RU2575276C2 - Treatment of alpha/beta titanium alloys - Google Patents

Treatment of alpha/beta titanium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2575276C2
RU2575276C2 RU2013107028/02A RU2013107028A RU2575276C2 RU 2575276 C2 RU2575276 C2 RU 2575276C2 RU 2013107028/02 A RU2013107028/02 A RU 2013107028/02A RU 2013107028 A RU2013107028 A RU 2013107028A RU 2575276 C2 RU2575276 C2 RU 2575276C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium alloy
cold
range
temperature
inch
Prior art date
Application number
RU2013107028/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013107028A (en
Inventor
Дэвид Дж. БРАЙАН
Original Assignee
ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК.
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
Priority claimed from US12/838,674 external-priority patent/US9255316B2/en
Application filed by ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК. filed Critical ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ, ИНК.
Publication of RU2013107028A publication Critical patent/RU2013107028A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575276C2 publication Critical patent/RU2575276C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the metallurgy, namely to the methods of production of high strength α+β-titanium alloys, that can be used in engineering, where combination of high strength and corrosion resistance, and small weight is necessary. Method item forming out of α+β-titanium alloy containing in wt %: aluminium from 2.90 to 5.00, vanadium from 2.00 to 3.00, iron from 0.40 to 2.00, oxygen from 0.10 to 0.30, titanium and unintentional impurities - rest, includes cold pressure working of the alloy at temperature in range from ambient temperature to 500°F, and ageing at temperature in range from 700°F to 1200°F after cold pressure working without the solution treatment between cold pressure working and ageing.
EFFECT: alloy is characterised by high mechanical characteristics, high corrosion resistance, there are no high thermal and internal stresses or bucking.
29 cl, 12 dwg, 6 tbl, 3 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее изобретение относится к способам получения высокопрочных альфа/бета (α+β)-титановых сплавов и к продуктам, получаемым описанными способами.[0001] The present invention relates to methods for producing high-strength alpha / beta (α + β) -titanium alloys and to products obtained by the described methods.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

[0002] Титан и сплавы на основе титана находят широкое применение благодаря относительно высокой прочности, низкой плотности и хорошей коррозионной стойкости этих материалов. Например, титан и сплавы на основе титана широко используются в аэрокосмической отрасли из-за высокого отношения прочность/вес и коррозионной стойкости этих материалов. Известно, что одними из групп титановых сплавов, которые находят широкое применение, являются альфа-бета (α+β)сплавы Ti-6Al-4V, имеющие следующий номинальный состав, в процентах по весу: алюминий - 6%; ванадий - 4%, кислород - менее 0,20% и титан - остальное.[0002] Titanium and titanium-based alloys are widely used due to the relatively high strength, low density and good corrosion resistance of these materials. For example, titanium and titanium-based alloys are widely used in the aerospace industry due to the high strength / weight ratio and corrosion resistance of these materials. It is known that one of the groups of titanium alloys that are widely used are alpha-beta (α + β) Ti-6Al-4V alloys having the following nominal composition, in percent by weight: aluminum - 6%; vanadium - 4%, oxygen - less than 0.20% and titanium - the rest.

[0003] Сплавы Ti-6Al-4V являются одними из самых распространенных промышленно выпускаемых материалов на основе титана, их долю на рынке оценивают свыше 50% от общей доли рынка материалов на основе титана. Сплавы Ti-6Al-4V находят ряд применений, где необходимо сочетание высокой прочности сплавов при низкой-умеренной температурах, небольшого веса и коррозионной стойкости. Например, сплавы Ti-6Al-4V применяют для производства компонентов авиационных двигателей, конструктивных элементов летательных аппаратов, крепежных деталей, автомобильных компонентов с высокими эксплуатационными характеристиками, компонентов для медицинских устройств, спортивного оборудования, компонентов для морского применения, а также компонентов для химического технологического оборудования.[0003] Ti-6Al-4V alloys are one of the most common industrially produced titanium-based materials; their market share is estimated at over 50% of the total market share of titanium-based materials. Ti-6Al-4V alloys find a number of applications where a combination of high strength alloys at low-moderate temperatures, light weight and corrosion resistance is required. For example, Ti-6Al-4V alloys are used for the manufacture of aircraft engine components, aircraft structural components, fasteners, high-performance automotive components, components for medical devices, sports equipment, components for marine applications, as well as components for chemical process equipment .

[0004] Прокат на основе сплава Ti-6Al-4V обычно используются либо в отожженном для улучшения пластичности состоянии, либо в обработанном на твердый раствор и состаренном (ОТРС) состоянии. Относительно более низкая прочность проката на основе сплава Ti-6Al-4V может быть обеспечена в отожженном для улучшения пластичности состоянии. Используемый здесь термин «отожженное для улучшения пластичности состояние» относится к состоянию титанового сплава после называемой «отжигом» термической обработки для улучшения пластичности, при которой заготовку отжигают при повышенной температуре (например, 1200-1500°F / 649-816°C) в течение примерно 1-8 часов и охлаждают в неподвижном воздухе. Отжиг для улучшения пластичности выполняют после горячей обработки заготовки давлением в α+β-фазной области. Сплавы Ti-6Al-4V в отожженном для улучшения пластичности состоянии имеют минимальный предписанный предел прочности при растяжении 130 тысяч фунтов/кв. дюйм (896 МПа) и минимальный предписанный предел текучести 120 тысяч фунтов/кв. дюйм (827 МПа) при комнатной температуре. См., например, Aerospace Material Specifications (Спецификации аэрокосмических материалов) (AMS) 4928 и 6931 А, которые включены сюда путем ссылки.[0004] Rolled products based on Ti-6Al-4V alloy are usually used either in the state annealed to improve ductility or in a solid solution and aged (OTP) state. Relatively lower strength of rolled products based on the Ti-6Al-4V alloy can be provided in the annealed condition to improve ductility. The term “annealed to improve ductility” as used herein refers to the state of a titanium alloy after what is called “annealing” heat treatment to improve ductility, in which the workpiece is annealed at elevated temperature (for example, 1200-1500 ° F / 649-816 ° C) for approximately 1-8 hours and cooled in still air. Annealing to improve ductility is performed after hot processing of the workpiece by pressure in the α + β-phase region. Alloys of Ti-6Al-4V annealed to improve ductility have a minimum prescribed tensile strength of 130 thousand psi. inch (896 MPa) and a minimum prescribed yield strength of 120 thousand psi. inch (827 MPa) at room temperature. See, for example, Aerospace Material Specifications (AMS) 4928 and 6931 A, which are incorporated herein by reference.

[0005] Для того чтобы увеличить прочность сплавов Ti-6Al-4V, материалы обычно подвергают термической обработке ОТРС. Термические обработки ОТРС обычно проводят после горячей обработки заготовки давлением в α+β-фазной области. ОТРС называется термическая обработка заготовки при повышенной температуре ниже температуры β-превращения (например, 1725-1775°F/940-968°C) при относительно коротком времени выдержки при определенной температуре (например, примерно 1 час) и затем быстрое закаливание заготовки водой или эквивалентной средой. Закаленную заготовку подвергают старению при повышенной температуре (например, 900-1200°F/482-649°C) в течение примерно 4-8 часов и охлаждают в неподвижном воздухе. Сплавы Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС имеют минимальный предписанный предел прочности при растяжении 150-165 тысяч фунтов/кв. дюйм (1034-1138 МПа) и минимальный предписанный предел текучести 140-155 тысяч фунтов/кв. дюйм (965-1069 МПа) при комнатной температуре, в зависимости от диаметра или толщины изделия, подвергаемого ОТРС. См., например, AMS 4965 и AMS 6930А, которые включены сюда путем ссылки.[0005] In order to increase the strength of Ti-6Al-4V alloys, the materials are usually heat treated by OPCS. Heat treatment of OTRS is usually carried out after hot processing of the workpiece by pressure in the α + β-phase region. OTRS is the heat treatment of a workpiece at an elevated temperature below the β-transformation temperature (for example, 1725-1775 ° F / 940-968 ° C) with a relatively short exposure time at a certain temperature (for example, about 1 hour) and then quickly quenching the workpiece with water or equivalent medium. The hardened billet is aged at elevated temperature (for example, 900-1200 ° F / 482-649 ° C) for about 4-8 hours and cooled in still air. Ti-6Al-4V alloys in the OPC state have a minimum prescribed tensile strength of 150-165 thousand psi. inch (1034-1138 MPa) and a minimum prescribed yield strength of 140-155 thousand psi. inch (965-1069 MPa) at room temperature, depending on the diameter or thickness of the product subjected to OTP. See, for example, AMS 4965 and AMS 6930A, which are incorporated herein by reference.

[0006] Однако существует ряд ограничений в использовании термических обработок ОТРС для достижения высокой прочности сплавов Ti-6Al-4V. Например, присущие материалу физические свойства и необходимость в быстрой закалке во время обработки ОТРС ограничивают размеры и измерения изделий, которые могут достичь высокой прочности, и могут демонстрировать относительно большие термические напряжения, внутренние напряжения, коробление и размерную деформацию. Это изобретение относится к способам обработки определенных α+β-титановых сплавов с целью обеспечения механических свойств, которые сопоставимы или превышают свойства сплавов Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС, но не страдают от ограничений обработки ОТРС.[0006] However, there are a number of limitations in the use of OPCS heat treatments to achieve the high strength of Ti-6Al-4V alloys. For example, the inherent physical properties of the material and the need for quick hardening during OPCS processing limit the dimensions and measurements of products that can achieve high strength and can exhibit relatively high thermal stresses, internal stresses, warping, and dimensional deformation. This invention relates to methods for treating certain α + β-titanium alloys to provide mechanical properties that are comparable to or superior to the properties of Ti-6Al-4V alloys in the OPCS state, but do not suffer from the limitations of the OPCS processing.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0007] Варианты воплощения изобретения, описанные здесь, относятся к способам формовки изделия из α+β-титанового сплава. Способы включают холодную обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F (260°C) и, после этапа холодной обработки давлением, старение α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 700°F до 1200°F (371-649°C). α+β-Титановый сплав содержит, в весовых процентах, от 2,90% до 5,00% алюминия, от 2,00% до 3,00% ванадия, от 0,40% до 2,00% железа, от 0,10% до 0,30% кислорода, случайные примеси и титан.[0007] Embodiments of the invention described herein relate to methods of forming an article of an α + β-titanium alloy. The methods include cold pressure treatment of an α + β-titanium alloy at a temperature in the range from ambient temperature to 500 ° F (260 ° C) and, after the cold pressure step, aging of an α + β-titanium alloy at a temperature in the range of 700 ° F up to 1200 ° F (371-649 ° C). α + β-Titanium alloy contains, in weight percent, from 2.90% to 5.00% aluminum, from 2.00% to 3.00% vanadium, from 0.40% to 2.00% iron, from 0 10% to 0.30% oxygen, random impurities and titanium.

[0008] Понятно, что раскрытое и описанное здесь изобретение не ограничивается вариантами воплощения, описанными в разделе «Сущность изобретения».[0008] It is understood that the invention disclosed and described herein is not limited to the embodiments described in the Summary of the Invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0009] Характеристики различных неограничительных вариантов воплощения изобретения, раскрытых и описанных здесь, могут быть лучше понятны при обращении к сопровождающим их фигурам, среди которых:[0009] The characteristics of the various non-limiting embodiments of the invention disclosed and described herein may be better understood when referring to the accompanying figures, including:

[0010] Фигура 1 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего предела текучести в зависимости от степени холодной обработки давлением, количественно выраженной как относительное уменьшение площади поперечного сечения в процентах (%RA) для холоднотянутых прутков α+β-титанового сплава в состоянии после волочения;[0010] Figure 1 is a graph of the average tensile strength and the average yield strength as a function of the degree of cold working, quantitatively expressed as the relative decrease in cross-sectional area in percent (% RA) for cold drawn rods of an α + β-titanium alloy in the after state drawing

[0011] Фигура 2 - график средней пластичности, количественно выраженной как относительное удлинение при растяжении в процентах для холоднотянутых прутков α+β-титанового сплава в состоянии после волочения;[0011] Figure 2 is a graph of average ductility quantified as percent elongation in tension for cold drawn bars of an α + β-titanium alloy in a post-drawing state;

[0012] Фигура 3 - график предела прочности при растяжении и предела текучести в зависимости от относительного удлинения в процентах для прутков α+β-титанового сплава после холодной обработки давлением и сразу же старения в соответствии с вариантами воплощения описанных здесь способов;[0012] Figure 3 is a graph of tensile strength and yield strength versus elongation as a percentage for bars of α + β-titanium alloy after cold working and immediately aging in accordance with embodiments of the methods described herein;

[0013] Фигура 4 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего предела текучести в зависимости от среднего относительного удлинения для прутков α+β-титанового сплава после холодной обработки давлением и сразу же старения в соответствии с описанными здесь способами;[0013] Figure 4 is a graph of average tensile strength and average yield strength versus average elongation for bars of an α + β-titanium alloy after cold forming and immediately aging in accordance with the methods described herein;

[0014] Фигура 5 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего значения предела текучести в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 20% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0014] Figure 5 is a graph of the average tensile strength and the average yield strength versus aging temperature for bars of α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 20% relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at a temperature;

[0015] Фигура 6 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего предела текучести в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 30% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0015] Figure 6 is a graph of the average tensile strength and the average yield strength as a function of aging temperature for bars of α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 30% relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at a temperature;

[0016] Фигура 7 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего предела текучести в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 40% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0016] Figure 7 is a graph of the average tensile strength and the average yield strength versus aging temperature for bars of α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 40% of the relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at a temperature;

[0017] Фигура 8 - график среднего относительного удлинения в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 20% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0017] Figure 8 is a graph of average elongation versus aging temperature for rods of α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 20% relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at temperature;

[0018] Фигура 9 - график среднего относительного удлинения в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 30% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0018] Figure 9 is a graph of average elongation versus aging temperature for bars of an α + β-titanium alloy subjected to cold working to 30% relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at a temperature;

[0019] Фигура 10 - график среднего относительного удлинения в зависимости от температуры старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 40% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению в течение 1 часа или 8 часов при температуре;[0019] Figure 10 is a graph of average elongation versus aging temperature for bars of an α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 40% relative reduction in cross-sectional area and aging for 1 hour or 8 hours at a temperature;

[0020] Фигура 11 - график среднего предела прочности при растяжении и среднего предела текучести в зависимости от времени старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 20% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению при температуре 850°F (454°C) или 1100°F (593°C); и[0020] Figure 11 is a graph of the average tensile strength and the average yield strength versus aging time for bars of α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 20% relative reduction in cross-sectional area and aging at a temperature of 850 ° F ( 454 ° C) or 1100 ° F (593 ° C); and

[0021] Фигура 12 - график среднего относительного удлинения в зависимости от времени старения для прутков α+β-титанового сплава, подвергнутых холодной обработке давлением до 20% относительного уменьшения площади поперечного сечения и старению при температуре 850°F (454°C) или 1100°F (593°C).[0021] Figure 12 is a graph of average elongation versus aging time for bars of an α + β-titanium alloy subjected to cold working up to 20% relative reduction in cross-sectional area and aging at 850 ° F (454 ° C) or 1100 ° F (593 ° C).

