專利名稱：鈦－鋁－釩合金的加工及由其制造的產(chǎn)品的制作方法
發(fā)明人John J.Hebda，1480 N.W.Patrick Lane，Albany，Oregon 97321；Randall W.Hickman，P.O.Box 1005，Jefferson，Oregon 97352；和Ronald A.Graham，37657thCourt South，Salem，Oregon 97302.
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及加工包含鋁，釩，鐵，和氧的某些鈦合金的新方法，涉及使用這種加工方法制造的制品，以及涉及包括這些合金的新制品。
背景技術(shù)：
描述最早開始于十九世紀(jì)五十年代，人們認(rèn)識到鈦用作抵抗小的武器彈丸的結(jié)構(gòu)裝甲具有吸引力的性能。隨后由于同樣的目的進行了鈦合金的研究。一種用作彈道裝甲的已知的鈦合金是Ti-6Al-4V合金，其標(biāo)稱包括鈦，重量百分?jǐn)?shù)為6的鋁，重量百分?jǐn)?shù)為4的釩，和通常小于重量百分?jǐn)?shù)為0.20的氧。用在彈道裝甲應(yīng)用的另一種鈦合金包括重量百分?jǐn)?shù)為6.0的鋁，重量百分?jǐn)?shù)為2.0的鐵，重量百分?jǐn)?shù)為0.18的相對低的氧，小于重量百分?jǐn)?shù)為0.1的釩，和其它可能的微量元素。但已經(jīng)顯示出適于彈道裝甲應(yīng)用的另一種鈦合金為1999年11月9日發(fā)布，屬于Kosaka的美國專利No.5,980,655的alpha-beta(α-β)鈦合金。除鈦之外，在′655專利中要求的合金，此處稱之為“Kosaka合金”，包括以重量百分?jǐn)?shù)計，約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.03的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素。
由上面的鈦合金形成的裝甲板已經(jīng)顯示滿足由軍方建立的指示彈道性能的某個V50標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括在，例如，MIL-DTL-96077F，“DetailSpecification，Armor Plate，Titanium Alloy，Weldable”中。V50為規(guī)定彈丸類型的平均速度，要求彈丸穿透具有規(guī)定尺寸的合金板并以規(guī)定的方式相對于彈丸發(fā)射點定位。
上面的鈦合金已經(jīng)用來生產(chǎn)彈道裝甲，因為對抵抗許多彈丸類型被評價時，使用比鋼或鋁更小質(zhì)量的鈦合金提供更好的性能。盡管某些鈦合金比鋼和鋁抵抗某種彈道威脅更為“質(zhì)量效率”的事實，進一步改進已知鈦合金的彈道性能仍有重大的優(yōu)點。并且，由上面的鈦合金生產(chǎn)彈道裝甲板的過程復(fù)雜和昂貴。例如，′655專利描述了方法，其中通過多個鍛造步驟的熱機械加工至混合的α-β微觀結(jié)構(gòu)的Kosaka合金被熱軋和退火以生產(chǎn)需要規(guī)格的彈道裝甲板。熱軋板的表面在高加工溫度下產(chǎn)生鱗片和氧化物，從而必須通過諸如磨光，機械加工，噴丸清理，酸洗等一個或更多的表面處理步驟修整。這復(fù)雜了制造過程，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，并增加了精加工的彈道板的成本。
給定某些用在彈道裝甲應(yīng)用中的鈦合金以具有有利的強度重量比性能，希望由這些合金制造除彈道板之外的制品。然而，通常認(rèn)為除了簡單的熱軋之外的制造技術(shù)不可能易于應(yīng)用到許多這些高強度鈦合金。例如，認(rèn)為板形式的Ti-6Al-4V對于冷軋強度太高。從而，合金通常通過復(fù)雜的“疊軋”以片的形式生產(chǎn)，其中具有中間厚度的兩個或更多Ti-6Al-4V板堆疊并封入鋼罐內(nèi)。罐和其容納物被熱軋，隨后移走單張板并磨光，酸洗和精整。如果必須磨光和酸洗單張板的表面，過程昂貴并且具有低的產(chǎn)量。類似地，傳統(tǒng)上認(rèn)為Kosaka合金在低于α-β軋制溫度范圍下的溫度具有對流動相對高的阻力。從而，不知道由Kosaka合金形成除彈道板之外的制品，并且僅知道使用主要在′655專利中描述的熱軋技術(shù)形成這種板。熱軋適于僅相對初步的產(chǎn)品形式的生產(chǎn)，并且還需要相對高的能量輸入。
考慮到前面描述的某些鈦合金的傳統(tǒng)方法已知用在彈道裝甲應(yīng)用中，需要一種加工這些合金至需要的形式的方法，包括除板之外的形式，而沒有已知的高溫加工過程的費用，復(fù)雜性，產(chǎn)量降低和能量輸入的必要性。
概要為了滿足上述需要，本發(fā)明提供了′655專利中描述和要求權(quán)利的用于加工α-β鈦-鋁-釩合金的新方法，并且還描述了包含α-β鈦合金的新制品。
本發(fā)明的一個方面是針對由α-β鈦合金形成制品的方法，鈦合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，從約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，和低于約0.5的其它元素。該方法包括冷加工α-β鈦合金。在某些實施方案中，冷加工可在合金處于環(huán)境溫度直到低于約1250°F(約677℃)的范圍內(nèi)的溫度下進行。在某些另外的實施方案中，當(dāng)在溫度范圍為環(huán)境溫度直到約1000°F(約538℃)時冷加工α-β合金。冷加工之前，可任選地在大于約1600°F(約871℃)溫度加工α-β鈦合金以對合金提供有利于在冷加工期間冷變形的顯微組織。
本發(fā)明還關(guān)注由本文描述的新方法制造的制品。在某些實施方案中，由這些方法的實施方案形成的制品具有直到4英寸的厚度并展示室溫性能，包括至少120KSI的抗拉強度和至少130KSI的極限抗拉強度。并且，在某些實施方案中，由這種方法的實施方案形成的制品中具有至少10％的伸長。
發(fā)明人已經(jīng)確定任何合適的冷加工技術(shù)可以適于Kosaka合金的使用。在某些非限制性的實施方案中，一個或更多冷軋步驟用來縮減合金的厚度?？梢杂蛇@些實施方案制造的制品的實例包括片材，帶材，箔材和板材。在至少使用兩個冷軋步驟的情況下，該方法還可以包括對合金中間物退火至相繼的冷軋步驟，以減小合金內(nèi)的應(yīng)力。在這些實施例中，至少一個消除應(yīng)力退火中間的相繼冷軋步驟可以在連續(xù)的退火爐線上進行。
