材料应当具有足够的机械(例如强度)和氧化性能特征，以便在消音器部件长时间经受废气作用的时候具有耐受性。

上述产品所需的性能特征的组合并不是直接的。从生产的角度来看，钛合金的理想选择是软的工业纯等级的钛，例如ASTM 1级或ASTM 2级。但是，所述合金如果用于现有的车辆，其氧化寿命有限，高温机械性能不足。另外，下一代高燃料效率的发动机可能会经历更高的温度和负荷。

因此人们需要用来生产具有改进的机械和氧化性能的合金的技术，从而满足相对于CP钛板产品，可以在更高温度下使用的钛合金的工业需求。该种产品重要的性质是在高达1600℉的温度下的抗氧化性以及升高温度强度。另外，因为此种片材产品需要通过成形和制造操作来生产各种排气系统部件，因此需要接近CP钛所表现出的性质的可冷成形能力以及可焊接能力。

发明内容

本发明揭示了用于内燃机排气系统的上述钛合金的制造方法。

所述用于制造用于高温和高应力环境的钛合金的示例性方法包括：在第一温度对钛合金进行第一热处理，将钛合金轧制至所需的厚度，在第二温度对钛合金进行第二热处理，在第三温度对钛合金进行第三热处理。在一些实施方式中，对第一温度进行选择，从而使得钛合金最优化地再结晶和软化，同时不会使得第二相颗粒发生显著的变粗，所述第一温度可以约为1500-1600℉。在一些实施方式中，钛合金的轧制将钛合金的厚度减小了至少65％。