制造β－鈦合金的方法

專利名稱：制造β－鈦合金的方法
技術領域：
本發明是關于制造鈦合金，尤其是β-鈦合金的方法。本發明包括冷加工β-鈦合金，隨后直接使合金老化小于4小時。
描述鈦合金的獨特特性，使其適用于要求高抗腐蝕性、高強度、和低的物重的應用中。鑒于價格的原因，要求抗腐蝕的應用，常常使用低強度非合金的鈦軋材。非合金鈦可制造成例如在化學加工、脫鹽、和發電中所使用的設備。與之相反，高性能的應用，常常根據一些設計因素，包括重量、強度、延展性，和可靠性的要求，以一種極優選的方式，使用高強度的鈦合金。為了滿足這種特殊使用的要求，用于高性能使用的合金，通常比用于耐腐蝕用的鈦，進行更為嚴格的處理，隨之帶來額外的費用。盡管如此，各種鈦合金所固有的高強度、高硬度、良好的韌性、低密度、和優良的抗腐蝕能力，等綜合特性，適用于低到中溫的應用中，主要是以重量輕，用于航天結構和其他高性能的應用中。這種重量輕常常又會增加有關處理鈦合金的費用。
鈦合金可以以幾種冶金類型中的一種進行分類，例如有α、近似α、α-β、或β型的。β-鈦合金尤其適用于航天結構。熱加工的β-鈦合金可冷加工成最終或近似最終的形式。冷加工過程使合金具有高水平強度和/或適宜的延展性/強度的性能關系。某些“Aerospace Material Specifications”，AMS4957A和AMS 4958A中，確實說明了對β-鈦合金Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo(此處稱為Ti-38-644合金)的推薦處理條件以制造主要用作航天盤簧圓棒或線。通常，航天彈簧的應用要求高的抗拉強度，低的密度和抗腐蝕性。Ti-38-644合金，以重量計，含有3.0-4.0％的鋁、7.5-8.5％的釩、5.5-6.5％的鉻、3.5-4.5％的鉬、3.5-4.5％的鋯、最大0.14％的氧，最大0.05％的碳、最大0.03％的氮，其余為鈦。AMS 4957B對合金成分也提出了一些另外的限定，包括最大0.30％的鐵、最大0.10％的鈀、最大300ppm的氫、最大50ppm的釔，其余元素總共最大為0.40％。根據AMS的技術要求，合金必須通過在850°F～1050°F(454℃～566℃)下加熱，并在所擇溫度±10°F(6℃)下，保持6～20小時以進行老化。所要求的最小拉伸性能，作為適用的，根據ASTME8或ASTME8M確定，取決于最終產品圓棒或絲的額定直徑，但是，沒有任何一種情況，是小于180ksi的最小抗拉強度，8％的最小延伸度，和20％的最小面積減少(“RA”)。
不管鈦合金的冶金類型是α、近似α、α-β、或β中的哪一種，都受合金的化學組成，施加的熱處理、和其它因素所影響。冶金類型的規定，都涉及室溫下存在于合金微觀結構中的主要結晶相。鈦金屬在室溫下具有稱為“α”的緊密堆積的六方晶結構(“hcp”)。在高溫度下，該結構可轉變成體心立方晶結構(“bcc”)(“β”)。發生這種轉變的溫度稱為“β轉變溫度”。對于工業上純鈦合金的β轉變溫度約為1625°F(885℃)，在純鈦中添加某些合金的元素可促進形成α和β晶體結構的一種或另一種。有利于α結構的元素稱為“α穩定劑”，有利于β結構的元素稱為“β穩定劑”。例如，鋁是一種α穩定劑，將鋁添加到鈦合金中可增β轉變溫度。鉻、鐵、鉬、和釩是β穩定劑，它們的添加可降低β轉變溫度，在低溫下可穩定β結構。合金中α和β的相對量和施用于合金的熱處理，在特定的溫度范圍內，決定合金的微觀結構是否主要是單-α相、單-β相、或α、β的混合相。
