Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами

Авторы патента:


Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами
Дешевый альфа-бета-сплав титана с хорошими баллистическими и механическими свойствами

 


Владельцы патента RU 2549030:

ТИТАНИУМ МЕТАЛС КОРПОРЕЙШН (US)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100. Сплав на основе титана, полученный с использованием повторно используемых материалов, характеризуется баллистическим пределом V50, составляющим по меньшей мере около 1848 футов в секунду, и высокими характеристиками предела прочности, текучести и удлинения. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл., 1 пр.

 

Эта заявка является Международной РСТ заявкой, которая заявляет преимущества безусловной заявки на патент США №12/850691, зарегистрированной 5 августа 2010, которая тем самым включена ссылкой полностью.

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится главным образом к сплавам титана (Ti). В частности описаны альфа-бета-сплавы Ti, имеющие улучшенную комбинацию баллистических и механических свойств, достигаемых с относительно дешевым составом, а также способы производства сплавов Ti.

Уровень техники

Сплавы Ti нашли широкое использование в применениях, требующих высокого отношения предела прочности к весу, хорошей коррозионной стойкости и сохранения этих свойств при повышенных температурах. Несмотря на эти преимущества, более дорогое сырье и затраты на переработку сплавов Ti, по сравнению со сталью и другими сплавами, сильно ограничили их использование в применениях, где потребность в улучшенной эффективности и рабочих характеристиках перевешивает их сравнительно более высокую стоимость. Некоторые типичные применения, которые получили преимущество от включения сплавов Ti в различные объемы включают, например, элементы конструкции самолета, медицинские устройства, автомобили с высокими рабочими характеристиками, спортивный инвентарь высшего сорта и военные применения.

Обычной титановой основой сплава, которая успешно использовалась в военных системах, является Ti-6A1-4V, которая также известна как Ti64. Как название предполагает, эти сплавы Ti обычно включают 6 вес.% алюминия (Al) и 4 вес.% ванадия (V) и до 0,30 вес.% железа (Fe) и до 0,30 вес.% кислорода (O).

Разработка Ti64 предлагает сплав, имеющий притягательную комбинацию баллистических и механических свойств для военных наземных транспортных систем. Военные применения, которые обеспечивает свариваемый деформируемый титановый сплав, такой как Ti64, такие как структурный броневой лист, обычно имеют строгие композиционные и эксплуатационные требования. Например, в документе, названном "Подробная Спецификация: Броневой лист, Титановый Сплав, Свариваемый," M1L-DTL-46077G, 2006, Министерство обороны США идентифицировало условия для четырех классов Ti64, брони деформируемого титанового сплава, определенные строгим интервалом элементного состава и требованиями плотности так же, как минимальными механическими и баллистическими свойствами. Что касается броневого листа на основе сплава Ti, то цель, следовательно, состоит в том, чтобы предоставить сплавы Ti, которые отвечают установленным стандартам или превышают их, минимизируя затраты на сырье и затраты на обработку.

Ряд подходов был отслежен в попытке производить сплавы Ti, имеющие заданную комбинацию свойств при пониженной стоимости. Например, сплавы Ti были произведены однократным электронно-лучевым плавлением (ОЭЛП). Этот подход сделал производство сплавов Ti более эффективным по стоимости и сделал возможным их дополнительную реализацию в военных системах. Другой подход сосредоточился на замещении количеством железа (Fe) вместо ванадия (V) в качестве бета-стабилизатора в сплаве Ti, чтобы снизить стоимость сырья, как раскрыто, например, патентом США №6786985 от Kosaka (Косака) и др. (в дальнейшем "Kosaka"). Однако сплав Ti, разработанный Kosaka, требовал включения молибдена (Mo).

Еще один подход включал разработку составов сплава Ti, которые разрешают переработку слитка металла в конечный прокатный продукт при температурах полностью в пределах области бета-фазы сплава, как раскрыто, например, в патенте США №5342458 от Адамса и др. ("Адамс"). Адамс утверждает, что более высокая пластичность и более низкое напряжение, вызывающее пластическую деформацию, которое существует при более высоких температурах в описанных сплавах, минимизируют поверхность и торцовые трещины, следовательно, увеличивая производительность. Патент США №5980655 от Едзи Косака и патент США №5332 45 от Уильяма В. Лава раскрывают подходы, в которых сплавы Ti64, имеющие улучшенные механические и баллистические свойства, образовали, увеличивая концентрацию кислорода сверх интервалов, которые были определены стандартными военными руководящими принципами.

