BR112017017188B1

BR112017017188B1 - Métodos de produzir artigos de liga de titânio

Info

Publication number: BR112017017188B1
Application number: BR112017017188-0A
Authority: BR
Inventors: Richard L. Kennedy; Robert M. Davis; Rex W. Bradley; Robin M. Forbes Jones
Original assignee: Ati Properties Llc
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-08
Publication date: 2021-07-13
Also published as: CN107406911B; CA2976307C; US10407745B2; US20180347003A1; KR20170113639A; RU2017131323A; RU2017131323A3; WO2016130470A1; JP2018510268A; EP3256613A1; US10011885B2; RU2695850C2; BR112017017188A2; US20160230239A1; EP3256613B1; KR102228826B1; CN110592402A; ZA201705773B; CN107406911A; MX2017010248A

Abstract

métodos para produzir artigos de titânio e liga de titânio. um método de produzir um artigo selecionado de um artigo de titânio e um artigo de liga de titânio compreende fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para formar um aquecimento por fundição de titânio ou uma liga de titânio, e fundir pelo menos uma porção do aquecimento por fundição para formar um lingote de titânio ou liga de titânio hidrogenado. o lingote hidrogenado é deformado em uma temperatura elevada para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado. o artigo trabalhado é desidrogenado para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado. em certas formas de realização não limitantes do método, o artigo desidrogenado compreende um tamanho de partícula de fase a médio menor do que 10 mícrons na dimensão mais longa.

Description

FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA CAMPO DA TECNOLOGIA

[001]A presente divulgação refere-se a métodos para produzir artigos de titânio e liga de titânio. Em particular, certos aspectos não limitantes da presente divulgação referem-se a métodos incluindo produzir um titânio ou liga de titânio hidrogenado, deformar (trabalho) o titânio ou liga de titânio, e subsequentemente desidrogenar o material para reduzir o teor de hidrogênio de um artigo. Em certas formas de realização não limitantes do método da presente divulgação, o método fornece um artigo de titânio ou liga de titânio tendo um tamanho de partícula de fase α ultra-fino, por exemplo, um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 mícrons na dimensão mais longa.

DESCRIÇÃO DOS FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA

[002] Ligas de titânio são usadas em uma variedade de aplicações para o seu equilíbrio vantajoso de propriedades de material incluindo capacidade de resistência, ductilidade, módulo e temperatura. Por exemplo, liga Ti-6Al-4V (também denotada “liga Ti-6-4”, tendo uma composição especificada em UNS R56400) é uma liga comercial que é amplamente usada na indústria aeroespacial e biomédica.

[003]Titânio tem duas formas alotrópicas: uma fase beta (“β”) de “alta temperatura”, que tem uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (“bcc”); e uma fase alfa (“α”) de “baixa temperatura”, que tem uma estrutura cristalina compacta hexagonal (“hcp”). A temperatura a qual a fase α se transforma completamente na fase β como uma liga de titânio é aquecida é conhecida como a temperatura β-transus (ou simplesmente “β-transus” ou “Tβ”). Processamento convencional de lingotes de moldagem de ligas de titânio para formar tarugos ou outros produtos de usinagem geralmente envolve uma combinação de etapas de deformação acima e abaixo de β-transus dependendo da estrutura desejada e requisitos de propriedade do material para uma determinada aplicação.

[004] Um tamanho de partícula α mais fino pode resultar em propriedades de deformação mais altas, resistência de fadiga aperfeiçoada e inspecionabilidade ultra- sônica aperfeiçoada para o artigo de liga de titânio. O método convencional para alcançar um tamanho de partícula α mais fino em artigos de liga de titânio usualmente envolve manejar o processamento termo-mecânico complicado, por exemplo, têmpera rápida a partir do campo de fase β seguido por quantidades relativamente grandes de trabalho a quente ou deformação na região de fase α + β e possivelmente um recozimento pós-deformação na região de fase α + β para realçar o refinamento de partícula. Em particular, para obter o tamanho de partícula α mais fino, trabalho a quente temperaturas muito baixas, e talvez marginalmente práticas, e usando taxas de deformação controladas relativamente baixa, é necessário. Entretanto, existem limites de fabricação para o que pode ser obtido com este método convencional, devido às cargas de forjamento aumentadas, rendimentos de processo mais baixos devido ao craqueamento, e carecem ou se limitam de controle de taxa de deformação prático, especialmente em tamanhos de seção grandes. O método convencional também pode ser limitado por uma tendência crescente para formar lacunas ou poros pequenos na liga sob certas condições de processamento tais como baixas temperaturas e/ou altas taxas de deformação. Este fenômeno é conhecido como “porosidade induzida por deformação” ou “SIP”. A presença de SIP na liga pode ser particularmente prejudicial para as propriedades da liga e pode resultar em perda de rendimento de processo significante. Em casos severos, etapas de processamento adicionais e dispendiosas, tais como pressionamento isostático a quente, podem ser necessárias para eliminar SIP que se formou. Assim, desenvolveu-se uma necessidade de métodos para produzir artigos de liga de titânio tendo um tamanho de partícula α mais fino evitando limites impostos pela temperatura de trabalho a quente e/ou taxa de deformação.

