CN109072344A - 钛、铝、钒和铁的bcc材料及由其制成的产品 - Google Patents

钛、铝、钒和铁的bcc材料及由其制成的产品 Download PDF

Info

Publication number
CN109072344A
CN109072344A CN201780024897.3A CN201780024897A CN109072344A CN 109072344 A CN109072344 A CN 109072344A CN 201780024897 A CN201780024897 A CN 201780024897A CN 109072344 A CN109072344 A CN 109072344A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
weight
titanium alloy
titanium
alloy includes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780024897.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109072344B (zh
Inventor
J·C·林
严新炎
J·C·萨播尔
D·W·哈亚德
F·Mh·萨兰迪
孙福生
E·M·小克里斯特
S·A·塔米丽萨坎达拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okkonen G Co Ltd
Howmet Aerospace Inc
Original Assignee
Okkonen G Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okkonen G Co Ltd filed Critical Okkonen G Co Ltd
Publication of CN109072344A publication Critical patent/CN109072344A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109072344B publication Critical patent/CN109072344B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0093—Welding characterised by the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • C22C1/0458—Alloys based on titanium, zirconium or hafnium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/20—Refractory metals
    • B22F2301/205—Titanium, zirconium or hafnium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

公开了新的β型(bcc)钛合金。所述新合金通常包含2.0‑6.0重量％的Al、4.0‑12.0重量％的V和1.0‑5.0重量％的Fe，其余部分为钛、任何任选的偶存元素和不可避免的杂质。与传统的钛合金相比，所述新合金可以实现改进的特性组合。