Ряд сплавов Ti, имеющих составы, аналогичные Ti64, но с дополнительными включенными компонентами, также известны в технологии. Эти сплавы Ti разработали, чтобы обеспечить, между прочим, дешевые высокопрочные сплавы Ti с допустимыми уровнями пластичности. Пример предложен в патенте США №7008489 от Пола Дж. Бэнии, который, в одном варианте осуществления, раскрывает сплав Ti, имеющий, по меньшей мере, 20% улучшение пластичности при данном уровне прочности. Однако в дополнение к основным компонентам Ti-Al-V-Fe-O, присутствующим в Ti64, раскрытый сплав также включает концентрации олова (Sn), циркония (Zr), хрома (Cr), молибдена (Mo) и кремния (Si). Большое количество элементов, присутствующих в этих сплавах, неизбежно увеличивает стоимость материалов, сформированного таким образом сплава Ti.

Другой пример предложен заявкой на патент США №2006/0045789 от Нассеррафи и др. ("Нассеррафи"), направленной на сплавы Ti, которые могут быть произведены из повторно используемого титана. В одном варианте осуществления Нассеррафи раскрывает сплав Ti, включающий Ti-Al-V; однако сплав также включает один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из Cr, Fe и марганца (Mn) в концентрациях от 1,0 до 5,0 вес.%. Относительно высокие уровни Cr, Fe и Мn и низкая пластичность ограничивают применение сплава для военных систем. Каждый из вышеупомянутых патентов и заявок на патент включен ссылкой в их полноте, как если бы они были полностью изложены в данном описании.

Несмотря на усовершенствования с точки зрения состава, свойств и затрат на переработку, которые были достигнуты до настоящего времени, есть продолжающаяся потребность разработать новые и улучшенные сплавы Ti и связанные способы производства, которые достигают минимальных механических и баллистических уровней эффективности при постоянной более низкой стоимости.

Сущность изобретения

Предложен сплав Ti, имеющий хорошую комбинацию баллистических и механических свойств, которые достигают, используя дешевый состав. Такой сплав Ti является особенно полезным для использования в качестве броневого листа в военных применениях, но не столь ограничен и может быть пригоден для многих других применений. В одном варианте осуществления сплав Ti состоит, по существу из, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титан до 100%. В определенном варианте осуществления сплав Ti состоит по существу из, в весовых процентах, приблизительно 4,8% алюминия, приблизительно 3,0% ванадия, приблизительно 0,6% железа, приблизительно 0,17% кислорода и титана до 100%. В еще одном варианте осуществления максимальная концентрация любого одного примесного элемента, присутствующего в сплаве титана, составляет 0,1 вес.%, и объединенная концентрация всех примесей составляет 0,4 вес.% или меньше.

Сплавы Ti, имеющие раскрытые составы, имеют преимущество обеспечивать дешевый сплав Ti, который включает предел текучести при растяжении (ПТР) по меньшей мере приблизительно 120000 фунтов на квадратный дюйм (приблизительно 8440 кг/см2) и предел прочности при растяжении (ППР) по меньшей мере 128000 фунтов на квадратный дюйм (приблизительно 9000 кг/см2) как в продольном, так и в поперечном направлениях в комбинации с сужением поперечного сечения (СПС) по меньшей мере приблизительно 43%, и удлинением по меньшей мере приблизительно 12%. Сплав Ti можно сформировать в лист, который в определенном варианте осуществления имеет толщину от приблизительно 0,425 дюймов до приблизительно 0,450 дюймов (от приблизительно 1,08 до приблизительно 1,14 см) и баллистический предел V50 по меньшей мере приблизительно 1848 футов в секунду (563 м/сек). В еще более определенном варианте осуществления лист сплава Ti имеет толщину приблизительно 0,430 дюймов (приблизительно 1,09 см) и баллистический предел V50 приблизительно 1936 футов в секунду (590 м/сек).

