RU2772153C1 - Creep-resistant titanium alloys - Google Patents
Creep-resistant titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772153C1 RU2772153C1 RU2021108094A RU2021108094A RU2772153C1 RU 2772153 C1 RU2772153 C1 RU 2772153C1 RU 2021108094 A RU2021108094 A RU 2021108094A RU 2021108094 A RU2021108094 A RU 2021108094A RU 2772153 C1 RU2772153 C1 RU 2772153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium alloy
- titanium
- total weight
- percent based
- Prior art date
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 163
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 121
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 121
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 32
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000011068 load Methods 0.000 claims description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N Hafnium Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 229910001040 Beta-titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 3
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- -1 zirconium-silicon-germanium Chemical compound 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018459 Al—Ge Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000927 Ge alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008310 Si—Ge Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 238000007656 fracture toughness test Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОГИИTECHNOLOGY BACKGROUND
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[0001] Настоящее изобретение относится к стойким к ползучести титановым сплавам.[ 0001 ] The present invention relates to creep resistant titanium alloys.
ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
[0002] Титановые сплавы обычно проявляют высокую удельную прочность (отношение прочности к массе), являются коррозионно-стойкими и устойчивы к ползучести при умеренно высоких температурах. Например, сплав Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr (также обозначаемый «сплав Ti-17» с регламентированным в UNS R58650 составом) представляет собой промышленный сплав, который широко используется в вариантах применения для реактивных двигателей, требующих сочетания высоких прочности, сопротивления усталости и вязкости разрушения при эксплуатационных температурах до 800°С. Другие примеры титановых сплавов, используемых для высокотемпературных применений, включают сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (с регламентированным в UNS R54620 составом) и сплав Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (также обозначаемый «Beta-C» с регламентированным в UNS R58640 составом). Однако в этих сплавах существуют пределы сопротивления ползучести при повышенных температурах. Соответственно, появилась потребность в титановых сплавах, имеющих улучшенное сопротивления ползучести при повышенных температурах.[ 0002 ] Titanium alloys typically exhibit high specific strength (strength to weight ratio), are corrosion resistant, and are resistant to creep at moderately high temperatures. For example, Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr alloy (also referred to as “Ti-17 alloy” with UNS R58650 composition) is an industrial alloy that is widely used in jet engine applications requiring a combination of high strength, fatigue resistance and fracture toughness at operating temperatures up to 800°C. Other examples of titanium alloys used for high temperature applications include Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo alloy (with a composition specified in UNS R54620) and Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr alloy (also referred to as "Beta-C" with composition regulated in UNS R58640). However, these alloys have limits on creep resistance at elevated temperatures. Accordingly, there has been a need for titanium alloys having improved creep resistance at elevated temperatures.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0003] Согласно одному неограничивающему аспекту настоящего изобретения, титановый сплав включает, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,5 до 2,5 олова; от 1,3 до 2,3 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,1 до 2,0 германия; титан; и примеси.[ 0003 ] According to one non-limiting aspect of the present invention, the titanium alloy includes, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.5 to 2.5 tin; from 1.3 to 2.3 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.1 to 2.0 germanium; titanium; and impurities.
[0004] Согласно еще одному неограничивающему аспекту настоящего изобретения, титановый сплав состоит по существу из, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,5 до 2,5 олова; от 1,3 до 2,3 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,1 до 2,0 германия; титана; и примесей.[ 0004 ] According to another non-limiting aspect of the present invention, the titanium alloy consists essentially of, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.5 to 2.5 tin; from 1.3 to 2.3 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.1 to 2.0 germanium; titanium; and impurities.
[0005] Согласно еще одному неограничивающему аспекту настоящего изобретения, титановый сплав включает, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 2 до 7 алюминия; от 0 до 5 олова; от 0 до 5 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,05 до 2,0 германия; от 0 до 0,30 кислорода; от 0 до 0,30 железа; от 0 до 0,05 азота; от 0 до 0,05 углерода; от 0 до 0,015 водорода; титан; и примеси.[ 0005 ] According to another non-limiting aspect of the present invention, the titanium alloy includes, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 2 to 7 aluminum; 0 to 5 tin; 0 to 5 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.05 to 2.0 germanium; 0 to 0.30 oxygen; 0 to 0.30 iron; from 0 to 0.05 nitrogen; 0 to 0.05 carbon; 0 to 0.015 hydrogen; titanium; and impurities.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0006] Признаки и преимущества описываемых здесь сплавов, изделий и способов могут быть лучше понятны при обращении к сопроводительным чертежам, на которых:[ 0006 ] The features and advantages of the alloys, articles and methods described herein may be better understood by reference to the accompanying drawings, in which:
[0007] ФИГ. 1 представляет график, на который нанесена деформация ползучести в зависимости от времени для некоторых неограничивающих вариантов титановых сплавов согласно настоящему изобретению в сравнении с некоторыми традиционными титановыми сплавами.[ 0007 ] FIG. 1 is a graph plotting creep strain versus time for some non-limiting titanium alloys of the present invention compared to some conventional titanium alloys.
[0008] ФИГ. 2 включает микрофотографию неограничивающего варианта титанового сплава согласно настоящему изобретению и график, показывающий результаты сканирования методом энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии (XRD) сплава перед воздействием длительной нагрузки.[ 0008 ] FIG. 2 includes a photomicrograph of a non-limiting embodiment of a titanium alloy of the present invention and a graph showing energy dispersive X-ray spectrometry (XRD) scan results of the alloy prior to sustained loading.
[0009] ФИГ. 3 включает микрофотографию титанового сплава по ФИГ. 2 и график, показывающий результаты XRD-сканирования сплава и выделение Zr/Si/Ge в виде интерметаллической выделившейся частицы после того, как сплав был нагрет при 900°F в течение 125 часов по воздействием длительной нагрузки 52 ksi; и[ 0009 ] FIG. 3 includes a micrograph of the titanium alloy of FIG. 2 and a graph showing the results of an XRD scan of the alloy and the release of Zr/Si/Ge as an intermetallic precipitated particle after the alloy was heated at 900°F for 125 hours under a continuous load of 52 ksi; and
[0010] ФИГ. 4 показывает карты распределения элементов для титанового сплава по ФИГ. 3.[ 0010 ] FIG. 4 shows element distribution maps for the titanium alloy of FIG. 3.
[0011] Читателю будут понятны вышеуказанные подробности, а также прочие детали, по прочтении нижеследующего подробного описания некоторых неограничивающих вариантов осуществления согласно настоящему изобретению.[ 0011 ] The reader will appreciate the above details, as well as other details, upon reading the following detailed description of some non-limiting embodiments according to the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF SOME NON-LIMITING EMBODIMENTS
[0012] В настоящем описании неограничивающих вариантов осуществления, кроме рабочих примеров или тех мест, где оговорено иное, все числа, выражающие количества или характеристики, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «примерно». Соответственно, если не оговорено иное, любые численные параметры, изложенные в следующем описании, являются приближенными величинами, которые могут варьировать в зависимости от желательных свойств, каковые стремятся получить в материалах и способами согласно настоящему изобретению. По крайней мере, и не в качестве попытки ограничить применимость доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр следует по меньшей мере толковать в свете числа приведенных значащих цифр и с применением обычных методов округления. Все описываемые здесь диапазоны включают указанные конечные точки, если не оговорено иное.[ 0012 ] In the present description of non-limiting embodiments, except for working examples or where otherwise indicated, all numbers expressing amounts or characteristics should be understood as modified in all cases by the term "about". Accordingly, unless otherwise noted, any numerical parameters set forth in the following description are approximations that may vary depending on the desired properties that are sought to obtain in the materials and methods according to the present invention. At the very least, and not as an attempt to limit the applicability of the doctrine of equivalents to the scope of the claims, each numerical parameter should at least be interpreted in the light of the number of significant figures given and using the usual methods of rounding. All ranges described herein include the indicated endpoints unless otherwise noted.
