用于生产尤其是用于航空工业的高性能部件的钛合金组合物转让专利
申请号 : CN201080026174.5
文献号 : CN102482735B
文献日 : 2016-04-13
发明人 : F·索尼娅克 , J-M·德莫尼科
申请人 : 梅西耶-布加蒂-道提公司
摘要 :
本发明涉及一种钛合金，其包括至少4重量％的铝和至少0.1重量％的氧，所述合金还包括选自下组的至少一种元素：钒、钼、铬和铁。根据本发明，所述钛合金还包括至少0.1重量％的铪。
权利要求 :
1.一种钛合金，其尤其适合在接近β→α+β多晶型转变温度的温度下热锻，以及加热到接近所述转变温度的温度进行热处理，除了构成大部分重量比例的钛以外，所述合金至少包括如下所述重量比的以下元素：其中铪和锆加起来的总的重量比不超过1％。
2.如权利要求1所述的钛合金，其特征在于，所述合金还包括0.05重量％-0.25重量％的硅。
3.一种对由上述任一权利要求所述的钛合金制成的半成品进行热处理的方法，所述方法包括以下步骤：加热到比合金的β→α+β多晶型转变温度低30-70℃的温度范围；
在所述温度停留2-5小时；
冷却；
在540-600℃的温度范围内停留8-16小时；
冷却。
说明书 :
用于生产尤其是用于航空工业的高性能部件的钛合金组合
物
[0001] 本发明涉及一种新的钛合金组合物，该组合物具有高级机械性质，用于制造高性能部件，尤其是用于航空工业，例如起落架元件或涡轮盘。
背景技术
[0002] 已知的具有高级机械性质的各种类型的钛合金包括很大比例的铝，例如Ti6-4(6％铝和4％钒)，Ti 8-1-1(8％铝，1％钼，和1％钒)，还有Ti 10-2-3(10％钒，
2％铁，和3％铝)，其中百分比表示相对于总重的重量比例。已知钛合金是准β型的(quasi-beta)，具有很大比例的铝以及氧。文献EP 1 302 555中给出了这类合金的一个例子，EP 1 302 555描述了一种具有以下组成的钛合金，用基于总重的百分比表示：
2％铁，和3％铝)，其中百分比表示相对于总重的重量比例。已知钛合金是准β型的(quasi-beta)，具有很大比例的铝以及氧。文献EP 1 302 555中给出了这类合金的一个例子，EP 1 302 555描述了一种具有以下组成的钛合金，用基于总重的百分比表示：
[0003]铝 4.0-6.0
钒 4.5-6.0
钼 4.5-6.0
铬 2.0-3.6
铁 0.2-0.5
锆 0.7-2.0
氧 不超过0.2
氮 不超过0.05
钛 余量
钒 4.5-6.0
钼 4.5-6.0
铬 2.0-3.6
铁 0.2-0.5
锆 0.7-2.0
氧 不超过0.2
氮 不超过0.05
钛 余量
[0004] 该合金用于在接近β→α+β多晶型转变温度的温度下热锻，然后在部件被加热到接近β→α+β多晶型转变温度的温度的过程中进行热处理，以使得β相出现，与α相共存，接着分段冷却并老化部件。该处理的目的是在成品部件中获得很大比例的β相，以赋予其大的机械强度。在这一方面，诸如钒、钼、铬或铁的元素有助于在部件冷却时稳定β相，从而使其可以将很大比例的合金冷冻在该相中。
[0005] 但是，促进β相形成通常损害α相(通常占由该合金制成的部件重量的60-70％)，α相提高部件的韧度。为了减轻该缺点，向组合物中加入不可忽略比例的锆以通过与α钛形成固熔体来提高α相在冷却过程中的稳定性，锆与α钛的密度和熔化温度比较类似。
[0006] 使用该组合物和实施适当的锻造和热处理方法(尤其是冷却，所述冷却促成上述固熔体)使得产生的固体钛部件具有有益的韧度和机械强度之间的折衷。
[0007] 发明目的
[0008] 本发明需求一种具有能获得更好的机械性质潜力的新的钛合金组合物。
发明内容
[0009] 为了达到上述目的，本发明提供一种钛合金，它尤其适合在接近β→α+β多晶型转变温度的温度下热锻，以及加热到接近所述转变温度的温度进行热处理，除了构成大部分重量比例的钛以外，所述合金还包括至少4重量％的铝，至少0.1重量％的氧，至少0.01重量％的碳，所述合金还包括选自下组的至少一种元素：钒、钼、铬和铁。根据本发明，所述钛合金还包括至少0.1重量％的铪。
[0010] 本发明人认为与已知的组合物相比，铝和/或氧的比例的增加导致β→α+β多晶型转变温度的提高，从而使得锻造能在更高的温度下进行，从而有利于增强最终部件的机械强度性质。然而，本发明人怀疑上述合金中铝和氧的含量增加会有产生以下现象的风险：在冷却过程中合金的组成成分分离，使得材料更脆。特别地，铝和氧似乎是氧化相沉淀的原因，所述氧化相对于部件的最终机械性能具有不利的影响。
[0011] 为了减少上述缺点，发明人提出伴随着上述铝和氧的含量增加，显著地增加铪的含量，铪对于氧具有很强的亲合力，似乎通过与氧结合而有利于合金相的沉淀，从而避免铝和钛的氧化相的形成，这样使得与铝和氧的比例增加相关的不利影响即使没有被消除，也至少极大地被减轻。