В одном варианте осуществления сплав Ti имеет отношение бета-изоморфного (βiso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабилизатору (βisoeut) от около 0,9 до около 1,7, где βisoeut определяют как

β I S O β E U T = M o + V 1.5 C r 0.65 + F e 0.35

В уравнениях, предложенных в данном описании, Mo, V, Сг и Fe, соответственно, представляют весовой процент молибдена, ванадия, хрома и железа в сплаве Ti. В определенном варианте осуществления отношение бета-изоморфного стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему стабилизатору составляет приблизительно 1,2.

В другом варианте осуществления сплав Ti имеет молибденовый эквивалент (Moeq) от приблизительно 3,1 до приблизительно 4,4, в котором молибденовый эквивалент определяют как

M o e q = M o + V 1.5 + C r 0.65 + F e 0.35

В определенном варианте осуществления молибденовый эквивалент составляет приблизительно 3,8. В другом варианте осуществления сплав Ti имеет алюминиевый эквивалент (Aleq) от приблизительно 8,3 до приблизительно 10,5, в котором алюминиевый эквивалент определяют как

Aleq=Al+27O

В этом уравнении Al и O представляют весовой процент алюминия и кислорода, соответственно, в сплаве Ti. В определенном варианте осуществления алюминиевый эквивалент составляет приблизительно 9,4.

В другом варианте осуществления сплав Ti имеет температуру бета-превращения (Tβ) от приблизительно 1732°F (783°C) до приблизительно 1820°F (833°C), где температуру бета-превращения, в °F, определяют как

Tβ=1607+39,3Al+330O+1145C+1020N-21,8V-32,5Fe-17,3Mo-70Si-27,3Cr.

В этом уравнении С, N и Si представляют весовой процент углерода, азота и кремния, соответственно, в сплаве Ti. В определенном варианте осуществления температура бета-превращения составляет приблизительно 1775°F (806°С). В одном варианте осуществления плотность сплава Ti изменяется от приблизительно 0,161 фунтов на кубический дюйм до приблизительно 0,163 фунтов на кубический дюйм (от приблизительно 4,46 до приблизительно 4,51 г/см3) и, в определенном варианте осуществления составляет приблизительно 0,162 фунта на кубический дюйм (приблизительно 4,48 г/см3).

В другом варианте осуществления раскрыт способ производства сплава Ti, состоящего по существу из, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титан до 100%. В определенном варианте осуществления сплав Ti производят плавлением комбинации повторно используемых и/или свежих материалов, содержащей соответствующие соотношения алюминия, ванадия, железа и титана, в холодной подовой печи, чтобы образовать расплавленный сплав, и отливкой указанного расплавленного сплава в форму. Повторно используемые материалы могут содержать, например, стружку Ti64 и технически чистые (ТЧ) отходы титана. Свежие сырьевые материалы могут включать, например, губчатый титан, порошок железа и дробь алюминия. В другом определенном варианте осуществления повторно используемые материалы содержат приблизительно 70,4% стружки Ti64, приблизительно 28,0% губчатого титана, приблизительно 0,4% порошка железа и приблизительно 1,1% дроби алюминия.

В еще одном варианте осуществления сплав Ti отливают в прямоугольную форму, чтобы формировать лист, имеющий прямоугольную форму, и состав, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титан до 100%. В определенном варианте осуществления литой лист может быть подвергнут начальной ковке или прокатке при температуре выше температуры бета-трансуса и конечной прокатке при температуре ниже температуры бета-трансуса прежде, чем быть отожженным при температуре ниже температуры бета-трансуса.

Сплавы Ti, раскрытые в этом описании, обеспечивают сравнительно дешевую альтернативу обычным сплавам Ti64, отвечая механическим и баллистическим свойствам, установленным для сплавов Ti64. Это снижение позволит более широкое принятие сплавов Ti во многих военных и других применениях, которые требуют подобных комбинаций свойств.

Краткое описание чертежей

Сопутствующие фигуры, которые включены и составляют часть данного раскрытия, иллюстрируют типичные варианты осуществления раскрытого изобретения и служат для объяснения принципов раскрытого изобретения.

Фиг.1 представляет собой блок-схему, поясняющую способ получения сплавов Ti в соответствии с примером осуществления раскрытого изобретения.

Фиг.2A представляет собой схему фактического бронебойного калибра.30 патрона M2.