Description

钛、铝、钒和铁的BCC材料及由其制成的产品
背景技术
钛合金因其低密度(钢密度的60％)及其高强度而闻名。另外，钛合金可具有良好的耐腐蚀性。纯钛具有α(hcp)晶体结构。
发明内容
概括地说，本专利申请涉及由钛、铝、钒和铁制成的新的bcc(β)材料(例如，合金)，其在刚好低于该材料(“新材料”)的固相线温度下具有体心立方(bcc)固溶体结构的单相场。如本领域技术人员已知的，并且如图1所示，体心立方(bcc)单位晶胞具有在立方体的八个拐角的每一个处的原子加上在立方体的中心的一个原子。拐角原子中的每一个是另一个立方体的拐角，因此拐角原子在八个单位晶胞中是共享的。由于本文所述的独特组成，所述新材料可在刚好低于材料的固相线温度下实现bcc固溶体结构的单相场。所述新材料还可具有高液相线点和窄平衡冷冻范围(例如，用于限制在凝固期间的微观偏析)，使其适于通过常规铸锭处理以及粉末冶金、成形铸造、增材制造及其组合(混合处理)进行的生产。
所述新的bcc材料通常包含2.0-6.0重量％的Al、4.0-12.0重量％的V和1.0-5.0重量％的Fe，其余部分为钛、任何任选的偶存元素和不可避免的杂质，其中该材料包含足量的钛、铝、钒和铁以实现bcc晶体结构。一小部分的α相(hcp)可以通过合金中低温下的固态转变而存在。下表提供了有用的新合金材料的一些非限制性实例。
表1-示例钛合金
如本文所用，“合金元素”是指合金的铝、钒、铁和钛元素，并且在本文定义的组成限度内。如本文所用，“偶存元素”包括可用在合金中的晶界改性剂、铸造助剂和/或晶粒结构控制材料，例如硅、钇、铒、碳、氧和硼等。在一个实施方案中，所述新合金的β转变温度不高于850℃。在一个实施方案中，所述材料可任选地包含足量的一种或多种下列偶存元素，以在高温下诱导另外的沉淀物：
Si：最高1重量％
Y：最高1重量％
Er：最高1重量％
C：最高0.5重量％
O：最高0.5重量％
B：最高0.5重量％
虽然这样的任选的附加元素在该材料中的量应足以引起强化沉淀物的产生，但是这样的任选的附加元素的量也应限于避免初生相颗粒。
所述新材料可具有窄的冷冻范围，这可导致受限的(或没有)热裂纹和/或微观偏析。实际上，如图2a和下表1-2所示，新合金可以几乎像具有不变温度的纯金属一样与共存的液体和固体一起固化。
下面的表2-3提供了新合金的一个实施方案的液相线温度、固相线温度、平衡冷冻范围、非平衡冷冻范围、β转变温度、溶线温度、沉淀相和密度的一些非限制性实例。
表2-合金特性(计算值)
表3-合金特性(续)
本文所述的新合金在平衡状态(即液相线与固相线之间的温度范围)和非平衡状态(即液相线与预测的凝固路径的最终共晶转变温度之间的温度范围)下均具有窄的冷冻范围。平衡冷冻范围可以表示缓慢的凝固速率过程，例如熔模铸造、单晶生长或大铸锭铸造。非平衡状态可以表示具有相当快的冷却速率的过程，包括金属模具中的薄壁铸造、和增材制造等，其中在固/液界面处实现平衡。与常规合金相比，本发明的合金具有更高的β转变温度，这表明合金的hcp(α)相具有较高的热稳定性而适于在高温下的应用。
如上所述，新的钛合金通常包含1.0-5.0重量％的Fe。图2b显示了铁含量对Ti-4Al-8V-XFe合金的冷冻范围的影响。该合金具有窄的冷冻范围，特别是在约3重量％的Fe下。平衡冷冻范围在从约1至5重量％的Fe下窄于约5℃。铁含量对固态下的Ti-4Al-8V-XFe合金的平衡相场的影响示于图2c中。这表明beta(β)和Ti3Al(α2)相的稳定性随着Fe的增加而增加。增加的β稳定性会降低合金在高温下的强度，并且增加的Ti3Al会降低合金的延展性。在一个实施方案中，合金包含至少1.5重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含至少2.0重量％的Fe。在又一个实施方案中，合金包含至少2.25重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含至少2.5重量％的Fe。在一个实施方案中，合金包含不大于4.75重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含不大于4.5重量％的Fe。在又一个实施方案中，合金包含不大于4.25重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含不大于4.0重量％的Fe。在又一个实施方案中，合金包含不大于3.75重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含不大于3.5重量％的Fe。在一个实施方案中，合金包含1.0-4.25重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含1.5-4.0重量％的Fe。在又一个实施方案中，合金包含2.0-4.0重量％的Fe。在另一个实施方案中，合金包含2.25-3.75重量％的Fe。在又一个实施方案中，合金包含2.5-3.5重量％的Fe
如上所述，新的钛合金通常包含2.0-6.0重量％的Al。铝含量对Ti-8V-3Fe-XAl合金的平衡冷冻范围的影响在图2d中给出。它表明最小冷冻范围在约4重量％的Al下存在。冷冻范围在从约2至6重量％的Al下窄于约5℃。图2e显示了铝含量对固态下的Ti-8V-3Fe-XAl合金的平衡相场的影响。如图2e中所示，随着合金中铝含量的增加，hcp(α)和Ti3Al(α2)均稳定。如前所述，hcp(α)在高温下强度增加，但Ti3Al(α2)会降低合金的延展性。在一个实施方案中，合金包含至少2.0重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含至少2.25重量％的Al。在又一个实施方案中，合金包含至少2.5重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含至少2.75重量％的Al。在又一个实施方案中，合金包含至少3.0重量％的Al。在一个实施方案中，合金包含不超过6.0重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含不超过5.75重量％的Al。在又一个实施方案中，合金包含不超过5.5重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含不超过5.25重量％的Al。在又一个实施方案中，合金包含不超过5.0重量％的Al。在一个实施方案中，合金包含2.25-5.75重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含2.25-5.5重量％的Al。在又一个实施方案中，合金包含2.5-5.25重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含2.75-5.25重量％的Al。在另一个实施方案中，合金包含3.0-5.0重量％的Al。
如上所述，新的钛合金通常包含4.0-12.0重量％的V。钒含量对Ti-4Al-3Fe-XV合金的平衡冷冻范围的影响在图2f中给出。图2g显示了钒含量对固态下的Ti-4Al-3Fe-XV合金的平衡相场的影响。如图2g中所示，beta(β)随着合金中钒含量的增加而稳定。如前所述，beta(β)可降低合金的强度，特别是在高温下。在一个实施方案中，合金包含至少5.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含至少5.5重量％的V。在又一个实施方案中，合金包含至少6.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含至少6.5重量％的V。在又一个实施方案中，合金包含至少7.5重量％的V。在一个实施方案中，合金包含不超过12.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含不超过11.0重量％的V。在又一个实施方案中，合金包含不超过10.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含不超过9.5重量％的V。在又一个实施方案中，合金包含不超过9.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含不超过8.75重量％的V。在又一个实施方案中，合金包含不超过8.5重量％的V。在一个实施方案中，合金包含5.0-11.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含5.0-10.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含5.5-9.5重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含6.0-9.0重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含6.5-8.75重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含7.0-8.75重量％的V。在另一个实施方案中，合金包含7.5-8.5重量％的V。
