CN112004949A - 高温钛合金 - Google Patents
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Abstract
钛合金的非限制性实施方案包含基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.5的铝；1.9至3.2的锡；1.8至3.1的锆；3.3至5.5的钼；3.3至5.2的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.20的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。所述钛合金的非限制性实施方案包含有意添加的硅以及某些其他合金添加剂以实现至少8.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，观察到这提高在高温下的拉伸强度。
Description
技术领域
本公开涉及高温钛合金。
背景技术
钛合金通常表现出高强度重量比，耐腐蚀，并且在中等高温下抗蠕变。例如，Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr合金(也称为“Ti-17合金”，其具有UNS R58650中指定的组成)是广泛用于喷气发动机应用的商业合金，喷气发动机应用需要在高达800℉(约427℃)的操作温度下高的强度、抗疲劳性和韧性的组合。用于高温应用的钛合金的其他实例包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金(具有在UNS R54620中指定的组成)和Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr合金(也称为“β-C”，具有在UNS R58640中指定的组成)。然而，这些合金在升高温度下的抗蠕变性和/或抗拉强度存在限制。需要在升高温度下具有改善的抗蠕变性和/或拉伸强度的钛合金。
发明内容
根据本公开的一个非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.5至6.5的铝；1.9至2.9的锡；1.8至3.0的锆；4.5至5.5的钼；4.2至5.2的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.20的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。
根据本公开的另一个非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.1的铝；2.2至3.2的锡；1.8至3.1的锆；3.3至4.3的钼；3.3至4.3的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.20的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。
附图说明
通过参考附图可以更好地理解本文所述的合金、制品和方法的特征和优点，在附图中：
图1是示出加工根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的方法的非限制性实施方案的曲线图；
图2是如图1中加工的钛合金的扫描电子显微镜图像(以反向散射电子模式)，其中“a”标识初级α，“b”标识晶界α，“c”标识α片层，“d”标识次级α，并且“e”标识硅化物；
图3是固溶处理的和老化的比较钛合金的扫描电子显微镜图像(以反向散射电子模式)，其中“a”标识初级α，“b”标识晶界α，“c”标识α片层，并且“d”标识次级α；
图4是根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的极限拉伸强度与温度的曲线图，其将这些特性与比较钛合金和常规钛合金进行了比较；
图5是根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的屈服强度与温度的曲线图，其将这些特性与比较钛合金和常规钛合金进行了比较；并且
图6是根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的扫描电子显微镜图像(以反向散射电子模式)，其中“a”标识晶界α，“b”标识α片层，“c”标识次级α，并且“d”标识硅化物。
在考虑根据本公开的某些非限制性实施方案的以下详细描述之后，读者将理解前述细节以及其他细节。
具体实施方式
在本文非限制性实施方案的描述中，除了在操作实施例中或另有指示之外，表示数量或特征的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在以下描述中阐述的任何数字参数均是近似值，其可以根据人们通过根据本公开的方法在材料中寻求获得的所需特性而变化。在最低限度上，且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数字参数应至少根据所报道的有效位的数目并通过应用一般舍入方法来解释。除非另有说明，否则本文所述的所有范围都包括所描述的端点。
据称以引用的方式全部或部分地并入本文中的任何专利、出版物或其他公开材料只在所并入的材料与本公开中阐述的现有定义、陈述或其他公开材料不冲突的情况下被并入本文。因此，并且在必要的程度上，如本文所阐述的公开内容取代以引用的方式并入本文的任何冲突的材料。据称以引用的方式并入本文、但与本文所阐述的现有定义、陈述或其他公开材料冲突的任何材料或其部分只会在所并入的材料与现有公开材料之间不产生冲突的情况下被并入。
高温环境中的制品和零件可能会遭受蠕变。如本文所用，“高温”是指超过约100℉(约37.8℃)的温度。蠕变是在应力下出现的时间依赖性应变。以递减应变速率出现的蠕变称为初级蠕变；以最小且几乎恒定的应变速率出现的蠕变称为二级(稳态)蠕变；并且以加速应变速率出现的蠕变称为三级蠕变。蠕变强度是在指定的恒定环境中在给定时间内在蠕变试验中引起给定蠕变应变的应力。