[0013] Любые патент, публикация или иной материал раскрытия, которые указаны как включенные, целиком или частично, сюда по ссылке, включены сюда по ссылке только в той степени, в которой включенный материал не противоречит существующим определениям, указаниям или иному материалу раскрытия, изложенному в настоящем изобретении. Как таковое, и в необходимой мере, изложенное здесь раскрытие заменяет собой любой противоречащий материал, включенный сюда по ссылке. Любой материал или его часть, который указан как включенный сюда по ссылке, но который противоречит существующим определениям, формулировкам или иному материалу изложенного здесь раскрытия, включен только в той степени, в которой не возникает противоречие между этим включенным материалом и существующим материалом раскрытия.[ 0013 ] Any patent, publication or other disclosure material that is indicated as being incorporated, in whole or in part, here by reference, is incorporated here by reference only to the extent that the included material does not conflict with the existing definitions, guidelines or other disclosure material set forth in the present invention. As such, and to the extent necessary, the disclosure set forth herein supersedes any conflicting material incorporated herein by reference. Any material, or portion thereof, that is incorporated herein by reference, but which is inconsistent with the existing definitions, language, or other material of the disclosure set forth herein, is included only to the extent that there is no conflict between that incorporated material and the existing disclosure material.
[0014] Ссылка здесь на титановый сплав, «включающий» конкретный состав, предполагается охватывающей сплавы, «состоящие по существу из» или «состоящие из» указанного состава. Будет понятно, что описанные здесь составы титановых сплавов, «включающие», «содержащие», «состоящие из» или «состоящие по существу из» конкретного состава, также могут включать примеси.[ 0014 ] Reference herein to a titanium alloy "comprising" a particular composition is intended to cover alloys "consisting essentially of" or "consisting of" the specified composition. It will be understood that the compositions of titanium alloys described herein, "comprising", "containing", "consisting of" or "consisting essentially of" a particular composition, may also include impurities.
[0015] Изделия и детали в высокотемпературных средах могут проявлять ползучесть. Применяемый здесь термин «высокая температура» подразумевает температуры, превышающие примерно 200°F. Ползучесть представляет собой зависящую от времени деформацию, возникающую при напряжении. Ползучесть, происходящая при снижающейся скорости деформации, называется первичной ползучестью; ползучесть, происходящая при минимальной и почти постоянной скорости деформации, называется вторичной (установившейся) ползучестью; а ползучесть, происходящая при возрастающей скорости деформации, называется третичной ползучестью. Предел ползучести представляет собой напряжение, которое будет вызывать данную деформацию ползучести в испытании ползучести в данное время в заданной постоянной среде.[ 0015 ] Products and parts in high temperature environments may exhibit creep. As used herein, the term "high temperature" means temperatures in excess of about 200°F. Creep is a time-dependent deformation that occurs under stress. Creep that occurs at a decreasing strain rate is called primary creep; creep occurring at a minimum and almost constant strain rate is called secondary (steady) creep; and creep occurring at an increasing strain rate is called tertiary creep. The creep limit is the stress that will induce a given creep strain in a creep test at a given time in a given constant environment.
[0016] Характеристики сопротивления ползучести титана и титановых сплавов при высокой температуре и под воздействием длительной нагрузки зависят главным образом от микроструктурных признаков. Титан имеет две аллотропные модификации: бета(«β»)-фаза, которая имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру, и альфа(«α»)-фазу, которая имеет гексагональную плотноупакованную (ГПУ) кристаллическую структуру. Как правило, β-титановые сплавы проявляют плохое сопротивление ползучести при повышенной температуре. Плохое сопротивление ползучести при повышенной температуре является результатом значительной концентрации β-фазы, которую эти сплавы проявляют при повышенных температурах, например, таких как 900°F. β-Фаза не обладает хорошим сопротивлением ползучести вследствие ее объемно-центрированной кубической структуры, которая обеспечивает большое число деформационных механизмов. В результате этих недостатков применение β-титановых сплавов было ограничено.[ 0016 ] The creep resistance characteristics of titanium and titanium alloys at high temperature and under long-term load depend mainly on microstructural features. Titanium has two allotropic modifications: the beta ("β") phase, which has a body-centered cubic (bcc) crystal structure, and the alpha ("α") phase, which has a hexagonal close-packed (hcp) crystal structure. As a rule, β-titanium alloys exhibit poor creep resistance at elevated temperature. The poor creep resistance at elevated temperature is a result of the significant β-phase concentration that these alloys exhibit at elevated temperatures, such as 900°F, for example. The β-phase does not have good creep resistance due to its body-centered cubic structure, which provides a large number of deformation mechanisms. As a result of these shortcomings, the use of β-titanium alloys has been limited.
[0017] Одной группой титановых сплавов, широко используемых во множестве разнообразных применений, являются α/β-титановые сплавы. В α/β-титановых сплавах распределение и размер первичных α-частиц могут непосредственно влиять на сопротивление ползучести. Согласно различным опубликованным сообщениям об исследованиях α/β-титановых сплавов, содержащих кремний, образование выделившихся силицидов на границах зерен может дополнительно улучшать сопротивление ползучести, но ухудшает пластичность при растяжении при комнатной температуре. Снижение пластичности при растяжении при комнатной температуре, которое происходит с добавкой кремния, ограничивает концентрацию кремния, который может быть добавлен, до 0,3% (по массе).[ 0017 ] One group of titanium alloys widely used in a variety of applications are α/β-titanium alloys. In α/β-titanium alloys, the distribution and size of primary α-particles can directly affect the creep resistance. According to various published research reports on α/β-titanium alloys containing silicon, the formation of precipitated silicides at grain boundaries can further improve creep resistance, but degrade tensile ductility at room temperature. The reduction in room temperature tensile ductility that occurs with the addition of silicon limits the concentration of silicon that can be added to 0.3% (by weight).