鈦合金的特性與它的微觀結構有關，α-β兩相合金一般呈現的拉伸強度，大于α單相合金或β單相合金。通過熱處理可進一步增強α-β合金，這是因為通過控制加熱、淬火和老化循環，可控制微觀結構。
許多β-鈦合金和一種以上的β穩定劑形成合金。用足夠量的β穩定劑，并在熱處理和冷卻過程的適當控制，可在低于合金通常的β轉變溫度的相當低的溫度下保持β相。例如，通過從高于或經β轉變溫度迅速冷卻，如通過淬火處理，可在鈦合金中保持β相。然而，鈦合金必須具有足夠量的β穩定劑，以阻止β相通過馬氏體轉變而轉變成α相。含有足量β穩定劑的鈦合金，其量要足以降低合金的馬氏體轉變溫度到低于室溫，但不能足以降低β轉變溫度到室溫以下，這已知稱為“亞穩”β鈦合金，這種亞穩β鈦合金，在熱處理并冷卻到室溫后，至少能保持部分β結構。本文中所用的對β鈦合金的參考文獻正如上述對亞穩β鈦合金。
此外，除了另有說明，本說明書和權利要求中所使用的表示組份、時間、溫度、等量的所有數值，都應理解成在所有實例中以術語“約”改變。因此，除非作出相反說明，在下面說明書和權利要求中列出的數字參量都是近似值，該值可根據本發明獲得的要求特性進行變化。至少沒有打算限定相當于權利要求范圍原則的申請，每個數字參量至少應認為在所報導的有效數的范圍內和通過使用一般的舍入技術。
盡管本發明設定的寬的數字范圍和參量，都是近似值。在具體實例中設定的數值是以盡可能準確的報導。然而，任何數值肯定含有某種誤差，這種誤差必然是由各次試驗中求得的標準偏差引起的。
本發明的實施方案通過包括對合金進行冷加工，然后直接將合金進行總老化時間少于4小時的老化的步驟的方法而處理β-鈦合金。例如β-鈦合金可以是Ti-38-644合金。該方法可包括將合金制成制品，例如如棒、絲、盤簧。
本發明的另一實施方案是由β-鈦合金生產彈簧或其他制品的方法。例如β-鈦合金可以是含有如下成分的合金，以重量計，為3.0-4.0％的鋁、7.5-8.5％的釩、5.5-6.5％的鉻、3.5-4.5％的鉬、3.5-4.5％的鋯，其余為鈦。對合金進行熱加工、冷加工，以提供5-60％的壓縮，并直接老化，其總老化時間少于4小時。作為本文中使用的冷加工定義為可在低于合金的有效老化溫度的溫度下進行的各種處理過程。因此，鈦合金的冷加工可在低于合金的β轉變溫度的溫度下進行。冷加工永久變形加工件，在去除引起變形的負載時，不會返回到原來的形狀。通常，冷加工的程度是以加工件橫截面積的縮小百分數來確定。因此，由冷加工獲得的5％壓縮是指在冷加工過程中使加工件的橫截面積縮小5％。本發明的實施方案中可使用任何冷加工技術。有用的冷加工技術包括，但不限定于壓縮加工、拉制、拉絲、拉管、深拉、軋制、異形模壓成形、擠壓、冷鐓、型鍛、精壓、鍛造、拉伸過程、拉伸成形、和旋壓。
可以利用冷加工改進合金的機械性能，包括硬度、屈服強度、和抗拉強度。然而，冷加工時，可降低延展性。延展性是材料對塑性變形而不斷裂的能力的量度。拉伸度或抗拉試驗中的RA一般用作材料延展性的量度。本發明的方法可以用于增加β-鈦合金的強度，同時還能保持好的延展性，并能顯著增加合金的老化響應。
按照本發明的方法制備和處理β-鈦合金。然后，將它的性能與使用包括冷加工和熱處理步驟的傳統方法處理同樣組分合金進行比較。以下對這種試驗進行更詳細的描述。
制備Ti38-644合金的熔體，并鑄造成坯錠。合金具有的平均組成，以重量百分比計，示于表1。第1個坯錠在不超過1750°F的溫度下進行熱軋，退火和空氣中冷卻。
表1第1個坯錠的組成