[0012] 使用铪具有几个优点。除了上述与氧的亲合力外，铪的电子结构与锆类似。因此发明人认为象锆一样，铪能够通过与α相钛形成固熔体来提高α相钛的稳定性。此外，铪在β相中具有连续的可溶性，与α相的钛完全混溶。
[0013] 最后，铪以微量存在于某些钛矿物中。对各种矿物的测定显示铪在矿物中的比例不超过0.05％。因此不要试图从矿物中除去该成分似乎是有利的，相反使矿物中富含铪以获得本发明推荐的比例。
[0014] 有利的是，在锻造后，该合金能够经受以下热处理：
[0015] 加热到比合金的β→α+β多晶型转变温度低30-70℃的温度范围；
[0016] 在所述温度停留2-5小时；
[0017] 冷却，优选在空气中冷却；
[0018] 在540-600℃的温度范围内停留8-16小时；
[0019] 冷却，优选在空气中冷却。
具体实施方式
[0020] 在实施方式中，给出以下三种典型的组合物，各种组合物中，详细描述了一个具体的例子。所给出的比例基于重量。
[0021]组合物1 组合物2 组合物3
铝 4.0％-7.5％ 4.0％-7.5％ 4.0％-7.5％
钒 3.5％-5.5％ 3.5％-5.5％ 3.5％-5.5％
钼 4.5％-7.5％ 4.5％-7.5％ 4.5％-7.5％
铬 1.8％-3.6％ 1.8％-3.6％ 1.8％-3.6％
铁 0.2％-0.5％ 0.2％-0.5％ 0.2％-0.5％
铪 0.1％-1.1％ 0.1％-0.7％ 0.1％-0.7％
* *
锆 - - 0.1％-0.7％ 0.1％-0.7％
硅 - - - - 0.05％-0.25％
氧 0.1％-0.3％ 0.1％-0.3％ 0.1％-0.3％
碳 0.01％-0.2％ 0.01％-0.2％ 0.01％-0.2％
钛 余量 余量 余量
铝 4.0％-7.5％ 4.0％-7.5％ 4.0％-7.5％
钒 3.5％-5.5％ 3.5％-5.5％ 3.5％-5.5％
钼 4.5％-7.5％ 4.5％-7.5％ 4.5％-7.5％
铬 1.8％-3.6％ 1.8％-3.6％ 1.8％-3.6％
铁 0.2％-0.5％ 0.2％-0.5％ 0.2％-0.5％
铪 0.1％-1.1％ 0.1％-0.7％ 0.1％-0.7％
* *
锆 - - 0.1％-0.7％ 0.1％-0.7％
硅 - - - - 0.05％-0.25％
氧 0.1％-0.3％ 0.1％-0.3％ 0.1％-0.3％
碳 0.01％-0.2％ 0.01％-0.2％ 0.01％-0.2％
钛 余量 余量 余量
[0022] *铪和锆加起来的总重量比保持小于1％。
[0023] 具体地按照1号组合物选择以下1号合金：
[0024]铝 7.0％
钒 4.5％
钼 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.9％
氧 0.3％
碳 0.05％
钛 余量
钒 4.5％
钼 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.9％
氧 0.3％
碳 0.05％
钛 余量
[0025] 应注意到高比例的铝(7.0％，已知的合金例如Ti 5-5-5-3或VT22中铝的含量通常为5％)和高比例的氧(0.3％，Ti 5-5-5-3中的氧含量小于0.2％)。还应注意到钼的重量比较高，从而使得β相更加稳定。最后，应注意到在本文中对铪的重量比进行选择，使其约为氧的重量比的三倍。
[0026] 按照2号组合物选择以下2号合金：
[0027]铝 7.0％
钒 4.5％
钼 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.5％
锆 0.5％
氧 0.3％
碳 0.05％
钛 余量
钒 4.5％
钼 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.5％
锆 0.5％
氧 0.3％
碳 0.05％
钛 余量
[0028] 这加入了锆的作用，锆除了具有稳定钛的α相的趋势外，似乎还对氧具有有利的亲合力，使得锆与铪共同作用捕获氧，从而避免铝和钛的氧化相的沉淀。这两种元素同时存在似乎具有协同效应，进一步减轻了合金冷却过程中构成合金的物种的分离。
[0029] 最后，按照3号组合物选择以下3号合金：
[0030]铝 7.0％
钒 4.5％
铝 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.5％
锆 0.3％
硅 0.15％
氧 0.3％
碳 0.05％
钒 4.5％
铝 6.5％
铬 3.0％
铁 0.4％
铪 0.5％
锆 0.3％
硅 0.15％
氧 0.3％
碳 0.05％