[0018] Настоящее изобретение отчасти направлено на сплавы, которые устраняют некоторые из ограничений, связанных с традиционными титановыми сплавами. Один вариант титанового сплава согласно настоящему изобретению включает (т.е. содержит), в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,5 до 2,5 олова; от 1,3 до 2,3 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,1 до 2,0 германия; титан; и примеси. Другой вариант титанового сплава согласно настоящему изобретению включает, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,7 до 2,1 олова; от 1,7 до 2,1 молибдена; от 3,4 до 4,4 циркония; от 0,03 до 0,11 кремния; от 0,1 до 0,4 германия; титан; и примеси. Еще один вариант титанового сплава согласно настоящему изобретению включает, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,9 до 6,0 алюминия; от 1,9 до 2,0 олова; от 1,8 до 1,9 молибдена; от 3,7 до 4,0 циркония; от 0,06 до 0,11 кремния; от 0,1 до 0,4 германия; титан; и примеси. В неограничивающих вариантах сплавов согласно данному изобретению случайные элементы и другие примеси в составе сплава могут включать или состоят по существу из одного или более из кислорода, железа, азота, углерода, водорода, ниобия, вольфрама, ванадия, тантала, марганца, никеля, гафния, галлия, сурьмы, кобальта и меди. Некоторые неограничивающие варианты титановых сплавов согласно настоящему изобретению могут включать, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 0,01 до 0,25 кислорода, от 0 до 0,30 железа, от 0,001 до 0,05 азота, от 0,001 до 0,05 углерода, от 0 до 0,015 водорода и от 0 вплоть до 0,1 каждого из ниобия, вольфрама, гафния, никеля, галлия, сурьмы, ванадия, тантала, марганца, кобальта и меди.[ 0018 ] The present invention is directed in part to alloys that overcome some of the limitations associated with conventional titanium alloys. One version of the titanium alloy according to the present invention includes ( i.e. contains) , in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.5 to 2.5 tin; from 1.3 to 2.3 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.1 to 2.0 germanium; titanium; and impurities. Another version of the titanium alloy according to the present invention includes, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.7 to 2.1 tin; from 1.7 to 2.1 molybdenum; 3.4 to 4.4 zirconium; from 0.03 to 0.11 silicon; from 0.1 to 0.4 germanium; titanium; and impurities. Another variant of the titanium alloy according to the present invention includes, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.9 to 6.0 aluminum; 1.9 to 2.0 tin; 1.8 to 1.9 molybdenum; 3.7 to 4.0 zirconium; from 0.06 to 0.11 silicon; from 0.1 to 0.4 germanium; titanium; and impurities. In non-limiting embodiments of the alloys of this invention, incidental elements and other impurities in the composition of the alloy may include or consist essentially of one or more of oxygen, iron, nitrogen, carbon, hydrogen, niobium, tungsten, vanadium, tantalum, manganese, nickel, hafnium, gallium, antimony, cobalt and copper. Some non-limiting embodiments of the titanium alloys of the present invention may include, in weight percent based on the total weight of the alloy, 0.01 to 0.25 oxygen, 0 to 0.30 iron, 0.001 to 0.05 nitrogen, 0.001 to 0.05 carbon, 0 to 0.015 hydrogen, and 0 to 0.1 each of niobium, tungsten, hafnium, nickel, gallium, antimony, vanadium, tantalum, manganese, cobalt and copper.
[0019] Алюминий может быть включен в состав сплавов согласно настоящему изобретению для повышения содержания альфа-фазы и обеспечения повышенной прочности. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению алюминий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 2-7%. В некоторых неограничивающих вариантах алюминий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 5,5-6,5% или, в некоторых вариантах, 5,9-6,0%.[ 0019 ] Aluminum can be included in the alloys of the present invention to increase the alpha content and provide increased strength. In some non-limiting embodiments according to the present invention, aluminum may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 2-7%. In some non-limiting embodiments, aluminum may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 5.5-6.5% or, in some embodiments, 5.9-6.0%.
[0020] Олово может быть включено в состав сплавов согласно настоящему изобретению для повышения содержания альфа-фазы и обеспечения повышенной прочности. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению олово может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0-4%. В некоторых неограничивающих вариантах олово может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 1,5-2,5% или, в некоторых вариантах, 1,7-2,1%.[ 0020 ] Tin may be included in the alloys of the present invention to increase the alpha content and provide increased strength. In some non-limiting embodiments according to the present invention, tin may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0-4%. In some non-limiting embodiments, tin may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 1.5-2.5% or, in some embodiments, 1.7-2.1%.
[0021] Молибден может быть включен в состав сплавов согласно настоящему изобретению для повышения содержания бета-фазы и обеспечения повышенной прочности. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению молибден может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0-5%. В некоторых неограничивающих вариантах молибден может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 1,3-2,3% или, в некоторых вариантах, 1,7-2,1%.[ 0021 ] Molybdenum can be included in the composition of the alloys according to the present invention to increase the content of the beta phase and provide increased strength. In some non-limiting embodiments according to the present invention, molybdenum may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0-5%. In some non-limiting embodiments, molybdenum may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 1.3-2.3% or, in some embodiments, 1.7-2.1%.
[0022] Цирконий может быть включен в состав сплавов согласно настоящему изобретению для повышения содержания альфа-фазы, обеспечения повышенной прочности и обеспечения повышенного сопротивления ползучести за счет образования интерметаллического выделения. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению цирконий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 1-10%. В некоторых неограничивающих вариантах цирконий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 3,4-4,4% или, в некоторых вариантах, 3,5-4,3%.[ 0022 ] Zirconium can be included in the composition of the alloys according to the present invention to increase the content of the alpha phase, provide increased strength and provide increased creep resistance due to the formation of intermetallic precipitation. In some non-limiting embodiments according to the present invention, zirconium may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 1-10%. In some non-limiting embodiments, zirconium may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 3.4-4.4% or, in some embodiments, 3.5-4.3%.
[0023] Кремний может быть включен в состав сплавов согласно настоящему изобретению для обеспечения повышенного сопротивления ползучести за счет образования интерметаллического выделения. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению кремний может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0,01-0,30%. В некоторых неограничивающих вариантах кремний может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0,03-0,11% или, в некоторых вариантах, 0,06-0,11%.[ 0023 ] Silicon can be included in the composition of the alloys according to the present invention to provide increased creep resistance due to the formation of intermetallic precipitation. In some non-limiting embodiments according to the present invention, silicon may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0.01-0.30%. In some non-limiting embodiments, silicon may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0.03-0.11% or, in some embodiments, 0.06-0.11%.
[0024] Германий может быть включен в состав титановых сплавов в вариантах осуществления настоящего изобретения для улучшения характеристик скорости вторичной ползучести при повышенных температурах. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению германий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0,05-2,0%. В некоторых неограничивающих вариантах германий может присутствовать в массовых концентрациях, в расчете на общую массу сплава, 0,1-2,0% или, в некоторых вариантах, 0,1-0,4%. Без намерения вдаваться в какую-либо теорию, представляется, что содержание германия в сплавах в сочетании с подходящей термической обработкой могут способствовать образованию интерметаллического выделения циркония-кремния-германия. Добавки германия могут быть, например, в виде чистого металла или лигатуры из германия и одного или более других подходящих металлических элементов. Пригодными примерами лигатур могут быть Si-Ge и Al-Ge. Некоторые лигатуры могут быть в виде порошка, гранул, проволоки, размолотой стружки или листа. Описываемые здесь титановые сплавы в этом отношении не ограничены. После конечной плавки для достижения практически однородной смеси титана и легирующих элементов отлитый слиток может быть подвергнут термомеханической обработке посредством одного или более этапов ковки, прокатки, прессования (выдавливанием), волочения, вытяжки, обжимки, осадки и отжига для достижения желательной микроструктуры. Должно быть понятно, что сплавы по настоящему изобретению могут быть подвергнуты термомеханической обработке и/или обработаны другими подходящими способами.[ 0024 ] Germanium can be included in titanium alloys in embodiments of the present invention to improve secondary creep rate characteristics at elevated temperatures. In some non-limiting embodiments according to the present invention, germanium may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0.05-2.0%. In some non-limiting embodiments, germanium may be present in mass concentrations, based on the total weight of the alloy, 0.1-2.0% or, in some embodiments, 0.1-0.4%. Without intending to be bound by any theory, it appears that the germanium content of the alloys, in combination with suitable heat treatment, can promote the formation of zirconium-silicon-germanium intermetallic precipitates. The germanium additives can be, for example, in the form of pure metal or an alloy of germanium and one or more other suitable metal elements. Suitable examples of master alloys are Si-Ge and Al-Ge. Some master alloys may be in the form of powder, granules, wire, ground chips or sheet. The titanium alloys described herein are not limited in this regard. After final melting, to achieve a substantially homogeneous mixture of titanium and alloying elements, the cast ingot may be thermomechanically processed through one or more of the steps of forging, rolling, extrusion, drawing, drawing, swaging, upsetting, and annealing to achieve the desired microstructure. It should be understood that the alloys of the present invention may be thermomechanically processed and/or processed in other suitable ways.