部分經熱軋、退火和空氣冷卻的坯錠，用本發明的方法進行處理，而另一部分經熱軋、退火和空氣冷卻的坯錠，以傳統方式進行處理，以作比較之用，以傳統方式處理的部分，經熱加工，然后固溶熱處理，和接著老化。改變熱處理參量，以評價機械性能的影響。正如從現有技術中所知，固溶熱處理是一種熱處理步驟，其中，將合金加熱到適宜的溫度，并在此溫度下保持一段時間，足以使合金的一種或多種成分進入到固溶體中。然后將該合金迅速冷卻，以使一種或多種成分保持在固溶體中。對合金進行固溶熱處理主要是改進在給定強度下的延展性。
幾種類型的傳統熱處理方法與本發明的方法進行比較。表2中包括在各種條件下通過傳統熱處理方法處理表1合金，在室溫下進行抗拉試驗的結果。表2中報導的所有拉伸性能，都是按照ASTM E8測定的。使用拉伸試驗測定試驗件的最大抗拉強度(“UTS”)，0.2％的屈服強度、延伸率、和RA。RA和延伸率是試驗件的延展性的量度。延伸率是在加應力時，試驗件的延伸量。抗伸試驗中，延伸率是在原長度的樣品斷裂后所測量的原標準長度的增加量，通常在試驗件上標注的，以原標準長度的百分比表示。
表2傳統方法加工的Ti-38-644合金特性軋制和熱處理的室溫拉伸數據

*＝失敗的近沖壓標志表2中列出的試驗件是從直徑4英寸的坯料熱軋成直徑為0.569英寸的棒，并在老化前經固溶熱處理，表2中的數據清楚地表明合金需要大于8小時的長時間老化，才能獲得大于180ksi的高強度。對于二個試驗，固溶熱處理過程(1400°F(760℃)下1小時和1400°F(760℃)下20分鐘)，對于AMS 4957A和AMS 4958B規定的Ti-38-644棒和絲，傳統的過程需要大于8小時的老化，才能獲得最小的抗拉強度。AMS 4958A規定在熱軋和固溶熱處理后，β-鈦合金必須獲得不大于5％的冷加工壓縮，AMS 4958A也要求合金在老化溫度下經受至少12小時老化。此外，由于在增高溫度下進行固溶熱處理和老化，合金表面上可形成一氧化物層。AMS 4958A還需要酸浸步驟以去除該層。
發明實施方案的描述合金的老化時間可利用不同的標準進行測定和表示。例如，老化過程的長度可以以合金曝露在爐內老化的溫度下的總時間，或者以合金的表面或內部組分保持在老化溫度范圍內的總時間，進行測量。除另有指出外，本文中對本發明的實施方案報導的所有老化時間是在約所要求的老化溫度下，合金曝露于環境中的總時間，實例中列出的試驗件樣品的老化是在實驗爐內進行的。加熱合金更有效的裝置，例如產生對流爐，可對合金迅速傳熱，因此可降低對合金賦予所要求的性能所必要的最小老化時間。本發明的方法并不限于本文描述的實施方案，包括所用的特殊老化裝置，但包括各種其他實施方案。因此，本文中呈現的本發明實施方案僅是發明的實例，而本發明的范圍不受其限制。
本發明方法的實施方案包括在冷加工步驟后直接老化β-鈦合金少于4小時。在冷加工前，β-鈦合金可進行熱加工。在熱加工后，和冷加工前，合金也可以退火。β-鈦合金的優選退火溫度是1425°F(774℃)。對于利用本發明方法，冷加工和老化前，進行退火的試驗件和未進行退火的試驗件，其強度和延展性表明幾乎一致。
本發明實施方案的特征和優點，參照附圖，可得到更好的理解。