本文也批露了用于由α-β鈦合金制造裝甲板的新方法，其中，鈦合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，和低于約0.5的其它元素。該方法包括在遠低于傳統(tǒng)用來熱軋合金的溫度的溫度下軋制合金來生產(chǎn)裝甲板。在本方法的一個實施方案中，合金在低于合金的Tβ不大于400°F(約222℃)的溫度下軋制。
本發(fā)明的另一方面是關(guān)注α-β鈦合金的冷加工制品，其中合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，和低于約0.5的其它元素。冷加工制品的非限制性實例包括選自板，帶，箔，片，棒，桿，線，管狀空心管坯，管道，管，織物，網(wǎng)，結(jié)構(gòu)件，圓錐體，圓柱體，管線，管道，噴嘴，蜂窩結(jié)構(gòu)，緊固件，鉚釘和墊圈。某些冷加工制品可以具有橫截面中超過一英寸的厚度和包括至少120KSI的抗拉強度和至少130KSI的極限抗拉強度的室溫性能。某些冷加工制品可以具有至少10％的伸長。
本發(fā)明描述的某些方法結(jié)合迄今為止認(rèn)為不適合加工Kosaka合金的冷加工技術(shù)的使用。具體地，傳統(tǒng)上認(rèn)為Kosaka合金在遠低于α-β熱軋溫度范圍的溫度下對流動的阻力太高，以至于不允許合金在這個溫度成功地加工。本發(fā)明人未預(yù)料地發(fā)現(xiàn)Kosaka合金可以在低于約1250°F(約655℃)的溫度下通過傳統(tǒng)的冷加工技術(shù)而加工，可以生產(chǎn)通過熱軋不可能的和/或使用熱加工技術(shù)生產(chǎn)十分昂貴的多種產(chǎn)品形式。例如，本文描述的某些方法比上面描述的用于由Ti-6A-4V生產(chǎn)片材的傳統(tǒng)的疊軋技術(shù)簡單很多。并且，本文描述的某些方法不涉及產(chǎn)量降低的程度和涉及高溫加工至最終規(guī)格和/或形狀的過程中固有的高能量輸入要求。另外其它的優(yōu)點在于Kosaka合金的實施方案的某些機械性能近似或超過Ti-6A-4V的性能，其允許生產(chǎn)以前不能從Ti-6A-4V得到的制品生產(chǎn)，但有相似的性能。
基于本發(fā)明實施方案的下面描述的思考，這些和其它優(yōu)點將顯而易見。
本發(fā)明實施方案的描述如上所述，Kosaka發(fā)布的，美國專利No.5,980,655，描述了alpha-beta(α-β)鈦合金和這種合金作為彈道裝甲板的使用。對′655專利本文用因參考而完全引入。除了鈦，′655專利中描述和要求的合金包括下面表1中的合金元素。為了參考方便，包括表1中的合金元素添加物的鈦合金此處稱之為“Kosaka合金”。
表1
如專利′655中描述，Kosaka合金可選擇地包括除表1中具體列出之外的元素。這些其它元素，及它們的重量百分比，可以包括，但不必限制于，下列中的一個或多個(a)鉻，最大0.1％，通常約0.0001％至約0.05％，優(yōu)選至多約0.03％；(b)鎳，最大0.1％，通常約0.001％至約0.05％，優(yōu)選至多約0.02％；(c)碳，最大0.1％，通常約0.005％至約0.03％，優(yōu)選至多約0.01％；及(d)氮，最大0.1％，通常約0.001％至約0.02％，優(yōu)選至多約0.01％。
Kosaka合金的一個具體的工業(yè)實施方案可以從Wah Chang，AlleghenyTechnologies股份有限公司得到，其具有標(biāo)稱成分為4重量百分?jǐn)?shù)的鋁，2.5重量百分?jǐn)?shù)的釩，1.5重量百分?jǐn)?shù)的鐵，0.25重量百分?jǐn)?shù)的氧。這個標(biāo)稱成分此處稱之為“Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2”。
′655專利說明了Kosaka合金以與某些其它α-β鈦合金使用的傳統(tǒng)的熱機械加工(“TMP”)相一致的方式加工。具體地，′655專利指出Kosaka合金在beta轉(zhuǎn)變溫度(Tβ)(對于Ti-4Al-2.5-V-1.5Fe-.25O2為約1800°F(約982℃))以上的高溫經(jīng)受鍛制變形，并隨后在Tβ以下經(jīng)受另外的鍛制熱機械加工。該加工可使beta(即溫度＞Tβ)再結(jié)晶介于α-β熱機械加工循環(huán)間。
′655專利具體地關(guān)注以提供包括混合的α+β微觀組織產(chǎn)品的方式由Kosaka合金生產(chǎn)彈道裝甲板。在專利中描述的α+β加工步驟主要如下(1)在Tβ以上β鍛造金屬錠以形成中間板坯；(2)在Tβ以下的溫度α-β鍛造中間板坯；(3)α-β軋制板坯以形成板；及(4)使板退火?！?55專利教授了把金屬錠加熱至高于Tβ的溫度的步驟，其可以包括，例如，把金屬錠加熱至由約1900°F至約2300°F的溫度(約1038℃至約1260℃)。在Tβ以下的溫度α-β鍛造中間規(guī)格的板坯的隨后的步驟可以包括，例如，在α+β溫度范圍內(nèi)的溫度鍛造板坯。專利更具體地描述了在Tβ以下從約50°F至約200°F(約28℃至約111℃)的范圍內(nèi)的溫度進行α-β鍛造板坯，例如從約1550°F至約1775°F(約843℃至約968℃)。然后將板坯在類似的α-β溫度范圍內(nèi)，諸如從約1550°F至約1775°F(約843℃至約968℃)進行熱軋以形成需要厚度的板材并具有良好的裝甲性能。′655專利描述了隨著α-β軋制步驟的隨后的退火步驟，其在約1300°F至約1500°F(約704℃至約816℃)進行。在′655專利具體描述的實例中，Kosaka合金板通過使合金經(jīng)受β和α-β鍛造，在1600°F(約871℃)或1700°F(約927℃)的α-β熱軋，和隨后的在1450°F(約788℃)的“軋制”退火。因此，′655專利教授了通過包括在α-β溫度范圍內(nèi)熱軋合金至需要厚度的過程而由Kosaka合金生產(chǎn)彈道板。
根據(jù)在′655專利中描述的加工方法由Kosaka合金生產(chǎn)彈道裝甲板的過程中，本發(fā)明人出于意外并驚奇地發(fā)現(xiàn)在Tβ以下溫度進行的鍛造和軋制導(dǎo)致很少的裂紋，且在這個溫度軋制期間經(jīng)歷的軋機負(fù)荷比Ti-6Al-4V相同尺寸的合金板坯低很多。換句話說，本發(fā)明人未預(yù)料地觀察到Kosaka合金在高溫下對流動呈現(xiàn)降低的阻力。不有意地限制于任何具體的操作理論，認(rèn)為這種效果，至少部分地可歸于由于Kosaka合金中鐵和氧的含量在高溫下材料的強度的降低。這種效果示于下表2，其提供了在各種高溫下Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2合金的樣品測量的機械性能。