在一个实施方案中，新的bcc材料包含2.0-6.0重量％的Al、6.0-8.75重量％的V和1.0-4.25重量％的Fe，其余部分为钛和不可避免的杂质，其中该材料包含足量的钛、铝、钒和铁以实现bcc晶体结构。
在一种方法中，并且现在参考图3，产生新材料的方法包括以下步骤：(100)在高于混合物的液相线温度下，加热包含Ti、Al、V和Fe且在上述组成范围内的混合物，从而形成液体，(200)将混合物从高于液相线温度冷却到低于固相线温度，其中由于该冷却，混合物形成具有bcc(体心立方)固溶体结构(由于微观偏析可能具有其他相)的固体产品，并且其中混合物包含足量的Ti、Al、V和Fe，以实现bcc固溶体结构，以及(300)将固体产品冷却至低于混合物的沉淀相的溶线温度，从而在固体产品的bcc固溶体结构内形成一个或多个沉淀相，其中混合物包含足量的Ti、Al、V和Fe，以实现在bcc固溶体结构内的沉淀相。在一个实施方案中，bcc固溶体是由液体形成的第一相。
在一个实施方案中，采用材料的受控冷却以促进适当的最终产品的实现。例如，方法可包括(400)将混合物冷却至环境温度的步骤，并且方法可包括在至少冷却步骤(300)和(400)期间控制冷却速率，使得在步骤结束时(400)，即，在达到环境温度时，实现无裂纹铸锭。受控冷却可通过例如使用适当的水冷铸模来完成。
如本文所用，“铸锭”意指任何形状的铸造产品。术语“铸锭”包括铸坯。如本文所用，“无裂纹铸锭”指基本不含裂纹的铸锭，使得其可用作制造铸锭。如本文所用，“制造铸锭”意指适合于随后加工成最终产品的铸锭。随后的加工可包括例如经由轧制、锻造、挤出中的任一种的热加工和/或冷加工，以及通过压缩和/或拉伸的应力消除。
在一个实施方案中，可适当地处理无裂纹产品，例如无裂纹铸锭，以从该材料获得最终的锻造产品。例如，并且现在参考图3-4，上述图3的步骤(100)-(400)可视为图4中所示的铸造步骤(10)，导致上述无裂纹铸锭。在其他实施方案中，无裂纹产品可为通过例如成形铸造、增材制造或粉末冶金生产的无裂纹预制件。在任何情况下，可进一步处理无裂纹产品，以获得具有bcc固溶体结构的锻造最终产品，任选地在其中具有一个或多个沉淀相。该进一步处理可包括适当的下述溶解(20)和加工(30)步骤的任何组合，以实现最终产品形式。一旦实现最终产品形式，材料就可沉淀硬化(40)，以形成强化沉淀物。例如，最终产品形式可为轧制产品、挤出产品或锻造产品。
继续参考图4，由于铸造步骤(10)，铸锭可包括一些第二相颗粒。该方法因此可包括一个或多个溶解步骤(20)，其中将铸锭、中间产品形式和/或最终产品形式加热至高于可应用的沉淀物的溶线温度但低于材料的固相线温度，从而溶解一些或所有第二相颗粒。溶解步骤(20)可包括将材料浸泡足以溶解可应用的第二相颗粒的时间。在浸泡后，可将材料冷却至环境温度用于后续加工。可替代地，在浸泡后，可经由加工步骤(30)立即将材料热加工。
加工步骤(30)一般涉及铸锭和/或中间产品形式的热加工和/或冷加工。例如，热加工和/或冷加工可包括材料的轧制、挤出或锻造。加工(30)可在任何溶解步骤(20)之前和/或之后发生。例如，在溶解步骤(20)结束后，可允许材料冷却至环境温度，然后再加热至适当的温度用于热加工。可替代地，材料可在大约环境温度下冷加工。在一些实施方案中，可将材料热加工，冷却至环境温度，然后冷加工。在另外其他实施方案中，热加工可在溶解步骤(20)浸泡之后开始，使得对于热加工不需要产品的再加热。
加工步骤(30)可导致第二相颗粒沉淀。在这方面，可适当地利用任何数目的加工后溶解步骤(20)，以溶解由于加工步骤(30)可能已形成的一些或所有第二相颗粒。
在任何适当的溶解(20)和加工(30)步骤之后，最终产品形式可为沉淀硬化的(40)。沉淀硬化(40)可包括将最终产品形式加热至高于可应用的溶线温度，持续足以溶解由于加工而沉淀的至少一些第二相颗粒的时间，然后将最终产品形式快速冷却至低于可应用的溶线温度，从而形成沉淀颗粒。沉淀硬化(40)还将包括将产品保持在目标温度下足以形成强化沉淀物的时间，然后将产品冷却至环境温度，从而实现其中具有强化沉淀物的最终热处理产品。在一个实施方案中，最终热处理产品含有≥0.5体积％的强化沉淀物。强化沉淀物优选位于bcc固溶体结构的基体内，从而通过与位错的相互作用向产品赋予强度。
由于所述新材料的结构和组成，新材料可实现改进的特性组合，例如密度、延展性、强度和断裂韧性等中的至少两种的改进组合。因此，所述新材料可用于多种应用，例如用于低温应用(例如，低温车辆应用，例如用于汽车或航空航天部件)。
上述新材料也可用于生产成形铸造产品或预制件。成形铸造产品是在铸造工艺之后达到其最终产品形式或接近最终产品形式的那些产品。新材料可成形铸造为任何所需形状。在一个实施方案中，新材料被成形铸造成汽车或航空航天部件(例如，成形铸造为发动机部件)。在铸造之后，成形铸造产品可经受任何适当的溶解(20)或沉淀硬化(40)步骤，如上所述。在一个实施方案中，成形铸造产品基本上由Al、Ti和Zr组成，且在上述组成范围内。在一个实施方案中，成形铸造产品包括≥0.5体积％的强化沉淀物。
尽管本专利申请整体描述为涉及其中具有一种或多种上文列举的沉淀相的bcc基体合金材料，但应了解其他硬化相可适用于新的bcc基体合金材料，并且所有这些硬化相(相干或非相干的)均可用于本文所述的bcc合金材料。
新材料的增材制造
还能够通过增材制造来制造上述新材料。如本文所用，“增材制造”意指“从3D模型数据连接材料以制备物体的过程，通常是逐层的，与减材制造方法相反”，如名称为“Standard Terminology for Additively Manufacturing Technologies”的ASTM F2792-12a中限定的。新材料可经由该ASTM标准中描述的任何适当的增材制造技术进行制造，所述技术例如粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔化或片材层压及其他。
在一个实施方案中，增材制造方法包括沉积一种或多种粉末的相继层，然后选择性地熔融和/或烧结粉末，以逐层产生增材制造主体(产品)。在一个实施方案中，增材制造工艺使用选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)和电子束熔融(EBM)及其他中的一种或多种。在一个实施方案中，增材制造工艺使用可从EOS GmbH(Robert-Stirling-Ring1,82152 Krailling/Munich，德国)获得的EOSINT M 280直接金属激光烧结(DMLS)增材制造系统或可比较系统。
作为一个实例，包含合金元素和任何任选的偶存元素(或基本上由其组成)且在上述组成范围内的原料例如粉末或线材可用在增材制造设备中，以产生包含bcc固溶体结构的增材制造主体，任选地在其中具有沉淀相。在一些实施方案中，增材制造主体是无裂纹预制件。可将粉末选择性地加热到高于材料的液相线温度，从而形成具有合金元素和任何任选的偶存元素的熔池，随后为熔池的快速凝固。
如上所述，增材制造可用于逐层产生金属产品(例如合金产品)，例如经由金属粉末床。在一个实施方案中，金属粉末床用于产生产品(例如，定制的合金产品)。如本文所用，“金属粉末床”等等意指包含金属粉末的床。在增材制造期间，相同或不同组成的颗粒可熔融(例如，快速熔融)，然后凝固(例如，在不存在均匀混合的情况下)。因此，可生产具有均匀或非均匀微结构的产品。制备增材制造主体的方法的一个实施方案可包括(a)分散包含合金元素和任何任选的偶存元素的粉末，(b)将粉末的一部分选择性地加热(例如，通过激光)至高于待形成的特定主体的液相线温度的温度，(c)形成具有合金元素和任何任选的偶存元素的熔池，和(d)以至少1000℃/秒的冷却速率冷却熔池。在一个实施方案中，冷却速率为至少10,000℃/秒。在另一个实施方案中，冷却速率为至少100,000℃/秒。在另一个实施方案中，冷却速率为至少1,000,000℃/秒。步骤(a)-(d)可根据需要重复，直到主体完成，即，直到形成/完成最终增材制造主体。包含bcc固溶体结构(任选地在其中具有沉淀相)的最终增材制造主体可具有复杂的几何形状，或者可具有简单的几何形状(例如，呈片或板的形式)。在生产之后或生产期间，可使增材制造的产品变形(例如，通过轧制、挤出、锻造、拉伸、压缩中的一种或多种)。