Фиг.2B представляет собой фотографию фактического бронебойного калибра.30 патрона M2, используемого в фактическом испытании.

Фиг.3 показывает конфигурацию интервала испытаний, используемую для испытания баллистического предела V50 броневых листов.

Фиг.4 представляет собой пример, показывающий вероятность пробивания броневого листа от скорости боеприпаса, как измерено в середине между стволом и броневым листом.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий баллистический предел V50 как функцию толщины листа для типичных сплавов Ti.

Фиг.6 представляет собой увеличенный вид фиг.5 в интервале толщины от 0,40 до 0,46 дюйма (от 1,0 до 1,16 см), показывающая баллистический предел V50 как функцию толщины листа для типичных сплавов Ti.

Всюду в чертежах е же самые цифры и символы ссылок, если иначе не указано, используются, чтобы обозначить аналогичные признаки, элементы, компоненты или части поясняемых вариантов осуществления. Хотя раскрытое изобретение описано подробно со ссылками на чертежи, это сделано так в связи с иллюстративными вариантами осуществления.

Подробное описание изобретения

Описаны типичные сплавы Ti, имеющие хорошие механические и баллистические свойства, которые получали, используя сравнительно дешевые материалы. Эти сплавы Ti особенно пригодны для использования в качестве броневого листа в военных системах или для применений, где требуется металлический сплав, имеющий превосходное соотношение прочность-вес и хорошую устойчивость к пробиванию боеприпасами после удара. Раскрытые сплавы Ti достигают комбинаций механической прочности и баллистических свойств, которые отвечают минимальным военным стандартам, понижая затраты на состав и обработку. Более дешевое сырье и затраты на обработку будут облегчать более широкое распространение принятия раскрытых сплавов Ti вследствие их все более и более благоприятных соображений стоимости.

В варианте осуществления типичный сплав Ti включает, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титан до 100% и случайные примеси.

Алюминий как легирующий элемент в титане является альфа-стабилизатором, который увеличивает температуру, при которой альфа-фаза является устойчивой. В одном варианте осуществления алюминий присутствует в сплаве Ti, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4%. В определенном варианте алюминий присутствует в количестве около 4,8 вес.%.

Ванадий как легирующий элемент в титане является изоморфным бета-стабилизатором, который понижает температуру бета-превращения. В одном варианте осуществления ванадий присутствует в сплаве Ti, в весовых процентах, от 2,5 до 3,5%. В определенном варианте ванадий присутствует в количестве около 3,0 вес.%.

Железо как легирующий элемент в титане является эвтектоидообразующим бета-стабилизатором, который понижает температуру бета-превращения, и железо является упрочняющим элементом в титане при температурах окружающей среды. В одном варианте осуществления железо присутствует в сплаве Ti, в весовых процентах, от 0,5 до 0,1%. В определенном варианте осуществления железо присутствует в количестве около 0,6 вес.%. Если, однако, концентрация железа будет превышать верхние пределы, раскрытые в этом описании, то может произойти чрезмерная сегрегация растворенного вещества во время затвердевания слитка, которая окажет негативное влияние на баллистические и механические свойства. С другой стороны, использование уровней железа ниже пределов, раскрытых в этом описании, может производить сплав, который не в состоянии достигать желаемой прочности и баллистических свойств. Кислород как легирующий элемент в титане является альфа-стабилизатором, и кислород является эффективным упрочняющим элементом в титановых сплавах при температурах окружающей среды. В одном варианте осуществления кислород присутствует в сплаве Ti, в весовых процентах, от 0,15 до 0,19%. В определенном варианте осуществления кислород присутствует в количестве около 0,17 вес.%. Если содержание кислорода является слишком низким, прочность может быть слишком низкой, температура бета-превращения может быть слишком низкой, и стоимость сплава Ti может увеличиться, потому что металлолом не пригоден для использования в плавлении сплава Ti. С другой стороны, если содержание кислорода является слишком большим, устойчивость к растрескиванию после баллистического удара может быть ухудшена. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения сплав Ti может также включать случайные примеси или другие элементы, такие как Mo, Cr, N, С, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu, Si и т.д., в концентрациях, связанных с уровнем примесей. Азот (N) может также присутствовать в концентрациях до максимума 0,05 вес.%. В определенном варианте осуществления максимальная концентрация любого примесного элемента составляет 0,1 вес.%, и объединенная концентрация всех примесей не превышает в общей сложности 0,4 вес.%.