[0025] Неограничивающий вариант осуществления способа получения титанового сплава согласно настоящему изобретению включает термическую обработку отжигом, термообработку на твердый раствор и отжиг, термообработку на твердый раствор и старение (STA), прямое старение или комбинацию циклов термообработки до получения желательного баланса механических свойств. Используемый здесь процесс «термообработки на твердый раствор и старения (STA)» относится к применяемому к титановым сплавам процессу термической обработки, который включает термообработку на твердый раствор титанового сплава при температуре термообработки на твердый раствор ниже температуры β-превращения титанового сплава. В неограничивающем варианте температура термообработки на твердый раствор находится в температурном диапазоне от примерно 1780°F до примерно 1800°F. Подвергнутый термообработке на твердый раствор титановый сплав затем состаривают нагреванием сплава в течение периода времени до диапазона температур старения, который является меньшим, чем температура β-превращения, и меньшим, чем температура термообработки на твердый раствор титанового сплава. Используемые здесь термины, такие как «нагретый до» или «нагревание до» и т.д. со ссылкой на температуру, температурный диапазон или минимальную температуру, означают, что сплав нагревают до тех пор, пока по меньшей мере желательная часть сплава не будет иметь температуру, по меньшей мере равную указанной или минимальной температуре, или в пределах указанного температурного диапазона на всем протяжении этой части. В одном неограничивающем варианте продолжительность термообработки на твердый раствор составляет в диапазоне от примерно 30 минут до примерно 4 часов. Признано, что в некоторых неограничивающих вариантах продолжительность термообработки на твердый раствор может быть короче, чем 30 минут, или дольше, чем 4 часа, и в общем зависит от размера и сечения титанового сплава. По завершении термообработки на твердый раствор титановый сплав охлаждают до температуры окружающей среды со скоростью, зависящей от толщины сечения титанового сплава.[ 0025 ] A non-limiting embodiment of the method for producing a titanium alloy according to the present invention includes anneal heat treatment, solution heat treatment and anneal, solution heat treatment and aging (STA), direct aging, or a combination of heat treatment cycles until a desired balance of mechanical properties is obtained. As used herein, the “solution heat treatment and aging (STA)” process refers to a heat treatment process applied to titanium alloys that includes solution heat treatment of a titanium alloy at a solution heat treatment temperature below the β-transformation temperature of the titanium alloy. In a non-limiting embodiment, the solution heat treatment temperature is in the temperature range from about 1780°F to about 1800°F. The solution-treated titanium alloy is then aged by heating the alloy for a period of time to an aging temperature range that is less than the β-transformation temperature and less than the solution heat-treatment temperature of the titanium alloy. Terms used here, such as "heated up" or "heated up", etc. with reference to temperature, temperature range, or minimum temperature, means that the alloy is heated until at least the desired portion of the alloy is at least equal to the specified or minimum temperature, or within the specified temperature range throughout this part. In one non-limiting embodiment, the duration of the solution heat treatment is in the range of about 30 minutes to about 4 hours. It is recognized that in some non-limiting embodiments, the duration of the solution heat treatment can be shorter than 30 minutes or longer than 4 hours, and generally depends on the size and section of the titanium alloy. Upon completion of the solid solution heat treatment, the titanium alloy is cooled to ambient temperature at a rate depending on the thickness of the titanium alloy section.
[0026] Подвергнутый термообработке на твердый раствор титановый сплав затем состаривают при температуре старения, также называемой здесь «температурой дисперсионного твердения», которая находится в двухфазной области α+β ниже температуры β-превращения титанового сплава. В неограничивающем варианте температура старения находится в температурном диапазоне от примерно 1075°F до примерно 1125°F. В некоторых неограничивающих вариантах длительность старения может составлять в диапазоне от примерно 30 минут до примерно 8 часов. Признано, что в некоторых неограничивающих вариантах длительность старения может быть короче, чем 30 минут, или дольше, чем 8 часов, и в общем зависит от размера и сечения разновидности изделия из титанового сплава. Общие методы, применяемые при STA-обработке титановых сплавов, известны практикующим специалистам с обычной квалификацией в этой области техники и поэтому здесь больше не обсуждаются.[ 0026 ] The solution-treated titanium alloy is then aged at an aging temperature, also referred to herein as "precision hardening temperature", which is in the α+β two-phase region below the β-transformation temperature of the titanium alloy. In a non-limiting embodiment, the aging temperature is in the temperature range from about 1075°F to about 1125°F. In some non-limiting embodiments, the duration of aging can range from about 30 minutes to about 8 hours. It is recognized that in some non-limiting embodiments, the duration of aging may be shorter than 30 minutes, or longer than 8 hours, and generally depends on the size and section of the titanium alloy product variety. The general techniques used in STA machining of titanium alloys are known to those of ordinary skill in the art and are therefore not discussed further here.
[0027] Хотя признано, что на механические свойства титановых сплавов, как правило, влияет размер испытуемого образца, в некоторых неограничивающих вариантах титанового сплава согласно настоящему изобретению титановый сплав проявляет скорость установившейся ползучести (также известной как вторичная, или «стадии II») менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре по меньшей мере 890°F под нагрузкой 52 ksi (тысяч фунтов на квадратный дюйм, 1 ksi = 6,894757 МПа). Кроме того, например, некоторые неограничивающие варианты титановых сплавов согласно настоящему изобретению могут проявлять скорость установившейся ползучести (вторичной, или стадии II) менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре 900°F под нагрузкой 52 ksi. В некоторых неограничивающих вариантах согласно настоящему изобретению титановый сплав проявляет предел прочности при растяжении по меньшей мере 130 ksi при 900°F. В других неограничивающих вариантах титановый сплав согласно настоящему изобретению проявляет время до 0,1% деформации ползучести не менее 20 часов при 900°F под нагрузкой 52 ksi.[ 0027 ] While it is recognized that the mechanical properties of titanium alloys are generally affected by the size of the test specimen, in some non-limiting embodiments of the titanium alloy of the present invention, the titanium alloy exhibits a steady state creep (also known as secondary, or "stage II") rate of less than 8 ×10 -4 (24 hours) -1 at a temperature of at least 890°F under a load of 52 ksi (thousand pounds per square inch, 1 ksi = 6.894757 MPa). In addition, for example, some non-limiting embodiments of the titanium alloys of the present invention may exhibit a steady state (secondary, or stage II) creep rate of less than 8×10 -4 (24 hours) -1 at 900°F under 52 ksi load. In some non-limiting embodiments according to the present invention, the titanium alloy exhibits a tensile strength of at least 130 ksi at 900°F. In other non-limiting embodiments, the titanium alloy of the present invention exhibits a time to 0.1% creep strain of at least 20 hours at 900°F under a load of 52 ksi.