圖1是說明Ti-38-644合金經受13％或15％冷加工壓縮和950°F(510℃)下老化，老化時間對UTS，0.2％屈服強度，延伸率、和RA的影響。
圖2是說明Ti-38-644合金經受13％或15％冷加工壓縮和在950°F(510℃)、1000°F(538℃)，和1050°F(566℃)下老化，老化時間和老化溫度對UTS的影響。和圖3是說明Ti-38-644合金經受13％或15％冷加工壓縮和在950°F(510℃)、1000°F(538℃)，或1050°F(566℃)下老化，老化時間和老化溫度對RA的影響。
表1中的合金試驗片是根據本發明方法處理的。應理解，本發明的方法也適用于其他合金組合物，并不限定本文描述的方法應用。通過使用本發明，可在相當短的時間內生產出強度相當高的β-鈦合金，同時能保持延展性。表3-9中列出了本發明的實施方案。每種情況，都是在冷加工步驟后，試驗件直接老化，總時間少于4小時。直接老化合金包括加工后老化合金，而沒有中間加熱處理步驟，諸如固溶熱處理。直接老化并不排除冷加工合金后和老化合金前所進行的其他處理步驟。這些加工可以是例如機械加工，諸如修邊，或化學處理，諸如酸浸。各表中列出了所使用的處理步驟和從室溫下拉伸試驗得到的處理合金樣品的機械特性。
表3-9列出施加到具有表1組成的β-鈦合金的本發明方法的實施方案。冷加工的量可以是任何程度，在本發明方法的實施方案中，β-鈦合金優選冷加工到5％～60％的壓縮。更優選是冷加工β-鈦合金到小于35％的壓縮。最好本發明方法的實施方案包括將β-鈦合金冷加工到15～35％的壓縮。關于表3，對試驗片進行熱軋、冷拔得到8％的壓縮，然后按照各表所示的溫度和時間進行直接老化。表3中描述的試驗片在冷拔前還進行退火和無心研磨。在表3列出的實施方案，直接老化不到4小時，就能產生很高的強度(UTS大于170ksi)，并能保持延展性(延伸率大于8％，RA大于20％)。在所列實施方案中，可實施UTS值大于180ksi，并高達199ksi。在950°F(510℃)的老化溫度下實現了最高的UTS值，在該溫度下，僅以166分鐘的老化總時間，就獲得了199ksi的UTS。
通過延伸率和RA的測量，在1050°F(566℃)的較高老化溫度下得以實現最高延展性。
表3具有8％的冷加工壓縮的本發明實施方案的拉伸試驗結果

表4中列出了本發明的實施方案，其中試驗片是經過熱軋，冷拔到13％壓縮，和直接老化。此外，表4中描述的實施方案是在熱軋后，冷拔前，進行退火和無心研磨。表4中的本發明方法的實施方案，在僅20分鐘的老化時間后，呈現強度明顯地增加。在950°F(510℃)和1000°F(538℃)的老化溫度下，進一步老化，強度增加到大于AMS 4958A和AMS 4957B規定中所要求的值。然而，在1050°F(565℃)下老化的試驗件，沒有獲得在較低老化溫度下老化的試驗片所得的同樣高的強度。但在1050°F(565℃)下老化的試驗片，保持了通過延伸率和RA所測量的較大的延展性。
表4具有13％的冷加工壓縮的本發明實施方案的拉伸試驗結果

表5中列出的本發明實施方案，其中，試驗片是經過熱軋，冷拔到13％壓縮，和直接老化，形式類似于表4中示出的實施方案。然而，在表5中列出的試驗片在冷拔前沒有進行退火和無心研磨。盡管如此，表5中列出的本發明實施方案，制造的試驗片呈現出很高的強度和延展性。表5中的實施方案，在老化時間縮短到69～72分鐘時，使β-鈦合金產生非常高的強度(UTS在190ksi以上)。結果表明當本發明施用于表1中的β-鈦合金時在本發明的實施方案中可以排除退火步驟，而不會明顯影響機械性能。
表5具有13％的冷加工壓縮，并沒有退火的本發明實施方案的拉伸試驗結果