用于增材制造新材料的粉末可通过将新材料的材料(例如，铸锭或熔体)雾化成相对于要使用的增材制造工艺的适当尺寸的粉末来生产。如本文所用，“粉末”意指包含多个颗粒的材料。粉末可在粉末床中使用，以经由增材制造生产定制的合金产品。在一个实施方案中，在增材制造工艺自始至终使用相同的通用粉末来生产金属产品。例如，最终定制的金属产品可包括通过在增材制造工艺过程中使用一般相同的金属粉末而生产的单个区域/基体。最终定制的金属产品可替代地可包括至少两个分开产生的不同区域。在一个实施方案中，不同的金属粉末床类型可用于生产金属产品。例如，第一金属粉末床可包括第一金属粉末，并且第二金属粉末床可包括不同于第一金属粉末的第二金属粉末。第一金属粉末床可用于生产合金产品的第一层或一部分，并且第二金属粉末床可用于生产合金产品的第二层或一部分。如本文所用，“颗粒”意指具有适用于粉末床的粉末中的尺寸(例如，5微米至100微米的尺寸)的微小物质碎片。颗粒可例如经由雾化产生。
如上所述，增材制造主体可经受任何适当的溶解(20)、加工(30)和/或沉淀硬化步骤(40)。如果采用的话，则溶解(20)和/或加工(30)步骤可对增材制造主体的中间产品形式进行和/或可对增材制造主体的最终形式进行。如果采用的话，则沉淀硬化步骤(40)一般相对于增材制造主体的最终形式进行。在一个实施方案中，增材制造主体基本上由合金元素和任何偶存元素和杂质组成，例如上述材料组成中的任一种，任选地在其中具有≥0.5体积％的沉淀相。
在另一个实施方案中，新材料是用于后续加工的预制件。预制件可为铸锭、成形铸件、增材制造产品或粉末冶金产品。在一个实施方案中，预制件具有的形状接近于最终产品的最终所需形状，但预制件设计成允许随后的加工以获得最终产品形状。因此，预制件可例如通过锻造、轧制或挤出来加工(30)，以生产中间产品或最终产品，所述中间产品或最终产品可经受任何进一步适当的溶解(20)、加工(30)和/或沉淀硬化步骤(40)，如上所述，以获得最终产品。在一个实施方案中，加工包括高温等静压(热等静压(hipping))以压缩零件。在一个实施方案中，可压缩合金预制件并且可减少孔隙度。在一个实施方案中，将热等静压温度维持低于合金预制件的初始熔点。在一个实施方案中，预制件可为近净形状的产品。
在一种方法中，电子束(EB)或等离子体电弧技术用于生产增材制造主体的至少一部分。电子束技术可促进生产比经由激光增材制造技术容易生产的更大的零件。在一个实施方案中，方法包括将小直径线材(例如，直径≤2.54mm)进料到电子束枪的送丝器部分。线材可具有如上所述的组成。电子束(EB)将线材加热到高于待形成的主体的液相线点，随后为熔池的快速凝固(例如，至少100℃/秒)，以形成沉积的材料。线材可通过传统的铸锭工艺或通过粉末固结工艺制造。这些步骤可根据需要重复，直到产生最终产品。等离子体电弧焊丝进料可类似地与本文公开的合金一起使用。在未示出的一个实施方案中，电子束(EB)或等离子体电弧增材制造设备可采用具有相应的多重不同辐射源的多个不同线材，所述线材和源各自被适当地进料且激活，以提供具有含有合金元素和任何任选的偶存元素的金属基体的产品。
在另一种方法中，方法可包括(a)将一种或多种金属粉末选择性地朝向建筑基材或在建筑基材上喷射，(b)经由辐射源加热金属粉末和任选的建筑基材，高于待形成的产品的液相线温度，从而形成熔池，(c)冷却熔池，从而形成金属产品的固体部分，其中所述冷却包括以至少100℃/秒的冷却速率冷却。在一个实施方案中，冷却速率为至少1000℃/秒。在另一个实施方案中，冷却速率为至少10,000℃/秒。冷却步骤(c)可通过将辐射源移动远离熔池和/或通过将具有熔池的建筑基材移动远离辐射源来完成。步骤(a)-(c)可根据需要重复，直至金属产品完成。喷射步骤(a)可经由一个或多个喷嘴来完成，并且金属粉末的组成可适当地改变，以提供具有金属基体的定制的最终金属产品，所述金属基体具有合金元素和任何任选的偶存元素。通过在不同喷嘴中使用不同的粉末和/或通过实时改变提供给任何一个喷嘴的粉末组成，可实时改变在任何时间加热的金属粉末的组成。工件可为任何合适的基材。在一个实施方案中，建筑基材本身是金属产品(例如合金产品)。
如上所述，焊接可用于生产金属产品(例如，以生产合金产品)。在一个实施方案中，通过以不同组成的多种金属组分的形式施加到前体材料的熔融操作来生产产品。前体材料可相对于彼此并置存在，以允许同时熔融和混合。在一个实例中，熔融在电弧焊接的过程中发生。在另一个实例中，可在增材制造期间通过激光或电子束进行熔融。熔融加工导致多个金属组分在熔融状态下混合，并且形成例如以合金形式的金属产品。前体材料可以多个物理上分开的形式提供，例如不同组成的金属或金属合金的多个细长股线或纤维、或者第一组成的细长股线或管和例如包含在管内第二组成的相邻粉末、或者具有一个或多个熔覆层的股线。前体材料可形成为结构，例如，具有多根股线或纤维的绞合或编织电缆或线材、或者具有外壳和包含在其内腔中的粉末的管。然后可处理该结构以使其一部分(例如尖端)经受熔融操作，例如，通过将其用作焊接电极或用作增材制造的原料。当如此使用时，结构及其组分前体材料可熔融，例如以连续或离散工艺熔融，以形成沉积用于增材制造的材料线或点的焊缝。
在一个实施方案中，金属产品是插入在材料或焊接材料之间并且将其连接的焊接主体或填料，例如相同或不同材料的两个主体或具有填料至少部分填充的小孔的单一材料的主体。在另一个实施方案中，填料显示出相对于其与之焊接的材料改变组成的过渡区，使得所得组合可视为合金产品。
新材料基本上由bcc固溶体结构组成
虽然上述公开内容一般描述了如何生产其中具有沉淀相的新bcc材料，但还能够生产基本上由bcc固溶体结构组成的材料。例如，在如上所述生产铸锭、锻造主体、成形铸件或增材制造主体之后，可例如以相对于上文溶解步骤(20)所述的方式将材料均质化。通过适当的快速冷却，可抑制/限制任何第二相颗粒的沉淀，从而实现基本上不含任何第二相颗粒的bcc固溶体材料，即基本上由bcc固溶体结构组成的材料。
合金特性
所述新材料可以实现改进的特性组合。在本节中，除非另有说明，否则所有机械特性均在纵向(L)方向上测量。在本节中，“热处理”是指固溶热处理，然后水淬，然后在515℃下热处理2小时，再空气冷却。
在一种方法中，当在室温(RT)下根据ASTM E8测试时，新材料实现至少715MPa的铸态拉伸屈服强度(TYS)。在一个实施方案中，新材料实现至少725MPa的铸态RT TYS。在另一个实施方案中，新材料实现至少735MPa的铸态RT TYS。在又一个实施方案中，新材料实现至少745MPa的铸态RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少755MPa的铸态RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少765MPa的铸态RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少775MPa的铸态RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少785MPa的铸态RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少795MPa的铸态RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少805MPa的铸态RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少815MPa的铸态RT TYS。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少0.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少4.0％的铸态RT伸长率。