[0028] Нижеследующие примеры предназначены для дополнительного описания неограничивающих вариантов согласно настоящему изобретению, без ограничения объема настоящего изобретения. Специалистам обычной квалификации в этой области техники будет понятно, что возможны вариации нижеследующих примеров без выхода за пределы объема изобретения, который определяется исключительно формулой изобретения.[ 0028 ] The following examples are intended to further describe non-limiting embodiments of the present invention, without limiting the scope of the present invention. Those of ordinary skill in the art will appreciate that variations on the following examples are possible without departing from the scope of the invention, which is solely defined by the claims.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
[0029] В таблице 1 перечислены элементные составы некоторых неограничивающих вариантов титановых сплавов согласно настоящему изобретению («Экспериментальный титановый сплав № 1», «Экспериментальный титановый сплав № 2» и «Экспериментальный титановый сплав № 3»), вместе со сравнительным титановым сплавом, который не включает намеренную добавку германия («Сравнительный титановый сплав»).[ 0029 ] Table 1 lists the elemental compositions of some non-limiting titanium alloys of the present invention ("Experimental Titanium Alloy No. 1", "Experimental Titanium Alloy No. 2", and "Experimental Titanium Alloy No. 3"), along with a comparative titanium alloy that does not include the intentional addition of germanium ("Comparative Titanium Alloy").
Таблица 1Table 1
[0030] Плавки методом плазменно-дуговой плавки (ПДП) Сравнительного титанового сплава, Экспериментального титанового сплава № 1, Экспериментального титанового сплава № 2 и Экспериментального титанового сплава № 3, перечисленных в Таблице 1, были получены с использованием плазменно-дуговых печей с образованием электродов диаметром 9 дюймов, каждый массой приблизительно 400-800 фунтов. Электроды переплавили в печи вакуумно-дугового переплава (ВДП) с получением слитков диаметром 10 дюймов. Каждый слиток преобразовали в круглую заготовку (биллет) диаметром 3 дюйма с использованием пресса для горячей обработки давлением. После стадии горячей β-ковки до диаметра 7 дюймов, стадии α+β-ковки с предварительной деформацией до диаметра 5 дюймов и заключительной стадии β-проковки до диаметра 3 дюйма концы каждой заготовки обрезали для удаления вмятин и торцовых трещин, и заготовки разрезали на несколько кусков. Взяли образцы из верхней части каждой заготовки и нижней части самой нижней заготовки при диаметре 7 дюймов для исследования химического состава и β-превращения. Исходя из промежуточных результатов химического анализа заготовки, от заготовок отрезали образцы длиной 2 дюйма и ковали «блины» на прессе. Образцы-«блины» подвергли термической обработке до термообработанного на твердый раствор и состаренного состояния в следующих условиях: термообработка на твердый раствор титанового сплава при температуре от 1780°F до 1800°F в течение 4 часов; охлаждение титанового сплава до температуры окружающей среды со скоростью, зависящей от толщины сечения титанового сплава; старение титанового сплава при температуре от 1025°F до 1125°F в течение 8 часов; и охлаждение титанового сплава на воздухе.[ 0030 ] Plasma arc melting (PMA) melts of Comparative titanium alloy, Experimental titanium alloy No. 1, Experimental titanium alloy No. 2, and Experimental titanium alloy No. 3 listed in Table 1 were produced using plasma arc furnaces to form electrodes 9 inches in diameter, each weighing approximately 400-800 pounds. The electrodes were remelted in a vacuum arc remelting (VAR) furnace to produce ingots with a diameter of 10 inches. Each ingot was formed into a 3 inch diameter billet using a hot working press. After a hot β-forging step to a 7-inch diameter, a pre-deformation α+β-forging step to a 5-inch diameter, and a final β-forging step to a 3-inch diameter, the ends of each blank were trimmed to remove dents and end cracks, and the blanks were cut into several pieces. Samples were taken from the top of each billet and the bottom of the bottommost billet at 7 inches in diameter for chemical composition and β-transformation studies. Based on the intermediate results of the chemical analysis of the workpiece, samples of 2 inches in length were cut from the workpieces and "pancakes" were forged on a press. The pancake samples were solution heat treated and aged under the following conditions: titanium alloy solution heat treatment at 1780°F to 1800°F for 4 hours; cooling the titanium alloy to ambient temperature at a rate depending on the thickness of the section of the titanium alloy; aging the titanium alloy at 1025°F to 1125°F for 8 hours; and air cooling of the titanium alloy.
[0031] Испытуемые заготовки для проведения испытаний на растяжение при комнатной и высокой температуре, испытаний на ползучесть, вязкость разрушения и анализа микроструктуры вырезали из подвергнутых STA-обработке образцов-блинов. Окончательный химический анализ выполняли на образце после проведения испытания на вязкость разрушения, чтобы обеспечить точную корреляцию между химическим составом и механическими свойствами. Некоторые механические свойства экспериментальных титановых сплавов, перечисленных в Таблице 1, измерили и сравнили с механическими свойствами сравнительного титанового сплава, указанного в Таблице 1. Результаты перечислены в Таблице 2. Испытания на растяжение проводили согласно стандарту E8/E8M-09 Американского общества по испытанию материалов (American Society for Testing and Materials (ASTM) («Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials» («Стандартные методы испытания на растяжение металлических материалов»), ASTM International, 2009). Как показали приведенные в Таблице 2 результаты, образцы экспериментальных титановых сплавов проявляли предел прочности при растяжении и предел текучести при комнатной температуре, сравнимые со сравнительным титановым сплавом, который не содержал преднамеренной добавки германия.[ 0031 ] Test blanks for room and high temperature tensile testing, creep testing, fracture toughness testing, and microstructural analysis were cut from STA-treated pancake specimens. The final chemical analysis was performed on the sample after the fracture toughness test was performed to ensure an accurate correlation between chemical composition and mechanical properties. Some mechanical properties of the experimental titanium alloys listed in Table 1 were measured and compared with the mechanical properties of the comparative titanium alloy listed in Table 1. The results are listed in Table 2. Tensile tests were performed according to the American Society for Testing and Materials standard E8/E8M-09 ( American Society for Testing and Materials (ASTM) ("Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials"), ASTM International, 2009. As shown in Table 2, the experimental titanium The alloys exhibited tensile strength and room temperature yield strength comparable to a comparative titanium alloy that did not contain the deliberate addition of germanium.
