[发明专利]低温超塑性变形的钛合金系片材材料

说明书

通过实施本发明实现的技术结果是由钛合金制备片材，其化学构成与具有低温超塑性变形特性的终产物的已知当前技术的制备能力最佳平衡。该结果通过低温超塑性变形片材材料实现，该片材材料基于包含下列(wt％)的钛合金：4.5‑5.5Al、4.5‑5.5V、0.1‑1.0Mo、0.8‑1.5Fe、0.1‑0.5Cr、0.1‑0.5Ni、0.16‑0.25O，其余为钛和杂质，其中钼结构当量值[Mo]当量高于5，并且铝结构当量值[Al]当量低于8；当量用下式确定：[Mo]当量＝[Mo]+[V]/1.5+[Cr]×1.25+[Fe]×2.5+[Ni]/0.8；[Al]当量＝[Al]+[O]×10+[Zr]/6。

技术领域

本文公开了材料和产品，如片材材料和片材半成品，这种材料和产品包括钛合金，该材料适于通过包括在775℃的温度下低温超塑性成形(SPF)的方法进行的产品制备。该材料和产品可用作由Ti–6Al–4V合金制成的片材产品的成本有效选择。

背景技术

术语“超塑性成形”总体上适用于材料(合金)在超出塑性应变常规极限(超过500％)的情况下超塑性成形的过程。SPF可应用于在有限的温度和应变速率范围内呈现超塑性性质的某些材料。例如，钛合金片材通常能够在约900至1010℃的温度范围内在约3·10^-4s^-1的应变速率下进行超塑性成形(变形)。

从生产的角度看，由于在SPF时成形温度降低，可获得显著的优点。例如，SPF成形温度降低可导致模具成本降低，其寿命增加，并且可潜在地导致较便宜的钢染料引入。另外，可减轻富氧层(α层(αcase))和污垢(scale)的形成，从而改善产品产率和减少或消除化学蚀刻的需求。另外，在SPF操作完成后保留较细晶粒存在的优点可导致变形温度较低，这可致使限制晶粒长大。

目前，存在两种已知的方法改善钛合金片材材料的超塑性成形能力。第一种方法涉及开发专用热机械加工以生产大小刚好在2μm和1μm之间和更精细的精细晶粒，从而导致增强晶粒边界滑动。具体地，存在已知的制造在低于由Ti-6Al-4V材料形成的常规产品的温度下变形的片材的方法(专利RF号2243833，IPC B21B1/38，2005年1月10日公开)。

第二种方法涉及开发新型钛合金片材材料系统，该系统在较粗的材料粒度下呈现超塑性，因为：

—两相体积分数和形态增强，

—扩散过程较快，其因合金中含有例如Fe和Ni作为快速扩散剂而加速晶粒边界滑动。

—β转变温度(BTT)较低。

因此，在有效选择合金化学组成的情况下，可在不使用超细晶粒形成所需的专用加工技术的情况下，获得令人满意的低温超塑性成形(变形)性质。

根据合金元素添加水平，两相(α+β)-钛合金被分为钼结构当量——[Мо]当量——等于2.5上至10％的合金(Kolachev B.A.,Polkin I.S.,Talalayev V.D.Titaniumalloys of various countries:Reference book.Moscow.VILS.2000.316p.–p.13-16)。这种合金通常用铝和β-稳定剂合金化以保留β-相。在属于此类的退火合金中，β-相的量可在5％至50％之间变化。因此，机械性质在相对宽的范围内变化。由于成功添加合金元素，这些合金在俄罗斯和外国都具有广泛应用，特别是Ti-6A1-4V合金(Materials PropertiesHandbook:Titanium alloys.R.Boyer,G.Welsch,E.Collings.ASM International,1998.1048p.–p.486-488)。在这种合金中，铝倾向于增加强度和耐热性，而钒是不仅增加强度性质而且提高可塑性的少数元素之一。属于Ti-6A1-4V类的合金用于生产棒、管、部件(section)、开式和闭式染料锻件、板材、片材、条带和箔。其用于制备航空运载工具中的焊接和预制结构、多种航空和火箭结构构件、以及用于制备创伤学、矫形外科和牙科学中应用的医疗植入物。