[0022] Читатель оценит вышеизложенные, а также другие подробности при рассмотрении следующего подробного описания различных неограничительных вариантов воплощения в соответствии с настоящим изобретением. Читатель также может осмыслить дополнительные подробности при реализации или использовании описанных здесь вариантов воплощения.[0022] The reader will appreciate the foregoing as well as other details when considering the following detailed description of various non-limiting embodiments in accordance with the present invention. The reader may also appreciate further details when implementing or using the embodiments described herein.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF NON-LIMITING EMBODIMENTS

[0023] Следует понимать, что описание раскрытых вариантов воплощения было упрощено для того, чтобы проиллюстрировать только те признаки и характеристики, которые необходимы для четкого понимания описанных вариантов воплощения, в то время как другие признаки и характеристики исключены для ясности. Специалисты в этой области при рассмотрении этого описания раскрытых вариантов воплощения поймут, что другие признаки и характеристики могут оказаться желательными при конкретной реализации или применении описанных вариантов воплощения. Однако, поскольку такие другие признаки и характеристики могут быть легко установлены и реализованы специалистами в этой области при рассмотрении этого описания раскрытых вариантов воплощения и, следовательно, не являются обязательными для полного понимания описанных вариантов воплощения, описание таких признаков, характеристик и тому подобного здесь не приводится. В связи с этим, должно быть понятно, что изложенное здесь описание является лишь примером и иллюстрацией описанных вариантов воплощения и не предназначено для ограничения объема изобретения, определяемого формулой изобретения.[0023] It should be understood that the description of the disclosed embodiments has been simplified in order to illustrate only those features and characteristics that are necessary for a clear understanding of the described embodiments, while other features and characteristics are excluded for clarity. Specialists in this field when considering this description of the disclosed embodiments will understand that other features and characteristics may be desirable in a particular implementation or application of the described embodiments. However, since such other features and characteristics can be easily established and implemented by specialists in this field when considering this description of the disclosed embodiments and, therefore, are not necessary for a complete understanding of the described embodiments, a description of such features, characteristics and the like is not given here. . In this regard, it should be understood that the description set forth here is only an example and illustration of the described embodiments and is not intended to limit the scope of the invention defined by the claims.

[0024] В настоящем изобретении, если не указано иное, все числовые параметры следует понимать как предваряемые и модифицируемые во всех случаях термином «примерно», в рамках которого числовые параметры обладают присущей характеристикам изменчивостью, обусловленной лежащими в основе методами измерения, используемыми для определения числового значения параметра. В крайнем случае, и не как попытка ограничить применение теории эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр, описанный в описании настоящего изобретения, должен по меньшей мере быть истолкован в свете числа записанных значащих цифр и путем применения обычных методов округления.[0024] In the present invention, unless otherwise indicated, all numerical parameters should be understood as being preliminarily and modifiable in all cases by the term “about”, within which numerical parameters have characteristic inherent variability due to the underlying measurement methods used to determine the numerical parameter values. As a last resort, and not as an attempt to limit the application of the theory of equivalents to the scope of the claims, each numerical parameter described in the description of the present invention should at least be construed in light of the number of significant digits recorded and by applying conventional rounding methods.

[0025] Также любой приводимый здесь числовой диапазон предназначен включать все поддиапазоны, отнесенные к указанному диапазону. Например, диапазон «от 1 до 10» предназначен включать все поддиапазоны между (и включая) приведенным минимальным значением 1 и приведенным максимальным значением 10, то есть с минимальным значением равным или большим 1 и максимальным значением равным или меньшим 10. Любое максимальное числовое ограничение, указанное здесь, предназначено включать все более низкие числовые ограничения, относящиеся к приведенной величине, а любое минимальное числовое ограничение, указанное здесь, предназначено включать все более высокие числовые ограничения, относящиеся к приведенной величине. Соответственно, заявитель оставляет за собой право вносить изменения в настоящее раскрытие, в том числе в формулу изобретения, чтобы определенно указать любой поддиапазон, включенный в диапазоны, четко указанные в настоящем документе. Все такие диапазоны предназначены быть неявно раскрытыми здесь, так что внесение изменений в четко указанные любые такие поддиапазоны будет соответствовать требованиям 35 U.S.C. §112, первый параграф, и 35 U.S.С. §132(а).[0025] Also, any numerical range provided herein is intended to include all sub-ranges assigned to the specified range. For example, the range “from 1 to 10” is intended to include all subranges between (and including) the reduced minimum value of 1 and the reduced maximum value of 10, that is, with a minimum value equal to or greater than 1 and a maximum value equal to or less than 10. Any maximum numerical limitation, what is indicated here is intended to include all lower numerical limitations related to the given value, and any minimum numerical limitation indicated here is intended to include all higher numerical limitations, related to the given value. Accordingly, the applicant reserves the right to amend the present disclosure, including the claims, to specifically indicate any subband included in the ranges clearly indicated in this document. All such ranges are intended to be implicitly disclosed here, so that the modification of any clearly indicated any such ranges will comply with 35 U.S.C. §112, first paragraph, and 35 U.S.C. § 132 (a).

[0026] Грамматические формы единственного и множественного числа, используемые здесь, предназначены включать «по меньшей мере один» или «один или более», если не указано иное. Таким образом, формы единственного и множественного числа используются здесь, чтобы назвать один или более (то есть «по меньшей мере один») из объектов этих грамматических форм. К примеру, «компонент» означает один или более компонентов, и, таким образом, возможно, более чем один компонент предполагается и может быть применен или использован при реализации описанных вариантов воплощения.[0026] The grammatical singular and plural forms used herein are intended to include “at least one” or “one or more” unless otherwise indicated. Thus, the singular and plural forms are used here to name one or more (that is, “at least one”) of the objects of these grammatical forms. For example, “component” means one or more components, and thus, possibly more than one component is contemplated and can be applied or used in the implementation of the described embodiments.

[0027] Любой патент, публикация или другой материал раскрытия, о котором указано, что он включен сюда путем ссылки, включен сюда в полном объеме, если не указано иное, но только в той степени, в которой включенный материал не противоречит существующим определениям, утверждениям или другому материалу раскрытия, четко изложенным в этом описании. Как таковое и в необходимой степени, четкое описание изобретения, изложенное здесь, заменяет собой любой противоречивый материал, включенный сюда путем ссылки. Любой материал или его часть, о котором указано, что он включен сюда путем ссылки, но который противоречит существующим определениям, утверждениям или другому материалу раскрытия, изложенным здесь, включены только в той степени, в которой не возникает противоречия между включенным материалом и существующим материалом раскрытия. Заявитель оставляет за собой право вносить изменения в описание настоящего изобретения, чтобы прямо указывать любой объект или его часть, включенный сюда путем ссылки.[0027] Any patent, publication or other disclosure material that is indicated to be incorporated by reference is included in full, unless otherwise indicated, but only to the extent that the material included does not contradict existing definitions, statements or other disclosure material clearly set forth in this description. As such, and to the extent necessary, a clear description of the invention set forth herein supersedes any controversial material, incorporated herein by reference. Any material or part thereof, which is indicated to be included here by reference, but which contradicts the existing definitions, statements or other disclosure material set forth herein, is included only to the extent that there is no conflict between the material included and the existing disclosure material . The applicant reserves the right to amend the description of the present invention to directly indicate any object or part thereof, incorporated herein by reference.

[0028] Настоящее раскрытие включает описания различных вариантов воплощения. Следует понимать, что описанные здесь различные варианты воплощения являются примерными, иллюстративными и неограничительными. Таким образом, настоящее раскрытие не ограничивается описанием различных примерных, иллюстративных и неограничительных вариантов воплощения. Скорее изобретение определяется пунктами формулы изобретения, которые могут быть изменены, чтобы указать любые признаки или характеристики, явно или неявно описанные в настоящем раскрытии или иным образом четко или явно поддерживаемые им. Кроме того, заявитель оставляет за собой право вносить изменения в формулу изобретения, чтобы правомочно отказаться от признаков или характеристик, которые могут присутствовать в уровне техники. Таким образом, любые такие изменения будут соответствовать требованиям 35 U.S.C. §112, первый параграф, и 35 U.S.C. §132(a). Различные варианты воплощения изобретения, раскрытые и описанные здесь, могут включать, состоять из или по существу состоять из признаков и характеристик, по-разному описываемых здесь.[0028] The present disclosure includes descriptions of various embodiments. It should be understood that the various embodiments described herein are exemplary, illustrative, and non-limiting. Thus, the present disclosure is not limited to the description of various exemplary, illustrative and non-limiting embodiments. Rather, the invention is defined by claims that may be modified to indicate any features or characteristics explicitly or implicitly described in this disclosure or otherwise clearly or explicitly supported by it. In addition, the applicant reserves the right to amend the claims in order to legally refuse the features or characteristics that may be present in the prior art. Therefore, any such changes will comply with 35 U.S.C. §112, first paragraph, and 35 U.S.C. § 132 (a). Various embodiments of the invention disclosed and described herein may include, consist of, or essentially consist of features and characteristics, described differently herein.

[0029] Различные варианты воплощения, описанные здесь, относятся к термомеханическим способам формовки (формирования) изделия из α+β-титанового сплава, имеющего другой химический состав, чем сплавы Ti-6Al-4V. В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав содержит, в весовых процентах, от 2,90 до 5,00 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 0,40 до 2,00 железа, от 0,20 до 0,30 кислорода, случайные примеси и титан. Эти α+β-титановые сплавы (которые называются здесь «сплавы Косака») описаны в выданном на имя Косака патенте США №5980655, который включен сюда путем ссылки. Номинальный коммерческий состав сплавов Косака содержит, в весовых процентах, 4,00 алюминия, 2,50 ванадия, 1,50 железа, 0,25 кислорода, случайные примеси и титан, и может быть назван сплавом Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0,25O.[0029] The various embodiments described herein relate to thermomechanical methods of forming (forming) an article from an α + β-titanium alloy having a different chemical composition than Ti-6Al-4V alloys. In various embodiments, the α + β-titanium alloy contains, in weight percent, from 2.90 to 5.00 aluminum, from 2.00 to 3.00 vanadium, from 0.40 to 2.00 iron, from 0.20 up to 0.30 oxygen, random impurities and titanium. These α + β-titanium alloys (which are referred to herein as “Kosaka alloys”) are described in US Patent No. 5,980,655 to Kosaka, which is incorporated herein by reference. The nominal commercial composition of Kosaka alloys contains, in weight percent, 4.00 aluminum, 2.50 vanadium, 1.50 iron, 0.25 oxygen, random impurities and titanium, and may be called Ti-4Al-2.5V-1 alloy 5Fe-0.25O.

[0030] Патент США №5980655 («патент ′655») описывает использование α+β-термомеханической обработки для формовки плит из слитков из сплава Косака. Сплавы Косака были разработаны как более дешевая альтернатива сплавам Ti-6Al-4V для применения в качестве баллистической броневой плиты. α+β-Термомеханическая обработка, описанная в патенте ′655, включает:[0030] US Patent No. 5,980,655 (“655 patent”) describes the use of α + β thermomechanical processing for forming slabs of Kosaka alloy ingots. Kosaka alloys were developed as a cheaper alternative to Ti-6Al-4V alloys for use as a ballistic armor plate. α + β-Thermomechanical treatment described in the ′ 655 patent includes:

(a) формирование слитка, имеющего состав сплава Косака;(a) forming an ingot having a Kosaka alloy composition;

(b) ковку слитка в β-области при температуре выше температуры β-превращения сплава (например, при температуре выше 1900°F (1038°C)) с получением промежуточного сляба;(b) forging the ingot in the β region at a temperature above the β-transformation temperature of the alloy (for example, at a temperature above 1900 ° F (1038 ° C)) to obtain an intermediate slab;

(c) ковку промежуточного сляба в α+β-области при температуре ниже температуры β-превращения сплава, но в α+β-фазной области, например, при температуре 1500-1775°F (815-968°C);(c) forging an intermediate slab in the α + β region at a temperature below the β-transformation temperature of the alloy, but in the α + β phase region, for example, at a temperature of 1500-1775 ° F (815-968 ° C);

(d) прокатку сляба в α+β-области до плиты конечной толщины при температуре ниже температуры β-превращения сплава, но в α+β-фазной области, например, при температуре 1500-1775°F (815-968°C); и(d) rolling the slab in the α + β region to a plate of finite thickness at a temperature below the β-transformation temperature of the alloy, but in the α + β-phase region, for example, at a temperature of 1500-1775 ° F (815-968 ° C); and

(e) термическую обработку (отжиг) для улучшения пластичности при температуре 1300-1500°F (704-815°C).(e) heat treatment (annealing) to improve ductility at a temperature of 1300-1500 ° F (704-815 ° C).