钛和钛合金在高温和持续负荷下的抗蠕变性能主要取决于微结构特征。钛具有两种同素异形体形式：beta(“β”)-相，其具有体心立方(“bcc”)晶体结构；和alpha(“α”)-相，其具有六方密排(“hcp”)晶体结构。一般来讲，β钛合金的升高温度蠕变强度较差。高温蠕变强度较差是这些合金在升高温度(诸如例如500℃)下表现出显著浓度的β相的结果。β相由于其体心立方结构而不能很好地抗蠕变，这提供了很多变形机制。由于这些缺点，β钛合金的使用受到限制。
广泛用于多种应用的一组钛合金是α/β钛合金。在α/β钛合金中，初级α粒子的分布和尺寸可直接影响抗蠕变性。根据对含硅的α/β钛合金的研究的各种公开说明，硅化物在晶界处沉淀可以进一步改善抗蠕变性，但是不利于室温拉伸延性。随着硅添加出现的室温拉伸延性降低限制了可添加的硅的量，通常限制为0.2％(按重量计)。
本公开部分地涉及解决了常规钛合金的某些局限性的合金。图1是示出加工根据本公开的钛合金的非限制性实施方案的方法的非限制性实施方案的图。根据本公开的钛合金的一个实施方案包括基于总合金重量按重量百分比计：5.5至6.5的铝、1.9至2.9的锡、1.8至3.0的锆、4.5至5.5的钼、4.2至5.2的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质。根据本公开的钛合金的另一个实施方案包括基于总合金重量按重量百分比计：5.5至6.5的铝、2.2至2.6的锡、2.0至2.8的锆、4.8至5.2的钼、4.5至4.9的铬、0.08至0.13的氧、0.03至0.11的硅、0至0.25的铁、钛以及杂质。根据本公开的钛合金的另一个实施方案包括基于总合金重量按重量百分比计：5.9至6.0的铝、2.3至2.5的锡、2.3至2.6的锆、4.9至5.1的钼、4.5至4.8的铬、0.08至0.13的氧、0.03至0.10的硅、至多0.07的铁、钛以及杂质。在根据本公开的合金的非限制性实施方案中，合金组合物中的偶有元素和杂质可包含氮、碳、氢、铌、钨、钒、钽、锰、镍、铪、镓、锑、钴和铜中的一种或多种或基本上由其组成。根据本公开的钛合金的某些非限制性实施方案可以包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
在本发明钛合金的某些非限制性实施方案中，钛合金包含有意添加的硅以及某些其他合金添加剂以实现6.9至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，发明人观察到这提高在高温下的拉伸强度。如本文所用，“铝当量值”或“铝当量”(Al当量)可以如下确定(如所指出的，其中所有元素浓度均为重量百分比，)：Al当量＝Al(wt％)+(1/6)×Zr(wt％)+(1/3)×Sn(wt％)+10×O(wt％)。如本文所用，“钼当量值”或“钼当量”(Mo当量)可以如下确定(如所指出的，其中所有元素浓度均为重量百分比)：Mo当量＝Mo(wt％)+(1/5)×Ta(wt％)+(1/3.6)×Nb(wt％)+(1/2.5)×W(wt％)+(1/1.5)×V(wt％)+1.25×Cr(wt％)+1.25×Ni(wt％)+1.7×Mn(wt％)+1.7×Co(wt％)+2.5×Fe(wt％)。
虽然已经认识到钛合金的机械特性通常受所试验样本的尺寸的影响，但在根据本公开的非限制性实施方案中，钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在8.0至9.5的范围内)、9.0至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少160ksi的极限拉伸强度和至少10％的伸长率。在根据本公开的其他非限制性实施方案中，钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在8.0至9.5的范围内)、8.0至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的屈服强度和至少10％的伸长率。在其他非限制性实施方案中，根据本公开的钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在6.9至9.5的范围内)、7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于20小时的0.2％蠕变应变的时间。在其他非限制性实施方案中，根据本公开的钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在8.0至9.5的范围内)、7.4至10.4的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
表1列出以下实施方案的元素组成Al当量和Mo当量：根据本公开的钛合金的非限制性实施方案(“实验钛合金No.1”和“实验合金No.2”)、不包括有意添加的硅的比较钛合金的实施方案，以及某些常规钛合金的实施方案。不希望受任何理论束缚，据信表1中列出的实验钛合金No.1和实验钛合金No.2的硅含量可促进一个或多个硅化物相的沉淀。
表1
使用等离子体电弧炉生产表1中列出的比较钛合金和实验钛合金No.1的多个等离子体电弧熔炼(PAM)炉次，以产生9英寸直径的电极，每个电极重大约400-800lb。将电极在真空电弧再熔(VAR)炉中再熔以产生10英寸直径的锭料。使用热加工压机将每个锭料转化成3英寸直径的坯料。在经β锻造步骤达到7英寸直径，经α+β预应变锻造步骤达到5英寸直径，以及经β精密锻造步骤达到3英寸直径后，将每个坯料的端部裁切掉以除去吸入式和端部裂缝(suck-in and end-cracks)，并将坯料切成多块。将每个坯料的顶部和7英寸直径的最底部坯料的底部取样用于化学和β转变。基于中间坯料化学结果，从坯料上切下2英寸长的样品，并将该样品在压机上“扁平”锻造。使用以下热处理曲线(对应于固溶处理和老化条件)对扁平样本进行热处理：将钛合金在800℃下固溶处理4小时；将钛合金水淬火至环境温度；将钛合金在635℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。