表2
盡管觀察到Kosaka合金在由該材料生產(chǎn)彈道板的過程期間在高溫下具有降低的流動阻力，觀察到退火板的最終機械性能是在由Ti-6Al-4V生產(chǎn)的相似的板材產(chǎn)品的通常的范圍內(nèi)。例如，下表3提供了由兩個8000磅的Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2合金金屬錠制備的26個熱軋的彈道裝甲板的機械性能。表3的結(jié)果和發(fā)明人的其它觀察表明通過本文批露的過程生產(chǎn)的由Kosaka合金形成的截面厚度低于例如約2.5英寸的產(chǎn)品具有120KSI最小的屈服強度，最小130KSI的極限抗拉強度，及最小12％的伸長。然而，具有這些機械性能和例如低于4英寸的更大的截面的制品可以在某些大規(guī)模的棒軋機上通過冷加工生產(chǎn)。這些性能不亞于Ti-6Al-4V的性能。例如，材料性能手冊，鈦合金(ASM International，1998年1月第二次印刷)第526頁報道的在955℃(約1777°F)橫軋并軋制退火的Ti-6Al-4V的室溫抗拉性能為127KSI的屈服強度，138KSI的極限抗拉強度，及12.7％的伸長。同樣手冊的第524頁列出了典型的Ti-6Al-4V的抗拉性能為134KSI的屈服強度，144KSI的極限抗拉強度，及14％的伸長。盡管抗拉性能受產(chǎn)品形式，截面，測量方法，及熱處理的影響，前面報道的Ti-6Al-4V的性能提供了用于通常評價Kosaka合金相對抗拉性能的根據(jù)。
表3
本發(fā)明人還觀察到冷軋Ti-4-Al-2.5V-1.5Fe-.25O2通常展示比Ti-6Al-4V材料有稍好的延展性。例如，在一個測試次序中，如下面描述，兩次冷軋和退火的Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2材料經(jīng)得住縱向和橫向的2.5T的彎曲半徑彎曲。
從而，觀察到的對高溫流動降低的阻力提供了使用以前認(rèn)為不適于Kosaka合金或Ti-6Al-4V使用的加工和成形技術(shù)制造制品，同時達到典型的與Ti-6Al-4V有關(guān)的機械性能的機會。例如，下面描述的加工顯示Kosaka合金可以在鈦加工工業(yè)中通常認(rèn)為“中等”的高溫下易于擠壓，其為′655專利中不建議的加工技術(shù)。給出高溫擠壓試驗的結(jié)果，認(rèn)為其它高溫成形方法可以用來加工Kosaka合金，包括，但不限制于，高溫閉模鍛造，拉拔，旋壓。另外的可能為在中溫或另外高溫軋制以提供相對輕規(guī)格的板材或片材，及薄規(guī)格的帶。這些加工可能性極大地超出了′655專利中描述的生產(chǎn)熱軋板的熱軋技術(shù)，并使不容易由Ti-6Al-4V生產(chǎn)的產(chǎn)品形式成為可能，但其仍然具有類似于Ti-6Al-4V的機械性能。
本發(fā)明人還未預(yù)料和驚奇地發(fā)現(xiàn)Kosaka合金具有極大程度的冷成形性。例如，下面描述的Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2合金的試樣的冷軋試驗在邊緣裂紋開始出現(xiàn)前產(chǎn)生約37％的厚度縮減。試樣最初通過類似于傳統(tǒng)的裝甲板的過程的過程生產(chǎn)，且試樣具有有些粗糙的微觀組織。在應(yīng)力消除前需要退火以允許進一步的冷壓縮，通過增加的α-β加工和選擇的應(yīng)力消除退火的微觀組織的細(xì)化可以至多達到44％的冷壓縮。在發(fā)明人工作的過程中，還發(fā)現(xiàn)Kosaka合金可以冷加工至更高的強度并依然保留一些延展度。這種以前沒有觀察到的現(xiàn)象使得由Kosaka合金以帶卷長度制造冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)成為可能并具有Ti-6Al-4V機械性能。
Kosaka合金的冷成形性，包括相對高的氧含量，是反直覺的。例如，級別4CP(工業(yè)純)鈦，包括重量百分?jǐn)?shù)為約0.4相對高含量的氧，表示約15％的最小伸長，并已知比其它CP級別更小的成形。除了某些CP鈦級別，在巨大的工業(yè)量中生產(chǎn)的單一的冷加工的α-β鈦合金為Ti-3Al-2.5V(標(biāo)稱地重量百分?jǐn)?shù)為3的鋁，2.5的釩，最大0.25的鐵，最大0.05的碳，及最大0.02的氮)。發(fā)明人觀察到Kosaka合金的實施方案如Ti-3Al-2.5V一樣可冷成形，但也展示更好的機械性能。容易冷成形的唯一的工業(yè)上主要的非α-β鈦合金為Ti-15-V-3Al-3Cr-3Sn，其作為Ti-6Al-4V片的可冷軋的替代物而開發(fā)。盡管Ti-15-V-3Al-3Cr-3Sn已經(jīng)作為管，帶，板和其它形式生產(chǎn)，其依然是特制產(chǎn)品，沒有接近Ti-6Al-4V的產(chǎn)量。Kosaka合金比諸如Ti-15-V-3Al-3Cr-3Sn之類的特制鈦合金的熔融和加工更為便宜。
當(dāng)把冷加工技術(shù)應(yīng)用到合金時，給出Kosaka合金的冷加工性和發(fā)明人的觀察，其中一些列于以下，認(rèn)為眾多的以前認(rèn)為不適于Kosaka合金的冷加工技術(shù)可以用來由合金形成制品。總的來說，“冷加工”指的是在材料的流動應(yīng)力極大減小的溫度下加工合金。本文所用的與本發(fā)明有關(guān)的“冷加工”，“冷加工完的”，“冷成形”或相似術(shù)語，或與具體的加工或成形技術(shù)有關(guān)所使用的“冷”，指的是如在不大于約1250°F(約677℃)的溫度下的情況加工或已經(jīng)加工的特征。優(yōu)選地，這種加工產(chǎn)生在不大于約1000°F(約538℃)。因此，例如，在950°F(約510℃)在Kosaka合金板上進行的軋制步驟在本文中認(rèn)為是冷加工。并且，術(shù)語“加工”和“成形”在本文中通常交替使用，如同術(shù)語“可加工性”和“可成形性”及相似的術(shù)語。
Kosaka合金可以使用的冷加工技術(shù)包括，例如，冷軋，冷拉拔，冷擠壓，冷鍛造，搖擺式(rocking)鍛造/皮爾格式軋制，冷旋鍛，旋壓，及旋軋。如本領(lǐng)域內(nèi)所知的，冷軋通常包括把以前熱軋制的制品，諸如棒材，片材，板材，或帶材，通過一組軋制，通常幾次，直到獲得需要的規(guī)格。依賴于熱(α-β)軋和退火后的起始結(jié)構(gòu)，認(rèn)為在進一步冷軋前要求的任何退火之前，通過冷軋Kosaka合金可以獲得至少35-40％的面積縮減(RA)。認(rèn)為隨后的至少30-60％的冷壓縮是可能的，依賴于產(chǎn)品廣度和軋機配置。