В соответствии с одним вариантом осуществления сплав Ti имеет отношение бета-изоморфного (Piso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βiso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабилизатору (βisoeut) от около 0,9 до около 1,7, где βisoeut определяют как

β I S O β E U T = M o + V 1.5 C r 0.65 + F e 0.35 ( 1 )

В уравнениях этом описании Mo, V, Cr и Fe соответственно представляют весовой процент молибдена, ванадия, хрома и железа в сплаве Ti. В определенном варианте осуществления отношение бета-изоморфного стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему стабилизатору составляет около 1,2.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения сплав Ti имеет молибденовый эквивалент (Moeq) от около 3,1 до около 4,4, в котором молибденовый эквивалент определяют в уравнении (2) как

M o e q = M o + V 1.5 + C r 0.65 + F e 0.35 ( 2 )

В определенном варианте осуществления молибденовый эквивалент составляет около 3,8. Хотя Mo и Cr не являются первичными компонентами раскрытого сплава Ti, они могут присутствовать в следовых концентрациях (например, при уровне примесей или ниже) и, следовательно, могут использоваться, чтобы вычислить βisoeut и Moeq. В другом варианте осуществления сплав Ti имеет алюминиевый эквивалент (Aleq) от около 8,3 до около 10,5, в котором алюминиевый эквивалент определяют в уравнении (3) как

A l e q = A l + 27 O ( 3 )

В этом уравнении Al и O представляют весовые проценты алюминия и кислорода соответственно в сплаве Ti. В определенном варианте осуществления алюминиевый эквивалент составляет около 9,4.

В другом варианте осуществления сплав Ti имеет температуру

бета-превращения (Tβ) от около 1732°F (783°C) до около 1820°F

(833°C), где температуру бета-превращения в °F определяют по уравнению (4) как

T β = 1607 + 39,3 A l + 330 O + 1145 C + 1020 N 21,8 V 32,5 F e 17,3 M o 70 S i 27,3 C r ( 4 )

В этом уравнении C, N и Si представляют вес.% углерода, азота и кремния соответственно в сплаве Ti. Как в случае молибденового эквивалента, хотя C, N Si не являются первичными компонентами сплава Ti, они могут присутствовать в качестве случайных примесей.

В определенном варианте осуществления температура бета-превращения составляет около 1775°F (806°С).

Сплавы Ti достигают превосходных механических свойств при растяжении, и имеют, например, предел текучести при растяжении (ПТР) по меньшей мере около 120000 фунтов на квадратный дюйм (8440 кг/см2) и предел прочности при растяжении (ППР) по меньшей мере около 128000 фунтов на квадратный дюйм (9000 кг/см2) как вдоль поперечных, так и вдоль продольных направлений. В другом варианте осуществления сплав Ti имеет удлинение по меньшей мере около 12%, и/или относительное сужение поперечного сечения (СПС) по меньшей мере около 43%. Как вычислено, плотность сплава Ti составляет от 0,161 фунтов на кубический дюйм до около 0,163 (от около 4,46 до около 4,51 г/см3) с номинальной плотностью около 0,162 фунта на кубический дюйм (около 4,48 г/см3).

Сплав Ti также обеспечивает превосходные баллистические свойства. Мера эффективности баллистических листов обеспечивается средней скоростью (V50) снаряда или боеприпаса, требуемой для пробивания листа. Например, когда формировали листы, имеющие толщину от около 0,425 до около 0,450 дюйма (от около 1,08 до около 1,14 см), сплав Ti имеет баллистический предел V50 по меньшей мере около 1848 футов в секунду (563 м/сек). В определенном варианте осуществления для листа толщиной около 0,430 дюйма (1,09 см) сплав Ti имеет баллистический предел V50 около 1936 футов в секунду (590 м/сек). Методики, используемые в тестировании баллистических пределов V50 сплавов Ti, описаны со ссылкой на примеры, описанные ниже.

В соответствии с другим вариантом осуществления предложен лист, состоящий из сплава Ti, описанного в этом описании. В определенном варианте осуществления сплав Ti, представленный здесь, используется в качестве бронированного листа. Однако другие соответствующие применения для сплава Ti включают, но не ограничиваются ими, другие компоненты в военных системах, таких как части автомобиля и самолета, такие как направляющие кресла и защитные экраны от эрозии.

