[发明专利]钛、铝、钒和铁的BCC材料及由其制成的产品

说明书

公开了新的β型(bcc)钛合金。所述新合金通常包含2.0‑6.0重量％的Al、4.0‑12.0重量％的V和1.0‑5.0重量％的Fe，其余部分为钛、任何任选的偶存元素和不可避免的杂质。与传统的钛合金相比，所述新合金可以实现改进的特性组合。

背景技术

钛合金因其低密度(钢密度的60％)及其高强度而闻名。另外，钛合金可具有良好的耐腐蚀性。纯钛具有α(hcp)晶体结构。

发明内容

概括地说，本专利申请涉及由钛、铝、钒和铁制成的新的bcc(β)材料(例如，合金)，其在刚好低于该材料(“新材料”)的固相线温度下具有体心立方(bcc)固溶体结构的单相场。如本领域技术人员已知的，并且如图1所示，体心立方(bcc)单位晶胞具有在立方体的八个拐角的每一个处的原子加上在立方体的中心的一个原子。拐角原子中的每一个是另一个立方体的拐角，因此拐角原子在八个单位晶胞中是共享的。由于本文所述的独特组成，所述新材料可在刚好低于材料的固相线温度下实现bcc固溶体结构的单相场。所述新材料还可具有高液相线点和窄平衡冷冻范围(例如，用于限制在凝固期间的微观偏析)，使其适于通过常规铸锭处理以及粉末冶金、成形铸造、增材制造及其组合(混合处理)进行的生产。

所述新的bcc材料通常包含2.0-6.0重量％的Al、4.0-12.0重量％的V和1.0-5.0重量％的Fe，其余部分为钛、任何任选的偶存元素和不可避免的杂质，其中该材料包含足量的钛、铝、钒和铁以实现bcc晶体结构。一小部分的α相(hcp)可以通过合金中低温下的固态转变而存在。下表提供了有用的新合金材料的一些非限制性实例。

表1-示例钛合金

如本文所用，“合金元素”是指合金的铝、钒、铁和钛元素，并且在本文定义的组成限度内。如本文所用，“偶存元素”包括可用在合金中的晶界改性剂、铸造助剂和/或晶粒结构控制材料，例如硅、钇、铒、碳、氧和硼等。在一个实施方案中，所述新合金的β转变温度不高于850℃。在一个实施方案中，所述材料可任选地包含足量的一种或多种下列偶存元素，以在高温下诱导另外的沉淀物：

Si：最高1重量％

Y：最高1重量％

Er：最高1重量％

C：最高0.5重量％

O：最高0.5重量％

B：最高0.5重量％

虽然这样的任选的附加元素在该材料中的量应足以引起强化沉淀物的产生，但是这样的任选的附加元素的量也应限于避免初生相颗粒。

所述新材料可具有窄的冷冻范围，这可导致受限的(或没有)热裂纹和/或微观偏析。实际上，如图2a和下表1-2所示，新合金可以几乎像具有不变温度的纯金属一样与共存的液体和固体一起固化。

下面的表2-3提供了新合金的一个实施方案的液相线温度、固相线温度、平衡冷冻范围、非平衡冷冻范围、β转变温度、溶线温度、沉淀相和密度的一些非限制性实例。

表2-合金特性(计算值)

表3-合金特性(续)