[0031] Плиты, изготовленные в соответствии со способами, описанными в патенте ′655, обладали баллистическими свойствами, сравнимыми или превосходящими свойства плит из сплава Ti-6Al-4V. Однако плиты, изготовленные в соответствии со способами, описанными в патенте ′655, обладали при комнатной температуре прочностями при растяжении, которые меньше, чем высокие прочности, достигаемые сплавами Ti-6Al-4V после обработки ОТРС.[0031] Plates made in accordance with the methods described in the ′ 655 patent had ballistic properties comparable or superior to those of Ti-6Al-4V alloy plates. However, slabs made in accordance with the methods described in the '655 patent had tensile strengths at room temperature that were less than the high strengths achieved by Ti-6Al-4V alloys after treatment with OTRS.

[0032] Сплавы Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС могут иметь предел прочности при растяжении примерно 160-177 тысяч фунтов/кв. дюйм (1103-1220 МПа) и предел текучести примерно 150-164 тысяч фунтов/кв. дюйм (1034-1131 МПа) при комнатной температуре. Однако из-за определенных физических свойств Ti-6Al-4V, таких как относительно низкая теплопроводность, предел прочности при растяжении и предел текучести, которые могут быть достигнуты со сплавами Ti-6Al-4V посредством обработки ОТРС, зависят от размера изделия из сплава Ti-6Al-4V, подвергаемого обработке ОТРС. В связи с этим относительно низкая теплопроводность сплавов Ti-6Al-4V ограничивает диаметр/толщину изделий, которые можно полностью отвердить/упрочнить, используя обработку ОТРС, поскольку внутренние части изделий из этого сплава большого диаметра или толстого сечения не охлаждаются с достаточной скоростью во время закалки, чтобы образовалась главным образом альфа-штрих фаза (α′-фаза). Таким образом, обработка ОТРС изделия из сплава Ti-6Al-4V большого диаметра или толстого сечения дает в результате изделие, имеющее дисперсионно-упрочненный поверхностный слой, окружающий относительно более слабое ядро без того же уровня дисперсионного упрочнения, что может значительно снизить общую прочность изделия. Например, прочность изделий из сплава Ti-6Al-4V начинает снижаться для изделий, имеющих малые размеры (например, диаметры или толщины), большие чем примерно 0,5 дюйма (1,27 см), и обработка ОТРС не является выгодной для изделий из сплава Ti-6Al-4V, имеющих малые размеры, больше чем примерно 3 дюйма (7,62 см).[0032] Ti-6Al-4V alloys in the OPCS state can have a tensile strength of about 160-177 thousand psi. inch (1103-1220 MPa) and yield strength of approximately 150-164 thousand psi. inch (1034-1131 MPa) at room temperature. However, due to certain physical properties of Ti-6Al-4V, such as the relatively low thermal conductivity, tensile strength and yield strength that can be achieved with Ti-6Al-4V alloys by processing OPCs, they depend on the size of the Ti- alloy product. 6Al-4V subjected to OTPS processing. In this regard, the relatively low thermal conductivity of Ti-6Al-4V alloys limits the diameter / thickness of products that can be fully hardened / hardened using OPC processing, since the internal parts of products of this alloy of large diameter or thick section do not cool with sufficient speed during quenching so that mainly the alpha-stroke phase (α′-phase) is formed. Thus, processing OPCS of a Ti-6Al-4V alloy product of large diameter or thick section results in a product having a dispersion hardened surface layer surrounding a relatively weaker core without the same level of dispersion hardening, which can significantly reduce the overall strength of the product. For example, the strength of Ti-6Al-4V alloy products begins to decline for products having small dimensions (e.g. diameters or thicknesses) greater than about 0.5 inches (1.27 cm), and OPC processing is not beneficial for products of Small Ti-6Al-4V alloys larger than about 3 inches (7.62 cm).

[0033] Зависимость прочности при растяжении от размера у сплавов Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС проявляется в уменьшении минимумов прочности в соответствии с увеличением размеров изделия для спецификаций материала, таких как AMS 6930A, в которой самые большие минимумы прочности для сплавов Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС соответствуют изделиям с диаметром или толщиной менее чем 0,5 дюйма (1,27 см). Например, AMS 6930А указывает минимальный предел прочности при растяжении 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (1138 МПа) и минимальный предел текучести 155 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069 МПа) для изделий из сплава Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС, имеющих диаметр или толщину менее чем 0,5 дюйма (1,27 см).[0033] The dependence of tensile strength on size for Ti-6Al-4V alloys in the OPCS state is manifested in a decrease in minimum strengths in accordance with an increase in product dimensions for material specifications such as AMS 6930A, in which the largest minimum strengths for Ti-6Al alloys -4V in the OPCS state corresponds to products with a diameter or thickness of less than 0.5 inches (1.27 cm). For example, AMS 6930A indicates a minimum tensile strength of 165 thousand psi. inch (1138 MPa) and a minimum yield strength of 155 thousand pounds / sq. inch (1069 MPa) for Ti-6Al-4V alloy products in an OPC state having a diameter or thickness of less than 0.5 inches (1.27 cm).

[0034] Кроме того, обработка ОТРС может вызвать относительно большие термические и внутренние напряжения и привести к скручиванию изделий из титановых сплавов во время этапа закалки. Несмотря на эти ограничения, обработка ОТРС является стандартным способом достижения высокой прочности у сплавов Ti-6Al-4V, поскольку сплавы Ti-6Al-4V обычно не деформируются на холоду, следовательно, их нельзя подвергнуть эффективной холодной обработке давлением для увеличения прочности. Не намереваясь ограничиваться теорией, полагаем, что отсутствие деформируемости/обрабатываемости давлением в холодном состоянии, в основном, связано с явлением полос скольжения в сплавах Ti-6Al-4V.[0034] Furthermore, processing of the OPCS can cause relatively high thermal and internal stresses and lead to twisting of titanium alloy products during the hardening step. Despite these limitations, OPCS processing is the standard way to achieve high strength in Ti-6Al-4V alloys, since Ti-6Al-4V alloys usually do not deform in the cold, therefore, they cannot be subjected to effective cold working to increase strength. Not intending to be limited by theory, we believe that the absence of cold deformability / workability is mainly associated with the phenomenon of slip bands in Ti-6Al-4V alloys.

[0035] В альфа-фазе (α-фазе) сплавов Ti-6Al-4V выделяются когерентные частицы Ti3Al (альфа-два). Эти когерентные выделения альфа-два (α2) увеличивают прочность сплавов, но из-за того, что когерентные выделения сдвигаются при перемещении дислокаций во время пластической деформации, эти выделения приводят к образованию выраженных плоских полос скольжения в микроструктуре сплавов. Кроме того, показано, что кристаллы сплава Ti-6Al-4V образуют локализованные области ближнего порядка из атомов алюминия и кислорода, то есть локализованные отклонения от гомогенного распределения атомов алюминия и кислорода в кристаллической структуре. Показано, что эти локализованные области с пониженной энтропией способствуют образованию выраженных плоских полос скольжения в микроструктуре сплавов Ti-6Al-4V. Наличие этих микроструктурных и термодинамических признаков в сплавах Ti-6Al-4V может вызвать запутанность скольжения дислокаций или иным образом мешать скольжению дислокаций при деформировании. Когда это происходит, скольжение локализуется в выраженных плоских областях сплавов, называемых полосами скольжения. Полосы скольжения приводят к потере пластичности, зарождению трещин и распространению трещин, что ведет к дефектам сплавов Ti-6Al-4V во время холодной обработки давлением.[0035] In the alpha phase (α phase) of Ti-6Al-4V alloys, coherent Ti 3 Al particles (alpha-two) are released. These coherent precipitations of alpha-two (α 2 ) increase the strength of the alloys, but because coherent precipitates shift as dislocations move during plastic deformation, these precipitates lead to the formation of pronounced planar slip bands in the microstructure of the alloys. In addition, it has been shown that Ti-6Al-4V alloy crystals form localized short-range order regions of aluminum and oxygen atoms, i.e., localized deviations from the homogeneous distribution of aluminum and oxygen atoms in the crystal structure. It is shown that these localized regions with reduced entropy contribute to the formation of pronounced planar slip bands in the microstructure of Ti-6Al-4V alloys. The presence of these microstructural and thermodynamic features in Ti-6Al-4V alloys can cause entanglement of slip of dislocations or otherwise interfere with slip of dislocations during deformation. When this happens, the slip is localized in the pronounced flat regions of the alloys, called slip bands. Slip bands lead to loss of ductility, crack nucleation and crack propagation, which leads to defects in Ti-6Al-4V alloys during cold working.

[0036] Поэтому сплавы Ti-6Al-4V обычно обрабатывают давлением (например, подвергают ковке, прокатке, волочению и т.п.) при повышенных температурах, обычно выше температуры растворения (сольвуса) α2-фазы. Сплавы Ti-6Al-4V нельзя эффективно подвергнуть холодной обработке давлением, чтобы повысить прочность, из-за высокой вероятности образования трещин (то есть дефектов заготовки) во время холодного деформирования. Однако неожиданно было обнаружено, что сплавы Косака обладают значительной степенью деформируемости/обрабатываемости давлением в холодном состоянии, как описано в опубликованной заявке на патент США №2004/0221929, которая включена сюда путем ссылки.[0036] Therefore, Ti-6Al-4V alloys are usually pressure treated (for example, forged, rolled, drawn, etc.) at elevated temperatures, usually above the dissolution temperature (solvus) of the α 2 phase. Ti-6Al-4V alloys cannot be effectively cold worked to increase strength due to the high probability of cracking (i.e., workpiece defects) during cold deformation. However, it has been unexpectedly discovered that Kosaka alloys have a significant degree of cold deformability / processability, as described in published US patent application No. 2004/0221929, which is incorporated herein by reference.

[0037] Обнаружено, что сплавы Косака не проявляют скольжение полос во время холодной обработки давлением и, следовательно, проявляют значительно меньшее растрескивание во время холодной обработки давлением по сравнению со сплавом Ti-6Al-4V. Без намерения ограничиваться теорией, считаем, что отсутствие полос скольжения в сплавах Косака может быть обусловлено минимизацией ближнего порядка атомов алюминия и кислорода. Кроме того, стабильность α2-фазы ниже в сплавах Косака относительно сплавов, например, Ti-6Al-4V, как показано на равновесных моделях для температуры растворения α2-фазы (1305°F/707°C для Ti-6Al-4V (макс. 0,15 вес. % кислорода) и 1062°F/572°C для Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0,25O, что определено с использованием программного обеспечения Pandat, CompuTherm LLC, Мэдисон, штат Висконсин, США). В результате сплавы Косака можно подвергать холодной обработке давлением, чтобы добиться высокой прочности и сохранить работоспособный уровень пластичности. Кроме того, обнаружено, что сплавы Косака можно подвергать холодной обработке давлением и старению, чтобы добиться повышенной прочности и повышенной пластичности только холодной обработкой давлением. По сути, у сплавов Косака можно добиться прочности и пластичности, сопоставимых или превосходящих таковые у сплавов Ti-6Al-4V в состоянии ОТРС, но без необходимости в обработке ОТРС и без ее ограничений.[0037] It has been found that Kosaka alloys do not exhibit slipping of bands during cold forming and, therefore, exhibit significantly less cracking during cold forming compared to Ti-6Al-4V alloy. Without intending to limit ourselves to theory, we believe that the absence of slip bands in Kosaka alloys may be due to minimization of the short-range order of aluminum and oxygen atoms. In addition, the stability of the α 2 phase is lower in Kosaka alloys relative to alloys, for example, Ti-6Al-4V, as shown on equilibrium models for the dissolution temperature of the α 2 phase (1305 ° F / 707 ° C for Ti-6Al-4V ( max 0.15 wt.% oxygen) and 1062 ° F / 572 ° C for Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O as determined using Pandat software, CompuTherm LLC, Madison, Wisconsin , USA). As a result, Kosaka alloys can be cold worked to achieve high strength and maintain a healthy level of ductility. In addition, it was found that Kosaka alloys can be cold worked and aged to achieve increased strength and ductility only by cold working. In fact, Kosaka alloys can achieve strength and ductility comparable or superior to those of Ti-6Al-4V alloys in the OPCS state, but without the need for OTPS processing and without its limitations.

[0038] В целом, термин «холодная обработка давлением» относится к обработке сплава давлением при температуре ниже той, при которой значительно уменьшается напряжение пластического течения материала. Используемые здесь в связи с описанными способами термины «холодная обработка давлением», «подвергнутый холодной обработке давлением», «холодная формовка» и тому подобные термины или термин «холодный», используемый в связи с конкретным способом обработки давлением или формовки, относятся к обработке давлением или характеристикам, имеющимся после обработки давлением, в зависимости от обстоятельств, при температуре не большей чем примерно 500°F (260°C). Таким образом, например, операция волочения, выполняемая с заготовкой сплава Косака при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F (260°C), считается здесь холодной обработкой давлением. Также термины «обработка давлением», «формовка» и «деформирование» обычно используются здесь взаимозаменяемо, так же как термины «обрабатываемость», «формуемость», «деформируемость» и тому подобные термины. Следует понимать, что смысл, вкладываемый в термины «холодная обработка давлением», «подвергнутый холодной обработке давлением» и «холодная формовка» и тому подобные в связи с настоящим изобретением, не предназначен ограничивать и не ограничивает смысл этих терминов в других контекстах или в связи с другими изобретениями.[0038] Generally, the term "cold forming" refers to the processing of an alloy by pressure at a temperature below that at which the plastic flow stress of a material is significantly reduced. Used here in connection with the described methods, the terms "cold forming", "subjected to cold forming", "cold forming" and the like or the term "cold" used in connection with a specific method of pressure processing or molding, refer to pressure treatment or the characteristics available after pressure treatment, as the case may be, at a temperature of not more than about 500 ° F (260 ° C). Thus, for example, a drawing operation performed on a Kosaka alloy billet at a temperature in the range from ambient temperature to 500 ° F (260 ° C) is considered here to be a cold pressure treatment. Also, the terms “molding”, “molding” and “deformation” are commonly used interchangeably herein, as are the terms “machinability”, “moldability”, “deformability”, and the like. It should be understood that the meaning of the terms "cold forming", "subjected to cold forming" and "cold forming" and the like in connection with the present invention is not intended to limit or limit the meaning of these terms in other contexts or in connection with other inventions.