В еще одном варианте осуществления раскрыт способ производства сплава Ti, имеющего хорошие механические и баллистические свойства. Способ включает плавление комбинации исходных материалов в соответствующих соотношениях, чтобы производить сплав Ti, состоящий по существу, в весовых процентах, из от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титан до 100%. Плавление может быть достигнуто, например, в холодной подовой печи. В определенном варианте осуществления исходные материалы включают комбинацию повторно используемых и свежих сырьевых материалов, таких как отходы титана и губчатый титан в комбинации с небольшими количествами железа и алюминия. При большинстве состояний рынка использование повторно используемых материалов предлагает значительное снижение издержек. Применяемые повторно используемые материалы могут включать, но не ограничиваются ими, Ti64, Ti-10V-2Fe-3Al, другие сплавы Ti-Al-V-Fe, и титан CP. Повторно используемые материалы могут быть в форме отходов машинной обработки (стружки), твердых кусков или переплавленных электродов. Используемые свежие сырьевые материалы могут включать, но не ограничиваются ими, губчатый титан, лигатура алюминий-ванадия, железный порошок или алюминиевая дробь. Так как никакая лигатура алюминий-ванадия не требуется, значительное снижение издержек может быть достигнуто. Это, однако, не препятствует использованию и добавлению свежего сырьевого материала, включая губчатый титан и легирующие элементы, а не повторно используемые материалы, если это желательно. В некоторых вариантах осуществления способ производства включает выполнение термической обработки отжига сплава Ti при температуре субтрансуса (например, ниже температуры бета-превращения). Используемый сплав Ti может иметь любое из свойств, описанных в этом описании.

В некоторых вариантах осуществления способ производства также включает вакуумный электродуговой переплав (ВЭП) сплава и ковку и/или прокатку сплава Ti выше температуры бета-превращения, за которым следует ковка и/или прокатка ниже температуры бета-превращения. В определенном варианте осуществления способ производства сплава Ti используют, чтобы производить компоненты военных систем, и еще более определенно, чтобы производить броневой лист.

Блок-схема, которая показывает типичный способ производства сплавов Ti, представлена на фиг.1. Первоначально, желаемое количество сырьевых материалов, имеющих соответствующие концентрации и соотношения, подготавливают в стадии 100. В определенном варианте осуществления сырьевые материалы включают повторно используемые материалы, хотя они могут быть комбинированы со свежими сырьевыми материалами соответствующего состава в любой комбинации. После подготовки сырьевые материалы плавят и отливают, чтобы производить слиток металла в стадии 110. Плавление может быть достигнуто, например, ВЭП, плазменной дуговой плавкой, плавкой электронным лучом, плавкой в гарнисажной печи или их комбинацией. В определенном варианте осуществления слитки двойной плавки получают ВЭП и отливают прямо в круглую форму.

В стадии 120 слиток металла подвергают начальной ковке и прокатке. Начальную ковку и прокатку выполняют выше температуры бета-превращения (бета-трансуса), причем прокатку выполняют в продольном направлении. В стадии 130 слиток металла подвергают конечной ковке и прокатке. Конечную ковку и прокатку выполняют ниже температуры бета-превращения (бета-трансуса), причем прокатку выполненяют в продольном и поперечном направлениях. Слиток металла затем отжигают в стадии 140, которую, в определенном варианте осуществления, выполняют при температуре субтрансуса. Конечный прокат может иметь толщину, которая изменяется, но не ограничивается этим, от около 0,1 дюйма до около 4,1 дюйма (от около 0,25 см до около 10,4 см).

В некоторых вариантах осуществления прокатка до размера ниже 0,4 дюйма (1 см) может быть достигнута горячей прокаткой и необязательно холодной прокаткой, чтобы производить продукты рулон или полоса. В еще одном варианте осуществления прокатка до тонких листовых продуктов может быть достигнута горячей или холодной прокаткой листов до отдельных листов или до многих листов, упакованных в стальные пачки.

Дополнительные подробности по типичным титановым сплавам и способы их производства описаны в примерах, которые следуют ниже.