在一种方法中，当在室温(RT)下根据ASTM E8测试时，新材料可以实现至少840MPa的铸态极限拉伸强度(UTS)。在一个实施方案中，新材料可以实现至少850MPa的铸态RTUTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少860MPa的铸态RT UTS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少870MPa的铸态RT UTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少880MPa的铸态RT UTS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少890MPa的铸态RT UTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少900MPa的铸态RT UTS。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少0.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.0％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.5％的铸态RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少4.0％的铸态RT伸长率。
在一种方法中，当在室温下根据ASTM E8测试时，新材料可以在热处理条件下实现至少900MPa的TYS。在一个实施方案中，新材料可以实现至少950MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1000MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1025MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1050MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1075MPa的热处理RTTYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1100MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1125MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1150MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1175MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1200MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1225MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1250MPa的热处理RT TYS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1275MPa的热处理RT TYS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1300MPa的热处理RTTYS。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少0.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少4.0％的热处理RT伸长率。
在一种方法中，当在室温下根据ASTM E8测试时，新材料可以在热处理条件下实现至少1000MPa的UTS。在一个实施方案中，新材料可以实现至少1050MPa的热处理RT UTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1100MPa的热处理RT UTS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1150MPa的热处理RT UTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1200MPa的热处理RT UTS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1225MPa的热处理RTUTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1250MPa的热处理RT UTS。在又一个实施方案中，新材料可以实现至少1275MPa的热处理RT UTS。在另一个实施方案中，新材料可以实现至少1300MPa的热处理RT UTS。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少0.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少1.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少2.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.0％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少3.5％的热处理RT伸长率。在任何这些实施方案中，新材料可以实现至少4.0％的热处理RT伸长率。
在一种方法中，当在室温下根据ASTM E8测试时，新材料可以实现相对于相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V合金改进的特性。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高3.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高5.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高7.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高9.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高11.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高13.0％的RT TYS。在一个实施方案中，与相同产品形式并进行热处理的Ti-6Al-4V产品相比，新材料可以实现至少高15.0％的RT TYS。在任何这些实施方案中，新材料可以在等效伸长率下实现更高的TYS。
附图说明
图1是bcc、fcc和hcp单位晶胞的示意图。
图2a是Ti-4Al-8V-3Fe和Ti-1Al-8V-5Fe合金的Scheil模型凝固路径的曲线图。
图2b是显示铁含量对Ti-4Al-8V-XFe合金的冷冻范围的影响的曲线图。
图2c是显示铁含量对固态下的Ti-4Al-8V-XFe合金的平衡相场的影响的曲线图。
图2d是显示铝含量对Ti-8V-3Fe-XAl合金的平衡冷冻范围的影响的曲线图。
图2e是铝含量对固态下的Ti-8V-3Fe-XAl合金的平衡相场的影响的曲线图。
图2f是钒含量对Ti-4Al-3Fe-XV合金的平衡冷冻范围的影响的曲线图。
图2g是显示钒含量对Ti-4Al-3Fe-XV合金的平衡相场的影响的曲线图。
图3是生产新材料的方法的一个实施方案的流程图。
图4是获得具有bcc固溶体结构的锻造产品的方法的一个实施方案的流程图，所述固溶体结构在其中具有一种或多种沉淀物。
具体实施方式
实施例1
经由电弧熔铸将Ti-4Al-8V-3Fe和常规Ti-6Al-4V合金铸造成棒。在铸造之后，根据ASTM E8测量铸态合金的机械特性，其结果示于表3-4中。将经热处理的Ti-4Al-8V-3Fe合金的试样在760℃下固溶热处理0.5小时，然后水淬，然后在515℃下热处理2小时，再空气冷却。然后根据ASTM E8测试热处理合金的机械特性，其结果显示在下表4中。所有报道的强度和伸长率特性均来自纵向(L)方向的测试。
表4-常规Ti-6Al-4V特性
状态 TYS(MPa) UTS(MPa) ％伸长
铸态 715 881 11
表5-Ti-4Al-8V-3Fe特性
状态 TYS(MPa) UTS(MPa) ％伸长
铸态 816 877 2
热处理 1273 1301 3
如表4-5所示，当在室温下测试时，Ti-4Al-8V-3Fe合金的拉伸屈服强度比Ti-6Al-4V合金提高，而极限拉伸强度没有相应降低。
虽然已详细描述了本文描述的新技术的各种实施方案，但显而易见本领域技术人员将想到那些实施方案的修改和改编。然而，应明确地理解，此类修改和改编在本公开技术的精神和范围内。