SUMÁRIO

[005]A presente divulgação, em parte, é dirigida a métodos e artigos de liga que abordam certas limitações de métodos convencionais para produzir artigos de liga de titânio. Certas formas de realização aqui abordam limitações de técnicas convencionais para alcançar um tamanho de partícula α mais fino em certos artigos de titânio e liga de titânio. Um aspecto não limitante da presente divulgação é dirigido a um método de produzir um artigo selecionado de um artigo de titânio e um artigo de liga de titânio. O método compreende: fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para formar um fundido por calor de um titânio ou liga de titânio; moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote de titânio ou liga de titânio hidrogenado; deformar o lingote hidrogenado em uma temperatura elevada para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado; e desidrogenar o artigo trabalhado para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado. Em certas formas de realização não limitantes do método, o artigo desidrogenado compreende um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 mícrons na dimensão mais longa. Em certas formas de realização não limitantes do método, o titânio ou liga de titânio é selecionado do grupo consistindo em titânio comercialmente puro, uma liga de titânio perto de α, uma liga de titânio α + β, uma liga de titânio perto de β e uma liga alumineto de titânio.

[006] Um outro aspecto não limitante da presente divulgação é dirigido a um método de produzir um artigo de liga de titânio α + β. O método compreende: fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para formar um fundido por calor; moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote hidrogenado de uma liga de titânio α + β; deformar o lingote hidrogenado em uma temperatura inicialmente em um campo de fase β e subsequentemente em um campo de fase α + β + δ para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado; e tratar por aquecimento a vácuo o artigo trabalhado para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado.

[007] Um outro aspecto não limitante da presente divulgação é dirigido a um método de produzir um artigo de liga de titânio α + β. O método compreende: fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para formar um fundido por calor; moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote hidrogenado de uma liga de titânio α + β; deformar o lingote em uma primeira temperatura elevada para formar um artigo trabalhado inicial compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado; hidrogenar o artigo trabalhado inicial em uma segunda temperatura elevada; deformar o artigo trabalhado inicial em uma terceira temperatura elevada para formar um artigo trabalhado intermediário tendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do artigo trabalhado inicial; e tratar por aquecimento a vácuo o artigo trabalhado intermediário para reduzir o teor de hidrogênio do artigo trabalhado intermediário.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

[008]Características e vantagens dos métodos e artigos de liga descritos aqui podem ser melhor entendidas por referência aos desenhos anexos em que:

[009]A Figura 1 é um fluxograma de uma forma de realização não limitante de um método de produzir um artigo de titânio ou liga de titânio de acordo com a presente divulgação.

[010]Deve ser entendido que a invenção não é limitada em sua aplicação aos arranjos ilustrados no desenho descrito acima. O leitor avaliará os detalhes acima mencionados, assim como outros, ao considerar a seguinte descrição detalhada de certas formas de realização não limitantes de métodos e artigos de liga de acordo com a presente divulgação. O leitor também pode compreender certos de tais detalhes adicionais ao usar os métodos e artigos de liga descritos aqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CERTAS FORMAS DE REALIZAÇÃO NÃO LIMITANTES

[011] Na presente descrição de formas de realização não limitantes e nas reivindicações, exceto nos exemplos operacionais ou onde, de outro modo indicado, todos os números que expressam quantidades ou características de ingredientes e produtos, condições de processamento, e semelhantes devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Consequentemente, a menos que indicado ao contrário, quaisquer parâmetros numéricos apresentados na seguinte descrição e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas procuradas para obter nos métodos e artigos de liga de acordo com a presente divulgação. Pelo menos, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve pelo menos ser interpretado à luz do número de dígitos significantes relatados e aplicando-se técnicas de arredondamento habituais.