Примеры

Примеры, представленные в этой секции, служат, чтобы проиллюстрировать используемые стадии обработки, конечные составы и последующие свойства сплавов Ti, полученных согласно вариантам осуществления данного изобретения. Сплавы Ti и связанные методы их производства, которые описаны ниже, предложены в качестве примеров и не являются ограничивающими.

Сравнительные примеры

Несколько сплавов Ti, имеющих концентрации элементов вне интервалов V, Fe и O, раскрытых в этом описании, первоначально были получены, чтобы они служили сравнительными примерами. Сравнительные сплавы Ti получали смешиванием вместе сырьевых материалов, чтобы достигнуть соответствующих соотношений для каждого сравнительного сплава Ti. Сравнительный сплав Ti №С1 получали с номинальным составом около 5,0 вес.% алюминия, около 4,0 вес.% ванадия, около 0,03 вес.% железа, около 0,22 вес.% кислорода и титан до 100%. Сравнительный сплав Ti №C2 получали с номинальным составом около 5,0 вес.% алюминия, около 4,0 вес.% ванадия, около 0,03 вес.% железа, около 0,12 вес.% кислорода и титан до 100%». Сравнительный сплав Ti №СЗ получали с номинальным составом около 5,0 вес.% алюминия, около 5,0 вес.% ванадия, около 0,6 вес.%) железа, около 0,19 вес.% кислорода и титан до 100%.

Сравнительные сплавы Ti №C1-C3 отливали в индивидуальные слитки металла, имеющие круглую форму, и превращали в промежуточные слябы выше температуры бета-трансуса. Финальную прокатку и поперечную прокатку выполняли ниже температуры бета-трансуса. Финальный отжиг выполняли при температуре ниже температуры бета-трансуса. Сравнительные сплавы Ti №C1-C3 подвергали финальному отжигу при температуре 1400°F (760°C) в течение двух часов, и образцам позволяли охлаждаться в воздухе.

Химический анализ выполняли на сравнительных сплавах Ti №C1-C3, и измеряли их механические и баллистические свойства. Измеренные составы и вычисленные значения Aleq, Moeq, Tβ и плотности суммированы в таблице 1 ниже:

Таблица 1. Химические составы и параметры сравнительных сплавов Ti №C1-C3
Сплав Ti Элемент (вес. %) Рассчитанный пример
Al V Fe O N Aleq Moeq Tβ, °F (°C) ρ, фунт/куб.дюйм (г/см3)
C1 4,98 4,1 0,03 0,22 0,003 11,0 2,8 1796 (980) 0,161 (4,46)
C2 4,95 4,1 0,03 0,12 0,001 8,1 2,8 1761 (960,5) 0,162(4,48)
C3 4,81 4,92 0,58 0,19 0,002 9,9 5,0 1742 (950) 0,163 (4,51)

Механические свойства листов, включающих сравнительные сплавы Ti №C1-C3, измеряли и суммировали в таблице 2. Множество измерений получали на одних и тех же слитках металла и результаты приведены в отдельных строчках в пределах той же самой группы в таблице 2. Свойства растяжения листов измеряли как в поперечном (Поп.), так и в продольном (Прод.) направлениях. В таблице 2 ksi имеет значение килофунты на квадратный дюйм (1 килофунт на квадратный дюйм=1000 фунтов на квадратный дюйм). Свойства растяжения, измеренные в таблице 2, дают средние значения ППР, ПТР, СПС и Удлинения 131 килофунтов на квадратный дюйм (9210,21 кг/см2), 122,3 килофунтов на квадратный дюйм (8598,54 кг/см2), 36% и 10,3% соответственно, для сравнительного сплава Ti №C1; 131 килофунтов на квадратный дюйм (9210,21 кг/см2), 123 килофунтов на квадратный дюйм (8647,76 кг/см2), 34% и 11%, соответственно, для сравнительного сплава Ti №C2; и 133,8 килофунтов на квадратный дюйм (9407,07 кг/см2), 124,3 килофунтов на квадратный дюйм (8739,16 кг/см2), 42% и 12,3%, соответственно, для сравнительного сплава Ti №C3.