表6中列出的本發明實施方案，其中，試驗片是經過熱軋、冷拔到15％壓縮，和直接老化。此外，表6中的試驗片在冷拔前，不進行退火和無心研磨。表6中本發明的某些實施方案包括不到60分鐘的老化時間。包括冷卻加工到15％壓縮的實施方案，呈現出的強度高于包括冷加工到8％壓縮的實施方案，而且延展性沒有相應損失。冷加工到15％壓縮的實施方案，在900°F(482℃)和950°F(510℃)下，老化總時間僅45分鐘后，就能獲得大于190ksi的UTS，在同樣的溫度下，老化時間僅60分鐘后，獲得的UTS大于200ksi。
表6具有15％的冷加工壓縮的本發明實施方案的拉伸試驗結果

表7中列出的本發明實施方案，其中，試驗片是經過熱軋、冷拔到19％、和直接老化。除此之外，表7中描述的實施方案是在冷拔前進行退火和無心研磨。
表7具有19％的冷加工壓縮的本發明實施方案的拉伸試驗結果

表8列出的本發明實施方案，其中，試驗件是經過熱軋、冷拔到20％壓縮，和直接老化。此外，表8中的試驗片，在冷拔前未進行退火和無心研磨。表8中的本發明實施方案，有大約5％的UTS增加和6％的0.2％屈服強度的增加，超過了使用15％壓縮的冷加工實施方案。冷加工到20％壓縮的實施方案，降低了延展性5％(以延伸率測量)或9％(以RA測量)。
表8具有20％的冷加工壓縮的本發明實施方案的抗拉試驗結果

表9中列出的本發明實施方案，其中，試驗片是經過熱軋、冷拔到25％壓縮、和直接老化。此外，在冷拔前，表9中描述的實施方案未經退火和無心研磨。表9中列出的本發明實施方案，平均顯示UTS增加了約7％，和0.2％屈服強度增加了9％，超過了使用加工到15％壓縮的實施方案。與利用冷加工到15％壓縮的實施方案比較，冷加工到25％壓縮的實施方案，降低延展性11％(以延伸率測量)或2％(以RA測量)。
表9具有25％的冷加工壓縮的本發明實施方案的拉伸試驗結果

包括冷加工到13％或15％壓縮步驟的本發明實施方案的拉伸性能示于圖1-3中。圖1是老化時間對具有表1所示組成的Ti-38-644β-鈦合金樣品影響的說明圖。其中方法包括冷加工到13％或15％壓縮的步驟。對于老化總時間的最初至少60分鐘，UTS和0.2％屈服強度迅速增加。對于這些實施方案，試驗件的UTS在大約30分鐘的老化時間內，就達到180ksi。這些試驗件通常在實驗室內試驗爐中進行老化，生產老化爐似乎是更有效地加熱制品并因此在生產爐內，預計可減少達到高強度時本發明方法所需用的總老化時間，在某些情況下，有可能只需2/3或更多一些時間。
β-鈦合金可在低于β轉變的溫度下進行老化。β-鈦合金的老化最好在800°F(427℃)～1100°F(538℃)的溫度下進行。對于某些應用，β鈦合金的老化可在800°F(427℃)～1000°F(538℃)，最好在900°F(482℃)～1000°F(538℃)下進行。
從圖1可以看到，以延伸率或RA測量的試驗件的延展性，隨老化總時間而降低。然而，延展性隨著總老化時間緩慢降低，仍可獲得超過200ksi的UTS，同時又保持了相當良好的延展性。對于某些應用，諸如汽車、雪地機動車、摩托車和其他再造車輛的懸掛彈簧，和活塞發動機的閥彈簧最好是短時間老化。汽車生產線可包括生產所要求的卷繞和老化彈簧的安裝。例如，彈簧可以是卷繞，然后在傳送帶上以帶狀通過老化爐進行老化。在這些和另一些應用中，β鈦合金優選老化不到3小時。最好是使β鈦合金老化不到2小時，甚至對于某些時間敏感的應用中，老化要少于1小時，最好少于45分鐘。本發明生產的合金不僅可用于彈簧，以外其他應用中，例如在生物醫藥工業中用于外科手術器械或植入物中。
圖2是說明老化時間和老化溫度對包括冷加工到13％或15％壓縮的本發明實施方案處理的β鈦合金試驗件的UTS產生影響。本發明的實施方案使用低溫下老化獲得了較高的UTS。可以預測到，由于晶體是在較高溫度下生長和由于加工條件導致合金中存在少量體積的α相，這兩種情況對β鈦合金都會產生負影響。
圖3是說明老化時間和老化溫度對使用包括冷加工到13％或15％壓縮的本發明實施方案，以面積減少測量表1中β鈦合金試驗件的延展性所產生的影響。本發明的實施方案，使用較高溫度下老化，試驗件隨時間產生較高的延展性。可以預測到，由于晶體是在較高溫度下生長，雖然對強度有負影響，但提高了β鈦合金的延展性。
根據本發明的方法制造和處理第2個鈦坯料。表10中示出了第2坯料在三個部位的組成。對合金三個部分的組成進行試驗，以證實其成分，確保整個坯錠具有一個良好的一致性組成。
表10第2個坯錠的組成