Claims (55)

1.一种钛合金，包含：
2.0-6.0重量％的Al；
4-12重量％的V；和
1.0-4.25重量％的Fe；
其余部分为Ti、任选的偶存元素和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含足量的Ti、Al、V和Fe，以实现不大于850℃的β转变温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少1.5重量％的Fe。
4.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.0重量％的Fe。
5.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.25重量％的Fe。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.5重量％的Fe。
7.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于4.75重量％的Fe。
8.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于4.5重量％的Fe。
9.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于4.25重量％的Fe。
10.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于4.0重量％的Fe。
11.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于3.75重量％的Fe。
12.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于3.5重量％的Fe。
13.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.25重量％的Al。
14.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.5重量％的Al。
15.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少2.75重量％的Al。
16.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少3.0重量％的Al。
17.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于5.75重量％的Al。
18.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于5.5重量％的Al。
19.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于5.25重量％的Al。
20.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于5.0重量％的Al。
21.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少5.0重量％的V。
22.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少5.5重量％的V。
23.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少6.0重量％的V。
24.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少6.5重量％的V。
25.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少7.0重量％的V。
26.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含至少7.5重量％的V。
27.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于11.0重量％的V。
28.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于10.0重量％的V。
29.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于9.5重量％的V。
30.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于9.0重量％的V。
31.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于8.75重量％的V。
32.根据前述权利要求中任一项所述的钛合金，其中所述合金包含不大于8.5重量％的V。
33.一种合金主体，包含根据权利要求1-32所述的任一种钛合金。
34.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈铸锭的形式。
35.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈轧制产品的形式。
36.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈挤出物的形式。
37.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈锻件的形式。
38.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈成形铸件的形式。
39.根据权利要求33所述的合金主体，其中所述合金主体呈增材制造产品的形式。
40.一种方法，包括：
(a)在增材制造设备中使用原料，其中所述原料包括根据权利要求1-32所述的任一种钛合金；
(b)使用所述原料在所述增材制造设备中生产金属产品。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述原料包括粉末原料，其中所述方法包括：
(a)将所述粉末原料的金属粉末分散在床中和/或将所述粉末原料的金属粉末朝向基材或在基材上喷射；
(b)将所述金属粉末的一部分选择性加热到高于其液相线温度，从而形成熔池；
(c)冷却所述熔池，从而形成所述金属产品的一部分，其中所述冷却包括以至少100℃/秒的冷却速率冷却；和
(d)重复步骤(a)-(c)，直至完成所述金属产品。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述加热包括用辐射源加热，并且其中所述冷却速率为至少1000℃/秒。
43.根据权利要求40所述的方法，其中所述原料包括线材原料，其中所述方法包括：
(a)使用辐射源将所述线材原料加热到高于其液相线点，从而形成熔池，其中所述熔池包含Ti、Al、V和Fe；
(b)以至少1000℃/秒的冷却速度冷却所述熔池；和
(c)重复步骤(a)-(b)，直至完成所述金属产品。
44.根据权利要求41-43中任一项所述的方法，包括：
其中所述冷却速率足以形成至少一个沉淀相。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一个沉淀相包含Ti3Al。
46.根据权利要求44-45中任一项所述的方法，其中所述金属产品包含至少0.5体积％的所述沉淀相。
47.根据权利要求40所述的方法，其中所述增材制造设备包括粘结剂喷射设备。
48.根据权利要求40所述的方法，其中所述增材制造设备是定向能量沉积设备。
49.根据权利要求48所述的方法，其中所述定向能量沉积设备包括电子束设备或等离子体电弧设备。
50.根据权利要求40所述的方法，包括：
加工所述金属产品。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述金属产品是最终增材制造主体，并且其中所述加工是对所述最终增材制造主体的加工。
52.根据权利要求50所述的方法，其中所述生产步骤包括：
首先使用所述原料生产所述金属产品的一部分；
其次使用所述原料生产所述金属产品的另一部分；
其中所述加工至少在所述第一生产步骤或第二生产步骤之后发生。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述加工在所述第一生产步骤和所述第二生产步骤之间发生。
54.根据权利要求50-53中任一项所述的方法，其中所述加工包括热等静压。
55.根据权利要求50-53中任一项所述的方法，其中所述加工包括轧制、锻造和挤出中的一种或多种。
CN201780024897.3A 2016-04-25 2017-04-24 钛、铝、钒和铁的bcc材料及由其制成的产品 Active CN109072344B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662327222P 2016-04-25 2016-04-25
US62/327,222 2016-04-25
PCT/US2017/029211 WO2017189460A1 (en) 2016-04-25 2017-04-24 Bcc materials of titanium, aluminum, vanadium, and iron, and products made therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109072344A true CN109072344A (zh) 2018-12-21
CN109072344B CN109072344B (zh) 2022-03-11