Таблица 2table 2
Термические обработки:Thermal treatments:
1 - термообработка на твердый раствор при 1785,4°F в течение 4 часов, закалка в воде, старение при 1100°F в течение 8 часов и охлаждение на воздухе,1 solution heat treatment at 1785.4°F for 4 hours, water quench, aging at 1100°F for 8 hours and air cooling,
2 - термообработка на твердый раствор при 1800°F в течение 4 часов, закалка в воде, старение при 1100°F в течение 8 часов и охлаждение на воздухе;2 solution heat treatment at 1800°F for 4 hours, water quench, aging at 1100°F for 8 hours and air cooling;
UTS – предел прочности при растяжении; UTS - ultimate tensile strength;
YS – предел текучести;YS is the yield point;
%el – относительное удлинение, %;%el – elongation, %;
%RA – относительное сужение, %.%RA – relative narrowing, %.
[0032] Испытания на длительную прочность согласно стандарту ASTM E139 проводили на сплавах, перечисленных в Таблице 1. Результаты представлены на ФИГ. 1. Экспериментальные титановые сплавы по настоящему изобретению проявляли весьма благоприятные скорости вторичной ползучести относительно сравнительного титанового сплава. Обращаясь к ФИГ. 2-4, в Экспериментальном титановом сплаве № 2 было обнаружено выделение интерметаллической фазы циркония-кремния-германия после воздействия ползучести при постоянной нагрузке и повышенной температуре сверх времени первичной (или стадии I) ползучести. Как показано на ФИГ. 1, образцы экспериментальных титановых сплавов по настоящему изобретению проявляли установившуюся ползучесть спустя приблизительно 30 часов при 900°F под нагрузкой 52 ksi. Сравнительный титановый сплав проявлял время до 0,1% деформации ползучести 19,4 часа при 900°F под нагрузкой 52 ksi. Экспериментальный титановый сплав № 1, Экспериментальный титановый сплав № 2 и Экспериментальный титановый сплав № 3 все проявили значительно большее время до 0,1% деформации ползучести при 900°F под нагрузкой 52 ksi: 32,6 часа, 55,3 часа и 93,3 часа соответственно.[ 0032 ] Tensile testing according to ASTM E139 was performed on the alloys listed in Table 1. The results are shown in FIG. 1. The experimental titanium alloys of the present invention exhibited very favorable secondary creep rates relative to the comparative titanium alloy. Referring to FIG. 2-4, precipitation of the zirconium-silicon-germanium intermetallic phase was observed in Experimental Titanium Alloy No. 2 after exposure to creep under constant load and elevated temperature beyond the time of primary (or stage I) creep. As shown in FIG. 1, the experimental titanium alloys of the present invention exhibited steady state creep after approximately 30 hours at 900° F. under a load of 52 ksi. The comparative titanium alloy exhibited a time to 0.1% creep of 19.4 hours at 900°F under a load of 52 ksi. Experimental Titanium Alloy No. 1, Experimental Titanium Alloy No. 2, and Experimental Titanium Alloy No. 3 all exhibited significantly longer times to 0.1% creep strain at 900°F under 52 ksi: 32.6 hours, 55.3 hours, and 93. 3 hours respectively.
[0033] Образцы, изученные до воздействия ползучести (но после термических обработок), не выявили присутствия интерметаллических выделений. Обращаясь к ФИГ. 2, сканирование элементного состава методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) Экспериментального титанового сплава № 2 перед воздействием ползучести показало практически равномерное распределение германия в α/β-микроструктуре, без интерметаллических частиц. На ФИГ. 3-4 после воздействия ползучести видно выделение циркония, кремния и германия в интерметаллические частицы. Интерметаллические частицы, как правило, проявляют обеднение алюминием относительно окружающих частиц альфа-фазы. Образование выделившихся интерметаллических частиц после воздействия ползучести было особенно неожиданным и удивительным. Без намерения вдаваться в какую-либо теорию, представляется, что интерметаллические частицы могут улучшать вторичную ползучесть у сплавов без оказания существенного влияния на высокотемпературный предел текучести.[ 0033 ] Samples examined before creep exposure (but after heat treatments) did not reveal the presence of intermetallic precipitates. Referring to FIG. 2, an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) elemental composition scan of Experimental Titanium Alloy No. 2 before creep exposure showed an almost uniform distribution of germanium in the α/β microstructure, with no intermetallic particles. FIG. 3-4 after the effect of creep, the separation of zirconium, silicon and germanium into intermetallic particles is seen. Intermetallic particles typically exhibit aluminum depletion relative to the surrounding alpha phase particles. The formation of precipitated intermetallic particles after the action of creep was especially unexpected and surprising. Without intending to be bound by any theory, it appears that intermetallic particles can improve secondary creep in alloys without significantly affecting high temperature yield strength.
[0034] Потенциальные применения сплавов согласно настоящему изобретению являются многочисленными. Как описано и подтверждено выше, описанные здесь титановые сплавы преимущественно используются во множестве разнообразных применений, в которых важно сопротивление ползучести при повышенных температурах. Изделия, для изготовления которых титановые сплавы согласно настоящему изобретению были бы особенно выгодными, включают определенные аэрокосмические и авиационные применения, включая, например, рабочие колеса турбин реактивных двигателей и лопатки турбовентиляторов. Специалисты обычной квалификации в этой области техники будут в состоянии изготовить вышеуказанные оборудование, детали и другие изделия производства из сплавов согласно настоящему изобретению без необходимости в представлении здесь дополнительного описания. Вышеуказанные примеры возможных вариантов применения для сплавов согласно настоящему изобретению приведены только в качестве примера и не являются исчерпывающим перечнем всех вариантов применения, в которых могут быть использованы разновидности изделий из данного сплава. Имеющие обычную квалификацию специалисты, по прочтении настоящего раскрытия, могут легко выявить дополнительные применения для описанных здесь сплавов.[ 0034 ] The potential applications of the alloys of the present invention are numerous. As described and confirmed above, the titanium alloys described herein are advantageously used in a wide variety of applications in which creep resistance at elevated temperatures is important. Articles for which the titanium alloys of the present invention would be particularly advantageous include certain aerospace and aviation applications including, for example, jet turbine impellers and turbofan blades. Those of ordinary skill in the art will be able to manufacture the above equipment, parts, and other articles of manufacture from the alloys of the present invention without the need for further description here. The above examples of possible applications for alloys according to the present invention are provided by way of example only and are not an exhaustive list of all applications in which variations of products from this alloy can be used. Those of ordinary skill in the art, upon reading the present disclosure, can easily identify additional uses for the alloys described herein.
[0035] Различные неисчерпывающие, неограничивающие аспекты новых сплавов и способов согласно настоящему изобретению могут быть полезными по отдельности или в комбинации с одним или более описанными здесь аспектами. Без ограничения приведенного выше описания, в первом неограничивающем аспекте настоящего изобретения титановый сплав содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,5 до 2,5 олова; от 1,3 до 2,3 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,1 до 2,0 германия; титан; и примеси.[ 0035 ] Various non-exhaustive, non-limiting aspects of the novel alloys and methods of the present invention may be useful, alone or in combination with one or more of the aspects described herein. Without limiting the above description, in the first non-limiting aspect of the present invention, the titanium alloy contains, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.5 to 2.5 tin; from 1.3 to 2.3 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.1 to 2.0 germanium; titanium; and impurities.