根據本發明的方法對第2坯錠進行處理，第2坯錠在不超過1825°F(996℃)的溫度下進行熱軋，并進行退火和空氣中冷卻。關于表11，由第2坯錠制造的試驗片，進行熱軋，冷拔以獲得16.5％的壓縮，然后在表中所示的溫度和時間下進行直接老化。表11中描述試驗片，在冷拔前，在不超過1450°F(774℃)的溫度下進行退火，并在空氣中冷卻。表11中列出的實施方案，用不到30分鐘的直接老化，就獲得了較高的強度(大于190ksi的UTS)，并保持了延展性(延伸率大于8％，RA大于20％)。在列出的實施方案中，實現了大于200ksi，甚至達到220ksi的UTS。再有，在較低的老化溫度下實施了最高的UTS值，在900°F(482℃)下，總老化時間只有60分鐘，就獲得了220ksi的UTS。在1050°F(566℃)的較高老化溫度下，實施了由延伸率和RA測量的最高延展性。
表11對由第2坯錠制造的具有16.5％冷加工壓縮的本發明實施方案抗拉伸試驗結果

通常，由表11描述的本發明方法的實施方案制造的試驗片，與利用表3-9描述的本發明方法實施方案制造的試驗件相比，在較短的老化時間內就獲得了較高的抗拉強度。然而，總體講，表11中描述的試驗片，延展性都較低，可以認為，第2坯錠經受較高的熱軋溫度，可獲得較低的延展性，這是因為較高的處理溫度有利于較大尺寸的β粒子。考慮到較高強度與退火后的較低冷卻有關，所以對于某些老化，退火要在冷加工之前進行。
表12示出了通過本發明方法制備的制品進行旋轉梁式疲勞試驗的結果，其中制品經過熱軋、冷拔到15％壓縮，和950°F(510℃)下直接老化1小時，根據國際試驗標準ISO1143，在50Hz的頻率，R＝-1，利用平滑棒，進行旋轉梁式疲勞試驗，以測定彎曲疲勞。結果表示在斷裂前每個樣品經受的循環數，或者，如果未發生斷裂，對樣品進行循環的總數。
表12對本發明的實施方案進行旋轉梁式疲勞試驗的結果，本發明方案包括15％的冷加工壓縮和950°F下直接老化1小時。

表13表示對利用本發明方法制備的制品進行負載荷控制的軸向疲勞試驗結果，其中試驗片經過熱軋、冷拔到15％壓縮、和950°F(510℃)下直接老化1小時。根據ASTM E-466-96，用29Hz頻率，在R＝0.1，進行載荷控制的軸向疲勞試驗，以測定制品的疲勞程度。結果表示斷裂前，每個樣品經受的循環數。以本發明的方法，使用不同的條件制備的制品，諸如較長的老化時間、不同的老化溫度，或不同的冷加工程度，在疲勞試驗中，都可導致斷裂前的循環數的增加。
表13對本發明實施方案的負載荷控制的軸向疲勞試驗結果，其中包括15％的冷加工壓縮和950°F(510℃)下直接老化1小時。