由Kosaka合金生產(chǎn)薄規(guī)格的卷材和片材是主要改進。Kosaka合金具有類似于Ti-6Al-4V的性能，及在某些方面相對改進的性能。具體地，發(fā)明人進行的研究表明Kosaka合金具有相當(dāng)于Ti-6Al-4V的改進的延展性，這通過伸長和彎曲性能得到證明。Ti-6Al-4V作為主要的鈦合金在30年來用得很好。然而，如上面所指出，片材傳統(tǒng)上通過復(fù)雜和昂貴的過程由Ti-6Al-4V及許多其它鈦合金生產(chǎn)。因為Ti-6Al-4V的強度對于冷軋?zhí)?，且材料擇?yōu)地組織加強，導(dǎo)致實質(zhì)上沒有延展性的橫向性能。Ti-6Al-4V片材一般通過疊軋制作為單一的片材生產(chǎn)。單一片材的Ti-6Al-4V需要比多數(shù)軋機產(chǎn)生的更大的軋機力，并且材料必須依舊熱軋。單一片材迅速失熱，在每次軋制道次后需要再加熱。因此，中間規(guī)格的Ti-6Al-4V片材/板材堆疊兩個或更高并封入鋼罐內(nèi)，其被整體軋制。然而，因為制罐的工業(yè)模式不能利用真空密封，在熱軋后，每個片材必須進行帶式磨光和用沙磨以去除易碎的氧化層，該氧化層嚴(yán)重抑制延展的制造。磨光過程引入來自砂粒的撞擊痕跡，其作為這種缺口敏感材料的裂紋起始點。因此，片材也必須酸洗以去除撞擊痕跡。另外，每個片材在所有側(cè)面上要切邊，當(dāng)片在張拉輥磨床內(nèi)磨光時，使通常留下一端夾緊有2-4英寸的切邊。通常，每個表面至少約0.003英寸被磨掉，并每個表面至少約0.001英寸被酸洗掉，導(dǎo)致每個片通常至少約0.008英寸的損失。例如，對于0.025英寸最終厚度的片材，軋制成合適尺寸的片材必須為0.033英寸，不考慮切邊損失，通過磨光和酸洗為24％的損失。有關(guān)疊軋后處理單個片材的罐用鋼的成本，磨帶的成本，及勞動力成本致使具有0.040英寸厚度或更小厚度的片材十分昂貴。因此，可以理解以連續(xù)的卷式(Ti-6Al-4V通常以尺寸36×96英寸和48×120英寸的標(biāo)準(zhǔn)片材生產(chǎn))提供具有類似于或優(yōu)于Ti-6Al-4V的機械性能的冷軋α-β鈦合金的能力是重大的改進。
基于發(fā)明人的觀察，在包括Koch’s型軋機的各種棒型軋機上的棒材，桿材和線材的冷軋，也可以在Kosaka合金上實現(xiàn)?？梢杂脕碛蒏osaka合金形成制品的冷加工技術(shù)的另外例子包括用于無縫管，管道和導(dǎo)管制造的擠壓管狀空心管坯的皮爾格軋制(搖動式鍛造)?；谟^察的Kosaka合金性能，認(rèn)為大的面積縮減(RA)可以以壓縮成形而不使用扁平型軋制而達到。桿，線，棒和管狀空心管坯的拉拔也可以實現(xiàn)。Kosaka合金尤其有吸引力的應(yīng)用為用于無縫管生產(chǎn)的拉拔或皮爾格式軋制形成管狀空心管坯，其用Ti-6Al-4V合金尤其難以達到。使用Kosaka合金可以實現(xiàn)旋壓(在本領(lǐng)域內(nèi)也稱為剪切旋壓)以生產(chǎn)包括圓錐體，圓柱體，飛機導(dǎo)管，噴嘴之類的軸對稱空管形式，及其它“導(dǎo)流”型部件?？梢允褂弥T如液壓成形或鼓肚成形之類的各種流體或氣體型的壓縮的，擴張型的成形操作?？梢詫崿F(xiàn)連續(xù)型坯料的軋制成形以形成“角鐵”種類和“單支柱”類結(jié)構(gòu)件的不同結(jié)構(gòu)。另外，基于發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，通常有關(guān)片材金屬加工的操作，諸如沖壓，精沖裁，模壓，深拉拔，精壓可以適用于Kosaka合金。
除了上面的冷成形技術(shù)，認(rèn)為其它可用于由Kosaka合金形成制品的“冷”技術(shù)包括，但不限制于，鍛造，擠壓，旋壓，液壓成形，鼓肚成形，軋制成形，旋鍛，沖擊擠壓，爆炸成形，橡膠成形，逆向擠壓，沖孔，旋壓，拉伸成形，壓縮彎曲，電磁成形，及冷鐓。普通的技術(shù)人員在考慮發(fā)明人的觀察和結(jié)論及本發(fā)明說明書提供的其它細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，可易于理解可以適用于Kosaka合金的其它的冷加工/成形技術(shù)。并且，普通技術(shù)人員易于把這種技術(shù)應(yīng)用到合金而不要過多的試驗。因此，本文描述了僅僅合金冷加工的某些例子。這些冷加工和成形技術(shù)的應(yīng)用可以提供多種制品。這些制品包括，但不必要限制于下列片材，帶材，箔，板材，棒，桿，線材，管狀空心管坯，管道，管，織物，網(wǎng)，結(jié)構(gòu)件，圓錐體，圓柱體，導(dǎo)管，管道，噴嘴，蜂巢結(jié)構(gòu)，緊固件，鉚釘和墊圈。
未預(yù)料到的Kosaka合金在高加工溫度的低流動阻力和未預(yù)料到的隨后的冷加工合金的能力的結(jié)合在許多情況下應(yīng)該允許以比使用傳統(tǒng)的Ti-6Al-4V合金更低成本的生產(chǎn)形式生產(chǎn)同樣產(chǎn)品。例如，認(rèn)為具有標(biāo)稱成分Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2的Kosaka合金的實施例可以以某些產(chǎn)品形式以比Ti-6Al-4V合金更大產(chǎn)量進行生產(chǎn)，因為Kosaka合金在兩個合金的典型的α+β加工期間經(jīng)歷更少的表面和邊緣檢查。從而，Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2需要更少的導(dǎo)致材料損失的表面磨光和其它表面修整的一種事實。認(rèn)為在許多情況下，當(dāng)由兩種合金生產(chǎn)精加工產(chǎn)品時，將證實甚至更大程度的產(chǎn)量的差別。另外，在α-β熱加工溫度的Kosaka合金的未預(yù)料到的低流動阻力要求更少次數(shù)的再加熱并在刀具加工上產(chǎn)生較低的應(yīng)力，兩者將進一步降低加工成本。并且，當(dāng)Kosaka合金的這些特性與其未預(yù)料到的冷加工性的程度相結(jié)合時，較之對Ti-4Al-6V給于熱疊軋和磨光Ti-6Al-4V片材的傳統(tǒng)要求，可以得到極大的成本優(yōu)點。使用類似于由不銹鋼制造的卷材產(chǎn)品中使用的加工技術(shù)，結(jié)合在高溫流動的低阻力和冷可加工性應(yīng)使Kosaka合金尤其適于加工成卷材的形式。