Family

ID=60089527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780024897.3A Active CN109072344B (zh) 2016-04-25 2017-04-24 钛、铝、钒和铁的bcc材料及由其制成的产品

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20170306449A1 (zh)
EP (1) EP3449025B1 (zh)
JP (1) JP7022698B2 (zh)
KR (1) KR20180117203A (zh)
CN (1) CN109072344B (zh)
AU (1) AU2017257559B2 (zh)
BR (1) BR112018071290A2 (zh)
CA (1) CA3020443C (zh)
ES (1) ES2953496T3 (zh)
RU (1) RU2729569C2 (zh)
SG (1) SG11201808763QA (zh)
WO (1) WO2017189460A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112191843A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 东莞材料基因高等理工研究院 一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法
CN112548109A (zh) * 2020-11-23 2021-03-26 西北有色金属研究院 一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法
CN114525428A (zh) * 2020-11-03 2022-05-24 中国科学院金属研究所 一种适于增材制造工艺的钛合金体系和部件制备工艺
CN114990383A (zh) * 2022-06-16 2022-09-02 南通金源智能技术有限公司 一种提高电极感应熔炼惰性气体雾化粉末细粉收得比例的钛合金及其雾化粉末制备方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11136650B2 (en) * 2016-07-26 2021-10-05 The Boeing Company Powdered titanium alloy composition and article formed therefrom
CA3054729A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 Ohio State Innovation Foundation Titanium alloys for additive manufacturing
EP3701054B1 (en) 2017-10-23 2023-12-20 Howmet Aerospace Inc. Titanium alloy
EP3704279A4 (en) 2017-10-31 2021-03-10 Howmet Aerospace Inc. IMPROVED ALUMINUM ALLOYS AND THEIR PRODUCTION PROCESSES
US11167375B2 (en) 2018-08-10 2021-11-09 The Research Foundation For The State University Of New York Additive manufacturing processes and additively manufactured products
US11192186B2 (en) * 2018-08-13 2021-12-07 Goodrich Corporation Systems and methods for high strength titanium wire additive manufacturing
GB2577490B (en) 2018-09-24 2022-03-02 Alloyed Ltd A beta titanium alloy for additive manufacturing
US20200238379A1 (en) 2019-01-28 2020-07-30 Goodrich Corporation Systems and methods for wire deposited additive manufacturing using titanium
CN113308615A (zh) * 2021-05-26 2021-08-27 西北工业大学 一种高抗拉强度tc4合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985003190A2 (en) * 1984-01-19 1985-08-01 Sundstrand Data Control, Inc. TITANIUM ALLOY (10V-2Fe-3Al) FOR AIRCRAFT DATA RECORDER
WO1994023079A1 (en) * 1993-04-01 1994-10-13 The Secretary Of State For Defence Near beta-phase titanium alloy
CA2394390A1 (en) * 1999-12-17 2001-06-21 Tohoku Techno Arch Co., Ltd. Hydrogen storage alloy
CN1816641A (zh) * 2003-05-09 2006-08-09 Ati资产公司 钛－铝－钒合金的加工及由其制造的产品
CN101834046A (zh) * 2009-03-10 2010-09-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法
CN106119602A (zh) * 2016-06-25 2016-11-16 上海大学 含Fe、Cr、Zr合金元素的β钛合金及其板材和棒材的制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09316572A (ja) * 1996-06-03 1997-12-09 Mitsubishi Materials Corp Ｔｉ合金鋳物の熱処理方法
RU2228966C1 (ru) * 2002-11-25 2004-05-20 ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение Сплав на основе титана
US7785429B2 (en) * 2003-06-10 2010-08-31 The Boeing Company Tough, high-strength titanium alloys; methods of heat treating titanium alloys
RU2269584C1 (ru) * 2004-07-30 2006-02-10 Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" Сплав на основе титана
JP5130850B2 (ja) * 2006-10-26 2013-01-30 新日鐵住金株式会社 β型チタン合金
US10053758B2 (en) * 2010-01-22 2018-08-21 Ati Properties Llc Production of high strength titanium
US9631261B2 (en) * 2010-08-05 2017-04-25 Titanium Metals Corporation Low-cost alpha-beta titanium alloy with good ballistic and mechanical properties
US20120076686A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 Ati Properties, Inc. High strength alpha/beta titanium alloy
JP5578041B2 (ja) 2010-11-16 2014-08-27 新日鐵住金株式会社 二方向の形状記憶特性を有するチタン合金部材及びその製造方法
JP5837407B2 (ja) * 2011-11-29 2015-12-24 東邦チタニウム株式会社 チタン合金およびその製造方法
EP2700459B1 (en) * 2012-08-21 2019-10-02 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for manufacturing a three-dimensional article
US9956629B2 (en) * 2014-07-10 2018-05-01 The Boeing Company Titanium alloy for fastener applications
FR3024160B1 (fr) * 2014-07-23 2016-08-19 Messier Bugatti Dowty Procede d'elaboration d`une piece en alliage metallique
JP2016053198A (ja) * 2014-09-04 2016-04-14 株式会社コイワイ 金属成形体および金属成形体用金属粉末