雖然以上對某些組成的β鈦合金描述了本發明方法，但是，可以認為本發明的方法具有廣泛的應用，對于其他的β鈦合金也可進行處理。例如，沒有對本發明方法進行限定，從本發明中可獲益的某些另外商售β鈦合金是具有如下額定組成的鈦合金，以重量百分比計。例如有Ti-12Mo-6Zr-2Fe(合金含有12％鉬、6％鋯、2％鐵和鈦，商業上至少可以ALLVAC TMZF合金的一種形式購得)；Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al(該合金含有4.5％鐵、6.8％鉬、1.5％鋁和鈦，商業上至少可以TIMETAL LCB合金的一種形式購得)；Ti-15Mo-2.6Nb-3Al-0.2Si(合金含有15％鉬、2.6％鈮、3％鋁、0.2％硅和鈦，商業上至少可以TIMETAL 21S合金的一種形式購得)；Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(合金含有15％釩、3％鉻、3％錫、3％鋁和鈦，商業上至少可以ALLVAC 15-3合金的一種形式購得)；Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn(合金含有11.5％鉬、6％鋯、4.5％錫和鈦，商業上至少可以UNITEK βIII合金的一種形式購得)；和Ti-6V-6Mo-5.7Fe-2.7Al(合金含有6％釩、6％鉬、5.7％鐵、2.7％鋁和鈦，商業上至少可以TIMETAL 125合金的一種形式購得)。以上給出的合金組成是額定組成，每種元素的含量可以變化，至少2％或更多，合金也可以含有其他組分。
應當理解本說明書說明有關清晰理解本發明的那些方面。本發明的某些方面對于本技術領域的技術人員將是清晰的，并不促進對本發明更好理解的某些方面，為了簡化本說明書，而沒有給出。雖然結合某些實施方案描述了本發明，但本技術領域中的技術人員，根據以上描述，都會認識到可以對本發明進行多種改進與變化，本發明的所有這些改進與變化，都由上述描述和以下權利要求所覆蓋。
權利要求
1.一種處理鈦合金的方法，方法包括冷加工β-鈦合金，和直接老化β-鈦合金，其老化總時間少于4小時。
2.根據權利要求1的方法，其中，β-鈦合金至少含有鋁、釩、鉬、鉻、和鋯中的一種。
3.根據權利要求1的方法，還包括冷加工β鈦合金前，對β鈦合金進行熱軋。
4.根據權利要求3的方法，其中冷加工β鈦合金，包括冷加工β-鈦合金到至少5％壓縮。
5.根據權利要求4的方法，其中冷加工β鈦合金，包括冷加工β-鈦合金到至少15％壓縮。
6.根據權利要求5的方法，其中冷加工β鈦合金，包括冷加工β-鈦合金到小于60％壓縮。
7.根據權利要求6的方法，其中冷加工β鈦合金，包括冷加工β-鈦合金到小于35％壓縮。
8.根據權利要求7的方法，其中冷加工β鈦合金，包括冷加工β-鈦合金到小于20％壓縮。
9.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金在約800°F(427℃)～約1200°F(649℃)的溫度范圍內進行直接老化。
10.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金在約800°F(427℃)～約1000°F(538℃)的溫度范圍內進行直接老化。
11.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金在約900°F(482℃)～約1000°F(538℃)的溫度范圍內進行直接老化。
12.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金直接老化少于3小時。
13.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金直接老化少于2小時。
14.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金直接老化少于1小時。
15.根據權利要求1的方法，其中直接老化β鈦合金，包括將β鈦合金直接老化少于45分鐘。
16.根據權利要求1的方法，其中以重量計，β合金含有3.0～4.0％的鋁、7.5～8.5％的釩、5.5～6.5％的鉻、3.5～4.5％的鉬、3.5～4.5的鋯、和鈦。
17.一種制造加工制品的方法，包括，提供β鈦合金，以重量計它含有3.0～4.0％鋁、7.5～8.5％釩、5.5～6.5％鉻、3.5～4.5％鉬、3.5～4.5鋯、和鈦，對β鈦合金進行熱加工，對β鈦合金進行冷加工，以獲得5～60％壓縮，在約800°F(427℃)～約1100°F(593℃)的溫度范圍下，對β鈦合金進行總時間少于2小時的直接老化。
18.根據權利要求17的方法，其中加工制品是彈簧。