[0039] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут включать холодную обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F (260°C). После операции холодной обработки давлением α+β-титановый сплав может быть состарен при температуре в диапазоне от 700°F до 1200°F (371-649°C).[0039] In various embodiments, the methods described herein may include cold forming an α + β-titanium alloy at a temperature in the range of ambient temperature to 500 ° F (260 ° C). After the cold working operation, the α + β-titanium alloy can be aged at temperatures ranging from 700 ° F to 1200 ° F (371-649 ° C).

[0040] Когда механическая операция, такая как, например, проход холодного волочения, описана здесь как проведенная, выполненная и т.п. при определенной температуре или в пределах определенного диапазона температур, то эту механическую операцию выполняют на заготовке, которая находится при определенной температуре или в пределах определенного диапазона температур на начало механической операции. В ходе механической операции температура заготовки может меняться от исходной температуры заготовки на начало механической операции. Например, температура заготовки может увеличиться в результате адиабатического нагревания или снизиться в результате кондуктивного, конвективного и/или излучательного охлаждения во время операции обработки давлением. Величина и направление изменения температуры от исходной температуры на начало механической операции может зависеть от различных параметров, таких как, например, уровень обработки, выполняемой на заготовке, степень деформации, с которой выполняется обработка давлением, исходная температура заготовки на начало механической операции и температура окружающей среды.[0040] When a mechanical operation, such as, for example, a cold drawing passage, is described herein as being performed, performed, and the like. at a certain temperature or within a certain temperature range, this mechanical operation is performed on a workpiece that is at a certain temperature or within a certain temperature range at the beginning of a mechanical operation. During a mechanical operation, the temperature of the workpiece may vary from the initial temperature of the workpiece at the beginning of the mechanical operation. For example, the temperature of the workpiece may increase as a result of adiabatic heating or decrease as a result of conductive, convective and / or radiative cooling during the pressure treatment operation. The magnitude and direction of the temperature change from the initial temperature at the beginning of the mechanical operation may depend on various parameters, such as, for example, the level of processing performed on the workpiece, the degree of deformation with which pressure processing is performed, the initial temperature of the workpiece at the beginning of the mechanical operation, and ambient temperature .

[0041] Когда термическая операция, такая как термообработка старением, описана здесь как проведенная при определенной температуре и в течение определенного периода времени или в пределах определенного температурного диапазона и временного диапазона, то эту операцию выполняют в течение определенного времени, поддерживая заготовку при температуре. Периоды времени, описанные здесь для термических операций, таких как термообработка старением, не включают продолжительностей подъемов и падений температуры, которые могут зависеть, например, от размера и формы заготовки.[0041] When a thermal operation, such as heat treatment by aging, is described herein as being carried out at a certain temperature and for a certain period of time or within a certain temperature range and time range, this operation is performed for a certain time, keeping the workpiece at a temperature. The time periods described here for thermal operations, such as heat treatment by aging, do not include the duration of the rises and drops in temperature, which may depend, for example, on the size and shape of the workpiece.

[0042] В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав может подвергаться холодной обработке давлением при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F (260°C) или в любом поддиапазоне, таком как, например, от температуры окружающей среды до 450°F (232°C), от температуры окружающей среды до 400°F (204°C), от температуры окружающей среды до 350°F (177°C), от температуры окружающей среды до 300°F (149°C), от температуры окружающей среды до 250°F (121°C), от температуры окружающей среды до 200°F (93°C) или от температуры окружающей среды до 150°F (65°C). В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав можно подвергать холодной обработке давлением при температуре окружающей среды.[0042] In various embodiments, the α + β-titanium alloy can be cold worked at a temperature in the range from ambient temperature to 500 ° F (260 ° C) or in any sub-range, such as, for example, from ambient temperature to 450 ° F (232 ° C), from ambient to 400 ° F (204 ° C), from ambient to 350 ° F (177 ° C), from ambient to 300 ° F (149 ° C) , from ambient temperature to 250 ° F (121 ° C), from ambient temperature to 200 ° F (93 ° C) or from ambient temperature to 150 ° F (65 ° C). In various embodiments, the α + β-titanium alloy can be cold worked at ambient temperature.

[0043] В различных вариантах воплощения холодная обработка давлением α+β-титанового сплава может выполняться с использованием методов формовки, включая, но необязательно ограничиваясь следующими: волочение, глубокое волочение, прокатку, профилировку, ковку, прессование выдавливанием, пилигримовую прокатку, периодическую прокатку, вращательное выдавливание, раскатку сдвигом, гидроформовку, рельефную формовку, обжимку, прессование ударным выдавливанием, штамповку взрывом, штамповку резиной, обратную экструзию, пробивку, ротационное выдавливание, гибку с растяжением, гибку прессованием, электромагнитную формовку, высадку, чеканку и комбинации любых из них. С точки зрения описанных здесь способов эти методы формовки придают нагартовку α+β-титановому сплаву, когда их выполняют при температурах не выше чем 500°F (260°C).[0043] In various embodiments, cold forming of an α + β-titanium alloy can be carried out using forming methods, including but not limited to: drawing, deep drawing, rolling, profiling, forging, extrusion pressing, pilgrim rolling, periodic rolling, rotational extrusion, shear rolling, hydroforming, embossing, crimping, impact extrusion, explosion stamping, rubber stamping, reverse extrusion, punching, rotational extrusion Lebanon, a bending tension, compression bending, electromagnetic forming, landing, embossing and combinations of any of them. From the point of view of the methods described herein, these forming methods give a curing to the α + β-titanium alloy when they are performed at temperatures not higher than 500 ° F (260 ° C).

[0044] В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав можно подвергать холодной обработке давлением до относительного уменьшения площади поперечного сечения в диапазоне от 20% до 60%. Например, заготовку из α+β-титанового сплава, такую как, например, слиток, биллет, пруток, стержень, труба, сляб или плита, можно пластически деформировать, например, при операции холодного волочения, холодной прокатки, холодного выдавливания или холодной ковки, так что площадь поперечного сечения заготовки уменьшается на процентную величину в диапазоне от 20% до 60%. Для цилиндрических заготовок, таких как, например, круглые слитки, биллеты, прутки, стержни и трубы, относительное уменьшение площади поперечного сечения измеряют на круглом или кольцевом поперечном сечении заготовки, которое обычно перпендикулярно направлению движения заготовки через вытяжной штамп (волоку), штамп выдавливания (матрицу) или тому подобное. Аналогичным образом, относительное уменьшение площади поперечного сечения катаных заготовок измеряют на поперечном сечении заготовки, которое обычно перпендикулярно направлению движения заготовки через валки прокатного устройства или тому подобное.[0044] In various embodiments, the α + β-titanium alloy may be cold worked until the relative cross-sectional area is reduced in the range of 20% to 60%. For example, an α + β-titanium alloy billet, such as, for example, an ingot, billet, bar, rod, pipe, slab or plate, can be plastically deformed, for example, during the operation of cold drawing, cold rolling, cold extrusion or cold forging, so that the cross-sectional area of the workpiece is reduced by a percentage in the range from 20% to 60%. For cylindrical workpieces, such as, for example, round ingots, billets, rods, rods and pipes, the relative decrease in the cross-sectional area is measured on a round or annular cross-section of the workpiece, which is usually perpendicular to the direction of movement of the workpiece through an exhaust die (die), extrusion die ( matrix) or the like. Similarly, the relative decrease in the cross-sectional area of rolled billets is measured on the cross-section of the billet, which is usually perpendicular to the direction of movement of the billet through the rolls of the rolling device or the like.

[0045] В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав может быть подвергнут холодной обработке давлением до относительного уменьшения площади поперечного сечения в диапазоне от 20% до 60% или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 30% до 60%, от 40% до 60%, от 50% до 60%, от 20% до 50%, от 20% до 40%, от 20% до 30%, от 30% до 50%, от 30% до 40% или от 40% до 50%. α+β-Титановый сплав может быть подвергнут холодной обработке давлением до относительного уменьшения площади поперечного сечения в диапазоне от 20% до 60% без заметных краевых трещин или других поверхностных трещин. Холодную обработку давлением можно выполнять без какого-либо промежуточного отжига для снятия напряжений. Таким образом, с различными вариантами воплощения описанных здесь способов можно достичь относительного уменьшения площади поперечного сечения вплоть до 60% без промежуточного отжига для снятия напряжений между последовательными операциями холодной обработки давлением, такими как, например, два или более проходов через установку холодного волочения.[0045] In various embodiments, the α + β-titanium alloy may be cold worked to relatively reduce the cross-sectional area in the range of 20% to 60% or in any sub-range thereof, such as, for example, 30% to 60% , from 40% to 60%, from 50% to 60%, from 20% to 50%, from 20% to 40%, from 20% to 30%, from 30% to 50%, from 30% to 40% or from 40% to 50%. The α + β-Titanium alloy can be cold worked to relatively reduce the cross-sectional area in the range from 20% to 60% without noticeable edge cracks or other surface cracks. Cold pressure treatment can be performed without any intermediate annealing to relieve stress. Thus, with the various embodiments of the methods described herein, it is possible to achieve a relative reduction in cross-sectional area of up to 60% without intermediate annealing to relieve stresses between successive cold forming operations, such as, for example, two or more passes through a cold drawing unit.

[0046] В различных вариантах воплощения операция холодной обработки давлением может включать по меньшей мере два цикла деформации, где каждый цикл деформации включает холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до по меньшей мере 10%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения. В различных вариантах воплощения операция холодной обработки давлением может включать по меньшей мере два цикла деформации, где каждый цикл деформации включает холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до по меньшей мере 20%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения. По меньшей мере за два цикла деформации можно достичь относительного уменьшения площади поперечного сечения вплоть до 60% без какого-либо промежуточного отжига для снятия напряжений.[0046] In various embodiments, the cold forming operation may include at least two deformation cycles, where each deformation cycle includes cold forming the α + β-titanium alloy to at least 10% relative reduction in cross-sectional area. In various embodiments, the cold forming operation may include at least two deformation cycles, where each deformation cycle includes cold forming the α + β titanium alloy to at least 20% relative reduction in cross-sectional area. In at least two deformation cycles, a relative reduction in cross-sectional area of up to 60% can be achieved without any intermediate annealing to relieve stresses.

[0047] Например, при операции холодного волочения пруток может быть подвергнут холодному волочению в первом проходе при температуре окружающей среды до более чем 20%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения. Достигший более чем 20%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения холоднотянутый пруток затем можно подвергнуть второму холодному волочению при температуре окружающей среды до второго относительного уменьшения площади поперечного сечения, большего чем 20%. Два прохода холодного волочения можно выполнять без какого-либо промежуточного отжига для снятия напряжений между двумя проходами. Таким образом, α+β-титановый сплав можно подвергнуть холодной обработке давлением, используя по меньшей мере два цикла деформации, чтобы достичь большего суммарного относительного уменьшения площади поперечного сечения. В данном исполнении операции холодной обработки давлением усилия, требуемые для холодной деформации α+β-титанового сплава, будут зависеть от параметров, включая, например, размер и форму заготовки, предел текучести материала сплава, степень деформации (например, относительное уменьшение площади поперечного сечения) и конкретный способ холодной обработки давлением.[0047] For example, in a cold drawing operation, the bar may be cold drawn in the first pass at ambient temperature to more than 20% relative reduction in cross-sectional area. Having achieved more than 20% relative reduction in cross-sectional area, the cold drawn bar can then be subjected to a second cold drawing at ambient temperature to a second relative decrease in cross-sectional area greater than 20%. Two cold drawing passes can be performed without any intermediate annealing to relieve stress between the two passes. Thus, the α + β-titanium alloy can be cold worked using at least two deformation cycles to achieve a larger total relative reduction in cross-sectional area. In this embodiment, the cold forming operations, the forces required for cold deformation of the α + β-titanium alloy will depend on parameters, including, for example, the size and shape of the workpiece, the yield strength of the alloy material, and the degree of deformation (for example, a relative decrease in cross-sectional area) and a specific cold forming process.

[0048] В различных вариантах воплощения после операции холодной обработки давлением подвергнутый холодной обработке давлением α+β-титановый сплав может быть состарен при температуре в диапазоне от 700°F до 1200°F (371-649°C) или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 800°F до 1150°F, от 850°F до 1150°F, от 800°F до 1100°F или от 850°F до 1100°F (то есть 427-621°C, 454-621°C, 427-593°C или 454-593°C). Термообработку старением можно выполнять при температуре и в течение времени, достаточных для того, чтобы обеспечить определенное сочетание механических свойств, таких как, например, определенный предел прочности при растяжении, определенный предел текучести и/или определенное относительное удлинение. В различных вариантах воплощения термообработку старением можно выполнять в течение до 50 часов при температуре, например. В различных вариантах воплощения изобретения термообработку старением можно выполнять в диапазоне от 0,5 до 10 часов при температуре или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 1 до 8 часов при температуре. Термообработку старением можно выполнять в терморегулируемой печи, такой как, например, газовая печь открытого типа.[0048] In various embodiments, after the cold forming operation, the cold-pressed α + β-titanium alloy can be aged at a temperature in the range of 700 ° F to 1200 ° F (371-649 ° C), or in any sub-range thereof, such as, for example, from 800 ° F to 1150 ° F, from 850 ° F to 1150 ° F, from 800 ° F to 1100 ° F or from 850 ° F to 1100 ° F (i.e. 427-621 ° C, 454 -621 ° C, 427-593 ° C or 454-593 ° C). Heat treatment by aging can be performed at a temperature and for a time sufficient to provide a certain combination of mechanical properties, such as, for example, a certain tensile strength, a certain yield strength and / or a specific elongation. In various embodiments, heat treatment by aging can be performed for up to 50 hours at a temperature, for example. In various embodiments of the invention, the heat treatment with aging can be performed in the range from 0.5 to 10 hours at a temperature or in any sub-range thereof, such as, for example, from 1 to 8 hours at a temperature. Heat treatment with aging can be carried out in a temperature-controlled furnace, such as, for example, an open-type gas furnace.