[012]A presente divulgação, em parte, é dirigida a métodos e artigos de titânio e liga de titânio que abordam certas limitações de métodos convencionais para alcançar um tamanho de partícula α mais fino em certos artigos de liga de titânio. Referindo-se à Figura 1, uma forma de realização não limitante de um método de produzir um lingote de liga de titânio α + β de acordo com a presente divulgação é ilustrada. O método inclui fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para formar um fundido por calor (bloco 100), e moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote de liga de titânio α + β (bloco 110) hidrogenado (isto é, contendo hidrogênio). Em certas formas de realização não limitantes, os materiais de alimentação podem consistir em materiais que, uma vez fundidos, produzem uma liga de titânio Ti-6-4 (tendo uma composição especificada em UNS R56400) compreendendo, em peso (todas as porcentagens aqui são porcentagens em peso, a menos que de outro modo indicado), 5,50 % a 6,75 % de alumínio, 3,50 % a 4,50 % de vanádio, titânio, hidrogênio e impurezas. Aqueles tendo habilidade comum podem facilmente identificar materiais de partida capazes de formar uma liga calor tendo uma composição desejada particular.

[013] Mais geralmente, os métodos descritos aqui podem ser usados em relação à preparação de lingotes e outros artigos de qualquer um de titânio comercialmente puro, ligas de titânio perto de α, ligas de titânio α + β, ligas de titânio perto de β e ligas de alumineto de titânio. Exemplos não limitantes de ligas de titânio perto de α que podem ser processadas de acordo com várias formas de realização não limitantes dos métodos divulgados aqui incluem liga Ti-8Al-1Mo-1V (tendo uma composição especificada em UNS R54810). Exemplos não limitantes de ligas de titânio α + β que podem ser processadas de acordo com várias formas de realização não limitantes dos métodos divulgados aqui incluem liga Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (tendo uma composição especificada em UNS R54620), liga Ti-6Al-4V (tendo uma composição especificada em UNS R56400) e liga Ti-6Al-6V-2Sn (tendo uma composição especificada em UNS R56620). Exemplos não limitantes de ligas de titânio perto de β que podem ser processadas de acordo com várias formas de realização não limitantes dos métodos divulgados aqui incluem liga Ti-5Al-2Sn-2Zr- 4Mo-4Cr (também denotada liga “Ti-17”, tendo uma composição especificada em UNS-R58650), liga Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-0.15Si (também denotada “Ti-62222” liga) e liga Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe (também denotada liga “SP-700”). Exemplos não limitantes de ligas de alumineto de titânio que podem ser processadas de acordo com várias formas de realização não limitantes dos métodos divulgados aqui incluem liga Ti-24Al-11Nb e liga Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo à base de super-α2. Será avaliado por aqueles habilitados na técnica que as designações de liga acima mencionadas referem-se apenas às concentrações nominais, em um por cento em peso de base em peso de liga total, de certos elementos de liga principais contidos na liga de titânio, e que estas ligas também podem incluir outras adições menores de elementos de liga, assim como impurezas incidentais, que não afetam a designação das ligas como ligas de titânio perto de α, ligas de titânio α + β, ligas de titânio perto de β e ligas de alumineto de titânio. Além disso, embora a presente descrição faz referência a certas ligas específicas, os métodos e artigos de liga descritos aqui não são limitados a este respeito. Como será entendido, os materiais de partida podem ser selecionados por um profissional comumente habilitado assim como para fornecer um lingote de liga tendo a composição desejada e outras propriedades desejadas.

[014] De acordo com certas formas de realização não limitantes, pelo menos uma porção do lingote hidrogenado produzido nas etapas de fusão e moldagem de acordo com os presentes métodos tem um teor de hidrogênio maior do que 0 a 1,5 % em peso com base no peso total do lingote hidrogenado. De acordo com certas outras formas de realização não limitantes, o teor de hidrogênio de pelo menos uma porção do lingote hidrogenado é 0,05 % a 1,0 % em peso. Em ainda outras formas de realização não limitantes, pelo menos uma porção do lingote hidrogenado tem um teor de hidrogênio de 0,05 % a 0,8 % ou 0,2 % a 0,8 % em peso. Dependendo da composição para o artigo de liga particular, um teor de hidrogênio maior do que 1,5 % em peso pode promover craqueamento durante o arrefecimento até a temperatura ambiente e, portanto, não pode fornecer as propriedades de material necessárias.

[015]O método convencional para introduzir hidrogênio em um artigo de liga de titânio é pós-fusão, através de um tratamento térmico da liga solidificada na presença de hidrogênio. Este método convencional depende de difusão em estado sólido de hidrogênio e, portanto, tipicamente, necessita de um tratamento térmico de alta temperatura por um período longo de tempo, aumentando significantemente com o tamanho de seção. Ao contrário, certas formas de realização não limitantes de métodos de produzir um artigo de liga de titânio α + β ou outros artigos de titânio ou liga de titânio de acordo com a presente divulgação incluem fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio para fornecer um lingote de titânio ou liga de titânio hidrogenado. Em outras palavras, uma fonte de hidrogênio que está presente durante a produção do fundido por calor e hidrogênio a partir da fonte é incorporada no material de moldagem. De acordo com certas formas de realização não limitantes, a fonte de hidrogênio está presente durante as etapas de fusão e moldagem (solidificação), que são realizadas simultaneamente.

[016]O hidrogênio pode ser incorporado no titânio ou liga de titânio de moldagem na forma de, por exemplo, precipitação de hidreto ou solução sólida intersticial, na matriz de titânio ou liga de titânio, embora o hidrogênio pode estar presente em qualquer forma promovida pela composição de liga e condições de processamento. Como explicado adicionalmente abaixo, os artigos de titânio e liga de titânio processados de acordo com várias formas de realização de métodos de acordo com a presente divulgação podem resultar em usinabilidade aperfeiçoada e rendimentos de processo e desse modo diminuem custos de produção, e/ou podem obter tamanho de partícula α mais fino do que é possível por intermédio de métodos de conversão de titânio convencionais. Além disso, como explicado adicionalmente abaixo em relação a certas formas de realização aqui, mantendo-se o estado hidrogenado através o artigo trabalhado a quente final e usinado em bruto, os tempos de recozimento necessários para desidrogenação (isto é, reduzindo o teor de hidrogênio) podem ser relativamente curtos e economicamente práticos.

[017] Em certas formas de realização não limitantes, a fonte de hidrogênio pode ser, por exemplo: um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio em contato com os materiais de alimentação fundidos; um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio e um gás inerte (por exemplo, hélio ou argônio) em contato com os materiais de alimentação fundidos; e/ou um ou mais materiais contendo hidrogênio (tais como, por exemplo, pó de hidreto de titânio, lascas de hidreto de titânio ou torneamento) que são fundidos junto com outros materiais de alimentação. Aqueles tendo habilidade comum, ao ler a presente descrição, podem identificar fontes adicionais de hidrogênio que podem ser usadas em métodos de acordo com a presente divulgação para aumentar o teor de hidrogênio de um artigo de titânio ou liga de titânio. É intencionado que todas as tais fontes de hidrogênio adicionais estão dentro do escopo da presente invenção.

[018]Com referência contínua à Figura 1, em uma forma de realização não limitante de um método de produzir um artigo de liga de titânio α + β ou um outro artigo de liga de titânio de acordo com a presente divulgação, o lingote de liga de titânio hidrogenado é deformado (isto é, trabalhado) em uma temperatura elevada (isto é, uma temperatura maior do que a temperatura ambiente e que é adequada para trabalhar o lingote) para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado (blocos 120 - 140). O significado de um “artigo trabalhado” será facilmente entendido por aqueles tendo habilidade comum na produção de artigos de liga de titânio. Como exemplos, e sem limitação, um artigo trabalhado pode referir-se a uma pré-forma, um tarugo intermediário, um tarugo final, uma barra, uma placa, uma folha, um artigo final na condição como trabalhado ou usinado em bruto, ou outros produtos de usinagem. Por exemplo, uma vez que o lingote inicial é deformado, por exemplo, forjando-se ou outras técnicas de trabalho a quente, o artigo trabalhado resultante é, tipicamente, referido na técnica como uma pré-forma ou um tarugo intermediário. Um “artigo trabalhado”, como usado aqui, abrange todos os tais artigos. Além disso, deve ser entendido que uma “pré-forma” ou um “tarugo” não é limitado às formas específicas de artigos. A forma específica de uma pré- forma ou um tarugo pode variar dependendo das condições de processamento e dosd critérios de projeto do artigo de liga particular.

[019]Em certas formas de realização não limitantes dos presentes métodos, o lingote hidrogenado é deformado em uma temperatura inicialmente em um campo de fase β (bloco 120) da liga particular, e é subsequentemente deformado em um campo de fase α + β + δ (bloco 130) da liga para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado. Em certas formas de realização do presente método envolvendo deformação no campo de fase β e subsequentemente no campo de fase α + β + δ, a liga é uma liga de titânio α + β. Processamento convencional de lingotes de moldagem de ligas α + β para formar tarugos ou outros produtos de usinagem, tipicamente, envolve uma deformação inicial do material acima de β- transus (isto é, no campo de fase β) para quebrar a estrutura do lingote de moldagem. Sem pretender estar vinculado a qualquer teoria, o fornecimento de um artigo de liga de titânio α + β com um teor de hidrogênio aumentado usando métodos de acordo com a presente divulgação pode aperfeiçoar a usinabilidade ou ductilidade a quente da liga de titânio α + β diminuindo-se a temperatura β-transus da liga e estabilizando-se a fase β da liga.

[020]Em certas formas de realização não limitantes de métodos de acordo com a presente divulgação, um artigo de titânio ou liga de titânio feito moldando-se um fundido produzido por materiais de alimentação fundidos com uma fonte de hidrogênio é inicialmente deformado em uma temperatura levemente acima da temperatura β-transus para formar um tarugo intermediário (bloco 120). Deformando-se o artigo de titânio ou liga de titânio de acordo com várias formas de realização não limitantes divulgadas aqui pode envolver a deformação de uma porção do artigo ou do artigo inteiro. Além disso, como usadas aqui, as frases tais como “deformar em” e “deformar o corpo em”, etc., com referência a uma temperatura, uma faixa de temperatura ou uma temperatura mínima, significa que pelo menos a porção do objeto a ser deformado tem uma temperatura pelo menos igual à temperatura referenciada, dentro da faixa de temperatura referenciada, ou pelo menos tão alta quanto a temperatura mínima referenciada durante a deformação. Exemplos não limitantes de métodos de deformação dos artigos de titânio ou liga de titânio que podem ser usados de acordo com várias formas de realização não limitantes divulgadas aqui incluem um ou uma combinação de forjamento, desgaste, extrusão, desenho e laminação. Por exemplo, de acordo com uma forma de realização não limitante específica, deformar pelo menos uma porção do artigo em uma temperatura T1 pode compreender forjar o artigo em uma condição em que pelo menos uma porção do artigo é na temperatura T1. Com respeito às ligas de titânio α + β, pela razão de aumentar o teor de hidrogênio de uma liga de titânio α + β diminuiu a temperatura β-transus, a temperatura da operação de forjamento β inicial pode ser mais baixa comparada ao processamento convencional, em que o teor de hidrogênio da liga pode ser mais baixo. Utilizando-se uma temperatura mais baixa durante a operação de forjamento β inicial pode fornecer benefícios tais como minimizando tamanho de grão β e mantendo uma densidade mais alta de deslocamentos que podem facilitar o refinamento micro-estrutural durante o processamento subsequente.

[021] Referindo-se ainda ao bloco 120 da Figura 1, de acordo com certas formas de realização não limitantes, subsequente à deformação β de baixa temperatura inicial, o tarugo intermediário é deformado em uma temperatura de deformação β mais alta para recristalizar pelo menos uma porção do tarugo intermediário. Por exemplo, subsequente à deformação β de baixa temperatura inicial, o tarugo intermediário pode ser forjado em uma temperatura (T2) que é mais alta do que a temperatura da operação de forjamento β inicial (T1). Em certas formas de realização não limitantes, T2 é pelo menos 27 °C mais alto do que T1. Por exemplo, de acordo com várias formas de realização não limitantes divulgadas aqui, antes de deformar o lingote no campo de fase β na T1, o tarugo intermediário pode ser aquecido até a T1, ou uma temperatura acima de T1, por exemplo, em uma fornalha, tal que o tarugo intermediário ou pelo menos a porção do tarugo intermediário a ser deformado, alcança uma temperatura de pelo menos T1. Tais como usados aqui, os termos tais como “aquecido até” e “aquecimento até”, etc., com referência a uma temperatura, uma faixa de temperatura ou uma temperatura mínima, significa que o artigo é aquecido até pelo menos a porção do artigo desejada ter uma temperatura pelo menos igual à temperatura referenciada ou mínima, ou dentro da faixa de temperatura referenciada ao longo da extensão da porção Depois do aquecimento, o tarugo intermediário (ou qualquer porção deste) pode ser deformado na T1.

[022] De acordo com certas formas de realização não limitantes, o tarugo intermediário contendo hidrogênio formado a partir da fusão é esfriado para formar precipitados de hidreto no tarugo intermediário. O teor de hidrogênio do lingote hidrogenado pode promover uma transformação de fase eutetóide da forma β θ α + β + δ (hidreto de titânio) quando mantido em uma temperatura em uma região de fase α + β + δ. Tais como usadas aqui, as frases tais como “manter em” e semelhantes, com referência a uma temperatura, faixa de temperatura ou mínimo temperatura, significam que pelo menos uma porção desejada do titânio ou liga de titânio é mantida em uma temperatura pelo menos igual à temperatura referenciada ou mínima, ou dentro da faixa de temperatura referenciada. Em certas formas de realização não limitantes, o titânio ou liga de titânio é esfriado em uma maneira controlada através de eutetóide transus até a temperatura ambiente. Alternativamente, o material é esfriado em uma maneira controlada para abaixo de eutetóide transus, mantido (curado) em uma temperatura ou na faixa de temperatura abaixo de eutetóide transus por um período de tempo para desenvolver uma distribuição mais homogênea de hidrogênio, e depois esfriado em uma maneira controlada até a temperatura ambiente. Os precipitados de fase δ podem ser usados para refinar a micro-estrutura α + β e potencialmente facilitar a formação de um tamanho de partícula α mais fino comparado ao processamento convencional, como explicado adicionalmente abaixo. Embora a presente descrição faz referência a ligas de titânio α + β, os métodos e artigos de liga descritos aqui não são limitados a este respeito. Deve ser avaliado que, em outras formas de realização não limitantes de métodos de acordo com a presente divulgação, várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da divulgação como será evidente àqueles habilitados na técnica. Tais mudanças e modificações estão dentro do escopo e ensinamentos desta divulgação como definida nas reivindicações anexas.

[023]Com referência contínua à Figura 1, o tarugo intermediário é trabalhado a quente, isto é, deformado em uma temperatura em um campo de fase α + β + δ ou região da liga de titânio α + β, para formar um tarugo final (bloco 130). Em certas formas de realização não limitantes, o tarugo intermediário é curado em uma temperatura em um campo de fase α + β + δ da liga de titânio (bloco 140) antes da deformação na região de fase α + β + δ ou campo da liga de titânio. Em outras formas de realização não limitantes, o tarugo intermediário é deformado no campo de fase α + β ou α + β + δ da liga de titânio sem uma etapa de cura separada no campo de fase α + β + δ da liga de titânio.

[024]Em certas formas de realização não limitantes, o lingote hidrogenado é cilíndrico. Em formas de realização adicionais, o lingote hidrogenado pode assumir outras formas geométricas, e a seção transversal pode ser, por exemplo, aproximadamente retangular. De acordo com certas formas de realização não limitantes divulgadas aqui, deformar o lingote hidrogenado no tarugo final pode compreender deformar ou de outro modo trabalhar o lingote em um ou mais passos ou etapas, para alcançar uma redução percentual total na área de seção transversal de pelo menos 15 % até 98 % durante o trabalho a quente.

[025]De acordo com certas formas de realização não limitantes envolvendo o processamento de um artigo de liga de titânio Ti-6-4, a temperatura na região de fase α + β + δ da liga de titânio α + β a qual o lingote é trabalhado (bloco 130) é menor do que 800 °C. Os precipitados de fase δ de hidreto formados nas formas de realização aqui podem facilitar a formação de um tamanho de partícula α mais fino comparado ao processamento convencional. Sem pretender a estar vinculado a qualquer teoria, os precipitados de fase δ de hidreto podem curar como sítios de nucleação para a recristalização da fase α durante o trabalho a quente, e também podem curar como sítios de pinagem para estabilizar as partículas α refinadas.

[026] De acordo com certas formas de realização não limitantes, um método de produzir um artigo de liga de titânio Ti-6-4 de acordo com a presente divulgação compreende deformar um lingote hidrogenado moldado a partir de um lingote preparado usando uma fonte de hidrogênio, como descrito aqui, em uma primeira temperatura elevada para formar um artigo trabalhado inicial compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado, e hidrogenar o artigo trabalhado inicial em uma segunda temperatura elevada (bloco 150). Em certas formas de realização não limitantes, a hidrogenação durante o processamento por fusão (bloco 100) é usada para aumentar o hidrogênio a um teor intermediário mais alto do que um teor final desejado, e o equilíbrio do hidrogênio desejado é depois adicionado para hidrogenar a liga por um tempo curto subsequente, tratamento térmico de alta temperatura aplicado, por exemplo, depois da forja β. A liga hidrogenada adicional pode ser adicionalmente processada às partículas de hidreto de titânio precipitadas como detalhado acima.

[027]Com referência contínua à Figura 1, o tarugo final é adicionalmente trabalhado por métodos convencionais ou superplásicos no campo α + β ou α + β + δ para formar um artigo tendo a forma final desejada (bloco 160) e/ou usinado em bruto (bloco 170). De acordo com certas formas de realização não limitantes envolvendo o processamento de um artigo de liga de titânio Ti-6-4, forjamento α + β + δ final pode ser feito em uma temperatura menor do que 850 °C a 650 °C. Durante o processamento convencional, sem a hidrogenação temporária parcial conduzida nos métodos de acordo com a presente divulgação, trabalhar a quente uma liga de titânio Ti-6-4 em temperaturas bem abaixas de β-transus pode levar desvantajosamente a craqueamento excessivo e grandes quantidades de porosidade induzida por deformação.

[028]De acordo com certas formas de realização não limitantes, o artigo final fornecido é desidrogenado (bloco 180) na condição como trabalhado ou usinado em bruto para reduzir um teor de hidrogênio do artigo final. Tal como usada aqui, a “desidrogenação” significa reduzir o teor de hidrogênio do artigo final para qualquer grau. Em certas formas de realização não limitantes, desidrogenar o artigo reduz o teor de hidrogênio para não mais do que 150 ppm. Em certas formas de realização não limitantes, desidrogenar o artigo final pode reduzir o teor de hidrogênio no artigo final para qualquer teor de hidrogênio reduzido adequado para inibir ou evitar a condição quebradiça de baixa temperatura e/ou atender às especificações químicas padrão da indústria para a liga particular. Durante o processo de desidrogenação, os precipitados de fase δ (hidreto de titânio) podem se decompor e permanecer atrás de uma micro-estrutura α + β relativamente fina com morfologias que variam de levemente acicular a equiaxal, dependendo das condições de processamento.

[029] Em certas formas de realização não limitantes, o tratamento de desidrogenação produz um artigo trabalhado desidrogenado. Em várias formas de realização não limitantes, o artigo trabalhado desidrogenado compreende um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 mícrons na dimensão mais longa. Em formas de realização adicionais não limitantes, o artigo trabalhado desidrogenado pode compreender um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 3 mícrons na dimensão mais longa. Em formas de realização adicionais não limitantes, o artigo trabalhado desidrogenado pode compreender um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 1 mícron na dimensão mais longa. A micro- estrutura α + β refinada pode aperfeiçoar as propriedades mecânicas do artigo final e/ou aperfeiçoar a inspecionabilidade ultra-sônica. Uma pessoa comumente habilitada na técnica pode determinar facilmente o tamanho de partícula de fase α para o artigo trabalhado desidrogenado por microscopia.

[030] De acordo com certas formas de realização não limitantes, desidrogenar o artigo inclui tratar por aquecimento a vácuo o artigo. Em certas formas de realização não limitantes, tratar por aquecimento a vácuo o artigo compreende aquecer o artigo final em vácuo substancial em uma temperatura suficiente para remover pelo menos uma porção de hidrogênio a partir do artigo. Embora apenas um número limitado de métodos de desidrogenação é descrito aqui, a presente invenção não é assim limitada. Aqueles tendo habilidade comum podem determinar facilmente uma técnica de desidrogenação adequada para um artigo trabalhado hidrogenado particular.

[031] Mantendo-se o artigo de titânio ou liga de titânio em seu estado hidrogenado todos os modos para uma condição trabalhado final ou usinado em bruto pode resultar em numerosas vantagens de processo incluindo, por exemplo, rendimento aperfeiçoado (menos craqueamento), forças de fluxo de forjamento mais baixas, temperaturas de trabalho a quente admissíveis mais baixas, maquinabilidade aperfeiçoada e tempos de recozimento por desidrogenação significantemente reduzidos. As condições de processo alteradas podem produzir um artigo final de titânio ou liga de titânio com uma estrutura ultra-fina e resistência à tração aperfeiçoada, resistência à fadiga e inspecionabilidade ultra-sônica.

[032] Embora a descrição acima mencionada apresentou necessariamente apenas um número limitado de formas de realização, aqueles de habilidade comum na técnica relevante avaliarão que várias mudanças nos métodos e outros detalhes dos exemplos que foram descritos e ilustrados aqui podem ser feitas por aqueles habilitados na técnica, e todas as tais modificações permanecerão dentro do princípio e escopo da presente divulgação como expressados aqui e nas reivindicações anexas. É entendido, portanto, que a presente invenção não é limitada às formas de realização particulares divulgadas ou incorporadas aqui, mas é intencionada a cobrir as modificações que estão dentro do princípio e escopo da invenção, como definidos pelas reivindicações. Também será avaliado por aqueles habilitados na técnica que as mudanças podem ser feitas às formas de realização acima sem se afastar do amplo conceito inventivo destas.

Claims

1. Método de produzir um artigo de liga de titânio, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio compreendendo hidreto de titânio para formar um fundido por calor de uma liga de titânio;moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote de liga de titânio hidrogenado;deformar o lingote hidrogenado em uma temperatura elevada inicialmente em um campo de fase β para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado;resfriar o artigo trabalhado a partir do campo de fase β para temperatura ambiente;curar o artigo trabalhado em uma temperatura em um campo de fase α + β + δ da liga de titânio;deformar o artigo trabalhado na fase α+β+δ; edesidrogenar o artigo trabalhado para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo de liga de titânio é selecionado do grupo consistindo em um artigo de liga de titânio perto de α, um artigo de liga de titânio α + β, um artigo de liga de titânio perto de β e um artigo de liga de alumineto de titânio.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção do lingote hidrogenado tem um teor de hidrogênio de 0,05% a 1,5%, em peso.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de hidrogênio compreende pelo menos uma de um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio, e um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio e um gás inerte.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fundição dos materiais de alimentação compreende fundir o material de alimentação em um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um de deformação do lingote hidrogenado e deformação do artigo trabalhado compreende pelo menos um de forjamento e laminação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a desidrogenação do artigo trabalhado compreende aquecer o artigo trabalhado em vácuo substancial em uma temperatura suficiente para remover pelo menos uma porção de hidrogênio a partir do artigo trabalhado.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a desidrogenação do artigo trabalhado reduz o teor de hidrogênio para não mais do que 150 ppm.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo trabalhado desidrogenado compreende um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 micra na dimensão mais longa.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é um artigo de liga de titânio α + β e a liga de titânio α + β compreende, em peso, 5,50% a 6,75% de alumínio, 3,50% a 4,50% de vanádio, titânio, hidrogênio e impurezas.