19.根據權利要求17的方法，其中，冷加工β鈦合金，包括通過模具冷拔β鈦合金。
20.根據權利要求17的方法，其中，熱加工β鈦合金包括將β鈦合金加工成棒、條、帶卷。
21.根據權利要求17的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括老化總時間少于1小時。
22.根據權利要求17的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括老化總時間少于45分鐘。
23.根據權利要求22的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括在約900°F(482℃)～約1000°F(538℃)的溫度范圍下進行直接老化。
24.根據權利要求18的方法，其中，彈簧是汽車、雪地機動車、摩托車、再造車輛、或發動機的零件。
25.根據權利要求17的方法，其中，還包括對β鈦合金進行無心研磨，和在對β鈦合金進行冷加工前，對β鈦合金進行退火。
26.根據權利要求25的方法，其中，冷加工β鈦合金，包括通過模具冷拔β鈦合金。
27.根據權利要求17的方法，其中，冷加工合金，以獲得5～35％的壓縮。
28.一種處理鈦合金的方法，包括對冷加工的β鈦合金進行總時間少于4小時的直接老化。
29.根據權利要求28的方法，其中，β鈦合金含有鋁、釩、鉬、鉻、和鋯中的至少一種。
30.根據權利要求28的方法，還包括在冷加工β鈦合金前，對β鈦合金進行熱軋。
31.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括在約800°F(427℃)～約1200°F(649℃)的溫度范圍下，對β鈦合金進行直接老化。
32.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括在約800°F(427℃)～約1000°F(538℃)的溫度范圍下，對β鈦合金進行直接老化。
33.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括在約900°F(482℃)～約1000°F(538℃)的溫度范圍內，對β鈦合金進行直接老化。
34.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于3小時。
35.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于2小時。
36.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于1小時。
37.根據權利要求28的方法，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于45分鐘。
38.根據權利要求28的方法，其中，以重量計，β鈦合金含有3.0～4.0％鋁、7.5～8.5％釩、5.5～6.5％鉻、3.5～4.5％鉬、3.5～4.5鋯、和鈦。
39.利用上述方法制備的制品，包括冷加工制品，其中制品含有β鈦合金，和直接老化制品的總時間少于4小時的制品。
40.根據權利要求39的制品，其中，制品是棒、條、或帶卷中的一種。
41.根據權利要求39的制品，其中，以重量計，β鈦合金含有3.0～4.0％鋁、7.5～8.5％釩、5.5～6.5％鉻、3.5～4.5％鉬、3.5～4.5鋯、和鈦。
42.根據權利要求39的制品，其中，直接老化β鈦合金，包括在約800°F(427℃)～約1200°F(649℃)的溫度范圍下對β鈦合金進行直接老化。
43.根據權利要求39的制品，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于2小時。
44.根據權利要求39的制品，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于1小時。
45.根據權利要求39的制品，其中，直接老化β鈦合金，包括對β鈦合金直接老化少于45分鐘。
全文摘要
本發明的實施方案通過包括以下步驟的方法處理β鈦合金冷加工合金，和進行直接老化合金的總時間少于4小時。該方法包括將合金制成制品，例如，棒、絲、或盤簧。方法可用于制造具有高抗拉強度，同時保留延展性。β－鈦合金可以是任何β－鈦合金，例如，以重量計，合金含有3.0～4.0％鋁、7.5～8.5％釩、5.5～6.5％鉻、3.5～4.5％鉬、3.5～4.5鋯、和鈦。合金可以熱加工，冷加工以獲得5～60％的壓縮，和直接老化的總時間少于4小時。
文檔編號C22F1/00GK1602369SQ02824857
公開日2005年3月30日 申請日期2002年6月7日 優先權日2001年12月14日
發明者布賴恩·J·馬夸特 申請人:Ati資產公司