[0036] В соответствии со вторым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с первым аспектом, титановый сплав содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,7 до 2,1 олова; от 1,7 до 2,1 молибдена; от 3,4 до 4,4 циркония; от 0,03 до 0,11 кремния; от 0,1 до 0,4 германия; титан; и примеси.[ 0036 ] In accordance with a second non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with the first aspect, the titanium alloy contains, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.7 to 2.1 tin; from 1.7 to 2.1 molybdenum; 3.4 to 4.4 zirconium; from 0.03 to 0.11 silicon; from 0.1 to 0.4 germanium; titanium; and impurities.
[0037] В соответствии с третьим неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,9 до 6,0 алюминия; от 1,9 до 2,0 олова; от 1,8 до 1,9 молибдена; от 3,5 до 4,3 циркония; от 0,06 до 0,11 кремния; от 0,1 до 0,4 германия; титан; и примеси.[ 0037 ] In accordance with a third non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy contains, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.9 to 6.0 aluminum; 1.9 to 2.0 tin; 1.8 to 1.9 molybdenum; 3.5 to 4.3 zirconium; from 0.06 to 0.11 silicon; from 0.1 to 0.4 germanium; titanium; and impurities.
[0038] В соответствии с четвертым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав дополнительно содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 0 до 0,30 кислорода; от 0 до 0,30 железа; от 0 до 0,05 азота; от 0 до 0,05 углерода; от 0 до 0,015 водорода; и от 0 до 0,1 каждого из ниобия, вольфрама, гафния, никеля, галлия, сурьмы, ванадия, тантала, марганца, кобальта и меди.[ 0038 ] In accordance with a fourth non-limiting aspect of the present invention, which may be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy further comprises, in weight percent based on the total weight of the alloy: 0 to 0.30 oxygen; 0 to 0.30 iron; from 0 to 0.05 nitrogen; 0 to 0.05 carbon; 0 to 0.015 hydrogen; and 0 to 0.1 each of niobium, tungsten, hafnium, nickel, gallium, antimony, vanadium, tantalum, manganese, cobalt and copper.
[0039] В соответствии с пятым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав содержит интерметаллическое выделение циркония-кремния-германия.[ 0039 ] In accordance with the fifth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy contains a zirconium-silicon-germanium intermetallic precipitate.
[0040] В соответствии с шестым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет скорость установившейся ползучести менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре по меньшей мере 890°F под нагрузкой 52 ksi.[ 0040 ] In accordance with the sixth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a steady-state creep rate of less than 8×10 -4 (24 hours) -1 at a temperature of at least 890 °F under load 52 ksi.
[0041] В соответствии с седьмым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, способ получения титанового сплава включает: термообработку на твердый раствор титанового сплава при температуре от 1780°F до 1800°F в течение 4 часов; охлаждение титанового сплава до температуры окружающей среды со скоростью, зависящей от толщины сечения титанового сплава; старение титанового сплава при температуре от 1025°F до 1125°F в течение 8 часов; и охлаждение титанового сплава на воздухе, причем титановый сплав имеет состав, указанный в каждом или любом из вышеупомянутых аспектов.[ 0041 ] According to a seventh non-limiting aspect of the present invention, a method for producing a titanium alloy includes: solution heat treatment of a titanium alloy at a temperature of 1780°F to 1800°F for 4 hours; cooling the titanium alloy to ambient temperature at a rate depending on the thickness of the section of the titanium alloy; aging the titanium alloy at 1025°F to 1125°F for 8 hours; and air-cooling the titanium alloy, wherein the titanium alloy has the composition specified in each or any of the above aspects.
[0042] В соответствии с восьмым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет предел прочности при растяжении по меньшей мере 130 ksi при 900°F.[ 0042 ] In accordance with the eighth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a tensile strength of at least 130 ksi at 900°F.
[0043] В соответствии с девятым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, настоящее изобретение также представляет титановый сплав, состоящий по существу из, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 5,5 до 6,5 алюминия; от 1,5 до 2,5 олова; от 1,3 до 2,3 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,1 до 2,0 германия; титана; и примесей.[ 0043 ] In accordance with the ninth non-limiting aspect of the present invention, the present invention also provides a titanium alloy consisting essentially of, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 5.5 to 6.5 aluminum; 1.5 to 2.5 tin; from 1.3 to 2.3 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.1 to 2.0 germanium; titanium; and impurities.
[0044] В соответствии с десятым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание алюминия в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 5,9 до 6,0.[ 0044 ] In accordance with the tenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the aluminum content of the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 5.9 to 6.0 .
[0045] В соответствии с одиннадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание олова в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 1,7 до 2,1.[ 0045 ] In accordance with the eleventh non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the tin content of the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 1.7 to 2.1 .
[0046] В соответствии с двенадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание олова в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 1,9 до 2,0.[ 0046 ] In accordance with the twelfth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of tin in the alloy is, in mass percent based on the total weight of the alloy, from 1.9 to 2.0 .
[0047] В соответствии с тринадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание молибдена в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 1,7 до 2,1.[ 0047 ] In accordance with the thirteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of molybdenum in the alloy is, in mass percent based on the total weight of the alloy, from 1.7 to 2.1 .
[0048] В соответствии с четырнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание молибдена в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 1,8 до 1,9.[ 0048 ] In accordance with the fourteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of molybdenum in the alloy is, in mass percent based on the total weight of the alloy, from 1.8 to 1.9 .
[0049] В соответствии с пятнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание циркония в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 3,4 до 4,4.[ 0049 ] In accordance with the fifteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of zirconium in the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 3.4 to 4.4 .
[0050] В соответствии с шестнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание циркония в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 3,5 до 4,3.[ 0050 ] In accordance with the sixteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of zirconium in the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 3.5 to 4.3 .
[0051] В соответствии с семнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание кремния в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 0,03 до 0,11.[ 0051 ] In accordance with the seventeenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the silicon content of the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 0.03 to 0.11 .
[0052] В соответствии с восемнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание кремния в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 0,06 до 0,11.[ 0052 ] In accordance with the eighteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the silicon content of the alloy is, in weight percent based on the total weight of the alloy, from 0.06 to 0.11 .
[0053] В соответствии с девятнадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, содержание германия в сплаве составляет, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава, от 0,1 до 0,4.[ 0053 ] In accordance with the nineteenth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the content of germanium in the alloy is, in mass percent based on the total weight of the alloy, from 0.1 to 0.4 .
[0054] В соответствии с двадцатым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, в титановом сплаве: содержание кислорода составляет от 0 до 0,30; содержание железа составляет от 0 до 0,30; содержание азота составляет от 0 до 0,05; содержание углерода составляет от 0 до 0,05; содержание водорода составляет от 0 до 0,015; и содержание каждого из ниобия, вольфрама, гафния, никеля, галлия, сурьмы, ванадия, тантала, марганца, кобальта и меди составляет от 0 до 0,1, все в массовых процентах в расчете на общую массу титанового сплава.[ 0054 ] In accordance with the twentieth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, in a titanium alloy: the oxygen content is from 0 to 0.30; the iron content is from 0 to 0.30; the nitrogen content is from 0 to 0.05; the carbon content is from 0 to 0.05; the hydrogen content is from 0 to 0.015; and the content of each of niobium, tungsten, hafnium, nickel, gallium, antimony, vanadium, tantalum, manganese, cobalt and copper is 0 to 0.1, all in mass percent based on the total mass of the titanium alloy.