Kosaka合金未預(yù)料到的冷加工性導(dǎo)致更好的表面精加工和對去除通常產(chǎn)生在Ti-6Al-4V疊軋片材上的大量的表面鱗片和分散的氧化物層的表面修整的降低需要。本發(fā)明人已經(jīng)觀察到進行冷加工的水平，認(rèn)為帶卷長度的箔厚度產(chǎn)品可以由具有類似于Ti-6Al-4V性能的Kosaka合金生產(chǎn)。
發(fā)明人的加工Kosaka合金的各種方法的實施例如下。
實施例除非另外指出，在本公開中列出的所有表示組分，成分，時間，溫度等量的數(shù)字將理解為在所有情況下都由術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反指出，在說明書和權(quán)利要求中列出的數(shù)字參數(shù)是近似值，其依賴于通過本發(fā)明試圖獲得的所需要的性能而變化。至少，且不作為把等價物的原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求范圍的企圖，每個數(shù)字參數(shù)應(yīng)至少認(rèn)為根據(jù)報道的有效數(shù)字的數(shù)值并通過普通的舍入技術(shù)解釋。
雖然陳述本發(fā)明廣闊范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)是近似值，但具體實施例中陳述的數(shù)字值盡可能精確記載。然而，任何數(shù)字值，可能固有地包含不可避免地來源于在其各自的測試測量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的某些誤差。
實施例1無縫管是通過由具有標(biāo)稱成分Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2的一爐Kosaka合金擠壓管狀空心管坯制備。合金實際測量的化學(xué)成分示于下表4表4
合金在1700°F(約927℃)鍛造，隨后在約1600°F(約871℃)旋轉(zhuǎn)鍛造。合金計算的Tβ近似為1790°F(約977℃)。兩個熱鍛造合金的坯料，每個具有6英寸的外徑和2.25英寸的內(nèi)徑，擠壓成具有3.1英寸的外徑和2.2英寸的內(nèi)徑管狀空心管坯。第一個坯料(坯料#1)是在約788℃(約1476°F)擠壓并產(chǎn)出用于搖動鍛造形成無縫管的符合要求的約4英尺的材料。第二個坯料(坯料#2)在約843℃(約1575°F)沿著其整個長度擠壓并產(chǎn)出符合要求的擠壓的管狀空心管坯。在每個情況下，擠壓材料的形狀，大小及表面光潔度表明能夠通過在退火和修整后皮爾格軋制或搖擺式鍛造成功地進行冷加工材料。
進行的研究確定了經(jīng)受各種熱處理后擠壓材料的抗拉性能。研究的結(jié)果列于下表5中。表5最初的兩行列出了用于以“作為擠壓”形式擠壓的測量性能。其余的行涉及來自每個擠壓的樣品，其經(jīng)歷另外的熱處理，在一些情況下水淬(“WQ”)或空冷(“AC”)。最后四行相繼列出采用的每個熱處理步驟的溫度。
表5的結(jié)果示出了可與熱軋和退火板材及隨后冷軋的前身平軋件比較的強度。表5中在1350°F(約732℃)至1450°F(約788℃)退火所列出的時間(此處稱之為“軋制退火”)的結(jié)果表明通過搖擺式鍛造或皮爾格軋制或拉拔擠壓可以容易地冷軋成管。例如，這些抗拉結(jié)果可與發(fā)明人從冷軋和退火Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2，及發(fā)明人用傳統(tǒng)地擠壓成管的Ti-3Al-2.5V合金的現(xiàn)有工作中所獲得的結(jié)果相比。
表5中水淬和時效樣品的(稱之為“固溶處理和時效”的“STA”)結(jié)果表示由擠壓生產(chǎn)的冷搖擺式鍛造/皮爾格軋制的管子能夠在其后的熱處理獲得更高的強度，同時維持一些殘余延展性。這些STA性能當(dāng)與那些Ti-6Al-4V和次級別變體比較時是良好的。
實施例2制備上面描述的表5的熱鍛Kosaka合金的另外的坯料并成功地擠壓成管狀空心管坯。輸入坯料的兩個尺寸用來獲得兩個尺寸的擠壓管。坯料機加工成6.69英寸的外徑和2.55英寸的內(nèi)徑的坯料擠壓成標(biāo)稱3.4英寸的外徑和2.488英寸的內(nèi)徑。機加工成6.04英寸的外徑和2.55英寸的內(nèi)徑的兩個坯料擠壓成標(biāo)稱3.1英寸的外徑和2.25英寸的內(nèi)徑。擠壓發(fā)生在1450°F(約788℃)的目標(biāo)點，最大1550°F(約843℃)。選擇這個溫度范圍使得擠壓在低于計算溫度Tβ(約1790°F)下發(fā)生，但也足以獲得塑性流動。
擠壓的管材呈現(xiàn)良好的表面質(zhì)量和表面精加工，沒有可見的表面損傷，為圓形和具有均勻的壁厚，并沿著其長度具有均勻的尺寸。這些觀察與表5的抗拉結(jié)果和發(fā)明人對冷軋相同材料的經(jīng)驗相結(jié)合，表明管狀擠壓可以通過冷加工進一步加工成滿足工業(yè)要求的管材。
實施例3如上面實施例1中描述的熱鍛的表5中幾個α-β鈦合金試樣在低于計算的Tβ的50-150°F(約28℃至約83℃)的溫度在α-β范圍內(nèi)軋制成約0.225英寸厚。該合金試驗表明在α-β范圍內(nèi)軋制，接著軋制退火產(chǎn)生的最好的冷軋結(jié)果。然而，基于需要的結(jié)果，預(yù)期軋制溫度可以在Tβ以下的溫度范圍內(nèi)降低到至軋制退火范圍。
冷軋之前，試樣軋制退火，隨后進行噴砂和酸洗以去除α表層和富氧的或穩(wěn)定的表面。試樣在環(huán)境溫度下冷軋，不應(yīng)用外熱。(試樣通過絕熱加工升溫至約200-300°F(約93℃至約149℃)，不認(rèn)為是冶金上的意義)。冷軋樣品隨后進行退火。幾個退火的0.225英寸厚的試樣進行冷軋為約0.143英寸厚，通過幾個軋制道次減少約36％。兩個0.143英寸的試樣在1400°F(760℃)退火1小時，隨后不應(yīng)用外熱的環(huán)境溫度下被冷軋為約0.0765英寸，縮減約46％。
在較厚的樣品冷軋期間，觀察到每道次0.001-0.003的縮減。在較薄的規(guī)格，即接近退火前所要求的冷縮減的限度，觀察到在達到0.001英寸的很小的縮減需要幾個道次。可獲得的每道次的厚度縮減依賴于軋機類型，軋機配置，加工輥直徑，及其它因素，這一點普通技術(shù)人員是明白的。材料冷軋的觀察表明至少約35-45％的極限縮減在退火需要前容易達到。冷軋樣品除了在材料實際延展性極限處出現(xiàn)的輕微的邊緣裂紋之外沒有可見的損傷或缺陷。這些觀察表明用于冷軋的α-βKosaka合金的適宜性。
中間和最終規(guī)格試樣的抗拉性能列于下表6內(nèi)。這些性能可與Ti-6Al-4V材料所要求的抗拉性能相比較，其在諸如AMS 4911H(航空材料規(guī)范，鈦合金，片，帶，及板6Al-4V，退火的)；ML-T-9046J(表III)；及DMS1592C的工業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中闡述。
根據(jù)ASTM E290評價了退火試樣的彎曲性能。這些測試包括把平的試樣放置在兩個固定的軋輥上，隨后把試樣推入具有基于材料厚度半徑的心軸的軋輥之間，直到獲得105°的彎曲角度。隨后檢驗樣品的裂紋。冷軋樣品展示彎曲為比于Ti-6Al-4V材料更緊的半徑(fighter radii)(通常獲得3T的彎曲半徑，或在一些情況下為2T，此處“T”為樣品厚度)的能力，同時還展示可與Ti-6Al-4V相比較的強度水平?；谶@個和其它彎曲測試的觀察，認(rèn)為許多Kosaka合金形成的冷軋制品可以彎曲約制品厚度的4倍或更小的半徑，而不破壞制品。
這個實施例中冷軋觀察和強度及彎曲性能測試表明Kosaka合金可以加工成冷軋帶，并且還可以進一步縮減為很薄規(guī)格的產(chǎn)品，諸如箔。這在發(fā)明人另外的測試中得到確認(rèn)，其中具有本例中化學(xué)成分的Kosaka合金在森吉米爾式軋機上成功冷軋為0.011英寸或更小的厚度。
實施例4
具有上表4的化學(xué)成分的α-β加工的Kosaka合金板通過在低于Tβ50-150°F(約28℃至約83℃)范圍內(nèi)的約1735°F(約946℃)下橫軋板材而制備。板材在1715°F(約935℃)下從標(biāo)稱0.980英寸的厚度熱軋成標(biāo)稱0.220英寸的厚度。為了研究哪個中間退火參數(shù)對隨后的冷縮減提供合適的條件，把板材切成四個單個的部分(#1到#4)且將部分如表7所指示的進行處理。每個部分首先退火約一小時隨后經(jīng)受帶有中間退火持續(xù)約一小時的兩次冷軋(CR)步驟。
表7
在冷軋步驟中，進行軋制道次直到開始可見的邊緣裂紋，其為材料接近實際可加工限度的早期指示。如發(fā)明人的用Kosaka合金的其它冷軋試驗所看到的，表7中初始的冷縮減試驗約30-40％，更通常地為33-37％。對兩個預(yù)冷縮減退火和中間退火使用1400°F(760℃)一小時的參數(shù)提供合適的結(jié)果，盡管應(yīng)用于表7的其它部分的加工也適用。
發(fā)明人還確定在1400°F(760℃)退火四小時，或在1350°F(約732℃)或1450°F(約787℃)退火相等的時間，對隨后的冷縮減和有益的機械性能，諸如抗拉和彎曲效果也基本給予材料同樣的能力。觀察到甚至更高的溫度，諸如低于Tβ50-150°F(約28℃-約83℃)的“固溶范圍”，呈現(xiàn)材料韌化并使隨后的冷縮減更加困難。在β區(qū)域內(nèi)退火，T＞Tβ，對隨后的冷縮減不產(chǎn)生益處。
實施例5制備具有下列成分的Kosaka合金4.07wt％的鋁；229ppm的碳；1.69％wt％的鐵；86ppm的氫；99ppm的氮；2100ppm的氧；及2.60wt％的釩。合金通過在2100°F(約1149℃)下開始將30英寸直徑的VAR合金的金屬錠鍛造成標(biāo)稱20英寸厚29英寸寬的橫截面，依次又在1950°F(約1066℃)鍛造成標(biāo)稱10英寸厚29英寸寬的橫截面。磨光/修整后，材料在1835°F(約1002℃)(依然在約1790°F(約977℃))的Tβ以上)下鍛造成標(biāo)稱4.5英寸厚的板坯，其隨后通過磨光和酸洗修整。一部分板坯在低于Tβ約65°F(約36℃)的1725°F(約941℃)下軋制成約2.1英寸的厚度并退火。2.1英寸板的12×15英寸的片隨后熱軋制成標(biāo)稱0.2英寸厚度的熱帶。在1400°(760℃)退火一小時后，片被噴砂和酸洗，冷軋成約0.143英寸后，在1400°(760℃)空氣退火一小時，并修整。如本領(lǐng)域所周知的，修整可以包括一個或更多表面處理，諸如噴砂，酸洗和磨光，以去除表面鱗片，氧化物和缺陷。再次冷軋帶，這次達到約0.078英寸厚，并類似地退火和修整，再軋制到0.045英寸厚。
在軋制成0.078英寸厚時，得到的片材切成容易處理的兩片。然而，為了在需要卷材的設(shè)備上進一步測試，兩片焊接在一起且尾部接合到帶子上。焊接金屬的化學(xué)成分大致與基體金屬相同。使用提供延展性堆焊的用于鈦合金的傳統(tǒng)方法能夠焊接合金。隨后冷軋(焊接不軋制)帶子以提供標(biāo)稱0.045厚度的帶子，并在連續(xù)退火爐中在1425°F(約774℃)以1英尺/分鐘的進料速度進行退火。如所知道的，連續(xù)退火是通過移動帶子通過半保護氣氛內(nèi)的熱區(qū)而完成，半保護氣體包括氬，氦，氮，或一些其它在退火溫度下具有有限反應(yīng)性的氣體。半保護氣氛意在排除噴砂及隨后嚴(yán)重地酸洗退火以去除較深氧化物的必要性。連續(xù)退火爐通常用在工業(yè)規(guī)模加工中，并且因此，進行測試以模擬在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中由Kosaka合金生產(chǎn)盤繞帶。
收集帶子退火的結(jié)合部分之一的樣品以評價抗拉性能，隨后冷軋帶子。結(jié)合部分之一從約0.041英寸的厚度冷軋為約0.022英寸，縮減46％。剩余部分從約0.042英寸的厚度冷軋為約0.024英寸，縮減43％。當(dāng)突然的邊緣裂紋在每個結(jié)合部分出現(xiàn)時，軋制是不連續(xù)的。
冷軋后，帶子在焊接線重新分為兩個單個的帶子。帶子的第一部分隨后在連續(xù)退火線上在1425°F(約774℃)以1英尺/分鐘的進料速度退火。帶子的退火的第一部分的抗拉性能在下面表8引出，每個測試進行了兩次。表8的抗拉強度大致與由初始連續(xù)退火后和第一冷縮減前收集的樣品的性能相同。所有的樣品具有類似的良好的抗拉性能表明合金可以有效連續(xù)地退火。
表8
這個實施例中獲得的冷軋結(jié)果非常好。連續(xù)退火適于軟化材料以便另外的冷縮減至薄的規(guī)格。施加壓力更均勻地穿過工件寬度的森吉米爾式軋機的使用，可以在必要的退火之前增加可能的冷軋。
實施例6提供一部分具有表4顯示的化學(xué)成分的Kosaka合金坯料并朝著生產(chǎn)線材的端部按下處理。坯料在鍛造壓機上在約1725°F(約941℃)鍛造成約2.75英寸直徑的圓棒，隨后在旋轉(zhuǎn)鍛造機上鍛造使其成圓形。棒隨后在小的旋轉(zhuǎn)鍛模上以兩個步驟進行鍛造/旋鍛，每個在1625°F(855℃)，開始至1.25英寸直徑，隨后至0.75英寸的直徑。在噴砂和酸洗后，桿被平分，一半在熾熱的溫度以下旋鍛為約0.5英寸。0.5英寸的桿在1400°F(760℃)退火1小時。
材料在旋鍛期間流動很好，沒有表面損傷。微結(jié)構(gòu)檢查顯示完好的結(jié)構(gòu)，沒有空洞，孔隙，或其它缺陷。測試退火材料的第一個樣品的抗拉性能，其展示126.4KSI的屈服強度，147.7KSI的極限抗拉強度，及18％的總伸長。第二個退火棒樣品展示125.5KSI的屈服強度，146.8KSI的極限抗拉強度，及18％的總伸長。從而，樣品展示類似于Ti-6Al-4V的屈服和極限抗拉強度，但具有改進的延展性。Kosaka合金展示的增加的可加工性可與其它類似強度的，還需要增加中間加熱和加工步驟次數(shù)及另外的磨光以去除來源于熱機械加工損傷的表面缺陷的鈦合金比較，表現(xiàn)出極大的優(yōu)點。
實施例7如上面所討論，Kosaka合金最初為了用作彈道裝甲板而開發(fā)。未預(yù)料地觀察到合金可以容易地冷加工并在冷加工條件在更高的強度水平下展示極大的延展性，發(fā)明人決定研究冷加工是否影響彈道性能。
如實施例5描述的制備具有表4中所示的化學(xué)成分的α-β處理的Kosaka合金的2.1英寸(約50mm)厚度的板材。板在1715°F(935℃)熱軋成近似1.090英寸的厚度。軋制方向垂直于前面的軋制方向。板在空氣中在近似1400°F(760℃)退火約一小時并隨后噴砂和酸洗。樣品隨后在近似1000°F(約538℃)軋制成0.840英寸厚并切成兩個相等的部分。一部分保留在軋制狀態(tài)。剩余部分在1690°F(約921℃)退火近似一小時隨后空冷。(材料的計算Tβ為1790°F(約977℃))。兩個部分噴砂和酸洗并送去進行彈道測試。同一坯料的相等厚度的材料的“剩余”也進行彈道測試。剩余部分以通常用在彈道裝甲板的生產(chǎn)的方式進行處理，通過熱軋，固溶退火，及在近似1400°F(約760℃)軋后退火至少一小時。固溶退火通常在低于Tβ50-150°F(約28℃至約83℃)進行。
測試實驗室評價樣品抵抗每MIL-DTL-96077F的20mm破片模擬彈(FSP)和14.5mm API B32子彈。14.5mm子彈作用在每個樣品上的效果表明沒有可辨別的不同，所有測試件被速度為每秒2990至3018英尺的14.5mm子彈完全穿透。20mm FSP子彈的結(jié)果示于表10(MIL-DTL-96077F要求的V50為2529fps)。
表10
如表10所示，在1000°F(約538℃)軋制，隨后“固溶范圍”退火(標(biāo)稱在1690°F(約921℃)1小時隨后空冷)的材料抵抗FSP子彈的表現(xiàn)比在1000°F(約538℃)軋制隨后不退火的材料，及以用于由Kosaka合金形成裝甲板的傳統(tǒng)的方式熱軋和退火的材料好很多。從而，表10的結(jié)果表明在由Kosaka合金生產(chǎn)裝甲板的過程中采用比傳統(tǒng)的軋制溫度低得多的軋制溫度導(dǎo)致改進的FSP裝甲性能。
因此，確定具有標(biāo)稱成分Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-.25O2的Kosaka合金的20mmFSP子彈的V50裝甲性能通過應(yīng)用新的熱機械加工改進50-100fps。在一種形式中，新的熱機械加工包括首先采用在Tβ以下的傳統(tǒng)的α-β熱加工溫度(通常，Tβ以下的50-150°F(約23℃至約83℃))下相對常規(guī)的熱軋，這種方式為了得到板的縱向和長度橫向方向內(nèi)接近相等的應(yīng)變。隨后應(yīng)用在1400°F(約760℃)近似一小時的中間軋制退火。板材隨后在比傳統(tǒng)所用于熱軋制由Kosaka合金制造的裝甲板的溫度低很多的溫度下軋制。例如，認(rèn)為板可以在Tβ以下的400-700°F(約222℃至約389℃)或更低的溫度下軋制，溫度比以前認(rèn)為Kosaka合金可能使用的溫度低很多。軋制可以用來獲得例如在板厚度內(nèi)15-30％的縮減。這種軋制后，板在固溶溫度范圍內(nèi)，通常Tβ以下的50-100°F(約28℃至約83℃)退火合適的時間間隔，例如可以為50-240分鐘的范圍。退火后的板隨后通過通常的金屬板精整操作進行精整，以去除alpha(α)材料的表皮。這種精整操作可以包括，但不限制于，噴砂，酸洗，磨光，機加工，拋光，和砂磨，從而產(chǎn)生光滑的表面精整以優(yōu)化彈道性能。
應(yīng)理解本說明書說明了有關(guān)清楚理解本發(fā)明的那些方面。本發(fā)明的某些方面對本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員是顯而易見的，因此為了簡化本描述沒有介紹不促進本發(fā)明的更好的理解。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員，基于考慮前面的描述，將認(rèn)識到可以采用本發(fā)明的許多更改和變化。本發(fā)明的所有這些變化和更改意在由前面的描述和下面的權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種由α-β鈦合金形成制品的方法，鈦合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素，該方法包括冷加工α-β鈦合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在冷加工α-β鈦合金之前，在高于1600°F的溫度下處理α-β鈦合金以向合金提供導(dǎo)致隨后的冷變形的微觀組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金是在環(huán)境溫度直到低于1250°F范圍內(nèi)的溫度下進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金是在環(huán)境溫度直到低于1000°F范圍內(nèi)的溫度下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括在低于1250°F通過選自軋制，鍛造，擠壓，皮爾格軋制，搖動擺式鍛造，拉拔，旋壓，流體壓縮成形，氣體壓縮成形，液壓成形，鼓肚成形，軋制成形，沖壓，精密沖裁，模壓，深拉拔，精壓，旋壓，旋鍛，沖擊擠壓，爆炸成形，橡膠成形，逆向擠壓，沖孔，旋壓，拉伸成形，壓縮彎曲，旋鍛，電磁成形，及冷鍛中的至少一種技術(shù)加工α-β鈦合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制品是選自卷材，片材，帶材，箔材，板材，棒材，桿材，線材，管狀空心管坯，管道，管，織物，網(wǎng)，結(jié)構(gòu)件，圓錐體，圓柱體，導(dǎo)管，管