如本文所用，“固溶处理和老化(STA)”工艺是指应用于钛合金的热处理工艺，该热处理工艺包括在低于钛合金的β-转变温度的固溶处理温度下对钛合金进行固溶处理。在非限制性实施方案中，固溶处理温度在约800℃至约860℃的温度范围内。随后将固溶处理的合金老化，方式为将该合金加热一段时间至老化温度范围，该老化温度范围为小于钛合金的β-转变温度且小于固溶处理温度。如本文所用，提及温度、温度范围或最低温度的术语诸如“被加热至”或“加热至”等是指将合金加热，直至至少合金的所需部分的温度至少等于参考温度或最低温度，或者在整个该部分范围内温度在参考温度范围之内。在一个非限制性实施方案中，固溶处理时间范围为约30分钟至约4小时。应认识到，在某些非限制性实施方案中，固溶处理时间可短于30分钟或长于4小时，并且通常取决于钛合金的尺寸和横截面。完成固溶处理后，将钛合金以取决于钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度。
随后将固熔处理的钛合金在老化温度下老化，该老化温度在本文中也称为“时效硬化温度”，其在α+β两相场中低于钛合金的β转变温度。在一个非限制性实施方案中，老化温度在约620℃至约650℃的温度范围内。在某些非限制性实施方案中，老化时间可以在约30分钟至约8小时的范围内。应认识到，在某些非限制性实施方案中，老化时间可短于30分钟或长于8小时，并且通常取决于钛合金产品形式的尺寸和横截面。钛合金STA加工中使用的一般技术是本领域普通技术人员已知的，因此，本文不做进一步讨论。
从STA加工的扁平样本中切下试验坯块，以进行室内和高温拉伸试验、蠕变试验、断裂韧性和微结构分析。在试验之后对断裂韧性试样进行最终化学分析以确保化学特性与机械特性之间的准确相关性。
对最终3英寸直径坯料的检查显示出均匀的层状α/β微结构。参考图2(示出表1中列出的实验钛合金No.1)和图3(示出表1中列出的比较钛合金)，对从锻造的和STA热处理的扁平样品中取出的样品进行的金相学显示出良好的
α网络，具有一些初级α和晶界α。值得注意的是，实验钛合金No.1包括硅化物沉淀物(参见图2，其中硅化物沉淀物被标识为“e”)，而表1中列出的比较钛合金不包括硅化物沉淀物(参见图3)。
参考图4-5，测量表1中列出的实验钛合金No.1(图4-5中表示为“08BA”)的机械特性，并与表1中列出的比较钛合金(图4-5中表示为“07BA”)和常规Ti17合金(具有在UNS-R58650中指定的组成，在图4-5中表示为“B4E89”)的机械特性进行比较。根据美国材料与试验协会(ASTM)标准E8/E8M-09(“Standard Test Methods for Tension Testing ofMetallic Materials”,ASTM International,2009)进行拉伸试验。如表2中的实验结果所示，相对于比较钛合金和某些不包含有意添加的硅的常规钛合金(例如Ti64和Ti17合金)，以及相对于某些包括有意添加的硅的常规钛合金(例如Ti834和Ti6242Si合金)，实验钛合金No.1在316℃下表现出显著更大的极限拉伸强度、屈服强度和延性(报告为％伸长率)。
表2
将表1中列出的实验钛合金No.1(含有意添加的硅)和表1中列出的实验钛合金No.2(含有意添加的硅)在427℃下的高温拉伸试验结果和蠕变试验结果与表1中的比较钛合金(无有意添加的硅)和表1中列出的某些常规钛合金样品的试验结果进行比较。数据显示在表3中。例如，实验钛合金No.1相对于比较钛合金，在427℃下UTS增加大约25％，蠕变寿命增加大约77％。
表3
现在描述某些替代钛合金实施方案。根据本公开的一个非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.1的铝、2.2至3.2的锡、1.8至3.1的锆、3.3至4.3的钼、3.3至4.3的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质。根据本公开的钛合金的另一个实施方案包括基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.1的铝、2.2至3.2的锡、2.1至3.1的锆、3.3至4.3的钼、3.3至4.3的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.11的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质。根据本公开的钛合金的另一个实施方案包括基于总合金重量按重量百分比计：5.6至5.8的铝、2.5至2.7的锡、2.6至2.7的锆、3.8至4.0的钼、3.7至3.8的铬、0.08至0.14的氧、0.03至0.05的硅、至多0.06的铁、钛以及杂质。在根据本公开的合金的非限制性实施方案中，合金组合物中的偶有元素和杂质可包含氮、碳、氢、铌、钨、钒、钽、锰、镍、铪、镓、锑、钴和铜中的一种或多种或基本上由其组成。在根据本公开的钛合金的某些实施方案中，0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种可存在于本文公开的钛合金中。
类似于图1-3中示出并结合这些图描述的钛合金，替代钛合金包含有意添加的硅。然而，替代钛合金实施方案包括相对于图1-3中示出并结合这些图描述的实验钛合金降低的铬含量。表1列出了具有降低的铬含量和有意添加的硅的替代钛合金(“实验钛合金No.2”)的非限制性实施方案的组成。
在根据本公开的钛合金的某些非限制性实施方案中，钛合金包含有意添加的硅以及某些其他合金添加剂以实现至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，观察到这提高在高温下的拉伸强度。在根据本公开的非限制性实施方案中，钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在6.9至9.5的范围内)、7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的极限拉伸强度。在根据本公开的其他非限制性实施方案中，钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在8.0至9.5的范围内)、7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少130ksi的屈服强度。在其他非限制性实施方案中，根据本公开的钛合金包含至少6.9的铝当量值(或在某些实施方案中在8.0至9.5的范围内)、7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