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985003190A2 (en) * 1984-01-19 1985-08-01 Sundstrand Data Control, Inc. TITANIUM ALLOY (10V-2Fe-3Al) FOR AIRCRAFT DATA RECORDER
WO1994023079A1 (en) * 1993-04-01 1994-10-13 The Secretary Of State For Defence Near beta-phase titanium alloy
CA2394390A1 (en) * 1999-12-17 2001-06-21 Tohoku Techno Arch Co., Ltd. Hydrogen storage alloy
CN1816641A (zh) * 2003-05-09 2006-08-09 Ati资产公司 钛－铝－钒合金的加工及由其制造的产品
CN1816641B (zh) * 2003-05-09 2010-07-07 Ati资产公司 钛-铝-钒合金的加工及由其制造的产品
CN101834046A (zh) * 2009-03-10 2010-09-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法
CN106119602A (zh) * 2016-06-25 2016-11-16 上海大学 含Fe、Cr、Zr合金元素的β钛合金及其板材和棒材的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112191843A (zh) * 2020-08-26 2021-01-08 东莞材料基因高等理工研究院 一种激光选区熔化制备Ti-1Al-8V-5Fe合金材料的方法
CN114525428A (zh) * 2020-11-03 2022-05-24 中国科学院金属研究所 一种适于增材制造工艺的钛合金体系和部件制备工艺
CN112548109A (zh) * 2020-11-23 2021-03-26 西北有色金属研究院 一种增材制造用高强钛合金的球形粉末制备方法
CN114990383A (zh) * 2022-06-16 2022-09-02 南通金源智能技术有限公司 一种提高电极感应熔炼惰性气体雾化粉末细粉收得比例的钛合金及其雾化粉末制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2729569C2 (ru) 2020-08-07
WO2017189460A1 (en) 2017-11-02
US20170306449A1 (en) 2017-10-26
EP3449025C0 (en) 2023-08-23
CA3020443C (en) 2023-07-04
KR20180117203A (ko) 2018-10-26
AU2017257559B2 (en) 2019-11-28
JP2019516861A (ja) 2019-06-20
SG11201808763QA (en) 2018-11-29
CA3020443A1 (en) 2017-11-02
EP3449025A4 (en) 2019-11-20
CN109072344B (zh) 2022-03-11
EP3449025A1 (en) 2019-03-06
ES2953496T3 (es) 2023-11-13
BR112018071290A2 (pt) 2019-02-05
RU2018137834A (ru) 2020-05-26
RU2018137834A3 (zh) 2020-05-26
JP7022698B2 (ja) 2022-02-18
AU2017257559A1 (en) 2018-10-25
EP3449025B1 (en) 2023-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109072344A (zh) 钛、铝、钒和铁的bcc材料及由其制成的产品
US10480051B2 (en) Fcc materials of aluminum, cobalt, iron and nickel, and products made therefrom
CN109072345A (zh) 具有铝和钼的α-β钛合金及由其制成的产品
JP7028791B2 (ja) チタン、アルミニウム、ニオビウム、バナジウム、及びモリブデンのｂｃｃ材料、並びにそれから製造される生成物
CN108884518A (zh) 铝、钛和锆的hcp材料及由其制成的产物
CN109072346A (zh) 铝、钴、铬、和镍的fcc材料及由其制成的产物
US20200239983A1 (en) Titanium alloy products and methods of making the same
CN109072348A (zh) 铝、钴、镍和钛的fcc材料以及由其制成的产品
WO2019099719A1 (en) Cobalt-chromium-aluminum alloys, and methods for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Pennsylvania, USA

Applicant after: Howmet Aerospace Co., Ltd

Address before: Pennsylvania, USA

Applicant before: ARCONIC Inc.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant