JP2018021253A - LOW COST α-β TITANIUM ALLOY WITH GOOD BALLISTIC AND MECHANICAL PROPERTY - Google Patents

LOW COST α-β TITANIUM ALLOY WITH GOOD BALLISTIC AND MECHANICAL PROPERTY Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an α-β titanium alloy having improved mechanical and ballistic properties formed using a low-cost composition.SOLUTION: The titanium alloy is provided that has a composition containing, by wt.%, 4.2 to 5.4% of Al, 2.5 to 3.5% of V, 0.5 to 0.7% of Fe, 0.15 to 0.19% of O and the balance Ti. The titanium alloy has a tensile yield strength of at least about 120,000 psi and an ultimate tensile strength of at least about 128,000 psi in both longitudinal and transverse directions, a cross section reduction rate of at least about 43%, and an elongation of at least about 12%, and about a 0.430-inch-thick plate has a Vballistic limit of about 1936 fps. The titanium alloy is produced using a combination of a recycled and/or virgin material, thereby providing low-cost means for forming a high-quality armor plate for use in a military system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本出願は、PCTの国際出願であって、その全体を参照することで本書に組み込まれた201
0年8月5日に出願の米国出願第12/850,691号の優先権の利益を有する。
This application is an international PCT application and is incorporated herein by reference in its entirety.
Has the benefit of priority of US application Ser. No. 12 / 850,691, filed Aug. 5, 0.

本発明は、一般的にチタン(Ti)合金に関する。特に、比較的に低コストの成分で実現
され、弾道及び機械的な特性の改良された組み合わせを有するα-βTi合金が、そのチタ
ン合金の製造方法と共に記載されている。
The present invention generally relates to titanium (Ti) alloys. In particular, an α-βTi alloy realized with a relatively low cost component and having an improved combination of ballistic and mechanical properties has been described along with a method for producing the titanium alloy.

Ti合金は、高い重量比強度、良好な耐食性、及び高温でのこれらの特性を保持すること
を必要とする適用分野において広範な用途が見出されている。これらの優位性にもかかわ
らず、鋼鉄や他の合金に比べて高い原材料コスト及び加工コストが、改善された効率や特
性が比較的高コストであることよりも重要である適用分野まで、その使用を厳しく制限し
ている。種々のキャパシティにTi合金を取り込むことによって利益を得ているいくつかの
典型的な適用としては、例えば、飛行機部品、医療機器、高性能な自動車、高級な運動器
具や軍事応用を含む。
Ti alloys have found wide application in applications that require high weight specific strength, good corrosion resistance, and retention of these properties at high temperatures. Despite these advantages, the use of high raw material costs and processing costs compared to steel and other alloys is more important than application areas where improved efficiency and properties are more important than relatively high costs. Is strictly limited. Some typical applications that have benefited from incorporating Ti alloys into various capacities include, for example, aircraft components, medical equipment, high performance automobiles, high-end exercise equipment and military applications.

軍用システムにおいて、うまく用いられている従来のチタンベース合金は、Ti64として
知られているTi-6Al-4Vである。名前のように、これらTi合金は、一般に、典型的には0.3
0重量%以下の鉄と0.3重量%以下の酸素を含有し、6重量%のアルミニウムと4重量%のバ
ナジウムを含んでいる。
A conventional titanium-based alloy that has been successfully used in military systems is Ti-6Al-4V, known as Ti64. As the name suggests, these Ti alloys are typically typically 0.3.
It contains no more than 0 wt% iron and no more than 0.3 wt% oxygen and contains 6 wt% aluminum and 4 wt% vanadium.

Ti64の開発によって、軍用の陸上車両システムに対して、弾道及び機械特性の魅力的な
組み合わせを有する合金がもたらされた。Ti64のように溶接可能な鍛造チタン合金を、構
造装甲板として実装する軍事応用は、典型的に、厳格な組成上及び性能上の要求がある。
例えば、MIL-DTL-46077G、2006年、「詳細仕様:装甲板、チタン合金、溶接可能」という
題名の書類では、米国国防省は、最低限の機械及び弾道特性とともに、厳格な元素組成の
範囲と密度の要求によって定義されたTi64鍛造チタン合金の装甲の4つの分類に関する規
定を定めている。そのため、チタン合金ベースの装甲板に関して、目的は、関連する原材
料と加工コストを最小にする一方で、規定された基準を満たすか又は超えるチタン合金を
提供することである。
The development of Ti64 has resulted in an alloy with an attractive combination of ballistic and mechanical properties for military land vehicle systems. Military applications where weldable forged titanium alloys such as Ti64 are implemented as structural armor plates typically have strict compositional and performance requirements.
For example, in a document titled MIL-DTL-46077G, 2006, “Detailed Specifications: Armored Plate, Titanium Alloy, Weldable”, the US Department of Defense has a strict elemental composition range with minimal mechanical and ballistic properties. And provisions for four categories of Ti64 forged titanium alloy armor defined by density requirements. Thus, with respect to titanium alloy-based armor plates, the objective is to provide a titanium alloy that meets or exceeds defined standards while minimizing the associated raw materials and processing costs.

削減されたコストで、要求される性能の組み合わせを有するチタン合金を製造しようと
して、いくつかの取り組みがなされてきた。例えば、チタン合金は、電子ビーム単一溶解
法(EBSM)によって製造されている。この手法は、チタン合金の製造を、よりコストに効
果のあるように出来、さらなる軍用システムへのチタン合金の導入を可能にした。別の取
り組みとしては、例えば、Kosaka et al.(以下 Kosaka)の米国特許第6,786,985号明細
書によって開示されているように、原材料コストを削減するため、チタン合金におけるβ
安定化元素としてのバナジウム(V)の代わりに、定量の鉄(Fe)で置き換えることに注
力している。しかし、Kosakaによって開発されたチタン合金は、モリブデン(Mo)の含有
を必要とした。
Attempts have been made to produce titanium alloys with the required performance combinations at reduced costs. For example, titanium alloys are manufactured by the electron beam single melting method (EBSM). This approach made the production of titanium alloys more cost effective and allowed the introduction of titanium alloys into further military systems. Another approach is to reduce the cost of raw materials in order to reduce raw material costs, as disclosed, for example, by Kosaka et al. (Hereinafter Kosaka) US Pat. No. 6,786,985.
Instead of vanadium (V) as a stabilizing element, we are focusing on replacing it with a fixed amount of iron (Fe). However, the titanium alloy developed by Kosaka required the inclusion of molybdenum (Mo).

さらに、別の取り組みとしては、例えば、Adams et al. (Adams)の米国特許第5,342,
458号明細書に開示されるように、全体として合金のβ相領域における温度の範囲内で、
インゴットから最終圧延製品へ加工できるチタン合金組成物の開発に関わっている。Adam
sの言うところでは、上述の合金においてより高温で存在する高い延性及び低い流動応力
は、表面と端部のひび割れを最小化し、それによって歩留まりが向上する。Yoji Kosaka
の米国特許第5,980,655号明細書及びWilliam W. Loveの米国特許第5,332,545号明細書で
は、その中で、軍用指針によって定められた範囲を超えるまで酸素濃度を増加させること
によって、改善された機械的及び弾道特性を有するチタン合金が形成される取り組みを開
示している。
Further efforts include, for example, Adams et al. (Adams) US Pat. No. 5,342,
As disclosed in the '458 specification, as a whole, within the temperature range in the β-phase region of the alloy,
He is involved in the development of titanium alloy compositions that can be processed from ingots to final rolled products. Adam
In terms of s, the high ductility and low flow stress present at higher temperatures in the above-described alloys minimizes surface and edge cracking, thereby improving yield. Yoji Kosaka
U.S. Pat.No. 5,980,655 and William W. Love U.S. Pat.No. 5,332,545, in which improved mechanical strength is achieved by increasing the oxygen concentration to a range beyond that defined by military guidelines. And efforts to form titanium alloys having ballistic properties.

Ti64に類似の組成を有するがその中に付加的な成分を有する、いくつかのチタン合金も
この技術分野で知られている。これらのチタン合金は、とりわけ、許容できる延性のレベ
ルを有する低コストで高い強度のチタン合金を提供するべく開発された。一例として、Pa
ul J.Baniaの米国特許No.7,008,489は、その実施例の中で、ある強度レベルにおいて、少
なくとも20%の延性が改善したチタン合金を開示している。しかしながら、Ti64の中に存
在する基礎のTi-Al-V-Fe-O成分に加え、開示された合金は、スズ(Sn)、ジルコニウム(
Zr)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)及びシリコン(Si)の成分も含んでいる。これら
の合金の中のその多くの元素は、必然的に、上述のように形成されるチタン合金の原材料
コストを増加させる。
Several titanium alloys that have a composition similar to Ti64 but have additional components therein are also known in the art. These titanium alloys were developed specifically to provide low cost, high strength titanium alloys with acceptable levels of ductility. As an example, Pa
U.S. Patent No. 7,008,489 to ul J. Bania discloses a titanium alloy having an improved ductility of at least 20% at certain strength levels in its examples. However, in addition to the basic Ti-Al-V-Fe-O component present in Ti64, the disclosed alloys include tin (Sn), zirconium (
It also contains components of Zr), chromium (Cr), molybdenum (Mo) and silicon (Si). The many elements in these alloys inevitably increase the raw material costs of the titanium alloys formed as described above.

別の例は、Nasserraffi et al.の米国特許出願公開第2006/0045789号明細書によっても
たらされ、リサイクルされたチタンから製造されるチタン合金を目的としている。実施例
の中で、Nasserraffiは、Ti-Al-Vを含むチタン合金を開示しているが、その合金はまた、
1.0から1.5重量パーセントの濃度のCr、Fe、及びマンガン(Mn)からなるグループから選
択された一以上の元素を含んでいる。Cr、Fe、及びMnの比較的高い水準並びに低い延性は
、合金の適用を軍事システムに限定している。前述の各特許及び特許出願は、あたかもこ
の明細書で記載されているかのように、それらの全体を参照することで包含される。
Another example is provided by Nasserraffi et al., US Patent Application Publication No. 2006/0045789, and is directed to titanium alloys made from recycled titanium. In the examples, Nasserraffi discloses a titanium alloy containing Ti-Al-V, but the alloy is also
Contains one or more elements selected from the group consisting of Cr, Fe, and manganese (Mn) at a concentration of 1.0 to 1.5 weight percent. The relatively high levels and low ductility of Cr, Fe, and Mn limit the application of alloys to military systems. Each of the foregoing patents and patent applications is incorporated by reference in their entirety as if described in this specification.

現在までに達成された組成、特性及び加工コストの観点からの改良にも関わらず、継続
してより低コストで、最低限の機械及び弾道性能の基準を達成する、新規で且つ改良され
たチタン合金、並びに、関連する製造方法を開発することの継続的な要求がある。
New and improved titanium that continues to achieve the lowest mechanical and ballistic performance standards at a lower cost, despite improvements in terms of composition, properties and processing costs achieved to date There is a continuing need to develop alloys and related manufacturing methods.

低コストの組成を用いて達成され、弾道及び機械特性の良い組み合わせを有するチタン
合金が開示される。そのようなチタン合金は、軍用の適用での装甲板としての使用に、特
に利点があるが、それに限定されず、多くの他の適用に対しても適するものである。一つ
の実施形態では、チタン合金は、基本的に、重量パーセントで、4.2〜5.4%のアルミニウ
ム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%の鉄、0.15〜0.19%の酸素及び残部のチタンか
らなる。特定の実施例においては、前記チタン合金は、基本的に、重量%で、約4.8%の
アルミニウム、約3.0%のバナジウム、約0.6%の鉄、約0.17%の酸素及び残部のチタンか
らなる。さらに別の実施例においては、前記チタン合金に存在するいずれかの不純物元素
の最大濃度が0.1重量%であり、すべての不純物の合算濃度が0.4%以下である。
Disclosed is a titanium alloy that is achieved using a low cost composition and has a good combination of ballistic and mechanical properties. Such titanium alloys are particularly advantageous for use as armor plates in military applications, but are not limited thereto and are suitable for many other applications. In one embodiment, the titanium alloy consists essentially of 4.2 to 5.4% aluminum, 2.5 to 3.5% vanadium, 0.5 to 0.7% iron, 0.15 to 0.19% oxygen and the balance titanium, by weight percent. Become. In a particular embodiment, the titanium alloy consists essentially of, by weight, about 4.8% aluminum, about 3.0% vanadium, about 0.6% iron, about 0.17% oxygen, and the balance titanium. In yet another embodiment, the maximum concentration of any impurity element present in the titanium alloy is 0.1% by weight, and the combined concentration of all impurities is 0.4% or less.

開示された組成を有するチタン合金は、長さ方向と横方向のいずれにおいても、少なく
とも約120,000psiの引張降伏強度であり、且つ少なくとも約128,000psiの最大抗張力であ
り、少なくとも約43%の断面減少率であり、少なくとも約12%の伸びを有する低コストの
チタン合金を提供する利点を有する。チタン合金は、特定の実施例においては、その厚み
が約0.425インチ〜約0.450インチの間であり、少なくとも約1,848fpsの弾道限界V50を有
する板に形成されることができる。さらに特定の実施例においては、チタン合金の板は、
約0.430インチの厚さ、及び、約1936fpsの弾道限界V50を有する。
A titanium alloy having the disclosed composition has a tensile yield strength of at least about 120,000 psi in both the longitudinal and transverse directions and a maximum tensile strength of at least about 128,000 psi with a cross-sectional reduction of at least about 43% And has the advantage of providing a low cost titanium alloy having an elongation of at least about 12%. The titanium alloy, in certain embodiments, can be formed into a plate having a thickness between about 0.425 inches to about 0.450 inches and having a ballistic limit V 50 of at least about 1,848 fps. In a more specific embodiment, the titanium alloy plate is
It has a thickness of about 0.430 inches and a ballistic limit V 50 of about 1936 fps.

一実施形態において、チタン合金は、β共析(βEUT)に対するβ同形(βISO)の安定
化元素の割合(βISO/βEUT)が約0.9〜約1.7であり、β共析(βEUT)に対するβ同形(
βISO)の安定化元素の割合は、次のように定義され、
この明細書を通じて提供される式において、Mo、V、Cr及びFeは、それぞれ、チタン合金
におけるモリブデン、バナジウム、クロム及び鉄の重量%を示す。特定の実施形態におい
ては、β共析(βEUT)に対するβ同形(βISO)の安定化元素の割合は約1.2である。
In one embodiment, the titanium alloy has a β isomorphic (β ISO ) to β eutectoid (β EUT ) stabilizing element ratio (β ISO / β EUT ) of about 0.9 to about 1.7 and a β eutectoid (β EUT ) β isomorphism (
The proportion of stabilizing elements in (βISO) is defined as
In the formulas provided throughout this specification, Mo, V, Cr, and Fe represent the weight percentages of molybdenum, vanadium, chromium, and iron, respectively, in the titanium alloy. In certain embodiments, the ratio of β isomorphic (β ISO ) stabilizing elements to β eutectoid (β EUT ) is about 1.2.

別の実施形態においては、チタン合金は、モリブデン当量(Moeq)が約3.1〜約4.4であ
り、モリブデン当量は、次のように定義される。
特定の実施形態においては、モリブデン当量は約3.8である。さらに別の実施形態にお
いては、チタン合金は、アルミニウム当量が約8.3〜約10.5であり、アルミニウム当量は
、次のように定義される。
Aleq = Al + 27O
この式において、AlとOは、それぞれ、チタン合金におけるアルミニウムと酸素の重量%
を示す。特定の実施形態においては、アルミニウム当量は約9.4である。
In another embodiment, the titanium alloy has a molybdenum equivalent weight (Mo eq ) of about 3.1 to about 4.4, where the molybdenum equivalent is defined as:
In certain embodiments, the molybdenum equivalent is about 3.8. In yet another embodiment, the titanium alloy has an aluminum equivalent of about 8.3 to about 10.5, where the aluminum equivalent is defined as:
Al eq = Al + 27O
In this formula, Al and O are the weight percentages of aluminum and oxygen in the titanium alloy, respectively.
Indicates. In certain embodiments, the aluminum equivalent is about 9.4.

別の実施形態においては、チタン合金は、β変態温度(Tβ)が約1732°F〜約1820°F
であるが、°Fのβ変態温度は、次のように定義される。
Tβ=1607+39.3Al+330O+1145C+1020N−21.8V−32.5F−17.3Mo−70Si−27.3Cr
この式において、C、N及びSiは、チタン合金における、それぞれ、炭素、窒素及びシリコ
ンの重量%を表す。特定の実施形態において、β変態温度は約1775度Fである。ある実施
形態において、チタン合金の密度は、約0.161の立法インチ当たりのポンド(lb/in3)〜
約0.163lb/in3 の範囲にあり、特定の実施形態においては、約0.162lb/in3である。
In another embodiment, the titanium alloy has a beta transformation temperature (Tβ) of about 1732 ° F. to about 1820 ° F.
However, the β transformation temperature of ° F is defined as:
T β = 1607 + 39.3Al + 330O + 1145C + 1020N-21.8V-32.5F-17.3Mo-70Si-27.3Cr
In this formula, C, N, and Si represent the weight percentages of carbon, nitrogen, and silicon, respectively, in the titanium alloy. In certain embodiments, the beta transformation temperature is about 1775 degrees Fahrenheit. In certain embodiments, the titanium alloy has a density of about 0.161 pounds per cubic inch (lb / in 3 ) to
It is in the range of about 0.163 lb / in 3 , and in certain embodiments is about 0.162 lb / in 3 .

別の実施形態において、チタン合金の生産方法は、基本的に、重量%で、4.2〜5.4%の
アルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%の鉄、0.15〜0.19%の酸素及び残部
のチタンが開示されている。特定の実施形態においては、冷炉床炉において、チタン合金
はアルミニウム、バナジウム、鉄及びチタンを適当な割合で含む、リサイクル及び/又は
純正の材料の複合物を溶融し、溶融合金を形成する工程と、前記溶融合金を鋳型に投入す
る工程より、チタン合金は生産される。リサイクル材料は、例えば、Ti64のダライ粉及び
商用の純(CP)チタンスクラップを含み得る。純材料は、例えば、チタンスポンジ、鉄の
粉及びアルミニウムの玉を含み得る。別の特定の実施形態では、リサイクル材料は、約70
.4%のTi64ダライ粉、約28.0%のチタンスポンジ、約0.4%の鉄及び約1.1%のアルミニウ
ムの玉を含んでいる。
In another embodiment, the titanium alloy production method basically consists of 4.2-5.4% aluminum, 2.5-3.5% vanadium, 0.5-0.7% iron, 0.15-0.19% oxygen and the balance by weight. Of titanium is disclosed. In certain embodiments, in a cold hearth furnace, the titanium alloy melts a composite of recycled and / or genuine materials that includes aluminum, vanadium, iron and titanium in appropriate proportions to form a molten alloy. And the titanium alloy is produced from the step of putting the molten alloy into the mold. Recycled materials may include, for example, Ti64 Dalai powder and commercial pure (CP) titanium scrap. Pure materials may include, for example, titanium sponge, iron powder and aluminum balls. In another specific embodiment, the recycled material is about 70
It contains 4% Ti64 Dalai powder, about 28.0% titanium sponge, about 0.4% iron and about 1.1% aluminum balls.

また、別の実施形態では、チタン合金は、長方形の形状を有し、重量%で、4.2〜5.4%
のアルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%の鉄、0.15〜0.19%の酸素及び残
部のチタンの成分を有するスラブを形作るように、長方形の鋳型に投入される。特定の実
施形態では、投入されたスラブは、β転移温度異常の温度で初期の炉や圧延される工程と
、β転移温度よりも低い温度で焼結される前に、β転移温度より低い温度で最終圧延され
る工程が施される。
In another embodiment, the titanium alloy has a rectangular shape and is 4.2 to 5.4% by weight.
Of aluminum, 2.5 to 3.5% vanadium, 0.5 to 0.7% iron, 0.15 to 0.19% oxygen and the balance of titanium are cast into a rectangular mold. In certain embodiments, the input slab is subjected to an initial furnace or rolling process at an abnormal temperature of the β transition temperature and a temperature lower than the β transition temperature before being sintered at a temperature lower than the β transition temperature. The process of final rolling is performed.

この明細書で開示されるチタン合金は、Ti64について規定された機械及び弾道特性を満
たすか又は超える一方、比較的低価格である従来のTi64の代替品を提供する。この価格低
減のために、同様な特性を要求する各種軍事及び他の適用分野において、より広範囲にチ
タン合金の採用を可能とするであろう。
The titanium alloys disclosed herein provide an alternative to conventional Ti64 that meets or exceeds the mechanical and ballistic properties specified for Ti64 while being relatively inexpensive. This price reduction will allow the use of titanium alloys in a wider range in various military and other applications requiring similar characteristics.

添付の図面は、本開示の一部に組み込まれて構成要素となり、開示された発明の代表的
な実施例を図示し、開示された発明の本質を説明するのに役立つ。
図1は、現在開示されている発明の代表的な実施形態に従って、チタン合金の生産方法を説明するフローチャートである。 図2Aは、実物の装甲弾の30口径M2弾丸の概略図である。 図2Bは、実際の試験に用いられた実物の装甲弾の30口径M2弾丸の写真である。 図3は、装甲板のV50弾道限界の試験に用いられる試射場の配置を図示する。 図4は、銃口と装甲板の中間点で測定した発射速さに対する、装甲板の貫通確率を示す一例である。 図5は、代表的なチタン合金について、板厚に応じたV50弾丸限界を示すグラフである。 図6は、代表的なチタン合金について、板厚に応じたV50弾丸限界を示し、0.40〜0.46インチの厚み範囲における図5の拡大図である。
The accompanying drawings are incorporated into and constitute a part of this disclosure, and illustrate exemplary embodiments of the disclosed invention and serve to explain the nature of the disclosed invention.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for producing a titanium alloy according to a representative embodiment of the presently disclosed invention. FIG. 2A is a schematic diagram of a 30 caliber M2 bullet of a real armor bullet. FIG. 2B is a photograph of a real caliber 30 caliber M2 bullet used in the actual test. Figure 3 illustrates the arrangement of the sighting field used for testing V 50 ballistic limit of the armor plate. FIG. 4 is an example showing the penetration probability of the armor plate with respect to the firing speed measured at the midpoint between the muzzle and the armor plate. FIG. 5 is a graph showing the V 50 bullet limit for a typical titanium alloy according to the plate thickness. FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 5 in the thickness range of 0.40 to 0.46 inches, showing the V 50 bullet limit as a function of plate thickness for a typical titanium alloy.

図の全体を通して、同じ参照数字及び文字は、他に述べられていなければ、図示された
実施形態の特徴、要素、部品又は部分のように示すために用いられる。開示された発明は
、図を参照して詳細に記載されるが、図示された実施例に関連している。
Throughout the drawings, the same reference numerals and letters are used to designate like features, elements, parts or portions of the illustrated embodiments unless otherwise stated. The disclosed invention will now be described in detail with reference to the figures but relates to the illustrated embodiments.

比較的低コストの材料を用いて形成され、好ましい機械及び弾道特性を有する代表的な
チタン合金について述べる。これらのチタン合金は、特に、軍事システムにおける装甲板
としての使用に対して、又は、優れた単位重量当たりの強度及び衝撃における弾丸による
貫通に対する良好な抵抗を有する金属合金が要求される利用に対して、適している。開示
されるチタン合金は、組成上及び加工上のコストを低減させる一方、最低限の軍事基準を
満たす、機械及び弾道特性の組み合わせを達成する。より低い原材料及び加工コストは、
益々好適なコスト検討のため、開示されたチタン合金のより幅広い採用を促進するであろ
う。
A representative titanium alloy formed using relatively low cost materials and having favorable mechanical and ballistic properties is described. These titanium alloys are especially for use as armor plates in military systems or for applications where metal alloys with good strength per unit weight and good resistance to bullet penetration in impact are required. Is suitable. The disclosed titanium alloys achieve a combination of mechanical and ballistic properties that meet minimum military standards while reducing compositional and processing costs. Lower raw materials and processing costs are
For more favorable cost considerations, it will facilitate wider adoption of the disclosed titanium alloys.

一つの実施形態においては、代表的なチタン合金は、重量パーセントで、4.2〜5.4%の
アルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%の鉄、0.15〜0.19%の酸素を含み、
残部のチタン及び付随的な不純物を有している。
In one embodiment, a representative titanium alloy comprises, by weight percentage, 4.2-5.4% aluminum, 2.5-3.5% vanadium, 0.5-0.7% iron, 0.15-0.19% oxygen,
It has the balance of titanium and incidental impurities.

チタンの中の合金化元素としてのアルミニウムは、α相が安定になる温度を増加する、
α安定化元素である。一つの実施形態においては、アルミニウムは、チタン合金の中に、
4.2〜5.4%の重量パーセントで存在する。特定の実施形態では、アルミニウムは、約4.8w
t%存在する。
Aluminum as an alloying element in titanium increases the temperature at which the α phase becomes stable,
α-stabilizing element. In one embodiment, the aluminum is in a titanium alloy,
Present in 4.2 to 5.4% weight percent. In certain embodiments, the aluminum is about 4.8 w.
t% exists.

チタンの中の合金元素であるバナジウムは、β転移温度を低下する、同形のβ安定化元
素である。一つの実施形態では、バナジウムは、チタン合金の中に、2.5〜3.5%の重量パ
ーセントで存在する。特定の実施形態では、バナジウムは、約3.0wt%存在する。
Vanadium, an alloying element in titanium, is an isomorphic β-stabilizing element that lowers the β transition temperature. In one embodiment, vanadium is present in the titanium alloy at a weight percent of 2.5-3.5%. In certain embodiments, vanadium is present at about 3.0 wt%.

チタンの中の合金化元素としての鉄は、β転移温度を低下する、共析β安定化元素であ
り、鉄は、環境温度における強化元素である。一つの実施形態では、鉄はチタン合金の中
に、重量パーセントで0.5〜0.7%存在する。特定の実施形態では、鉄は、約0.6wt%存在
する。しかし、鉄の濃度がこの明細書で開示される上限を超える場合には、弾道及び機械
特性に不利な影響を与える、インゴット凝固中に過度な溶質偏析のおそれがある。一方、
この明細書で開示される限界以下レベルの鉄を使用する場合、所望の強度及び弾道特性を
達成できない合金が生産されることとなる。
Iron as an alloying element in titanium is a eutectoid β-stabilizing element that lowers the β transition temperature, and iron is a strengthening element at ambient temperature. In one embodiment, iron is present in the titanium alloy at 0.5 to 0.7% by weight. In certain embodiments, iron is present at about 0.6 wt%. However, if the iron concentration exceeds the upper limit disclosed in this specification, there is a risk of excessive solute segregation during ingot solidification, which adversely affects ballistic and mechanical properties. on the other hand,
Using sub-limit levels of iron disclosed in this specification will produce alloys that do not achieve the desired strength and ballistic properties.

チタンの中の合金化元素としての酸素は、α安定化元素であり、鉄は、環境温度におけ
るチタン合金の効果的な強化元素である。一実施形態では、酸素は、チタン合金の中に、
重量パーセントで0.15〜0.19%存在する。特定の実施形態では、酸素は、約0.17wt%存在
する。酸素の含有量が少なすぎる場合、強度も過度に低くなり、β転移温度が過度に低く
なり、チタン合金のコストが増加するおそれがある。廃物金属がチタン合金の溶解に用い
るのに適さなくなるためである。一方、酸素の含有量が大き過ぎる場合には、弾道衝後の
ひび割れに対する抵抗が、劣化されるおそれがある。
Oxygen as an alloying element in titanium is an alpha stabilizing element, and iron is an effective strengthening element for titanium alloys at ambient temperatures. In one embodiment, oxygen is in the titanium alloy,
Present at 0.15 to 0.19% by weight. In certain embodiments, oxygen is present at about 0.17 wt%. If the oxygen content is too small, the strength is too low, the β transition temperature is too low, and the cost of the titanium alloy may increase. This is because the waste metal is not suitable for use in dissolving the titanium alloy. On the other hand, if the oxygen content is too large, the resistance to cracking after ballistic impact may be degraded.

本発明のいくつかの実施形態に従うと、前記チタン合金は、不純物レベルに対応した濃
度で、不可避的不純物、又は、Mo、Cr、N、C、Nb、Sn、Zr、Ni、Co、Cu、Si等のその他の
成分も含むことができる。窒素(N)も、最大0.05wt%までの濃度で存在し得るかもしれ
ない。特定の実施形態においては、いずれかの不純物元素の最大濃度は、0.1wt%であり
、全ての不純物の合算した濃度が、合計0.4wt%を超えない。
According to some embodiments of the invention, the titanium alloy is inevitable impurities at a concentration corresponding to the impurity level, or Mo, Cr, N, C, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu, Other components such as Si can also be included. Nitrogen (N) may also be present at concentrations up to 0.05 wt%. In certain embodiments, the maximum concentration of any impurity element is 0.1 wt%, and the combined concentration of all impurities does not exceed a total of 0.4 wt%.

一実施形態によると、前記チタン合金は、約0.9〜約1.7の、β共析(βEUT)に対する
β同形(βISO)の安定化元素の割合(βISOEUT)を有し、β共析に対するβ同形の安
定化元素の割合は、次のように式(1)で定義される。
この明細書を通じて提供される数式において、Mo、V、Cr及びFeは、それぞれチタン合金
内におけるモリブデン、バナジウム及び鉄の重量パーセントを表している。特定の実施形
態においては、β共析に対するβ同形の安定化元素の割合は約1.2である。
According to one embodiment, the titanium alloy has a β isomorphic (βISO) stabilizing element ratio (β ISO / β EUT ) to β eutectoid (β EUT ) of about 0.9 to about 1.7, The ratio of the β isomorphous stabilizing element to the analysis is defined by equation (1) as follows.
In the mathematical formulas provided throughout this specification, Mo, V, Cr and Fe represent the weight percentages of molybdenum, vanadium and iron in the titanium alloy, respectively. In certain embodiments, the ratio of β isomorphic stabilizing element to β eutectoid is about 1.2.

別の実施形態に従うと、前記チタン合金は、約3.1〜約4.4のモリブデン当量(Moeq)を
有し、モリブデン当量は、次のように式(2)で定義される。
特定の実施形態においては、モリブデン当量は約3.8である。MoとCrは、開示されたチタ
ン合金の主要な構成物ではないが、それらは、少量の濃度で(例えば、不純物のレベル又
はそれ未満で)存在してもよく、(βISOEUT)及びMoeqを計算するために使用するこ
とができる。なお、別の実施形態では、チタン合金は、約8.3〜約10.5のアルミニウム当
量(Aleq)を有し、アルミニウム当量は次のように式(3)で定義される。
Aleq = Al + 27O (3)
この式の中で、Al及びOは、それぞれ、チタン合金におけるアルミニウム及び酸素の重量
パーセントを表す。特定の実施形態においては、アルミニウム当量は、約9.4である。
According to another embodiment, the titanium alloy has a molybdenum equivalent weight (Moeq) of about 3.1 to about 4.4, wherein the molybdenum equivalent is defined by formula (2) as follows:
In certain embodiments, the molybdenum equivalent is about 3.8. Mo and Cr are not the main constituents of the disclosed titanium alloys, but they may be present in small concentrations (eg at or below the level of impurities) (β ISO / β EUT ) And can be used to calculate Mo eq . In another embodiment, the titanium alloy has an aluminum equivalent (Al eq ) of about 8.3 to about 10.5, where the aluminum equivalent is defined by equation (3) as follows:
Al eq = Al + 27O (3)
In this formula, Al and O represent the weight percentages of aluminum and oxygen in the titanium alloy, respectively. In certain embodiments, the aluminum equivalent is about 9.4.

また、その他の実施形態においては、前記チタン合金は、約1732〜約1820°Fのβ変態
温度(Tβ)を有し、°Fにおけるβ変態温度は、次のように、式(4)で定義される。
Tβ=1607+39.3Al+330O+1145C+1020N−21.8V−32.5Fe−17.3Mo−70Si−27.3Cr. (4)
この式において、C、N、及びSiは、それぞれ、チタン合金における炭素、窒素及びシリコ
ンの重量%を表す。モリブデン当量に対する場合のように、C、N及びSiは、主要な構成物
ではないが、それらは、付随的な不純物として存在している場合がある。特定の実施形態
においては、β転移温度は、約1775°Fである。
In another embodiment, the titanium alloy has a β transformation temperature (T β ) of about 1732 to about 1820 ° F., and the β transformation temperature at ° F is expressed by the following formula (4): Defined by
T β = 1607 + 39.3Al + 330O + 1145C + 1020N-21.8V-32.5Fe-17.3Mo-70Si-27.3Cr. (4)
In this formula, C, N, and Si represent the weight percentages of carbon, nitrogen, and silicon in the titanium alloy, respectively. As is the case with molybdenum equivalents, C, N and Si are not major constituents, but they may be present as incidental impurities. In certain embodiments, the β transition temperature is about 1775 ° F.

前記チタン合金は、例えば、長さ方向と横方向のいずれにおいても、引張降伏強度(TY
S)が少なくとも単位平方インチ当たり(psi)120,000ポンドであり、且つ最大抗張力が
少なくとも約128,000 psiである優れた引張特性を達成している。もう一つ別の実施形態
においては、チタン合金は、少なくとも約12%の伸びを有し、及び/又は、約43%の断面
減少率を有している。チタン合金の密度は、立法インチあたり約0.161ポンド(lb/in3
から約0.163lb/in3の間となるように計算され、約0.162lb/in3の公称密度である。
The titanium alloy has, for example, a tensile yield strength (TY in both the length direction and the transverse direction).
S) is at least 120,000 pounds per square inch (psi) and has excellent tensile properties with a maximum tensile strength of at least about 128,000 psi. In another embodiment, the titanium alloy has an elongation of at least about 12% and / or has a cross-sectional reduction of about 43%. Titanium alloy density is about 0.161 pounds per cubic inch (lb / in 3 )
It is calculated to be between about 0.163lb / in 3 of a nominal density of about 0.162lb / in 3.

前記チタン合金は、さらに、優れた弾道特性を提供する。弾道版の効果の測定は、板を
貫通するのに要求される砲弾又は弾丸の平均速さ(V50)で与えられる。例えば、約0.425
と約0.450インチとの間の厚みを有する板に形成された時は、チタン合金は、少なくとも
約1848 fpsの弾道限界V50を有する。特定の実施形態においては、約0.430インチの厚みの
板のチタン合金は、約1936 fpsのV50弾道限界を有する。チタン合金のV50弾道限界を測定
するために用いられる手順は、以下に提供される実施例に関連して記述されている。
The titanium alloy further provides excellent ballistic properties. The measurement of the effect of the ballistic version is given by the average speed (V 50 ) of the shell or bullet required to penetrate the plate. For example, about 0.425
And a titanium alloy having a ballistic limit V 50 of at least about 1848 fps. In certain embodiments, a plate titanium alloy about 0.430 inches thick has a V 50 ballistic limit of about 1936 fps. Procedure used to measure the V 50 ballistic limit of the titanium alloy is described in connection with the examples provided below.

もう一つ別の実施形態においては、本開示で述べられているチタン合金を含む板が提供
される。特定の実施形態においては、ここに示されているチタン合金は、装甲板として使
用されている。しかし、チタン合金に対する別の適した利用には、それに限定されないが
、軍事システムや、シートトラック及び浸食防防護遮蔽物のような自動車及び航空機の部
品における他の構成部品が含まれる。
In another embodiment, a plate comprising the titanium alloy described in this disclosure is provided. In certain embodiments, the titanium alloys shown here are used as armor plates. However, other suitable uses for titanium alloys include, but are not limited to, military systems and other components in automotive and aircraft parts such as seat trucks and erosion protection shields.

さらに別のもう一つの実施形態においては、良好な機械及び弾道特性を有するチタン合
金の生産方法が開示されている。その方法には、基本的に、重量パーセントで、4.2〜5.4
%のアルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%の鉄及び0.15〜0.19%の酸素と
残部のチタンからなるチタン合金を生産するため、適当な割合の原材料の複合物を溶解す
る工程が含まれている。溶解は、例えば、冷炉床炉の中で実施され得る。特定の実施形態
においては、原材料は、少量の鉄とアルミニウムを組み合わせ、チタン廃材及びチタンス
ポンジのようなリサイクル及び純材料の複合物を含む。ほとんどの市場の条件では、リサ
イクル材料の使用は、際立ったコスト削減を供する。用いられるリサイクル材料は、限定
されるわけではないが、Ti64、Ti-10V-2Fe-3Al、他のTi-Al-V-Fe合金及びCPチタンを含み
得る。前記リサイクル材料は、機械加工の削りくず(ダライ粉)、固形小片、又は再溶解
した電極の形でもよい。使用される純材料は、限定されるわけではないが、チタンスポン
ジ、アルミニウム−バナジウム母合金、鉄粉又はアルミニウム弾丸を含むことができる。
アルミニウム−バナジウム母合金は必須でないため、際立ったコスト削減が達成される。
しかし、このことは、要求される場合には、リサイクル材料よりも、チタンスポンジ及び
合金化元素を含有する未使用の原材料を使用し、添加することを排除するものではない。
In yet another embodiment, a method for producing a titanium alloy having good mechanical and ballistic properties is disclosed. The method is basically 4.2 to 5.4, in weight percent.
% Of aluminum, 2.5-3.5% vanadium, 0.5-0.7% iron and 0.15-0.19% oxygen with the balance titanium to produce a titanium alloy with the appropriate proportion of raw material composite include. Melting can be performed, for example, in a cold hearth furnace. In certain embodiments, the raw material combines a small amount of iron and aluminum and includes a composite of recycled and pure materials such as titanium waste and titanium sponge. Under most market conditions, the use of recycled materials offers significant cost savings. Recycled materials used can include, but are not limited to, Ti64, Ti-10V-2Fe-3Al, other Ti-Al-V-Fe alloys, and CP titanium. The recycled material may be in the form of machined shavings (Dalai powder), solid pieces, or re-dissolved electrodes. The pure material used can include, but is not limited to, titanium sponge, aluminum-vanadium master alloy, iron powder or aluminum bullet.
Since an aluminum-vanadium master alloy is not essential, significant cost savings are achieved.
However, this does not preclude the use and addition of unused raw materials containing titanium sponge and alloying elements rather than recycled materials when required.

いくつかの実施形態では、前記生産方法は、転移温度(例えば、β変態温度以下)にお
いて、チタンの焼鈍加熱処理を実施する工程を具える。使用されるチタン合金は、この明
細書に記述される特性のどれかを有することができる。
In some embodiments, the production method includes the step of performing annealing heat treatment of titanium at a transition temperature (eg, a β transformation temperature or lower). The titanium alloy used can have any of the properties described in this specification.

いくつかの実施形態では、前記生産方法は、また、合金の真空アーク再溶解(VAR)工
程と、及びβ変態温度以上でのチタン合金の鍛造及び/又は圧延する工程と、それに続い
て、β変態温度以下での鍛造及び/又は圧延する工程とを具える。特定の実施形態におい
ては、チタン合金を生産する方法は、軍事用システムのための部品の生産、もっと具体的
には、装甲板の生産のために使用される。
In some embodiments, the production method also includes a vacuum arc remelting (VAR) step of the alloy, and a forging and / or rolling of the titanium alloy above the β transformation temperature, followed by β Forging and / or rolling below the transformation temperature. In certain embodiments, the method of producing a titanium alloy is used for producing parts for military systems, more specifically for producing armor plates.

チタン合金を生産する代表的な方法を示す流れ図は、図1でもたらされる。最初、適当
な濃度と特性を有する所望量の原材料がステップ100において準備される。特定の実施
形態においては、原材料は、なんらかの複合物で適当な組成の純粋な原材料と組み合わせ
るかもしれないが、リサイクル材料を含んでいる。準備された後、原材料は溶融され、ス
テップ110においてインゴットを作るために鋳造される。溶解は、例えば、VAR、プラ
ズマアーク溶解、電子ビーム溶解、消耗型の電極スカル溶解又は、それらの組合せによっ
て、実施され得る。特定の実施形態においては、二つの溶解した鋳型がVARによって準備
され、円筒状の形を有する鋳型の中に直接投入される。
A flow diagram illustrating an exemplary method of producing a titanium alloy is provided in FIG. Initially, a desired amount of raw material having the appropriate concentration and characteristics is prepared in step 100. In certain embodiments, the raw materials may be combined with pure raw materials of any composition and suitable composition, but include recycled materials. After being prepared, the raw materials are melted and cast in step 110 to make an ingot. Melting can be performed, for example, by VAR, plasma arc melting, electron beam melting, consumable electrode skull melting, or a combination thereof. In a particular embodiment, two melted molds are prepared by the VAR and poured directly into a mold having a cylindrical shape.

ステップ120において、前記インゴットは初期鍛造及び圧延を受ける。初期の鍛造及
び圧延は、β変態温度以上で行われ、長さ方向において圧延が行われる。ステップ130
において、インゴットは、最終鋳造及び圧延を受ける。最終鋳造及び圧延は、β変態温度
以下で行われ、長さ方向と横方向において圧延が行われる。それから、インゴットはステ
ップ140において焼鈍され、特定の実施形態では、スバトランサス温度で行われる。最
終圧延された製品は、限定はされないが、約0.1インチから約4.1インチの幅の厚みを有す
る。
In step 120, the ingot undergoes initial forging and rolling. Initial forging and rolling are performed at the β transformation temperature or higher, and rolling is performed in the length direction. Step 130
Ingots undergo final casting and rolling. Final casting and rolling are performed below the β transformation temperature, and rolling is performed in the length direction and the transverse direction. The ingot is then annealed in step 140, and in a particular embodiment is performed at a subtransus temperature. The final rolled product has a thickness ranging from, but not limited to, about 0.1 inches to about 4.1 inches.

いくつかの実施形態では、コイルや細長い製品を生産するために、0.4インチ以下のゲ
ージに圧延することは、高温圧延、及び選択的に冷却圧延によって達成させられるかもし
れない。しかし、別のもう一つの実施形態では、薄い厚みの板製品に圧延することは、鋼
鉄の包みで保護される単板又は複合板として、板の高温又は低音の圧延によって達成され
る。
In some embodiments, rolling to a gauge of 0.4 inches or less to produce coils or elongated products may be accomplished by hot rolling and optionally cold rolling. However, in another embodiment, rolling to a thin plate product is accomplished by hot or bass rolling of the plate as a single plate or composite plate protected with a steel wrap.

後に続く実施例では、代表的なチタン合金及び生産方法についての更なる詳細が記載さ
れている。
In the examples that follow, further details on representative titanium alloys and production methods are described.

本節の中で提供される実施例は、用いられる製造工程を説明することに有用であり、そ
の結果、現在の発明の実施例に従って用意されたチタン合金の組成及びそれに続く特性が
得られる。以下に記述されるチタン合金及び結び付いた生産方法は、実例として提供され
るが、それに限定することを意図したものでない。
The examples provided in this section are useful in explaining the manufacturing process used, resulting in the composition and subsequent properties of titanium alloys prepared according to the examples of the present invention. The titanium alloys and associated production methods described below are provided by way of illustration and are not intended to be limiting.

(比較例)
この明細書に開示されたV、Fe及びOの範囲の外の元素濃度を有するいくつかのチタン合
金を、最初に、比較例として供するために準備した。比較例のチタン合金は、各比較例の
チタン合金に関して適当な割合を達成するように、原材料と混合することによって、作製
した。比較例のチタン合金#C1は、約5.0wt.%のアルミニウム、約4.0wt.%のバナジウム、
約0.03wt.%の鉄、約0.22wt.%の酸素及び残部チタンの公称組成の状態で準備した。比較例
のチタン合金#2は、約5.0wt.%のアルミニウム、約4.0wt.%のバナジウム、約0.03wt.%の
鉄、約0.12wt.%の酸素及び残部のチタンの公称組成の状態で準備した。比較例のチタン合
金#C3は、約5.0wt.%のアルミニウム、約5.0wt.%のバナジウム、約0.6wt.%の鉄、約0.19w
t.%の酸素及び残部チタンの公称組成の状態で準備した。
(Comparative example)
Several titanium alloys having element concentrations outside the V, Fe and O ranges disclosed in this specification were first prepared for serving as comparative examples. Comparative titanium alloys were made by mixing with the raw materials to achieve the appropriate ratio for each comparative titanium alloy. Titanium alloy # C1 of the comparative example is about 5.0 wt.% Aluminum, about 4.0 wt.% Vanadium,
A nominal composition of about 0.03 wt.% Iron, about 0.22 wt.% Oxygen and the balance titanium was prepared. Comparative titanium alloy # 2 has a nominal composition of about 5.0 wt.% Aluminum, about 4.0 wt.% Vanadium, about 0.03 wt.% Iron, about 0.12 wt.% Oxygen and the balance titanium. Got ready. Titanium alloy # C3 of the comparative example is about 5.0 wt.% Aluminum, about 5.0 wt.% Vanadium, about 0.6 wt.% Iron, about 0.19 w.
Prepared with nominal composition of t.% oxygen and balance titanium.

比較例のチタン合金#C1−C3は、球形を有する各インゴットに鋳造し、β転移温度超え
から中間のスラブへ変えた。最終圧延及び十字圧延は、β転移温度以下で行った。最終焼
鈍は、β転移温度以下の温度で、実施した。比較例のチタン合金#C1-C3は、2時間の間14
00°Fの温度で、最終焼鈍を施し、サンプルは、大気中で冷却した。
Titanium alloys # C1-C3 of comparative examples were cast on each ingot having a spherical shape and changed from exceeding the β transition temperature to an intermediate slab. Final rolling and cross rolling were performed at a β transition temperature or lower. The final annealing was performed at a temperature not higher than the β transition temperature. Titanium alloy # C1-C3 of the comparative example has 14
A final anneal was performed at a temperature of 00 ° F. and the sample was cooled in air.

比較例のチタン合金#C1−C3に対して、化学解析を実施し、機械及び弾道特性を測定し
た。測定した組成及び算出したAleq、Moeq、Tβ及び密度は、下記の表1にまとめた。
Chemical analysis was performed on the comparative titanium alloy # C1-C3, and mechanical and ballistic characteristics were measured. The measured composition and the calculated Al eq , Mo eq , T β and density are summarized in Table 1 below.

比較例のチタン合金#C1-C3を含む板の機械特性を測定し、表2にまとめた。多数の測
定結果が一つのインゴットから得られ、その結果は、表2において同じグループの範囲で
区別した行に設けている。板の引張特性は、横方向(T)と長さ方向(L)のいずれにおい
ても測定した。表2の中で、ksiは、単位平方インチ当たりのキロポンドを表す(1ksi =
1,000psi)。表2で測定された引張特性は、UTS、TYS、RA及び伸びの平均値として、比
較例のチタン合金#C1では、それぞれ、131ksi、122.3ksi、36%及び10.3%、比較例のチ
タン合金#C2では、それぞれ、131ksi、123ksi、34%及び11%、比較例のチタン合金#C
3では、それぞれ、133.8ksi、124.3ksi、42%及び12.3%を生じる。
The mechanical properties of the plate containing the titanium alloy # C1-C3 of the comparative example were measured and summarized in Table 2. A large number of measurement results are obtained from one ingot, and the results are provided in the rows separated in the same group range in Table 2. The tensile properties of the plate were measured in both the transverse direction (T) and the length direction (L). In Table 2, ksi represents kilopounds per square inch (1 ksi =
1,000psi). The tensile properties measured in Table 2 are the average values of UTS, TYS, RA and elongation, and for the comparative titanium alloy # C1, 131 ksi, 122.3 ksi, 36% and 10.3%, respectively, the comparative titanium alloy # For C2, 131 ksi, 123 ksi, 34% and 11%, respectively, comparative titanium alloy #C
3 yields 133.8 ksi, 124.3 ksi, 42% and 12.3%, respectively.

最小限の防御である、比較例のチタン合金板のV50弾道限界は、0.30口径(7.62mm)166
粒子の徹甲弾(AP)M2弾薬を用いて測定した。0.30口径AP M2円形の断面の概略図は、図
2Aに提供されているが、実物見本は、図2Bに示される。0.30口径弾薬は、硬化された
鋼の芯、先端の充填材及び金めっきされた金属被覆を含んでいる。弾道試験そのものは、
例えば、『軍事標準:V50装甲に対する弾道試験「MLL-STD-662E、2006」』において、米
国国防総省によって開示されている標準的軍事試験の手順に従って実行した。
The V 50 ballistic limit of the titanium alloy plate of the comparative example, which is the minimum defense, is 0.30 caliber (7.62 mm) 166
Measurements were made using particle armor ammunition (AP) M2 ammunition. A schematic diagram of a cross section of a 0.30 aperture AP M2 circle is provided in FIG. 2A, while a sample is shown in FIG. 2B. The 0.30 caliber ammunition includes a hardened steel core, a tip filler, and a gold plated metal coating. The ballistic test itself is
For example, in “Military Standard: Ballistic Test for V 50 Armor“ MLL-STD-662E, 2006 ””, it was performed according to the standard military test procedure disclosed by the US Department of Defense.

装甲板のV50弾道限界の試験に対し使用される、試験試射場の概略図は、図3に示す。
一番目と二番目の光電子スクリーンは、武器の銃口と標的の中間の地点における弾丸の速
度を計算するため、クロノグラフとつないで用いた。試験は、環境条件(70−75°F(21
−24°C)及び35−75%の相対湿度)の下、ゼロ度の傾角で行われた。報告された各板の
厚みの値は、板の各隅で測定された厚みの平均値である。0.020インチ厚(0.51mm)の202
4−T3アルミニウムの証拠となる板は、標的板の後ろ6インチ(152mm)に設置した。証拠
の板の貫通は、装甲試験サンプルの完全な貫通として、定義した。
A schematic of the test firing range used for the armor plate V 50 ballistic limit test is shown in FIG.
The first and second optoelectronic screens were used in conjunction with a chronograph to calculate the velocity of the bullets between the weapon muzzle and the target. The test was conducted under environmental conditions (70-75 ° F (21
At −24 ° C.) and 35-75% relative humidity) at a tilt angle of zero degrees. The reported thickness value of each plate is the average thickness measured at each corner of the plate. 0.020 inch thick (0.51mm) 202
A plate that proves 4-T3 aluminum was placed 6 inches (152 mm) behind the target plate. The penetration of the evidence plate was defined as the complete penetration of the armor test sample.

各試験は、色々な速度における弾丸の発射及び、それから、特定の衝突が完全に貫通し
たか(すなわち、証明板の穿孔)又は、部分的な貫通なのかを評価することからなる。そ
れから、一番遅い完全貫通と最も早い部分貫通の速度の平均が、V50に対する値を評価す
るために用いられる。実例の計算結果が図4に提供されており、0.430インチの厚さのチ
タン合金板に対し、衝突速度(ft/sec又はfps)の関数として貫通の確率(%)が図で示
されている。図4で試験されたチタン合金の生産方法、組成及び特性が、以下の実施例#
1に提供されている。図4の黒ベタの菱形は、板を部分的に貫通した(PP)弾丸の一発分
を表し、黒ベタの正方形は、板を完全に貫通した(CP)ものを表している。V50に対する
値は、CPを生ずる衝突速度を、PPを生ず速度と平均することで計算される。図4における
例は、V50=1936 fpsの値を提供している。そのため、V50値は生成するのに便利な数字で
あり、所定の脅威に対して、所定の装甲の種類によってもたらされた弾道防御を定量化す
るために広く用いられる。
Each test consists of projecting bullets at various velocities and then assessing whether a particular impact was completely penetrated (ie, proof plate perforations) or partial penetration. Then, the average speed of the fastest portion through the slowest complete penetration is used to evaluate the values for V 50. Illustrative calculation results are provided in FIG. 4, which illustrates the probability of penetration (%) as a function of impact velocity (ft / sec or fps) for a 0.430 inch thick titanium alloy plate. . The production method, composition and properties of the titanium alloys tested in FIG.
1 is provided. The black solid rhombus in FIG. 4 represents one shot of a (PP) bullet partially penetrating the plate, and the black solid square represents a (CP) penetrating completely through the plate. The value for V 50 is calculated by averaging the impact velocity resulting in CP with the velocity yielding no PP. The example in FIG. 4 provides a value of V 50 = 1936 fps. As such, the V 50 value is a convenient number to generate and is widely used to quantify the ballistic defense provided by a given armor type for a given threat.

比較例のチタン合金は、比較例のチタン合金#C1に対しては約0.440インチ、比較例の
チタン合金#C2に対しては約0.449インチ、比較例のチタン合金#C3に対しては約0.426イ
ンチの厚みを有する板を形作るように加工された。比較例のチタン合金#C1-C3の各々の
弾道特性は、図2−4に関連して上記で定義された米国の国防総省の標準に従って測定さ
れ、その結果は、下記の表3にまとめられている。チタン合金#C1-C3に対するV50の弾道
限界は、それぞれ、約1922 fps、約1950 fps及び約1888 fpsであると測定された。
The comparative titanium alloy is about 0.440 inches for the comparative titanium alloy # C1, about 0.449 inches for the comparative titanium alloy # C2, and about 0.426 inches for the comparative titanium alloy # C3. Processed to form a board with inch thickness. The ballistic properties of each of the comparative titanium alloys # C1-C3 were measured according to US Department of Defense standards defined above in connection with FIGS. 2-4, and the results are summarized in Table 3 below. ing. V 50 ballistic limits for titanium alloy # C1-C3 were measured to be about 1922 fps, about 1950 fps, and about 1888 fps, respectively.

比較例のチタン合金#C1-C3について得られた実験値と同一の板厚を有するTi64につい
て計算された弾道データも、また、表3に提供される。Ti64に対する計算されたV50値を
超えて、各々の比較例のチタン合金により得られたV50の改良は、「△ vs.Ti64」のよう
に表示されており、表3の右手の列に含まれる。チタン合金#C1-C3についてのV50値は、
同じ厚さのTi64板に対する計算値を、それぞれ、10、12及び16 fpsの差で超えている。表
3に提供された最小V50は、特定の板厚に対して、MIL-DTL-46077G、2006において、米国
の国防総省によって要求された最小V50を表している。例えば、0.440インチの板厚は、18
95 fpsの最小V50を要求している。表3に提供された△V50は、最小V50と各比較例のチタン
合金に対して測定されたV50との差を表している。
Ballistic data calculated for Ti64 having the same thickness as the experimental values obtained for the comparative titanium alloys # C1-C3 are also provided in Table 3. Beyond the calculated V 50 value for Ti64, the V 50 improvement obtained with each comparative titanium alloy is labeled as “Δ vs. Ti64” and is shown in the right hand column of Table 3. included. The V 50 value for titanium alloy # C1-C3 is
The calculated values for Ti64 plates of the same thickness are exceeded by differences of 10, 12 and 16 fps, respectively. The minimum V 50 provided in Table 3 represents the minimum V 50 required by the US Department of Defense in MIL-DTL-46077G, 2006 for a particular thickness. For example, the thickness of 0.440 inches is 18
Requires a minimum V 50 of 95 fps. Table 3 have been △ V 50 provided represent the minimum V 50 the difference between V 50 measured for the titanium alloy of the comparative example.

(実施例#1)
約5.0wt%のアルミニウム、約3.0wt%のバナジウム、約0.6wt%の鉄、約0.19wt%の酸素
及び残部チタンの公称組成を有するチタン合金#1として定義される代表的なチタン合金
を、正しい比率を達成するべく初めに原材料とともに混ぜ合わせることで、準備した。上
記の配合組成のコスト解析から、完成したスラブは、電子ビームシングル溶解で準備され
た通常のTi64合金に比べ、ポンド当たり大きく低いコストであることが明らかになった。
原材料は、VARによって、6.5インチ直径のダブル溶解されたインゴットに準備された。
(Example # 1)
A representative titanium alloy defined as titanium alloy # 1 having a nominal composition of about 5.0 wt% aluminum, about 3.0 wt% vanadium, about 0.6 wt% iron, about 0.19 wt% oxygen and the balance titanium, Prepared by first mixing with raw materials to achieve the correct ratio. The cost analysis of the above composition revealed that the finished slab has a significantly lower cost per pound than a regular Ti64 alloy prepared by electron beam single melting.
The raw materials were prepared by VAR into a 6.5 inch diameter double melted ingot.

チタン合金#1は、比較例のチタン合金#C1-C3と同じ方法で加工される。チタン合金
#1は、インゴットに鋳造され、β転移温度超えから中間物のスラブへ変えた。その後、
最終圧延及びクロス圧延は、β転移温度以下で実行される。最終焼鈍は、β転移温度以下
の温度において行われる。この実施例において、最終焼鈍は1400°Fで2時間実行され、サ
ンプルは大気で冷却させておかれた。
Titanium alloy # 1 is processed by the same method as titanium alloy # C1-C3 of the comparative example. Titanium alloy # 1 was cast into an ingot and changed from exceeding the β transition temperature to an intermediate slab. after that,
Final rolling and cross rolling are performed below the β transition temperature. Final annealing is performed at a temperature not higher than the β transition temperature. In this example, the final anneal was performed at 1400 ° F. for 2 hours and the sample was allowed to cool in the atmosphere.

化学的な分析を、結果のチタン合金#1に対して実行し、機械特性を測定した。チタン
合金#1は、4.82wt%のアルミニウム、2.92wt%のバナジウム、0.61wt%の鉄、0.19%の
酸素及び残部チタンの組成を有していることがわかった。窒素もまた0.001wt%の組成で
存在することがわかった。チタン合金板はまた、β共析(βEUT)に対するβ同形(βISO
)の安定化元素の割合(βISOEUT)が1.2であり、アルミニウム当量Aleqが10.0であり
、モリブデン当量Moeqが3.7であり、β転移温度Tβが1786°Fであり、密度が0.162lb/in3
であった。板の引張特性は、横方向及び長さ方向のいずれにおいても、同じ試料について
実施された多数の計測をもって、測定された。これらの測定結果は、下記の表4に提供さ
れている。表4において測定された引張特性は、129 ksiの平均UTS、121 ksiの平均TYS、
47.5%の平均RA及び13%の平均伸びをもたらしている。
Chemical analysis was performed on the resulting titanium alloy # 1 to measure mechanical properties. Titanium alloy # 1 was found to have a composition of 4.82 wt% aluminum, 2.92 wt% vanadium, 0.61 wt% iron, 0.19% oxygen and the balance titanium. Nitrogen was also found to be present at a composition of 0.001 wt%. Titanium alloy plate is also, beta isomorphous against beta eutectoid (β EUT)ISO
) Stabilizing Element Ratio (β ISO / β EUT ) is 1.2, Aluminum Equivalent Al eq is 10.0, Molybdenum Equivalent Mo eq is 3.7, β Transition Temperature T β is 1786 ° F, Density 0.162lb / in 3
Met. The tensile properties of the plates were measured with a number of measurements performed on the same sample in both the transverse and longitudinal directions. These measurement results are provided in Table 4 below. The tensile properties measured in Table 4 are 129 ksi average UTS, 121 ksi average TYS,
It has an average RA of 47.5% and an average growth of 13%.

4.82wt%のアルミニウム、2.92wt%のバナジウム、0.61wt%の鉄、0.19%の酸素及び残
部のチタンの組成を有する代表的なチタン合金は、0.430インチの厚みを有する板をもた
らすように加工された。チタン合金#1に対するV50値は、約1936 fpsであると測定され
た。この値は、0.430インチ厚の装甲板に対する米国の国防総省によって確立された最小
値の1864 fpsを、72 fpsの△V50範囲だけ超えている。
A typical titanium alloy with a composition of 4.82 wt% aluminum, 2.92 wt% vanadium, 0.61 wt% iron, 0.19% oxygen and the balance titanium is processed to yield a plate having a thickness of 0.430 inches. It was. The V 50 value for titanium alloy # 1 was measured to be about 1936 fps. This value exceeds the minimum value of 1864 fps established by the US Department of Defense for armor plates 0.430 inches thick by a ΔV 50 range of 72 fps.

比較例のチタン合金#C1-C3及びチタン合金#1について得られた弾道データは、表5
にプロットし、開示されたものとしてTi64について得られた過去の結果と比較した。この
過去の結果とは、例えば、「装甲穴あけ砲弾に対する防御のためのTIMETAL 6-4板の弾道
評価」、第9回チタンに関する世界会議、Vol.II、pp.1172-78、1999年、の予稿集の中
で、J.C.Fanningによって開示されており、それは、全体を参照することで、あたかも本
明細書の中で十分に述べられたかのように、組み込まれる。Ti64合金についてV50と板厚
との間の強い線形の相関関係が、Ti64のデータに対して最良の一致(R2=0.9964)である
点線によって示されるように、明らかにされた。0.40から0.46インチの範囲の板厚に対し
て得られたV50値を示す、図5の拡大された表示が図6に提供されている。代表的なチタ
ン合金#1に対して得られたデータは、図5−6において、白三角で示されている。各比
較例のチタン合金#C1-C3及びチタン合金#1は、同一の厚みの通常のTi64合金と比較し
て、V50における増大を示していたが、図5−6における結果は、最大の増加は、チタン
合金#1に対して得られたことを示している。すなわち、代表的なチタン合金#1は、す
べての他の合金よりも、より大きな差でTi64値を超えていた。また、それは、Ti64合金に
対する1883 fpsのV50予測値を、十分な差である53 fpsだけ超えていた。
The ballistic data obtained for the comparative titanium alloys # C1-C3 and titanium alloy # 1 are shown in Table 5.
And compared with past results obtained for Ti64 as disclosed. The past results include, for example, “Ballistic evaluation of TIMETAL 6-4 plate for defense against armor-piercing shells”, 9th World Conference on Titanium, Vol. 1172-78, 1999, disclosed by JCFanning, which is incorporated by reference as if fully set forth herein. A strong linear correlation between V 50 and plate thickness for Ti64 alloy was revealed, as shown by the dotted line that is the best match (R 2 = 0.9964) to the Ti64 data. An enlarged display of FIG. 5 is provided in FIG. 6 showing the V 50 values obtained for thicknesses ranging from 0.40 to 0.46 inches. Data obtained for a representative titanium alloy # 1 is shown as white triangles in FIGS. 5-6. Titanium alloy # C1-C3 and titanium alloy # 1 of each comparative example showed an increase in V 50 compared to a normal Ti64 alloy of the same thickness, but the results in FIGS. The increase indicates that it was obtained for titanium alloy # 1. That is, the representative titanium alloy # 1 exceeded the Ti64 value with a greater difference than all other alloys. It also exceeded the predicted V 50 value of 1883 fps for Ti64 alloy by 53 fps, a sufficient difference.

そして、この明細書に開示された典型的なチタン合金は、基本的に、残部チタンを含み
、重量パーセントで、4.2〜5.4%のアルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7%
の鉄、0.15〜0.19%の酸素からなる組成を有し、通常のTi64合金と同等かより良い機械及
び弾道特性を有する低コスト組成を提供している。得られる機械及び弾道特性は、「詳細
な仕様:装甲板、チタン合金、溶接可能」MIL-DTL-46077G、2006の中の米国の国防総省の
仕様書のような、クラス4装甲板に対する軍事仕様を超えている。この明細書で開示され
る典型的なチタン合金は、より低コストの組成物及び、軍事システムで使用する高品質の
装甲板を形成する低コストの手段をもたらすという優位性を有する。
And, the typical titanium alloy disclosed in this specification basically includes the balance titanium, and by weight percentage, 4.2-5.4% aluminum, 2.5-3.5% vanadium, 0.5-0.7%.
And low-cost compositions with mechanical and ballistic properties equivalent to or better than ordinary Ti64 alloys. The resulting mechanical and ballistic properties are “military specifications for class 4 armor plates, such as the US Department of Defense specification in MIL-DTL-46077G, 2006,“ Detailed specifications: armor plate, titanium alloy, weldable ”. Is over. The typical titanium alloy disclosed herein has the advantage of providing a lower cost composition and a lower cost means of forming high quality armor plates for use in military systems.

本発明の実施形態を記述するに当たり、明確にするため、次の用語を以下に与えられた
ように定義する。すべての試験は、ASTM E8の規定に従って実施され、弾道試験は、「軍
事標準:装甲に対するV50弾道試験」の中における、米国の国防総省の試験手順に従って
実施された。
引張降伏強度:材料が、応力とひずみの比例関係からの特定の限界となる逸脱(0.2%
)を示す工学的引張応力
最大抗張力 :破断するまで行われた引張試験の間の最大負荷及び試料の元の断面積か
ら算出し、材料が持ちこたえることが出来る最大の工学的引張応力
弾性係数 :引張試験の間の、比例関係の限外以下における、対応するひずみに対す
る応力の比率
伸び :引張試験の間の、破断後のゲージ長の増加(元のゲージ長の百分率とし
て表現される)
断面減少率 :引張試験の間の、破断後の引張試料の断面積の減少(元の断面積の百分
率として表現される)
V50弾道限界:特定の寸法及び、指定されたやり方で弾丸発射に対し相対的に位置決され
た地点を有する合金板を貫通するのに要求される、特定の弾丸タイプの平均速度。V50
、完全な貫通を生ずる衝突速度を、部分的貫通を生ずる衝突速度をもって、平均化するこ
とによって算出される。
α安定化元素:チタンの中に溶解させた時に、β変態温度を増加させることを起こす元素
β安定化元素:チタンの中に溶解させたときに、β変態温度の低減を起こす元素
β変態温度 :チタン合金が、α+βからβの結晶構造へ同素体の変態を完了する最低
の温度
共析化合物 :チタン及び、チタンリッチのβ相の分解によって形成される遷移金属の
金属間化合物
同形β安定化元素:βチタンと同じ相関係を有し、チタンと金属間化合物を形成しない
、β安定化元素
共析β安定化元素:チタンと金属間化合物を形成することが出来る、β安定化元素
In describing embodiments of the present invention, for purposes of clarity, the following terms will be defined as given below. All tests were conducted in accordance with ASTM E8 regulations, and ballistic tests were conducted in accordance with US Department of Defense test procedures in “Military Standards: V 50 Ballistic Test for Armor”.
Tensile yield strength: the material deviates from the proportional relationship between stress and strain (0.2%)
Engineering tensile stress indicating maximum tensile strength: Calculated from the maximum load during the tensile test conducted until breakage and the original cross-sectional area of the sample, the maximum engineering tensile stress that the material can hold Elastic modulus: Ratio of stress to corresponding strain below the limit of proportionality during tensile test Elongation: Increase in gauge length after failure (expressed as a percentage of the original gauge length) during tensile test
Cross-section reduction rate: reduction in the cross-sectional area of the tensile specimen after fracture during the tensile test (expressed as a percentage of the original cross-sectional area)
V 50 ballistic limit: the average velocity of a particular bullet type required to penetrate an alloy plate having a particular dimension and a point positioned relative to the bullet firing in a specified manner. V 50 is calculated by averaging the impact velocity that causes complete penetration with the impact velocity that causes partial penetration.
α-stabilizing element: an element that causes an increase in β-transformation temperature when dissolved in titanium β-stabilizing element: an element that causes a decrease in β-transformation temperature when dissolved in titanium β-transformation temperature : Minimum temperature at which titanium alloy completes transformation of allotrope from α + β to β crystal structure Eutectoid compound: Intermetallic compound of transition metal formed by decomposition of titanium and titanium-rich β phase Isomorphic β stabilizing element : Β-stabilizing element that has the same phase relationship as β-titanium and does not form an intermetallic compound with titanium, eutectoid β-stabilizing element: β-stabilizing element that can form an intermetallic compound with titanium

現在の発明が、特に、上記で示され、記載されたものに限定されないことは、当業者に
よって、認識されるであろう。それどころか、現在の発明の範囲は、特許請求の範囲によ
って定義される。上記の記載は、実施形態を図示した代表例に過ぎないことが、さらに理
解されるべきである。読者の便宜のため、上記の記載は、可能な実施形態の代表例、現在
の発明の原理を教示する例に集中している。他の実施例は、違う実施例の部分の違った組
合せから生じるのかも知れない。
It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention is not particularly limited to what has been shown and described above. On the contrary, the scope of the present invention is defined by the claims. It should be further understood that the above description is only representative of embodiments. For the convenience of the reader, the above description has focused on representative examples of possible embodiments, examples that teach the principles of the present invention. Other embodiments may result from different combinations of parts of different embodiments.

記述は、すべての可能性のある変化を網羅的に列挙することを試みていない。代替の実
施例は、この発明の特定の部分について、提供されていないかもしれず、記述された部分
の異なる組合せに起因するかも知れない。また、他の記述されていない代替の実施形態が
、ある部分に対して、利用出来るかも知れないことは、そのような代替の実施形態の放棄
であるとはみなされない。記述されていない実施形態の多くは、特許請求の範囲の文字通
りの範囲にあること及び、他のものも同等であることが、認識されるであろう。さらに、
この明細書を通じて引用された、すべての参照文献、出版物、米国特許及び米国特許出願
の出版物は、それらの全体を参照することで、まるでこの明細書の中で十分に述べられて
いるかのように組み込まれる。
The description does not attempt to exhaustively enumerate all possible changes. Alternative embodiments may not be provided for certain parts of the invention and may result from different combinations of the parts described. Also, the fact that other undescribed alternative embodiments may be available for certain parts is not considered a waiver of such alternative embodiments. It will be appreciated that many of the embodiments not described are within the literal scope of the claims and others are equivalent. further,
All references, publications, U.S. patents and publications of U.S. patent applications cited throughout this specification are fully described in this specification by reference in their entirety. Built in.

提供されているすべての百分率は、明細書及び特許請求の範囲のいずれにおいても、重
量による百分率(wt.%)である。
All percentages provided are percentages by weight (wt.%) In both the specification and the claims.

Claims (23)

基本的に、重量%で、4.2〜5.4%のアルミニウム、2.5〜3.5%のバナジウム、0.5〜0.7
%の鉄。0.15〜0.19%の酸素及び残部のチタンからなるチタン合金。
Basically, by weight, 4.2-5.4% aluminum, 2.5-3.5% vanadium, 0.5-0.7
% Iron. A titanium alloy consisting of 0.15-0.19% oxygen and the balance titanium.
前記合金が、基本的に、重量%で、約4.8%のアルミニウム、約3.0%のバナジウ
ム、約0.6%の鉄、約0.17%の酸素及び残部のチタンからなる、請求項1に記載の
チタン合金。
The alloy consists essentially of, by weight, about 4.8% aluminum, about 3.0% vanadium, about 0.6% iron, about 0.17% oxygen and the balance titanium. The titanium alloy according to claim 1.
前記合金は、β共析(βEUT)に対するβ同形(βISO)の安定化元素の割合(βISO/β
EUT)が約0.9〜約1.7であり、(βISO/βEUT)は、次のように定義され、
Mo、V、Cr及びFeは、それぞれ、合金における、モリブデン、バナジウム、クロム及び鉄
の重量%を示す、請求項1に記載のチタン合金。
The alloy has a ratio of β isomorphic (βISO) stabilizing elements to β eutectoid (βEUT) (βISO / β
EUT) is about 0.9 to about 1.7, and (βISO / βEUT) is defined as:
2. The titanium alloy according to claim 1, wherein Mo, V, Cr, and Fe respectively represent weight percentages of molybdenum, vanadium, chromium, and iron in the alloy.
前記合金は、β共析(βEUT)に対するβ同形(βISO)の安定化元素の割合(βISO/β
EUT)が約1.2である、請求項3に記載のチタン合金。
The alloy has a ratio of β isomorphic (βISO) stabilizing elements to β eutectoid (βEUT) (βISO / β
4. The titanium alloy of claim 3, wherein EUT) is about 1.2.
前記合金は、モリブデン当量MOeqが約3.1〜約4.4であり、MOeqは、次のように定
義され、
Mo、V、Cr及びFeは、合金における、それぞれ、モリブデン、バナジウム、クロム及び鉄
の重量%を示す、請求項1に記載のチタン合金。
The alloy has a molybdenum equivalent weight MOeq of about 3.1 to about 4.4, where MO eq is defined as follows:
The titanium alloy according to claim 1, wherein Mo, V, Cr and Fe represent weight percentages of molybdenum, vanadium, chromium and iron, respectively, in the alloy.
前記合金は、モリブデン当量MOeqが約3.8である、請求項5に記載のチタン合金。 The titanium alloy of claim 5, wherein the alloy has a molybdenum equivalent weight MO eq of about 3.8. 前記合金は、アルミニウム当量Aleqが約8.3〜約10.5であり、Aleqは、次のよう
に定義され、
Aleq=Al+27O
AlとOは、それぞれ、合金における、アルミニウムと酸素の重量%を示す、請求項1に記
載のチタン合金。
The alloy has an aluminum equivalent Al eq of about 8.3 to about 10.5, where Al eq is defined as:
Al eq = Al + 27O
The titanium alloy according to claim 1, wherein Al and O each represent a weight percentage of aluminum and oxygen in the alloy.
前記合金は、アルミニウム当量Aleqが約9.4であることを特徴とする、請求項7に記
載のチタン合金。
The titanium alloy according to claim 7, wherein the alloy has an aluminum equivalent Al eq of about 9.4.
前記合金は、β変態温度Tβが約1732゜F〜約1820°Fである、請求項1に記載のチタン
合金。
The alloy, beta transformation temperature T beta is about 1732 ° F~ about 1820 ° F, a titanium alloy according to claim 1.
前記合金は、β変態温度Tβが約1775゜Fである、請求項9に記載のチタン合金。 The titanium alloy of claim 9, wherein the alloy has a β transformation temperature of about 1775 ° F. チタン合金に存在するいずれかの不純物元素の最大濃度が0.1重量%であり、全ての
不純物の合算濃度が0.4重量%以下である、請求項1に記載のチタン合金。
The titanium alloy according to claim 1, wherein the maximum concentration of any impurity element present in the titanium alloy is 0.1 wt%, and the combined concentration of all impurities is 0.4 wt% or less.
前記合金が、長さ方向と横方向のいずれにおいても、引張降伏強度が少なくとも約120,
000psiであり且つ最大抗張力が少なくとも約128,000psiであり、断面減少率が少なくとも
約43%であり、伸びが少なくとも約12%であることを特徴とする請求項1に記載のチタン
合金。
The alloy has a tensile yield strength of at least about 120, both in the longitudinal and transverse directions.
The titanium alloy of claim 1, wherein the titanium alloy is 000 psi and has a maximum tensile strength of at least about 128,000 psi, a cross-sectional reduction of at least about 43%, and an elongation of at least about 12%.
請求項1に記載のチタン合金を含む板。   A plate comprising the titanium alloy according to claim 1. 板の厚みが約0.425インチ〜約0.450インチの間である、請求項13に記載の
板。
14. The plate of claim 13, wherein the thickness of the plate is between about 0.425 inches and about 0.450 inches.
前記板が、少なくとも約1,848fpsの弾道限界V50を有する、請求項14に記載の板。 The plate has a ballistic limit V 50 of at least about 1,848Fps, plate of claim 14. 前記板は、約0.430インチの厚さ、及び、約1936fpsの弾道限界V50を有する、請求項1
5に記載の板。
The plate has a thickness of about 0.430 inches and a ballistic limit V 50 of about 1936 fps.
5. The plate according to 5.
冷炉床炉において、アルミニウム、バナジウム、鉄及びチタンを適度な割合で含むリサ
イクル材料の複合物を溶融し、溶融合金を形成する工程と、前記溶けた合金を鋳型に投入
する工程とを具える、基本的に、重量%で、4.2〜5.4%のアルミニウム、2.5〜
3.5%のバナジウム、0.5〜0.7重量%の鉄、0.15〜0.19重量%の酸素及
び残部のチタンからなるチタン合金を生産する方法。
In a cold hearth furnace, a step of melting a composite of recycled materials containing aluminum, vanadium, iron, and titanium in an appropriate ratio to form a molten alloy, and a step of putting the molten alloy into a mold Basically, 4.2 to 5.4% aluminum by weight, 2.5 to
A method for producing a titanium alloy comprising 3.5% vanadium, 0.5-0.7% by weight iron, 0.15-0.19% by weight oxygen and the balance titanium.
前記リサイクル材料が、64チタンのダライ粉、スポンジチタン、鉄及びアルミニウム
ショットを含む、請求項17に記載の方法。
The method of claim 17, wherein the recycled material comprises 64 titanium dala powder, sponge titanium, iron and aluminum shot.
リサイクル材料が、約70.4%の64チタンのダライ粉、約28.0%のチタンスポ
ンジ、約0.4%の鉄及び約1.1%のアルミニウムショットを含む、請求項18に記載
の方法。
19. The recycled material according to claim 18, wherein the recycled material comprises about 70.4% 64 titanium Dalai powder, about 28.0% titanium sponge, about 0.4% iron and about 1.1% aluminum shot. Method.
リサイクル材料が、64チタンのダライ粉、商用の純チタンスクラップとスポンジ高鉄
を含む、請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein the recycled material comprises 64 titanium Dalai powder, commercial pure titanium scrap and sponge high iron.
前記溶融合金が、長方形の形状を持つスラブを形成するため、長方形の鋳型で流し込ま
れる、請求項17に記載の方法。
The method of claim 17, wherein the molten alloy is cast in a rectangular mold to form a slab having a rectangular shape.
さらに、前記スラブに、β変態温度より高い温度の初期圧延及びβ変態温度より低い温
度の最終圧延を施す工程と、β変態温度より低い温度の前記板の仕上焼鈍を行う工程とを
具えることを特徴とする請求項21に記載の方法。
Further, the slab includes an initial rolling at a temperature higher than the β transformation temperature and a final rolling at a temperature lower than the β transformation temperature, and a step of finish annealing the plate at a temperature lower than the β transformation temperature. The method of claim 21, wherein:
前記仕上焼鈍が、1400°Fでなされ、前記板が、大気雰囲気において室温まで冷やされ
ることを特徴とする請求項22に記載の方法。
23. The method of claim 22, wherein the finish annealing is at 1400 [deg.] F. and the plate is cooled to room temperature in an air atmosphere.
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