[0055] В соответствии с двадцать первым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, способ получения титанового сплава включает: термообработку на твердый раствор титанового сплава при температуре от 1780°F до 1800°F в течение 4 часов; охлаждение титанового сплава до температуры окружающей среды со скоростью, зависящей от толщины сечения титанового сплава; старение титанового сплава при температуре от 1025°F до 1125°F в течение 8 часов; и охлаждение титанового сплава на воздухе, причем титановый сплав имеет состав, указанный в каждом или любом из вышеупомянутых аспектов.[ 0055 ] In accordance with the twenty-first non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, a method for producing a titanium alloy includes: solution heat treatment of a titanium alloy at a temperature of from 1780°F to 1800°F in within 4 hours; cooling the titanium alloy to ambient temperature at a rate depending on the thickness of the section of the titanium alloy; aging the titanium alloy at 1025°F to 1125°F for 8 hours; and air-cooling the titanium alloy, wherein the titanium alloy has the composition specified in each or any of the above aspects.
[0056] В соответствии с двадцать вторым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет скорость установившейся ползучести менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре по меньшей мере 890°F под нагрузкой 52 ksi.[ 0056 ] In accordance with the twenty-second non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a steady-state creep rate of less than 8×10 -4 (24 hours) -1 at a temperature of at least 890°F under 52 ksi load.
[0057] В соответствии с двадцать третьим неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет предел прочности при растяжении по меньшей мере 130 ksi при 900°F.[ 0057 ] In accordance with the twenty-third non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a tensile strength of at least 130 ksi at 900°F.
[0058] В соответствии с двадцать четвертым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, настоящее изобретение также представляет титановый сплав, содержащий, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 2 до 7 алюминия; от 0 до 5 олова; от 0 до 5 молибдена; от 0,1 до 10,0 циркония; от 0,01 до 0,30 кремния; от 0,05 до 2,0 германия; от 0 до 0,30 кислорода; от 0 до 0,30 железа; от 0 до 0,05 азота; от 0 до 0,05 углерода; от 0 до 0,015 водорода; титан; и примеси.[ 0058 ] In accordance with the twenty-fourth non-limiting aspect of the present invention, the present invention also provides a titanium alloy containing, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 2 to 7 aluminum; 0 to 5 tin; 0 to 5 molybdenum; 0.1 to 10.0 zirconium; from 0.01 to 0.30 silicon; from 0.05 to 2.0 germanium; 0 to 0.30 oxygen; 0 to 0.30 iron; from 0 to 0.05 nitrogen; 0 to 0.05 carbon; 0 to 0.015 hydrogen; titanium; and impurities.
[0059] В соответствии с двадцать пятым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет скорость установившейся ползучести менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре по меньшей мере 890°F под нагрузкой 52 ksi.[ 0059 ] In accordance with the twenty-fifth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a steady-state creep rate of less than 8×10 -4 (24 hours) -1 at a temperature of at least 890°F under 52 ksi load.
[0060] В соответствии с двадцать шестым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав дополнительно содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 0 до 5 хрома.[ 0060 ] In accordance with the twenty-sixth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy further contains, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 0 to 5 chromium.
[0061] В соответствии с двадцать седьмым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав дополнительно содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 0 до 6,0 каждого из ниобия, вольфрама, ванадия, тантала, марганца, никеля, гафния, галлия, сурьмы, кобальта и меди.[ 0061 ] In accordance with the twenty-seventh non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy further comprises, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 0 to 6.0 each of niobium, tungsten, vanadium, tantalum, manganese, nickel, hafnium, gallium, antimony, cobalt and copper.
[0062] В соответствии с двадцать восьмым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав проявляет скорость установившейся ползучести менее 8×10-4 (24 часа)-1 при температуре по меньшей мере 890°F под нагрузкой 52 ksi.[ 0062 ] In accordance with the twenty-eighth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy exhibits a steady-state creep rate of less than 8×10 -4 (24 hours) -1 at a temperature of at least 890°F under 52 ksi load.
[0063] В соответствии с двадцать девятым неограничивающим аспектом настоящего изобретения, который может быть использован в комбинации с каждым или любым из вышеуказанных аспектов, титановый сплав дополнительно содержит, в массовых процентах в расчете на общую массу сплава: от 0 до 5 хрома.[ 0063 ] In accordance with the twenty-ninth non-limiting aspect of the present invention, which can be used in combination with each or any of the above aspects, the titanium alloy further contains, in weight percent based on the total weight of the alloy: from 0 to 5 chromium.
[0064] Будет понятно, что настоящее описание иллюстрирует те аспекты изобретения, которые важны для четкого понимания изобретения. Некоторые аспекты, которые были бы очевидными специалистам обычной квалификации в этой области техники и поэтому не способствовали бы лучшему пониманию изобретения, не были представлены для того, чтобы упростить настоящее описание. Хотя здесь по необходимости было описано только ограниченное число вариантов осуществления настоящего изобретения, специалист с обычной квалификацией в этой области техники, по прочтении вышеприведенного описания, поймет, что можно воспользоваться многими модификациями и вариациями изобретения. Предполагается, что все такие вариации и модификации изобретения охватываются вышеприведенным описанием и нижеследующей формулой изобретения.[ 0064 ] It will be understood that the present description illustrates those aspects of the invention that are important for a clear understanding of the invention. Certain aspects that would be obvious to those of ordinary skill in the art, and therefore would not contribute to a better understanding of the invention, have been omitted in order to simplify the present description. Although only a limited number of embodiments of the present invention have been described here of necessity, one of ordinary skill in the art will appreciate, upon reading the foregoing description, that many modifications and variations of the invention can be used. All such variations and modifications of the invention are intended to be covered by the foregoing description and the following claims.
Claims (100)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/114,405 | 2018-08-28 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2022112310A Division RU2022112310A (en) | 2018-08-28 | 2019-06-17 | CREEP-RESISTANT TITANIUM ALLOYS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772153C1 true RU2772153C1 (en) | 2022-05-18 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4309226A (en) * | 1978-10-10 | 1982-01-05 | Chen Charlie C | Process for preparation of near-alpha titanium alloys |
| US20100326571A1 (en) * | 2009-06-30 | 2010-12-30 | General Electric Company | Titanium-containing article and method for making |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4309226A (en) * | 1978-10-10 | 1982-01-05 | Chen Charlie C | Process for preparation of near-alpha titanium alloys |
| US20100326571A1 (en) * | 2009-06-30 | 2010-12-30 | General Electric Company | Titanium-containing article and method for making |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6104164B2 (en) | High strength and ductile alpha / beta titanium alloy | |
| AU2022224763B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
| CN114921684B (en) | High strength titanium alloy | |
| AU2019249801B2 (en) | High temperature titanium alloys | |
| JP2023533152A (en) | Use of products made of high-temperature high-performance aluminum-copper-magnesium alloy | |
| WO2020091915A2 (en) | Titanium alloy with moderate strength and high ductility | |
| RU2772153C1 (en) | Creep-resistant titanium alloys | |
| RU2774671C2 (en) | High-strength titanium alloys | |
| RU2772375C2 (en) | High-temperature titanium alloys |