11. Método de produzir um artigo de liga de titânio α + β, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio compreendendo hidreto de titânio para formar um fundido por calor;moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote hidrogenado de uma liga de titânio α + β;deformar o lingote hidrogenado em uma primeira temperatura elevada para formar um artigo trabalhado inicial compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado;hidrogenar o artigo trabalhado inicial em uma segunda temperatura elevada;deformar o artigo trabalhado inicial em uma terceira temperatura elevada em um campo de fase α+β+δ para formar um artigo trabalhado intermediário apresentando uma área de seção transversal menor do que a área de seção transversal do artigo trabalhado inicial; etratar por aquecimento a vácuo o artigo trabalhado intermediário para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado intermediário.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de titânio α + β compreende, em peso, 5,50% a 6,75% de alumínio, 3,50% a 4,50% de vanádio, titânio, hidrogênio e impurezas.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de hidrogênio compreende pelo menos uma de um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio, e um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio e um gás inerte.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que tratamento por aquecimento a vácuo do artigo trabalhado intermediário compreende aquecer o artigo trabalhado intermediário em uma temperatura suficiente para remover pelo menos uma porção de hidrogênio a partir do artigo trabalhado intermediário.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que tratamento por aquecimento a vácuo do artigo trabalhado intermediário reduz o teor de hidrogênio do artigo trabalhado intermediário para não mais do que 150 ppm.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo trabalhado intermediário tratado por aquecimento a vácuo compreende um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 micra na dimensão mais longa.

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o artigo é um artigo de liga de titânio α + β, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:fundir os materiais de alimentação com uma fonte de hidrogênio compreendendo hidróxido de titânio para formar um fundido por calor;moldar pelo menos uma porção do fundido por calor para formar um lingote hidrogenado de uma liga de titânio α + β;deformar o lingote hidrogenado a uma temperatura inicialmente em um campo de fase β e subsequentemente em um campo de fase α+β+δ para formar um artigo trabalhado compreendendo uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal do lingote hidrogenado; etratar por aquecimento a vácuo o artigo trabalhado para reduzir um teor de hidrogênio do artigo trabalhado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a liga de titânio α + β compreende, em peso, 5,50% a 6,75% de alumínio, 3,50% a 4,50% de vanádio, titânio, hidrogênio e impurezas.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção do lingote hidrogenado compreende um teor de hidrogênio maior do que 0 a 1,5%, em peso.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção do lingote hidrogenado compreende um teor de hidrogênio de 0,05% a 0,8%, em peso.

21. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de hidrogênio compreende pelo menos uma de um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio, e um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio e um gás inerte, e hidreto de titânio.

22. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que fundir materiais de alimentação compreende fundir o material de alimentação em um ambiente gasoso compreendendo uma pressão parcial de hidrogênio.

23. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de hidrogênio compreende um material contendo hidrogênio nos materiais de alimentação.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o material contendo hidrogênio é hidreto de titânio.

25. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um de deformação do lingote hidrogenado e deformação do artigo trabalhado compreende pelo menos um de forjamento e laminação.

26. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a deformação do lingote hidrogenado no campo de fase α + β + δ é em uma temperatura de menos do que 850°C a 650°C.

27. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a deformação do lingote hidrogenado no campo de fase α + β + δ é em uma temperatura de menos do que 800°C.

28. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a deformação do lingote hidrogenado no campo de fase β recristaliza pelo menos uma porção do artigo trabalhado.

29. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o tratamento por aquecimento a vácuo do artigo trabalhado intermediário compreende aquecer o artigo trabalhado em vácuo substancial em uma temperatura suficiente para remover pelo menos uma porção de hidrogênio a partir do artigo trabalhado.

30. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o tratamento por aquecimento a vácuo do artigo trabalhado reduz o teor de hidrogênio do artigo trabalhado para não mais do que 150 ppm.

31. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo trabalhado tratado por aquecimento a vácuo compreende um tamanho de partícula de fase α médio menor do que 10 micra na dimensão mais longa.