表3中列出了表1中的实验钛合金No.2在800℉(427℃)下的高温拉伸试验结果和蠕变试验结果。在试验之前，对合金进行以上结合图1-3描述的实施方案中所确定的热处理：将钛合金在800℃下固溶处理4小时；将钛合金水淬火至环境温度；将钛合金在635℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。参考图6，对STA热处理的实验合金No.2进行的金相学显示出硅化物沉淀物(一种沉淀物被标识为“d”)。不希望受任何理论束缚，据信表1中列出的实验钛合金No.2的硅含量可促进该硅化物相的沉淀。
根据本公开制备的合金和由这些合金制成的制品的某些实施方案可以有利地应用于航空零件和部件，诸如例如喷气发动机涡轮盘和涡轮风扇叶片。本领域普通技术人员将能够由根据本公开的合金制造前述设备、零件和其他制品，而无需在本文提供进一步的描述。根据本公开的合金的可能应用的前述实例仅作为示例提供，并且并非穷举可应用本发明合金产品形式的所有应用。通过阅读本公开，普通技术人员可以容易地确定如本文所述的合金的其他应用。
根据本公开的新型合金的各种非穷举的、非限制性的方面可单独使用或与本文所述的一个或多个其他方面组合使用。在不限制前述描述的情况下，在本公开的第一非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.5至6.5的铝；1.9至2.9的锡；1.8至3.0的锆；4.5至5.5的钼；4.2至5.2的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.20的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。
根据可与第一方面组合使用的本公开的第二非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.5至6.5的铝；2.2至2.6的锡；2.0至2.8的锆；4.8至5.2的钼；4.5至4.9的铬；0.08至0.13的氧；0.03至0.11的硅；0至0.25的铁；钛；以及杂质。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第三非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.9至6.0的铝；2.3至2.5的锡；2.3至2.6的锆；4.9至5.1的钼；4.5至4.8的铬；0.08至0.13的氧；0.03至0.10的硅；至多0.07的铁；钛；以及杂质。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第四非限制性方面，钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第五非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少160ksi的极限拉伸强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第六非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少140ksi的屈服强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第七非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，至少20小时的0.2％蠕变应变的时间。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第八非限制性方面，钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少160ksi的极限拉伸强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第九非限制性方面，钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少140ksi的屈服强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十非限制性方面，钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，至少20小时的0.2％蠕变应变的时间。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十一非限制性方面，钛合金通过包含以下步骤的工艺来制备：将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时；将钛合金以取决于钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；将钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。
根据本公开的第十二非限制性方面，本公开还提供了一种钛合金，所述钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.1的铝；2.2至3.2的锡；1.8至3.1的锆；3.3至4.3的钼；3.3至4.3的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.20的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十三非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.1至6.1的铝；2.2至3.2的锡；2.1至3.1的锆；3.3至4.3的钼；3.3至4.3的铬；0.08至0.15的氧；0.03至0.11的硅；0至0.30的铁；钛；以及杂质。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十四非限制性方面，钛合金包含基于总合金重量按重量百分比计：5.6至5.8的铝；2.5至2.7的锡；2.6至2.7的锆；3.8至4.0的钼；3.7至3.8的铬；0.08至0.14的氧；0.03至0.05的硅；至多0.06的铁；钛；以及杂质。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十五非限制性方面，钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十六非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的极限拉伸强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十七非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少130ksi的屈服强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十八非限制性方面，钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第十九非限制性方面，钛合金包含6.9至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的极限拉伸强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第二十非限制性方面，钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少130ksi的屈服强度。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第二十一非限制性方面，钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第二十二非限制性方面，钛合金通过包含以下步骤的工艺来制备：将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时；将钛合金水淬火至环境温度；将钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。
根据本公开的第二十三非限制性方面，本公开还提供了一种用于制备合金的方法，所述方法包含：将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时，其中钛合金包含5.5至6.5的铝、1.9至2.9的锡、1.8至3.0的锆、4.5至5.5的钼、4.2至5.2的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质；将钛合金以取决于钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；将钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第二十四非限制性方面，钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
根据本公开的第二十五非限制性方面，本公开还提供了一种用于制备合金的方法，所述方法包含：将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时，其中钛合金包含5.1至6.1的铝、2.2至3.2的锡、1.8至3.1的锆、3.3至4.3的钼、3.3至4.3的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质；将钛合金以取决于钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；将钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及对钛合金进行空气冷却。
根据可与上述方面中的每一个或任一个组合使用的本公开的第二十六非限制性方面，钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
应当理解，本说明书说明了与清楚理解本发明相关的本发明的那些方面。因此，为了简化本说明书，没有提出对于本领域普通技术人员是显而易见的并且因此不利于更好地理解本发明的某些方面。尽管本文必然地仅描述了本发明的有限数量的实施方案，但是本领域普通技术人员在考虑前述描述时将认识到可以采用本发明的许多修改和变化。本发明的所有这些变化和修改旨在由前述描述和以下权利要求书所涵盖。
Claims (26)
1.一种钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.5至6.5的铝；
1.9至2.9的锡；
1.8至3.0的锆；
4.5至5.5的钼；
4.2至5.2的铬；
0.08至0.15的氧；
0.03至0.20的硅；
0至0.30的铁；
钛；以及
杂质。
2.根据权利要求1所述的钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.5至6.5的铝；
2.2至2.6的锡；
2.0至2.8的锆；
4.8至5.2的钼；
4.5至4.9的铬；
0.08至0.13的氧；
0.03至0.11的硅；
0至0.25的铁；
钛；以及
杂质。
3.根据权利要求1所述的钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.9至6.0的铝；
2.3至2.5的锡；
2.3至2.6的锆；
4.9至5.1的钼；
4.5至4.8的铬；
0.08至0.13的氧；
0.03至0.10的硅；
至多0.07的铁；
钛；以及
杂质。
4.根据权利要求1所述的钛合金，其还包含基于总合金重量按重量百分比计：
0至0.05的氮；
0至0.05的碳；
0至0.015的氢；以及
0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
5.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少160ksi的极限拉伸强度。
6.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少140ksi的屈服强度。
7.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，至少20小时的0.2％蠕变应变的时间。
8.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少160ksi的极限拉伸强度。
9.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少140ksi的屈服强度。
10.根据权利要求1所述的钛合金，其中所述钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，至少20小时的0.2％蠕变应变的时间。
11.根据权利要求1所述的钛合金，其通过包含以下步骤的工艺来制备：
将所述钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时；
将所述钛合金以取决于所述钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；
将所述钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及
对所述钛合金进行空气冷却。
12.一种钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.1至6.1的铝；
2.2至3.2的锡；
1.8至3.1的锆；
3.3至4.3的钼；
3.3至4.3的铬；
0.08至0.15的氧；
0.03至0.20的硅；
0至0.30的铁；
钛；以及
杂质。
13.根据权利要求12所述的钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.1至6.1的铝；
2.2至3.2的锡；
2.1至3.1的锆；
3.3至4.3的钼；
3.3至4.3的铬；
0.08至0.15的氧；
0.03至0.11的硅；
0至0.30的铁；
钛；以及
杂质。
14.根据权利要求12所述的钛合金，其包含基于总合金重量按重量百分比计：
5.6至5.8的铝；
2.5至2.7的锡；
2.6至2.7的锆；
3.8至4.0的钼；
3.7至3.8的铬；
0.08至0.14的氧；
0.03至0.05的硅；
至多0.06的铁；
钛；以及
杂质。
15.根据权利要求12所述的钛合金，其还包含基于总合金重量按重量百分比计：
0至0.05的氮；
0至0.05的碳；
0至0.015的氢；以及
0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
16.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的极限拉伸强度。
17.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少130ksi的屈服强度。
18.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含至少6.9的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
19.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含6.9至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少150ksi的极限拉伸强度。
20.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在316℃下至少130ksi的屈服强度。
21.根据权利要求12所述的钛合金，其中所述钛合金包含8.0至9.5的铝当量值和7.4至12.8的钼当量值，并且表现出在427℃、60ksi的负荷下，不少于86小时的0.2％蠕变应变的时间。
22.根据权利要求12所述的钛合金，其通过包含以下步骤的工艺来制备：
将所述钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时；
将所述钛合金以取决于所述钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；
将所述钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及
对所述钛合金进行空气冷却。
23.一种用于制备合金的方法，所述方法包含：
将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时，其中所述钛合金包含5.5至6.5的铝、1.9至2.9的锡、1.8至3.0的锆、4.5至5.5的钼、4.2至5.2的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质；
将所述钛合金以取决于所述钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；
将所述钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及
对所述钛合金进行空气冷却。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
25.一种用于制备合金的方法，所述方法包含：
将钛合金在800℃至860℃下固溶处理4小时，其中所述钛合金包含5.1至6.1的铝、2.2至3.2的锡、1.8至3.1的锆、3.3至4.3的钼、3.3至4.3的铬、0.08至0.15的氧、0.03至0.20的硅、0至0.30的铁、钛以及杂质；
将所述钛合金以取决于所述钛合金的横截面厚度的速率冷却至环境温度；
将所述钛合金在620℃至650℃下老化8小时；以及
对所述钛合金进行空气冷却。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述钛合金还包含基于总合金重量按重量百分比计：0至0.05的氮、0至0.05的碳、0至0.015的氢以及0至0.1的铌、钨、铪、镍、镓、锑、钒、钽、锰、钴和铜中的每一种。
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