[发明专利]具有铝和钼的α-β钛合金及由其制成的产品

说明书

本发明题为“具有铝和钼的α‑β钛合金及由其制成的产品”。本发明公开了一种新型α‑β钛合金。该新型合金通常包含7.0重量％至11.0重量％的Al和1.0重量％至4.0重量％的Mo，其中按重量计Al:Mo为2.0:1至11.0:1，其余部分为钛、任何任选的附带元素以及不可避免的杂质。与常规的钛合金相比，该新型合金可实现改善的特性的组合。

背景技术

钛合金以其低密度(钢的密度的60％)和其高强度而闻名。此外，钛合金可具有良好的耐腐蚀特性。纯钛具有α(hcp)晶体结构。

发明内容

广泛地讲，本专利申请涉及由钛、铝和钼制成的新型α-β钛合金，该材料(“新型材料”)恰好在材料的液相线温度以下具有体心立方(bcc)固溶体结构的单相场。如本领域技术人员所知，并且如图1所示，体心立方(bcc)晶胞在其立方体的八个角中的每一个上均具有原子，并且在其立方体的中心具有一个原子。角原子中的每一个均为另一个立方体的角，因此角原子在八个晶胞之间是共享的。由于本文所述的独特组成，新型材料可，新型材料可实现恰好在材料的液相线温度以下实现bcc(β)固溶体结构的单相场，其中hcp相(α)在后续的冷却过程中形成。新型材料还可具有高液相线点和窄平衡凝固范围(例如，用于限制固化期间的显微偏析)，使其适于通过常规铸块处理、以及粉末冶金、成型铸造、增材制造以及其组合(混合处理)来生产。新型材料可用于高温应用。

新型材料通常包含7.0重量％至11.0重量％的Al、1.0重量％至4.0重量％的Mo，其中铝与钼的重量比为2.0至11.0，其余部分为钛、附带元素以及不可避免的杂质，其中该材料包含足量的钛、铝和钼以实现α-β晶体结构。下表提供了可用的新型合金材料的一些非限制性示例。

表1-钛合金示例

如本文所用，“合金元素”意指合金的钛元素、铝元素和钼元素。如本文所用，“附带元素”包括可用于合金中的晶界改性剂、铸造辅助剂和/或晶粒结构控制材料等，诸如，硅、铁、钇、铒、碳、氧和硼。在一个实施方案中，该材料可任选地包含足量的以下元素中的一种或多种以在升高的温度下诱导另外的沉淀物：

·Si：至多1重量％

·Fe：至多2重量％

·Y：至多1重量％

·Er：至多1重量％

·C：至多0.5重量％

·O：至多0.5重量％

·B：至多0.5重量％

虽然材料中此类任选的附加元素的量应足以诱导强化沉淀物的产生，但是也应限制此类任选的附加元素的量以避免主相颗粒。

新型材料可具有高β转变温度和/或低Ti₃Al(α2)溶线温度，这可使hcp(α)相的热稳定性得到改善，这在升高的温度下可改善材料的强度。新型材料可具有窄的凝固范围，这可限制(或未限制)热裂纹和/或显微偏析。事实上，如下文的图2a至图2b以及表1至表2所示，新合金可以几乎类似于具有恒定温度的纯金属的方式固化，其中液体和固体共存。

表1至表2提供了发明合金的液相线温度、固相线温度、平衡凝固范围、非平衡凝固范围、β转变温度、溶线温度、沉淀相和密度的一些非限制性示例。

表1—另外的示例合金(计算得出的)

表2—另外的示例合金(续)