道，噴嘴，蜂巢結(jié)構(gòu)，緊固件，鉚釘和墊圈中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中α-β鈦合金具有比Ti-6Al-4V合金更低的流動應(yīng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括冷軋α-β鈦合金，且其中制品為選自片材，帶材，箔材，及板材中的通常扁平軋制的制品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在α-β鈦合金退火前冷軋α-β鈦合金縮減α-β鈦合金約30％至約60％的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括通過至少兩個冷軋步驟縮減α-β鈦合金的厚度，并且其中該方法還包括在中間的連續(xù)冷軋步驟中退火α-β鈦合金，其中退火α-β鈦合金減小α-β鈦合金內(nèi)的應(yīng)力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在連續(xù)退火爐線上進行至少一次退火中間的連續(xù)冷軋步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在至少冷軋步驟之一，α-β鈦合金的厚度縮減30％至60％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括軋制α-β鈦合金，且其中制品選自棒材，桿材，及線材中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括至少皮爾格軋制和搖擺式鍛造α-β鈦合金之一，且其中制品為管材和管道之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括拉拔α-β鈦合金，且其中制品選自桿材，線材，棒材和管狀空心管坯中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷加工α-β鈦合金包括至少旋軋，剪切旋壓，和旋壓α-β鈦合金之一，且其中制品具有軸對稱性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制品具有直到4英寸的厚度，且其中制品的室溫性能包括至少120KSI的抗拉強度，至少130KSI的極限抗拉強度和至少10％的伸長。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中制品具有至少10％的伸長。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制品的屈服強度，極限抗拉強度和伸長性能每個至少與Ti-6Al-4V一樣大。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制品可以彎曲約其厚度4倍的半徑而不破壞制品。
21.制造制品的方法，該方法包括提供α-β鈦合金，合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素；及在低于1250°F的溫度下加工合金。
22.由α-β鈦合金形成制品的方法，合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素，該方法包括通過至少兩個冷軋步驟縮減α-β鈦合金的厚度，其中在至少一個冷軋步驟中α-β鈦合金的厚度縮減30％至60％；及在中間的連續(xù)冷軋步驟中退火α-β鈦合金，從而減小α-β鈦合金內(nèi)的應(yīng)力。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中制品選自片材，帶材，箔材，及板材中。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中至少一次退火中間的連續(xù)冷軋步驟是在連續(xù)退火爐線上進行。
25.α-β鈦合金的冷加工制品，合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的冷加工制品，其中制品選自卷材，片材，帶材，箔材，板材，棒材，桿材，線材，管狀空心管坯，管道，管，織物，網(wǎng)，結(jié)構(gòu)件，圓錐體，圓柱體，導(dǎo)管，管道，噴嘴，蜂巢結(jié)構(gòu)，緊固件，鉚釘和墊圈中。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中制品具有直到4英寸的厚度，且其中制品的室溫性能包括至少120KSI的抗拉強度，至少130KSI的極限抗拉強度。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中制品具有至少10％的伸長。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中制品可以彎曲其厚度約4倍的半徑而不破壞制品。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中制品選自冷軋制品，冷鍛造制品，冷皮爾格軋制制品，冷擠壓制品，冷拉拔制品，旋壓制品，壓縮成形制品，液壓成形制品，冷軋成形制品，冷沖壓制品，精密沖裁制品，冷模壓制品，冷深拉拔制品，精壓制品，冷旋壓制品，冷旋鍛制品，沖擊擠壓制品，及爆炸成形制品，橡膠成形制品，逆向擠壓制品，沖孔制品，拉伸成形制品，壓縮彎曲制品，電磁成形制品，及冷鐓制品中。
31.由α-β鈦合金制造裝甲板的方法，合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素，該方法包括在合金的Tβ以下不大于400°F的溫度下軋制合金。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中在低于1250°F的溫度下軋制合金包括在合金的Tβ以下的400°F至700°F范圍內(nèi)的溫度下軋制合金。
全文摘要
由α－β鈦合金形成制品的方法，合金包括以重量百分?jǐn)?shù)計為約2.9至約5.0的鋁，約2.0至約3.0的釩，約0.4至約2.0的鐵，約0.2至約0.3的氧，約0.005至約0.3的碳，約0.001至約0.02的氮，及小于約0.5的其它元素。方法包括冷加工α－β鈦合金。
文檔編號C22C14/00GK1816641SQ200480019043
公開日2006年8月9日 申請日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者約翰·J·赫布達, 蘭德爾·W·希克曼, 羅納德·A·格雷厄姆 申請人:Ati資產(chǎn)公司