[0049] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут дополнительно включать операцию горячей обработки давлением, выполняемую перед операцией холодной обработки давлением. Операцию горячей обработки давлением можно выполнять в α+β-фазной области. Например, операцию горячей обработки давлением можно выполнять при температуре в диапазоне от 300°F до 25°F (167-15°C) ниже температуры β-превращения α+β-титанового сплава. Обычно сплавы Косака имеют температуру β-превращения в диапазоне от примерно 1765°F до 1800°F (963-982°C). В различных вариантах воплощения α+β-титановый сплав может быть подвергнут горячей обработке давлением при температуре в диапазоне от 1500°F до 1775°F (815-968°C) или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 1600°F до 1775°F, от 1600°F до 1750°F или от 1600°F до 1700°F (то есть 871-968°C, 871-954°C или 871-927°C).[0049] In various embodiments, the methods described herein may further include a hot forming operation performed prior to the cold forming operation. The hot pressure treatment operation can be performed in the α + β-phase region. For example, a hot pressure treatment operation can be performed at a temperature in the range of 300 ° F to 25 ° F (167-15 ° C) below the β-transformation temperature of the α + β-titanium alloy. Typically, Kosaka alloys have a β-transformation temperature in the range of about 1765 ° F to 1800 ° F (963-982 ° C). In various embodiments, the α + β-titanium alloy may be hot worked at a temperature in the range of 1500 ° F to 1775 ° F (815-968 ° C) or in any sub-range thereof, such as, for example, 1600 ° F up to 1775 ° F, from 1600 ° F to 1750 ° F or from 1600 ° F to 1700 ° F (i.e. 871-968 ° C, 871-954 ° C or 871-927 ° C).

[0050] В вариантах воплощения, включающих операцию горячей обработки давлением перед операцией холодной обработки давлением, описанные здесь способы могут дополнительно включать необязательные отжиг или термическую обработку для снятия напряжений между операцией горячей обработки давлением и операцией холодной обработки давлением. Подвергнутый горячей обработке давлением α+β-титановый сплав может быть отожжен при температуре в диапазоне от 1200°F до 1500°F (649-815°C) или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 1200°F до 1400°F или от 1250°F до 1300°F (то есть 649-760°C или 677-704°C).[0050] In embodiments comprising a hot forming operation before a cold forming operation, the methods described herein may further include optional annealing or heat treatment to relieve stresses between the hot forming operation and the cold forming operation. The hot-pressed α + β-titanium alloy can be annealed at a temperature in the range of 1200 ° F to 1500 ° F (649-815 ° C) or in any sub-range thereof, such as, for example, from 1200 ° F to 1400 ° F or from 1250 ° F to 1300 ° F (i.e. 649-760 ° C or 677-704 ° C).

[0051] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут включать необязательную операцию горячей обработки давлением, выполняемую в области β-фазы, перед операцией горячей обработки давлением, выполняемой в α+β-фазной области. Например, слиток из титанового сплава может быть подвергнут горячей обработке давлением в области β-фазы, чтобы сформовать промежуточное изделие. Промежуточное изделие можно подвергнуть горячей обработке давлением в α+β-фазной области, чтобы развить микроструктуру α+β-фаз. После горячей обработки давлением промежуточное изделие можно подвергнуть отжигу для снятия напряжений и затем подвергнуть холодной обработке давлением при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F (260°C). Подвергнутое холодной обработке давлением изделие может быть состарено при температуре в диапазоне от 700°F до 1200°F (371-649°C). Необязательную горячую обработку давлением в области β-фазы выполняют при температуре выше температуры β-превращения сплава, например, при температуре в диапазоне от 1800°F до 2300°F (982-1260°C) или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 1900°F до 2300°F или от 1900°F до 2100°F (то есть 1038-1260°C или 1038-1149°C).[0051] In various embodiments, the methods described herein may include an optional hot forming operation performed in a β-phase region before a hot forming operation performed in an α + β-phase region. For example, a titanium alloy ingot may be hot-pressed in the β-phase region to form an intermediate article. The intermediate product can be subjected to hot pressure treatment in the α + β-phase region in order to develop the microstructure of the α + β-phases. After hot working, the intermediate can be annealed to relieve stress and then cold worked at a temperature in the range from ambient to 500 ° F (260 ° C). The cold-worked product may be aged at a temperature in the range of 700 ° F to 1200 ° F (371-649 ° C). Optional hot pressure treatment in the region of the β-phase is performed at a temperature above the β-transformation temperature of the alloy, for example, at a temperature in the range from 1800 ° F to 2300 ° F (982-1260 ° C) or in any sub-range thereof, such as, for example , from 1900 ° F to 2300 ° F or from 1900 ° F to 2100 ° F (i.e. 1038-1260 ° C or 1038-1149 ° C).

[0052] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении в диапазоне от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 200 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069-1379 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды. Также в различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении в диапазоне от 160 тысяч фунтов/кв. дюйм до 180 тысяч фунтов/кв. дюйм (1103-1241 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды. Кроме того, в различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении в диапазоне от 165 тысяч фунтов/кв. дюйм до 180 тысяч фунтов/кв. дюйм (1138-1241 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 17%, при температуре окружающей среды.[0052] In various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a tensile strength in the range of 155 thousand psi. inch to 200 thousand pounds / sq. inch (1069-1379 MPa) and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature. Also in various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a tensile strength in the range of 160 thousand psi. inch to 180 thousand pounds / sq. inch (1103-1241 MPa) and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature. In addition, in various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a tensile strength in the range of 165 thousand psi. inch to 180 thousand pounds / sq. inch (1138-1241 MPa) and elongation in the range from 8% to 17%, at ambient temperature.

[0053] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел текучести в диапазоне от 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (965-1138 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды. Кроме того, в различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел текучести в диапазоне от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069-1138 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 15%, при температуре окружающей среды.[0053] In various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a yield strength in the range of 140 thousand psi. inch to 165 thousand pounds / sq. inch (965-1138 MPa) and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature. In addition, in various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a yield strength in the range of 155,000 psi. inch to 165 thousand pounds / sq. inch (1069-1138 MPa) and elongation in the range from 8% to 15%, at ambient temperature.

[0054] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении в любом поддиапазоне, попадающем в пределы от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 200 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069-1379 МПа), предел текучести в любом поддиапазоне, попадающем в пределы от 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунт/кв. дюйм (965-1138 МПа), и относительное удлинение в любом поддиапазоне, попадающем в пределы от 8% до 20%, при температуре окружающей среды.[0054] In various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an article of an α + β-titanium alloy having a tensile strength in any subband falling within the range of 155 thousand psi. inch to 200 thousand pounds / sq. inch (1069-1379 MPa), yield strength in any subrange falling within the limits of 140 thousand pounds / sq. inch to 165 thousand pounds / sq. inch (965-1138 MPa), and elongation in any subrange falling within the range from 8% to 20%, at ambient temperature.

[0055] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении более чем 155 тысяч фунтов/кв. дюйм, предел текучести более чем 140 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение более чем 8%, при температуре окружающей среды. Изделие из α+β-титанового сплава, формируемое в соответствии с различными вариантами воплощения, может иметь предел прочности при растяжении более чем 166 тысяч фунтов/кв. дюйм, более чем 175 тысяч фунтов/кв. дюйм, более чем 185 тысяч фунтов/кв. дюйм или более чем 195 тысяч фунтов/кв. дюйм при температуре окружающей среды. Изделие из α+β-титанового сплава, формируемое в соответствии с различными вариантами воплощения, может иметь предел текучести более чем 145 тысяч фунтов/кв. дюйм, более чем 155 тысяч фунтов/кв. дюйм или более чем 160 тысяч фунтов/кв. дюйм при температуре окружающей среды. Изделие из α+β-титанового сплава, формируемое в соответствии с различными вариантами воплощения, может иметь относительное удлинение более чем 8%, более чем 10%, более чем 12%, более чем 14%, более чем 16% или более чем 18% при температуре окружающей среды.[0055] In various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a tensile strength of more than 155 thousand psi. inch, yield strength of more than 140 thousand pounds / sq. inch and elongation of more than 8%, at ambient temperature. An α + β-titanium alloy product formed in accordance with various embodiments may have a tensile strength of more than 166 thousand psi. inch, more than 175 thousand pounds / sq. inch, more than 185 thousand pounds / sq. inch or more than 195 thousand pounds / sq. inch at ambient temperature. An α + β-titanium alloy product formed in accordance with various embodiments may have a yield strength of more than 145 thousand psi. inch, more than 155 thousand pounds / sq. inch or more than 160 thousand pounds / sq. inch at ambient temperature. An α + β-titanium alloy product formed in accordance with various embodiments may have an elongation of more than 8%, more than 10%, more than 12%, more than 14%, more than 16% or more than 18% at ambient temperature.

[0056] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы могут быть охарактеризованы формированием изделия из α+β-титанового сплава, имеющего предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение, при температуре окружающей среды, которые по меньшей мере такие же большие, как предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение, при температуре окружающей среды, в остальном идентичного изделия, состоящего из сплава Ti-6Al-4V в состоянии после обработки на твердый раствор и старения (ОТРС).[0056] In various embodiments, the methods described herein can be characterized by forming an α + β-titanium alloy article having a tensile strength, yield strength, and elongation at ambient temperature that are at least as large as the limit tensile strength, yield strength and elongation, at ambient temperature, for an otherwise identical product, consisting of an alloy of Ti-6Al-4V in the state after treatment for solid solution and aging (OTRS).

[0057] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы можно использовать для термомеханической обработки α+β-титановых сплавов, содержащих, состоящих из или состоящих по существу из, в весовых процентах, от 2,90% до 5,00% алюминия, от 2,00% до 3,00% ванадия, от 0,40% до 2,00% железа, от 0,10% до 0,30% кислорода, случайных элементов и титана.[0057] In various embodiments, the methods described herein can be used for thermomechanical processing of α + β-titanium alloys containing, consisting of or consisting essentially of, in weight percent, from 2.90% to 5.00% aluminum, from 2 , 00% to 3.00% vanadium, from 0.40% to 2.00% iron, from 0.10% to 0.30% oxygen, random elements and titanium.

[0058] Концентрация алюминия в α+β-титановых сплавах, термомеханически обработанных в соответствии с описанными здесь способами, может быть в диапазоне от 2,90 до 5,00 весового процента или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 3,00% до 5,00%, от 3,50% до 4,50%, от 3,70% до 4,30%, от 3,75% до 4,25% или от 3,90% до 4,50%. Концентрация ванадия в α+β-титановых сплавах, термомеханически обработанных в соответствии с описанными здесь способами, может быть в диапазоне от 2,00 до 3,00 весового процента или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 2,20% до 3,00%, от 2,20% до 2,80% или от 2,30% до 2,70%. Концентрация железа в α+β-титановых сплавах, термомеханически обработанных в соответствии с описанными здесь способами, может быть в диапазоне от 0,40 до 2,00 весового процента или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 0,50% до 2,00%, от 1,00% до 2,00%, от 1,20% до 1,80% или от 1,30% до 1,70%. Концентрация кислорода в α+β-титановых сплавах, термомеханически обработанных в соответствии с описанными здесь способами, может быть в диапазоне от 0,10 до 0,30 весового процента или в любом его поддиапазоне, таком как, например, от 0,15% до 0,30%, от 0,10% до 0,20%, от 0,10% до 0,15%, от 0,18% до 0,28%, от 0,20% до 0,30%, от 0,22% до 0,28%, от 0,24% до 0,30% или от 0,23% до 0,27%.[0058] The concentration of aluminum in α + β-titanium alloys thermomechanically processed in accordance with the methods described herein may be in the range from 2.90 to 5.00 weight percent or in any sub-band thereof, such as, for example, from 3, 00% to 5.00%, from 3.50% to 4.50%, from 3.70% to 4.30%, from 3.75% to 4.25% or from 3.90% to 4.50 % The concentration of vanadium in α + β-titanium alloys thermomechanically processed in accordance with the methods described here may be in the range from 2.00 to 3.00 weight percent or in any sub-range thereof, such as, for example, from 2.20% to 3.00%, from 2.20% to 2.80%, or from 2.30% to 2.70%. The concentration of iron in α + β-titanium alloys thermomechanically processed in accordance with the methods described herein may be in the range from 0.40 to 2.00 weight percent or in any subrange thereof, such as, for example, from 0.50% to 2.00%, from 1.00% to 2.00%, from 1.20% to 1.80%, or from 1.30% to 1.70%. The oxygen concentration in α + β-titanium alloys thermomechanically processed in accordance with the methods described herein may be in the range from 0.10 to 0.30 weight percent or in any sub-range thereof, such as, for example, from 0.15% to 0.30%, from 0.10% to 0.20%, from 0.10% to 0.15%, from 0.18% to 0.28%, from 0.20% to 0.30%, from 0.22% to 0.28%, from 0.24% to 0.30%, or from 0.23% to 0.27%.

[0059] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы можно использовать для термомеханической обработки α+β-титанового сплава, содержащего, состоящего из или состоящего по существу из номинального состава: 4,00 весовых процента алюминия, 2,50 весовых процента ванадия, 1,50 весовых процента железа и 0,25 весовых процента кислорода, титана и случайных примесей (Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0,25O). α+β-Титановый сплав с номинальным составом Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0,25O имеется в продаже как сплав ATI 425® компании Allegheny Technologies Incorporated.[0059] In various embodiments, the methods described herein can be used to thermomechanically treat an α + β-titanium alloy containing, consisting of or consisting essentially of a nominal composition: 4.00 weight percent aluminum, 2.50 weight percent vanadium, 1, 50 weight percent iron and 0.25 weight percent oxygen, titanium and random impurities (Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O). An α + β-titanium alloy with a nominal composition of Ti-4Al-2,5V-1,5Fe-0.25O is commercially available as ATI 425 ® alloy from Allegheny Technologies Incorporated.

[0060] В различных вариантах воплощения описанные здесь способы можно использовать для термомеханической обработки α+β-титановых сплавов, содержащих, состоящих из или состоящих по существу из титана, алюминия, ванадия, железа, кислорода, случайных примесей и менее чем 0,50 весового процента любых других умышленно введенных легирующих элементов. В различных вариантах воплощения описанные здесь способы можно использовать для термомеханической обработки α+β-титановых сплавов, содержащих, состоящих из или состоящих по существу из титана, алюминия, ванадия, железа, кислорода и менее чем 0,50 весового процента любых других элементов, включая умышленно введенные легирующие элементы и случайные примеси. В различных вариантах воплощения максимальный уровень всех элементов (случайных примесей и/или умышленно введенных легирующих добавок), отличных от титана, алюминия, ванадия, железа и кислорода, может быть равен 0,40 весового процента, 0,30 весового процента, 0,25 весового процента, 0,20 весового процента или 0,10 весового процента.[0060] In various embodiments, the methods described herein can be used to thermomechanically treat α + β-titanium alloys containing, consisting or consisting essentially of titanium, aluminum, vanadium, iron, oxygen, random impurities and less than 0.50 weight percent of any other intentionally introduced alloying elements. In various embodiments, the methods described herein can be used to thermomechanically treat α + β-titanium alloys containing, consisting or consisting essentially of titanium, aluminum, vanadium, iron, oxygen, and less than 0.50 weight percent of any other elements, including intentionally introduced alloying elements and random impurities. In various embodiments, the maximum level of all elements (random impurities and / or intentionally introduced alloying additives) other than titanium, aluminum, vanadium, iron, and oxygen may be 0.40 weight percent, 0.30 weight percent, 0.25 weight percent, 0.20 weight percent or 0.10 weight percent.

[0061] В различных вариантах воплощения α+β-титановые сплавы, обрабатываемые как описано здесь, могут содержать, состоять из или состоять по существу из состава в соответствии с AMS 6946А, раздел 3.1, который введен сюда путем ссылки и который определяет состав, приведенный в Таблице 1 (в весовых процентах).[0061] In various embodiments, the α + β-titanium alloys processed as described herein may comprise, consist of, or consist essentially of a composition in accordance with AMS 6946A, Section 3.1, which is incorporated herein by reference and which defines the composition given in Table 1 (in weight percent).

Figure 00000001
Figure 00000001

[0062] В различных вариантах воплощения α+β-титановые сплавы, обрабатываемые как описано здесь, могут включать различные элементы, отличные от титана, алюминия, ванадия, железа и кислорода. Например, такие другие элементы и их весовые проценты могут включать, но необязательно ограничиваясь ими, один или более из следующих элементов: (a) хром, 0,10% максимум, обычно от 0,0001% до 0,05% или до примерно 0,03%; (b) никель, 0,10% максимум, обычно от 0,001% до 0,05% или до примерно 0,02%; (c) молибден, 0,10% максимум; (d) цирконий, 0,10% максимум; (e) олово, 0,10% максимум; (f) углерод, 0,10% максимум, обычно от 0,005% до 0,03% или до примерно 0,01%; и/или (g) азот, 0,10% максимум, обычно от 0,001% до 0,02% или до примерно 0,01%.[0062] In various embodiments, the α + β-titanium alloys processed as described herein may include various elements other than titanium, aluminum, vanadium, iron, and oxygen. For example, such other elements and their weight percentages may include, but not necessarily limited to, one or more of the following elements: (a) chromium, 0.10% maximum, usually from 0.0001% to 0.05%, or up to about 0 , 03%; (b) nickel, 0.10% maximum, usually from 0.001% to 0.05% or up to about 0.02%; (c) molybdenum, 0.10% maximum; (d) zirconium, 0.10% maximum; (e) tin, 0.10% maximum; (f) carbon, 0.10% maximum, usually from 0.005% to 0.03% or up to about 0.01%; and / or (g) nitrogen, 0.10% maximum, usually from 0.001% to 0.02%, or up to about 0.01%.

[0063] Описанные здесь способы можно использовать для формовки изделий, таких как, например, биллеты, прутки, стержни, проволока, трубки, трубы, слябы, плиты, конструктивные элементы, крепежные детали, заклепки и тому подобное. В различных вариантах воплощения описанные здесь способы дают изделия, имеющие предел прочности при растяжении в диапазоне от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 200 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069-1379 МПа), предел текучести в диапазоне от 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (965-1138 МПа) и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды, и имеющие минимальный размер (например, диаметр или толщину) более чем 0,5 дюйма, более чем 1,0 дюйм, более чем 2,0 дюйма, более чем 3,0 дюйма, более чем 4,0 дюйма, более чем 5,0 дюймов или более чем 10,0 дюймов (то есть более чем 1,27 см, 2,54 см, 5,08 см, 7,62 см, 10,16 см, 12,70 см или 24,50 см).[0063] The methods described herein can be used to form products, such as, for example, tickets, rods, rods, wire, tubes, pipes, slabs, plates, structural elements, fasteners, rivets and the like. In various embodiments, the methods described herein provide articles having a tensile strength in the range of 155,000 psi. inch to 200 thousand pounds / sq. inch (1069-1379 MPa), yield strength in the range from 140 thousand pounds / sq. inch to 165 thousand pounds / sq. inch (965-1138 MPa) and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature, and having a minimum size (e.g. diameter or thickness) of more than 0.5 inches, more than 1.0 inch, more than 2.0 inches, more than 3.0 inches, more than 4.0 inches, more than 5.0 inches or more than 10.0 inches (i.e. more than 1.27 cm, 2.54 cm, 5, 08 cm, 7.62 cm, 10.16 cm, 12.70 cm or 24.50 cm).

[0064] Кроме того, одним из различных преимуществ вариантов воплощения описанных здесь способов является то, что высокопрочные изделия из α+β-титанового сплава могут быть сформированы без ограничения по размерам, что является присущем обработке ОТРС ограничением. В результате описанные здесь способы могут давать изделия, имеющие предел прочности при растяжении более чем 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (1138 МПа), предел текучести более чем 155 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069 МПа) и относительное удлинение более чем 8%, при температуре окружающей среды, без присущего ограничения на максимальное значение малого размера (например, диаметра или толщины) изделия. Следовательно, ограничение максимального размера обусловлено только ограничениями размера оборудования холодной обработки давлением, используемого для выполнения холодной обработки давлением в соответствии с описанными здесь вариантами воплощения. В отличие от них, обработка ОТРС накладывает присущее ей ограничение на максимальное значение малого размера изделия, которое может достичь высокой прочности, например, 0,5 дюйма (1,27 см) максимум для изделий из Ti-6Al-4V, имеющих предел прочности при растяжении по меньшей мере 165 тысяч фунтов/кв. дюйм (1138 МПа) и предел текучести по меньшей мере 155 тысяч фунтов/кв. дюйм (1069 МПа) при комнатной температуре. См. AMS 6930А.[0064] In addition, one of the various advantages of the embodiments of the methods described herein is that high-strength articles of α + β-titanium alloy can be formed without size restrictions, which is an inherent limitation of OPCS processing. As a result, the methods described herein can produce articles having a tensile strength of more than 165 thousand psi. inch (1138 MPa), yield strength of more than 155 thousand psi. inch (1069 MPa) and elongation of more than 8%, at ambient temperature, without inherent limitation on the maximum value of the small size (for example, diameter or thickness) of the product. Therefore, the maximum size is limited only by the size limitations of the cold forming equipment used to perform cold forming in accordance with the embodiments described herein. In contrast, OTPS processing imposes an inherent restriction on the maximum value of the small size of the product, which can achieve high strength, for example, 0.5 inches (1.27 cm) maximum for Ti-6Al-4V products having a tensile strength at tensile of at least 165 thousand pounds / sq. inch (1138 MPa) and yield strength of at least 155 thousand pounds / sq. inch (1069 MPa) at room temperature. See AMS 6930A.

[0065] В дополнение, описанные здесь способы могут давать изделия из α+β-титанового сплава, имеющие высокую прочность с низкими или нулевыми термическими напряжениями и лучшими размерными допусками, чем высокопрочные изделия, получаемые с использованием обработки ОТРС. Холодное волочение и непосредственное старение в соответствии с описанными здесь способами не приводят к проблемным внутренним термическим напряжениям, не вызывают скручивания изделий и не вызывают размерных искажений изделий, что, как известно, встречается при использовании ОТРС для обработки изделий из α+β-титанового сплава.[0065] In addition, the methods described herein can produce α + β-titanium alloy products having high strength with low or zero thermal stresses and better dimensional tolerances than high strength products obtained using OPC processing. Cold drawing and direct aging in accordance with the methods described here do not lead to problematic internal thermal stresses, do not cause product twisting and do not cause dimensional distortion of products, which is known to occur when using OPCS for processing products from α + β-titanium alloy.

[0066] Описанный здесь способ также можно использовать для формовки изделий из α+β-титанового сплава, имеющих механические свойства, попадающие в широкий диапазон, в зависимости от уровня холодной обработки давлением и времени/температуры старения. В различных вариантах воплощения предел прочности при растяжении может быть в диапазоне от примерно 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до свыше 180 тысяч фунтов/кв. дюйм (от примерно 1069 МПа до свыше 1241 МПа), предел текучести может быть в диапазоне от примерно 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до примерно 163 тысяч фунтов/кв. дюйм (965-1124 МПа), а относительное удлинение может быть в диапазоне от примерно 8% до свыше 19%. Различные механические свойства могут быть достигнуты посредством различных комбинаций холодной обработки давлением и обработки старением. В различных вариантах воплощения повышенные уровни холодной обработки давлением (например, уменьшения поперечного сечения) могут коррелировать с повышенной прочностью и пониженной пластичностью, в то время как повышенные температуры старения могут коррелировать с пониженной прочностью и повышенной пластичностью. Таким образом, циклы холодной обработки давлением и старения можно конкретизировать в соответствии с описанными здесь вариантами воплощения, чтобы добиться контролируемых и воспроизводимых уровней прочности и пластичности изделий из α+β-титанового сплава. Это позволяет изготавливать изделия из α+β-титанового сплава, имеющие заданные механические свойства.[0066] The method described herein can also be used to form articles of α + β-titanium alloy having mechanical properties that fall into a wide range, depending on the level of cold working and the time / temperature of aging. In various embodiments, the tensile strength can be in the range of about 155 thousand psi. inch to over 180 thousand pounds / sq. inch (from about 1069 MPa to over 1241 MPa), the yield strength can be in the range from about 140 thousand pounds / sq. inch to about 163 thousand pounds / sq. inch (965-1124 MPa), and elongation may be in the range from about 8% to over 19%. Various mechanical properties can be achieved through various combinations of cold working and aging. In various embodiments, increased levels of cold forming (for example, reduced cross-section) may correlate with increased strength and reduced ductility, while increased aging temperatures may correlate with reduced strength and increased ductility. Thus, the cold forming and aging cycles can be specified in accordance with the embodiments described herein in order to achieve controlled and reproducible levels of strength and ductility of α + β-titanium alloy products. This allows you to make products from α + β-titanium alloy having specified mechanical properties.

[0067] Иллюстративные и неограничительные примеры, приведенные далее, предназначены для дополнительного описания различных неограничительных вариантов воплощения без ограничения объема вариантов воплощения изобретения. Лицам, которые являются специалистами в данной области, будет понятно, что возможны вариации Примеров в пределах объема изобретения, определяемого формулой изобретения.[0067] The illustrative and non-limiting examples given below are intended to further describe various non-limiting embodiments without limiting the scope of embodiments of the invention. Persons who are specialists in this field, it will be understood that variations of the Examples are possible within the scope of the invention defined by the claims.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Пример 1Example 1

[0068] Цилиндрические биллеты диаметром 5,0 дюймов из сплава двух разных плавок, имеющие средний химический состав, приведенный в Таблице 2 (за исключением случайных примесей), подвергали горячей прокатке в α+β-фазной области при температуре 1600°F (871°C) с образованием круглых прутков диаметром 1,0 дюйм.[0068] Cylindrical 5.0 inch diameter billets from an alloy of two different melts having an average chemical composition shown in Table 2 (excluding random impurities) were hot rolled in the α + β phase at 1600 ° F (871 ° C) with the formation of round bars with a diameter of 1.0 inch.

Figure 00000002
Figure 00000002

[0069] Круглые прутки диаметром 1,0 дюйм отжигали при температуре 1275°F в течение одного часа и охлаждали на воздухе до температуры окружающей среды. Отожженные прутки подвергали холодной обработке давлением при температуре окружающей среды, используя операции волочения, чтобы уменьшить диаметры прутков. Степень холодной обработки давлением, выполненной на прутках во время операций холодного волочения, количественно оценивали как уменьшение площади кругового поперечного сечения в процентах для круглых прутков во время холодного волочения. Степень холодной обработки в процентах составляла 20%, 30% или 40% уменьшения площади поперечного сечения (RA). Операции волочения выполняли, используя один проход волочения для 20%-ного уменьшения площади поперечного сечения и два прохода волочения для 30%-ного и 40%-ного уменьшения площади поперечного сечения без промежуточного отжига.[0069] The 1.0 inch diameter round rods were annealed at 1275 ° F for one hour and cooled in air to ambient temperature. The annealed rods were cold worked at ambient temperature using drawing operations to reduce the diameter of the rods. The degree of cold pressure treatment performed on the rods during cold drawing operations was quantified as a reduction in the circular cross-sectional area in percent for round rods during cold drawing. The percentage of cold working was 20%, 30%, or 40% reduction in cross-sectional area (RA). Drawing operations were performed using one drawing pass for a 20% reduction in cross-sectional area and two drawing passes for a 30% and 40% reduction in cross-sectional area without intermediate annealing.

[0070] Предел прочности при растяжении (UTS), предел текучести (YS) и относительное удлинение (%) измеряли при температуре окружающей среды для каждого холоднотянутого прутка (20%, 30% и 40% RA) и для прутков диаметром 1 дюйм, которые не подвергали холодному волочению (0% RA). Усредненные результаты приведены в Таблице 3 и на Фигурах 1 и 2.[0070] Tensile strength (UTS), yield strength (YS) and elongation (%) were measured at ambient temperature for each cold drawn rod (20%, 30% and 40% RA) and for 1 inch diameter rods that not cold drawn (0% RA). The averaged results are shown in Table 3 and in Figures 1 and 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

[0071] Предел прочности при растяжении обычно увеличивался с увеличением уровней холодной обработки давлением, в то время как относительное удлинение обычно уменьшалось с увеличением уровней холодной обработки давлением до примерно 20-30% холодной обработки. Сплавы, подвергнутые холодной обработке давлением до 30% и 40%, сохраняли примерно 8% относительного удлинения с пределами прочности, большими чем 180 тысяч фунтов/кв. дюйм и приближающимися к 190 тысячам фунтов/кв. дюйм. Сплавы, подвергнутые холодной обработке давлением до 30% и 40%, также обладали пределами текучести в диапазоне от 150 тысяч фунтов/кв. дюйм до 170 тысяч фунтов/кв. дюйм.[0071] The tensile strength typically increased with increasing levels of cold working, while the elongation usually decreased with increasing levels of cold working to about 20-30% cold working. Alloys subjected to cold working up to 30% and 40% retained approximately 8% elongation with tensile strengths greater than 180 thousand psi. inch and approaching 190 thousand pounds / sq. inch. Alloys subjected to cold working pressure up to 30% and 40%, also had yield strengths in the range of 150 thousand pounds / square. inch to 170 thousand pounds / sq. inch.

Пример 2Example 2

[0072] Цилиндрические биллеты диаметром 5 дюймов, имеющие средний химический состав плавки X, приведенный в Таблице 1 (температура β-превращения 1790°F), были термомеханически обработаны, как описано в Примере 1, с образованием круглых прутков, имеющих степень холодной обработки давлением 20%, 30% или 40% обжатия. После холодного волочения прутки сразу же подвергали старению, используя один из циклов старения, приведенных в Таблице 4, после чего их охлаждали на воздухе до температуры окружающей среды.[0072] Cylindrical billets with a diameter of 5 inches having an average melt chemical X shown in Table 1 (β-transformation temperature of 1790 ° F) were thermo-mechanically processed as described in Example 1 to form round rods having a degree of cold working 20%, 30% or 40% reduction. After cold drawing, the rods were immediately subjected to aging using one of the aging cycles shown in Table 4, after which they were cooled in air to ambient temperature.

Figure 00000004
Figure 00000004

[0073] Предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение измеряли при температуре окружающей среды для каждого холоднотянутого и состаренного прутка. Необработанные данные приведены на Фигуре 3, а усредненные данные представлены на Фигуре 4 и в Таблице 5.[0073] Tensile strength, yield strength and elongation were measured at ambient temperature for each cold drawn and aged bar. Raw data is shown in Figure 3, and the averaged data is presented in Figure 4 and in Table 5.

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

[0074] Холоднотянутые и состаренные сплавы проявляли диапазон механических свойств в зависимости от уровня холодной обработки давлением и цикла время/температура при обработке старением. Предел прочности при растяжении находился в диапазоне от примерно 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до свыше 180 тысяч фунтов/кв. дюйм. Предел текучести находился в диапазоне от примерно 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до примерно 163 тысяч фунтов/кв. дюйм. Относительное удлинение находилось в диапазоне от примерно 11% до свыше 19%. Соответственно, различные механические свойства могут быть достигнуты посредством разных комбинаций уровня холодной обработки давлением и обработки старением.[0074] Cold drawn and aged alloys exhibited a range of mechanical properties depending on the level of cold working and the time / temperature cycle of the aging treatment. The tensile strength ranged from about 155 thousand pounds / sq. inch to over 180 thousand pounds / sq. inch. The yield strength ranged from about 140 thousand pounds / sq. inch to about 163 thousand pounds / sq. inch. Elongation ranged from about 11% to over 19%. Accordingly, various mechanical properties can be achieved through various combinations of cold forming level and aging treatment.

[0075] Повышенные уровни холодной обработки давлением обычно коррелируют с повышенной прочностью и пониженной пластичностью. Повышенные температуры старения обычно коррелируют с пониженной прочностью. Это показано на Фигурах 5, 6 и 7, на которых изображены графики зависимости прочности (средний UTS и средний YS) от температуры для степени холодной обработки давлением 20%, 30 и 40% обжатия соответственно. Повышенные температуры старения обычно коррелируют с повышенной пластичностью. Это показано на Фигурах 8, 9 и 10, на которых изображены графики зависимости среднего относительного удлинения от температуры для степени холодной обработки давлением 20%, 30% и 40% обжатия соответственно. Продолжительность обработки старением, по-видимому, не оказывает существенного влияния на механические свойства, как показано на Фигурах 11 и 12, где изображены графики зависимости соответственно прочности и относительного удлинения от времени для степени холодной обработки давлением 20% обжатия.[0075] Elevated levels of cold forming typically correlate with increased strength and reduced ductility. Elevated aging temperatures usually correlate with reduced strength. This is shown in Figures 5, 6 and 7, which depict graphs of the dependence of strength (average UTS and average YS) on temperature for the degree of cold working pressure of 20%, 30 and 40% reduction, respectively. Elevated aging temperatures usually correlate with increased ductility. This is shown in Figures 8, 9 and 10, which depict graphs of the dependence of the average relative elongation on temperature for the degree of cold working pressure of 20%, 30% and 40% reduction, respectively. The duration of the aging treatment does not seem to have a significant effect on the mechanical properties, as shown in Figures 11 and 12, which depict graphs of the strength and elongation, respectively, over time for a degree of cold working of 20% compression.

Пример 3Example 3

[0076] Холоднотянутые круглые прутки, имеющие химический состав плавки X, представленный в Таблице 1, диаметрами 0,75 дюйма, и обработанные как описано в Примерах 1 и 2 до 40% обжатия во время операции волочения, испытывали на двойной срез в соответствии с NASM 1312-13 (Aerospace Industries Association (Ассоциация аэрокосмических отраслей), 1 февраля 2003 года, включено сюда путем ссылки). Испытание на двойной срез дает оценку применимости этой комбинации химического состава сплава и его термомеханической обработки для производства высокопрочного крепежного материала. Первый комплект круглых прутков испытывали в холоднотянутом состоянии, а второй комплект круглых прутков испытывали после проведения старения при температуре 850°F в течение 1 часа и охлаждения на воздухе до температуры окружающей среды (850/1/АС). Результаты испытания прочности на двойной срез представлены в Таблице 6 вместе со средними значениями предела прочности при растяжении, предела текучести и относительного удлинения. С целью сравнения минимальные предписанные значения для этих механических свойств у заготовок крепежных изделий из сплава Ti-6Al-4V также представлены в Таблице 6.[0076] Cold drawn round rods having the chemical composition of heat X, shown in Table 1, with diameters of 0.75 inches, and processed as described in Examples 1 and 2 to 40% reduction during the drawing operation, were tested for double shear in accordance with NASM 1312-13 (Aerospace Industries Association, February 1, 2003, incorporated herein by reference). The double-section test assesses the applicability of this combination of the chemical composition of the alloy and its thermomechanical processing to produce high-strength fastening material. The first set of round bars was tested in a cold drawn state, and the second set of round bars was tested after aging at 850 ° F for 1 hour and cooling in air to ambient temperature (850/1 / AC). The double shear strength test results are presented in Table 6 along with the average tensile strength, yield strength, and elongation. For comparison purposes, the minimum prescribed values for these mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy fastener blanks are also presented in Table 6.

Figure 00000007
Figure 00000007

[0077] Холоднотянутые и состаренные сплавы проявляли механические свойства, превышающие минимальные предписанные значения для сплава Ti-6Al-4V, применяемого в заготовках крепежных изделий. В связи с этим описанные здесь способы могут представлять более эффективную альтернативу производству изделий из сплава Ti-6Al-4V с использованием обработки ОТРС.[0077] Cold drawn and aged alloys exhibited mechanical properties exceeding the minimum prescribed values for the Ti-6Al-4V alloy used in fastener blanks. In this regard, the methods described herein may provide a more effective alternative to the production of Ti-6Al-4V alloy products using OPCS processing.

[0078] Холодная обработка давлением и старение α+β-титановых сплавов, содержащих, в весовых процентах, от 2,90 до 5,00 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 0,40 до 2,00 железа, от 0,10 до 0,30 кислорода и титан, в соответствии с описанными здесь различными вариантами воплощения производят изделия из сплава, имеющие механические свойства, которые превышают минимальные предписанные механические свойства сплавов Ti-6Al-4V для разных применений, включая, например, обычное применение в аэрокосмической отрасли и применение для крепежа. Как указывалось выше, сплавы Ti-6Al-4V требуют обработки ОТРС, чтобы достичь необходимой прочности, требуемой для важнейших применений, таких как, например, применения в аэрокосмической отрасли. В связи с этим высокая прочность сплавов Ti-6Al-4V ограничивается размером изделий, что обусловлено присущими материалу физическими свойствами и требованием быстрой закалки во время обработки ОТРС. В отличие от этого, высокопрочные изделия из α+β-титановых сплавов, подвергнутые холодной обработке давлением и старению, как описано здесь, не ограничиваются по размерам изделия и его измерениями. Кроме того, подвергнутые холодной обработке давлением и старению высокопрочные α+β-титановые сплавы, как описано здесь, не испытывают больших термических и внутренних напряжений или коробления, которые могут быть характерны для изделий из сплава Ti-6Al-4V более толстого сечения во время обработки ОТРС.[0078] Cold forming and aging of α + β-titanium alloys containing, in weight percent, from 2.90 to 5.00 aluminum, from 2.00 to 3.00 vanadium, from 0.40 to 2.00 iron , from 0.10 to 0.30 oxygen and titanium, in accordance with the various embodiments described herein, produce alloy products having mechanical properties that exceed the minimum prescribed mechanical properties of Ti-6Al-4V alloys for various applications, including, for example, Typical aerospace and fastener applications. As mentioned above, Ti-6Al-4V alloys require OTPS processing to achieve the required strength required for critical applications, such as, for example, aerospace applications. In this regard, the high strength of Ti-6Al-4V alloys is limited by the size of the products, which is due to the physical properties inherent in the material and the requirement for quick hardening during processing of OPCS. In contrast, high-strength articles of α + β-titanium alloys subjected to cold forming and aging, as described herein, are not limited to the dimensions of the article and its measurements. In addition, the cold-worked and aged high-strength α + β-titanium alloys, as described herein, do not experience large thermal and internal stresses or warping, which may be characteristic of thicker Ti-6Al-4V alloy products during processing OTRS.

[0079] Это раскрытие изобретения было написано со ссылкой на различные примерные, иллюстративные и неограничительные варианты воплощения. Однако специалистам в данной области будет понятно, что могут быть проделаны различные замены, модификации или комбинации любых из описанных вариантов воплощения (или их частей) без отклонения от объема изобретения. Таким образом, предполагается и понятно, что настоящее изобретение охватывает дополнительные варианты воплощения, явным образом не изложенные здесь. Такие варианты воплощения могут быть получены, например, путем объединения, модификации или реорганизации любого из описанных этапов, компонентов, элементов, признаков, аспектов, характеристик, ограничений и т.п. в описанных здесь вариантах воплощения. В этой связи Заявитель оставляет за собой право вносить изменения в формулу изобретения в ходе делопроизводства, чтобы добавить признаки, по-разному описанные здесь.[0079] This disclosure of the invention has been written with reference to various exemplary, illustrative and non-limiting embodiments. However, it will be understood by those skilled in the art that various substitutions, modifications, or combinations of any of the described embodiments (or parts thereof) can be made without departing from the scope of the invention. Thus, it is intended and understood that the present invention encompasses further embodiments not expressly set forth herein. Such embodiments may be obtained, for example, by combining, modifying, or reorganizing any of the described steps, components, elements, features, aspects, characteristics, limitations, and the like. in embodiments described herein. In this regard, the Applicant reserves the right to amend the claims in the course of paperwork to add features that are described differently here.

Claims (29)

1. Способ формовки изделия из α+β-титанового сплава, включающий:
холодную обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°F; и
старение α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 700°F до 1200°F после холодной обработки давлением без проведения обработки на твердый раствор между холодной обработкой давлением и старением, причем α+β-титановый сплав содержит, в весовых процентах, от 2,90 до 5,00 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 0,40 до 2,00 железа, от 0,10 до 0,30 кислорода, титан и случайные примеси - остальное.
1. The method of forming products from α + β-titanium alloy, including:
cold pressure treatment of α + β-titanium alloy at a temperature in the range from ambient temperature to 500 ° F; and
aging of an α + β-titanium alloy at a temperature in the range of 700 ° F to 1200 ° F after cold working without performing a solid solution treatment between cold working and aging, wherein the α + β-titanium alloy contains, in weight percent, 2.90 to 5.00 aluminum, from 2.00 to 3.00 vanadium, from 0.40 to 2.00 iron, from 0.10 to 0.30 oxygen, titanium and incidental impurities - the rest.
2. Способ по п. 1, в котором путем холодной обработки давлением и старения формуют изделие из α+β-титанового сплава, имеющее предел прочности при растяжении в диапазоне от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 200 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды.2. The method according to p. 1, in which, by cold forming and aging, a product is formed from an α + β-titanium alloy having a tensile strength in the range of 155 thousand psi. inch to 200 thousand pounds / sq. inch and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature. 3. Способ по п. 1, в котором путем холодной обработки давлением и старения формуют изделие из α+β-титанового сплава, имеющее предел прочности при растяжении в диапазоне от 165 тысяч фунтов/кв. дюйм до 180 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 17%, при температуре окружающей среды.3. The method according to p. 1, in which, by cold working and aging, an article is formed from an α + β-titanium alloy having a tensile strength in the range of 165 thousand psi. inch to 180 thousand pounds / sq. inch and elongation in the range from 8% to 17%, at ambient temperature. 4. Способ по п. 1, в котором путем холодной обработки давлением и старения формуют изделие из α+β-титанового сплава, имеющее предел текучести в диапазоне от 140 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 20%, при температуре окружающей среды.4. The method according to p. 1, in which, by cold forming and aging, a product is formed from an α + β-titanium alloy having a yield strength in the range of 140 thousand psi. inch to 165 thousand pounds / sq. inch and elongation in the range from 8% to 20%, at ambient temperature. 5. Способ по п. 1, в котором путем холодной обработки давлением и старения формуют изделие из α+β-титанового сплава, имеющее предел текучести в диапазоне от 155 тысяч фунтов/кв. дюйм до 165 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение в диапазоне от 8% до 15%, при температуре окружающей среды.5. The method according to p. 1, in which, by cold forming and aging, an article is formed from an α + β-titanium alloy having a yield strength in the range of 155 thousand psi. inch to 165 thousand pounds / sq. inch and elongation in the range from 8% to 15%, at ambient temperature. 6. Способ по п. 1, в котором путем холодной обработки давлением и старения формуют изделие из α+β-титанового сплава, имеющее предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение, при температуре окружающей среды, которые по меньшей мере такие же большие, как предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение, при температуре окружающей среды, у в остальном идентичного изделия, состоящего из сплава Ti-6Al-4V, в состоянии после обработки на твердый раствор и старения.6. The method according to claim 1, in which, by cold forming and aging, an α + β-titanium alloy product is formed having tensile strength, yield strength and elongation at ambient temperature, which are at least as large as the ultimate tensile strength, yield strength and elongation at ambient temperature for an otherwise identical product, consisting of a Ti-6Al-4V alloy, in the state after treatment for solid solution and aging. 7. Способ по п. 1, включающий холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до относительного уменьшения площади поперечного сечения от 20% до 60%.7. The method according to p. 1, including cold pressure treatment of α + β-titanium alloy to a relative decrease in cross-sectional area from 20% to 60%. 8. Способ по п. 1, включающий холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до относительного уменьшения площади поперечного сечения от 20% до 40%.8. The method according to p. 1, including cold pressure treatment of α + β-titanium alloy to a relative reduction in cross-sectional area from 20% to 40%. 9. Способ по п. 1, в котором холодная обработка давлением α+β-титанового сплава включает по меньшей мере два цикла деформации, при этом каждый цикл включает холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до по меньшей мере 10%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения.9. The method according to claim 1, wherein the cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy includes at least two deformation cycles, wherein each cycle includes cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy to at least 10% relative reducing the cross-sectional area. 10. Способ по п. 1, в котором холодная обработка давлением α+β-титанового сплава включает по меньшей мере два цикла деформации, при этом каждый цикл включает холодную обработку давлением α+β-титанового сплава до по меньшей мере 20%-ного относительного уменьшения площади поперечного сечения.10. The method according to claim 1, wherein the cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy comprises at least two deformation cycles, wherein each cycle includes cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy to at least 20% relative reducing the cross-sectional area. 11. Способ по п. 1, включающий холодную обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 400°F.11. The method according to p. 1, including cold pressure treatment of α + β-titanium alloy at a temperature in the range from ambient temperature to 400 ° F. 12. Способ по п. 1, включающий холодную обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре окружающей среды.12. The method according to p. 1, including cold pressure treatment of α + β-titanium alloy at ambient temperature. 13. Способ по п. 1, включающий старение α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 800°F до 1150°F после холодной обработки давлением.13. The method according to p. 1, including the aging of α + β-titanium alloy at a temperature in the range from 800 ° F to 1150 ° F after cold working. 14. Способ по п. 1, включающий старение α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 850°F до 1100°F после холодной обработки давлением.14. The method of claim 1, comprising aging an α + β-titanium alloy at a temperature in the range of 850 ° F to 1100 ° F after cold forming. 15. Способ по п. 1, включающий старение α+β-титанового сплава в течение до 50 часов.15. The method according to p. 1, including the aging of α + β-titanium alloy for up to 50 hours. 16. Способ по п. 15, включающий старение α+β-титанового сплава в течение от 0,5 до 10 часов.16. The method according to p. 15, including the aging of α + β-titanium alloy for from 0.5 to 10 hours. 17. Способ по п. 1, дополнительно включающий горячую обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 300°F до 25°F ниже температуры β-превращения α+β-титанового сплава, при этом горячую обработку давлением выполняют перед холодной обработкой давлением.17. The method according to claim 1, further comprising a hot pressure treatment of the α + β-titanium alloy at a temperature in the range of 300 ° F to 25 ° F below the temperature of the β-transformation of the α + β-titanium alloy, while the hot pressure treatment is performed before cold working. 18. Способ по п. 17, дополнительно включающий отжиг α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 1200°F до 1500°F, при этом отжиг выполняют между горячей обработкой давлением и холодной обработкой давлением.18. The method according to p. 17, further comprising annealing the α + β-titanium alloy at a temperature in the range from 1200 ° F to 1500 ° F, wherein annealing is performed between the hot pressure treatment and the cold pressure treatment. 19. Способ по п. 17, включающий горячую обработку давлением α+β-титанового сплава при температуре в диапазоне от 1500°F до 1775°F.19. The method according to p. 17, including a hot pressure treatment of α + β-titanium alloy at a temperature in the range from 1500 ° F to 1775 ° F. 20. Способ по п. 1, при этом α+β-титановый сплав состоит из, в весовых процентах, от 2,90 до 5,00 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 0,40 до 2,00 железа, от 0,10 до 0,30 кислорода и остальное - титан и случайные примеси.20. The method according to p. 1, wherein the α + β-titanium alloy consists of, in weight percent, from 2.90 to 5.00 aluminum, from 2.00 to 3.00 vanadium, from 0.40 to 2, 00 iron, from 0.10 to 0.30 oxygen and the rest is titanium and random impurities. 21. Способ по п. 1, при этом α+β-титановый сплав состоит из, в весовых процентах, от 3,50 до 4,50 алюминия, от 2,00 до 3,00 ванадия, от 1,00 до 2,00 железа, от 0,10 до 0,30 кислорода и остальное - титан и случайные примеси.21. The method according to claim 1, wherein the α + β-titanium alloy consists of, in weight percent, from 3.50 to 4.50 aluminum, from 2.00 to 3.00 vanadium, from 1.00 to 2, 00 iron, from 0.10 to 0.30 oxygen and the rest is titanium and random impurities. 22. Способ по п. 1, при этом α+β-титановый сплав состоит из, в весовых процентах, от 3,70 до 4,30 алюминия, от 2,20 до 2,80 ванадия, от 1,20 до 1,80 железа, от 0,22 до 0,28 кислорода и остальное - титан и случайные примеси.22. The method according to p. 1, wherein the α + β-titanium alloy consists of, in weight percent, from 3.70 to 4.30 aluminum, from 2.20 to 2.80 vanadium, from 1.20 to 1, 80 iron, from 0.22 to 0.28 oxygen and the rest is titanium and random impurities. 23. Способ по п. 1, в котором холодная обработка давлением α+β-титанового сплава включает холодную обработку давлением путем выполнения по меньшей мере одной операции, выбранной из группы, состоящей из прокатки, ковки, прессования, выдавливанием, пилигримовой прокатки, периодической прокатки и волочения.23. The method according to claim 1, in which the cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy includes cold pressure treatment by performing at least one operation selected from the group consisting of rolling, forging, pressing, extrusion, pilgrim rolling, periodic rolling and drawing. 24. Способ по п. 1, в котором холодная обработка давлением α+β-титанового сплава включает холодное волочение α+β-титанового сплава.24. The method according to claim 1, wherein the cold pressure treatment of the α + β-titanium alloy includes cold drawing of the α + β-titanium alloy. 25. Изделие из α+β-титанового сплава, формованное способом по п. 1.25. A product of α + β-titanium alloy, molded by the method according to claim 1. 26. Изделие по п. 25, при этом изделие выбрано из группы, состоящей из бруса, прутка, стержня, трубки, сляба, плиты и крепежа.26. The product according to p. 25, wherein the product is selected from the group consisting of a bar, rod, rod, tube, slab, plate and fixture. 27. Изделие по п. 25, при этом изделие имеет диаметр или толщину больше чем 0,5 дюйма, предел прочности при растяжении больше чем 165 тысяч фунтов/кв. дюйм, предел текучести больше чем 155 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение больше чем 12%.27. The product according to p. 25, wherein the product has a diameter or thickness of more than 0.5 inches, tensile strength more than 165 thousand pounds / square. inch, yield strength of more than 155 thousand psi. inch and elongation greater than 12%. 28. Изделие по п. 25, при этом изделие имеет диаметр или толщину больше чем 3,0 дюйма, предел прочности при растяжении больше чем 165 тысяч фунтов/кв. дюйм, предел текучести больше чем 155 тысяч фунтов/кв. дюйм и относительное удлинение больше чем 12%.28. The product according to claim 25, wherein the product has a diameter or thickness greater than 3.0 inches, tensile strength more than 165 thousand pounds / square. inch, yield strength of more than 155 thousand psi. inch and elongation greater than 12%. 29. Способ по п. 1, в котором старение проводят сразу после холодной обработки давлением. 29. The method according to p. 1, in which aging is carried out immediately after cold pressure treatment.
RU2013107028/02A 2010-07-19 2011-06-27 Treatment of alpha/beta titanium alloys RU2575276C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/838,674 US9255316B2 (en) 2010-07-19 2010-07-19 Processing of α+β titanium alloys
US12/838,674 2010-07-19
PCT/US2011/041934 WO2012012102A1 (en) 2010-07-19 2011-06-27 Processing of alpha/beta titanium alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013107028A RU2013107028A (en) 2014-08-27
RU2575276C2 true RU2575276C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690905C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-06 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF TEMPERATURE TOLERANCE AND HIGH DEGREE OF DEFORMATION
RU2690869C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-06 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION
RU2691815C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-18 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF DEFORMATION TEMPERATURE TOLERANCE FIELD
RU2759814C1 (en) * 2018-10-09 2021-11-18 Ниппон Стил Корпорейшн WIRE FROM α+β-TYPE TITANIUM ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING WIRE FROM α+β-TYPE TITANIUM ALLOY

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5980655A (en) * 1997-04-10 1999-11-09 Oremet-Wah Chang Titanium-aluminum-vanadium alloys and products made therefrom
RU2156828C1 (en) * 2000-02-29 2000-09-27 Воробьев Игорь Андреевич METHOD FOR MAKING ROD TYPE ARTICLES WITH HEAD FROM DOUBLE-PHASE (alpha+beta) TITANIUM ALLOYS
RU2339731C2 (en) * 2003-05-09 2008-11-27 Эй Ти Ай Пропертиз, Инк. Treatment of alloys titanium-aluminum-vanadium and product made by means of it

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5980655A (en) * 1997-04-10 1999-11-09 Oremet-Wah Chang Titanium-aluminum-vanadium alloys and products made therefrom
RU2156828C1 (en) * 2000-02-29 2000-09-27 Воробьев Игорь Андреевич METHOD FOR MAKING ROD TYPE ARTICLES WITH HEAD FROM DOUBLE-PHASE (alpha+beta) TITANIUM ALLOYS
RU2339731C2 (en) * 2003-05-09 2008-11-27 Эй Ти Ай Пропертиз, Инк. Treatment of alloys titanium-aluminum-vanadium and product made by means of it

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690905C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-06 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF TEMPERATURE TOLERANCE AND HIGH DEGREE OF DEFORMATION
RU2690869C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-06 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α + β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH INDUCTION HEATING AND WITH HIGH DEGREE OF DEFORMATION
RU2691815C1 (en) * 2018-03-05 2019-06-18 Хермит Эдванст Технолоджиз ГмбХ METHOD OF MAKING WIRE FROM (α+β)-TITANIUM ALLOY FOR ADDITIVE TECHNOLOGY WITH CONTROL OF DEFORMATION TEMPERATURE TOLERANCE FIELD
RU2759814C1 (en) * 2018-10-09 2021-11-18 Ниппон Стил Корпорейшн WIRE FROM α+β-TYPE TITANIUM ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING WIRE FROM α+β-TYPE TITANIUM ALLOY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10144999B2 (en) Processing of alpha/beta titanium alloys
RU2725391C2 (en) Processing of alpha-beta-titanium alloys
JP6734890B2 (en) Method for treating titanium alloy
EP3359702B1 (en) Optimization of aluminum hot working
Nikulin et al. Superplasticity in a 7055 aluminum alloy processed by ECAE and subsequent isothermal rolling
Birol et al. Processing of high strength EN AW 6082 forgings without a solution heat treatment
CHAO et al. Working hardening behaviors of severely cold deformed and fine-grained AZ31 Mg alloys at room temperature
Wei et al. Effect of heat treatment on microstructures and mechanical properties of extruded-rolled AZ31 Mg alloys
JP2010053386A (en) Magnesium alloy sheet material which is excellent in formability, and producing method therefor
RU2575276C2 (en) Treatment of alpha/beta titanium alloys
Qing et al. Grain refining and property improvement of AZ31 Mg alloy by hot rolling
RU2345173C1 (en) Method of producing superductile plates from aluminium alloys of aluminium-magnesium-lithium system
RU2635650C1 (en) Method of thermomechanical processing of high-alloyed pseudo- (titanium alloys alloyed by rare and rare-earth metals
RU2478130C1 (en) Beta-titanium alloy and method of its thermomechanical treatment
Lee et al. Verification of Optimum Temperature on Tensile Ductility Improvement of Friction Stir Processed AZ31 at Warm Temperature Range up to 300 C
RU2575264C1 (en) Fabrication of sheet blank from aluminium-magnesium alloy
Mansoor et al. High Strength ZK 60 Mg plate produced by Grain Refinement and Precipitation during Alternate Biaxial Reverse Corrugation(ABRC) Process and Friction Stir Process(FSP)