[发明专利]钛合金

说明书

本申请涉及钛合金，并提供了一种α‑β钛合金，按重量百分比计，包含：在2.0至10.0范围内的铝当量；在0至20.0范围内的钼当量；0.3至5.0的钴；和钛。在某些实施方案中，所述α‑β钛合金表现出至少25％的冷加工压缩延性限度，至少130KSI(896.3MPa)的屈服强度及至少10％的伸长率。一种形成包括所述含钴α‑β钛合金的制品的方法包括冷加工所述含钴α‑β钛合金至横截面积减小至少25％。所述含钴α‑β钛合金在冷加工期间未表现出实质性破裂。

本申请是申请日为2016年1月6日，申请号为201680005103.4，发明名称为“钛合金”的申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及高强度α-β钛合金。

背景技术

钛合金通常表现出高的强度重量比，抗腐蚀并且在适度高温下抗蠕变。出于这些原因，钛合金被用于航天、航空、国防、船舶和汽车应用，例如起落架构件、发动机机架、弹道装甲、船体和机械紧固件。

降低飞机或其它机动车辆的重量可节省燃料。因此，例如，在航天业上存在减轻飞机重量的强大驱动力。钛和钛合金，由于其高的强度重量比，是有吸引力的用于在飞机应用中实现重量减轻的材料。航天应用中使用的大多数钛合金部件由Ti-6Al-4V合金(ASTM 5级；UNS R56400；AMS 4928、AMS 4911)制成，其为α-β钛合金。

Ti-6Al-4V合金是最常见的钛基制造材料之一，估计占钛基材料总市场的50％以上。Ti-6Al-4V合金用于许多应用中，这些应用受益于合金在低至中等温度下轻质、抗腐蚀和高强度的有利组合。例如，Ti-6Al-4V合金用于生产飞机发动机部件、飞机结构部件、紧固件、高性能汽车部件、医疗装置、运动设备的部件、海洋应用部件和化学加工设备部件。

延性是任何给定金属材料(即，金属和金属合金)的性质。金属材料的冷成形性多少基于近室温延性和材料变形而不破裂的能力。高强度α-β钛合金，例如Ti-6Al-4V合金，通常在室温或近室温下具有较低的冷成形性。这限制了它们对低温加工的接受度，例如冷轧，因为这些合金在低温下加工时易于破裂和断裂。因此，由于其在室温或近室温下的冷成形性有限，所以α-β钛合金通常通过涉及热加工的技术来进行加工。

表现出室温延性的钛合金通常也表现出相对低的强度。其结果是，高强度合金通常成本更高并且由于磨削裕量而具有减小的厚度控制。这个问题源于在几百摄氏度以下的温度下这些较高强度的β合金中的密排六方(HCP)晶体结构的变形。

HCP晶体结构对许多工程材料是常见的，包括镁、钛、锆和钴合金。HCP晶体结构具有ABABAB堆积顺序，而其它金属合金，如不锈钢、黄铜、镍和铝合金，通常具有带ABCABCABC堆积顺序的面心立方体(FCC)晶体结构。由于这种堆积顺序的差异，相对于FCC材料，HCP金属和合金数学上可能的独立滑移系统数量明显减少。HCP金属和合金中的许多独立滑移系统需要明显更高的应力来激活，而这些“高阻力”变形模式仅在极少数情况下被激活。这种影响是温度敏感的，使得低于几百摄氏度的温度，钛合金具有显著较低的可锻性。

结合HCP材料中存在的滑移系统，许多孪晶系统在非合金HCP金属中是可能的。滑移系统和孪晶系统在钛中的组合使得足够的独立变形模式成为可能，使得“工业纯的”(CP)钛可以在接近室温的温度下(即，在-100℃至+200℃的近似温度范围内)冷加工。

钛和其它HCP金属及合金中的合金效应往往会增加“高阻力”滑移模式的不对称性或难度，并抑制孪晶系统激活。结果是合金诸如Ti-6Al-4V合金和Ti-6Al-2-Sn-4Zr-2Mo-0.1Si合金中的冷加工能力的宏观性丧失。Ti-6Al-4V和Ti-6Al-2-Sn-4Zr-2Mo-0.1S合金由于其α相的浓度高且合金元素的水平高，表现出相对高的强度。具体而言，已知铝在室温和高温下都能增加钛合金的强度。然而，也已知铝会对室温加工能力产生不利影响。