Таблица 2. Сводка свойств растяжения сравнительных сплавов Ti №С1-C3
Сплав Ti Номинальный состав (вес.%) Свойства растяжения
Ориентация ППР, килофунт/кв.дюйм (кг/см2) ПТР, килофунт/кв.
дюйм (кг/см2)
СПС (%) Удлинение (%)
C1(a) C1(b) C1(c) 5Al4V.03 Fe.22O 5Al4V.03 Fe.22O 5Al4V.03 Fe.22O Прод. 133 (9350,83) 124 (8718,07) 35 11
Прод. 129 (9069,6) 121 (8507,14) 37 11
Поп. 131 (9210,21) 122 (8577,45) 36 9
C2(a) C2(b) C2(c) 5Al4V.03 Fe.12O 5Al4V.03 Fe.12O 5Al4V.03 Fe.12O Прод. 131 (9210,21) 123 (8647,76) 35 11
Прод. 131 (9210,21) 123 (8647,76) 33 11
Поп. 131 (9210,21) 123 (8647,76) 34 11
С3(а) СЗ(b) С3(с) C3(d) 5Al5V.6Fe.l9O 5Al5V.6 Fe.19O 5Al5V.6Fe.19O 5Al5V.6Fe.19O Прод. 135 (9491,44) 125 (8788,37) 43 12
Прод. 135 (9491,44) 125 (8788,37) 43 13
Поп. 133 (9350,83) 124 (8718,07) 38 12
Поп. 132 (9280,52) 123 (8647,76) 44 12

Минимальные защитные баллистические пределы V50 листов сравнительных сплавов Ti измеряли, используя.30 калибра (7,62 мм) 166-грановые бронебойные (ББ) боеприпасы М2. Схема поперечного сечения.30 ББ патрона M2 показана на фиг.2A, тогда как фактический образец показан на фиг.2B. Боеприпасы калибра.30 включают ядро из закаленной стали, состав для заполнения полости в головной части оболочки пули и позолоченную металлическую оболочку. Само баллистическое тестирование было выполнено в соответствии со стандартными военными процедурами тестирования, как раскрыто, например, Министерством обороны США в "Военном Стандарте: Баллистический Тест V50 для Брони," MIL-STD-662E, 2006.

Схема конфигурации интервалов тестирования, используемой для тестирования баллистического предела V50 броневого листа, показана на фиг.3. Первый и второй фотоэлектрический экран использовали в соединении с хронографами, чтобы вычислить скорости боеприпаса в точке на полпути между стволом оружия и целью. Тестирование выполняли при нуле градусов отклонения в условиях окружающей среды (70-75°F (21-24°C) и 35-75% относительной влажности). Значение толщины каждого листа является средним из толщин, измеренных на каждом углу листа. Лист-свидетель алюминия 2024-T3 толщиной 0,020 дюймов (0,51 мм) размещали 6 дюймов (152 мм) позади целевого листа. Любое отверстие листа-свидетеля определяли как полное пробивание образца для испытания брони.

Каждое испытание состояло из стрельбы боеприпасами при различных скоростях и затем оценки, приводит ли определенное ударное воздействие к полному пробиванию (то есть отверстию в листе-свидетеле) или к частичному пробиванию. Средние скорости самых низких полных пробиваний и самых высоких частичных пробиваний затем использовали, чтобы оценить значение V50. Результаты расчета образца предложены на фиг.4, которая является графиком, показывающим вероятность пробивания (%) как функции скорости удара (фут/сек) для толщины сплава Ti 0,430 дюйма (1,09 см). Способ производства, состав и свойства листа сплава Ti, испытанного в фиг.4, представлены в примере №1 ниже. Сплошные ромбы на фиг.4 представляют патроны, которые частично пробивали (ЧП) лист, тогда как сплошные квадраты представляют полное пробивание (ПП) листа. Значение V50 вычисляют усреднением скоростей соударений, производящих ПП, с соударениями, которые производят ЧП. Пример на фиг.4 представляет значение V50=1936 фут/сек (580 м/сек). Следовательно, значение V50 является подходящим числом для описания и широко использовалось, чтобы определить количество баллистической защиты, предусмотренной данным типом брони против данной угрозы.

Сравнительные сплавы Ti были обработаны так, чтобы получить листы, имеющие толщины около 0,440 дюйма (1,12 см) для сравнительного сплава Ti №С1, около 0,449 дюйма (1,14 см) для сравнительного сплава Ti №С2 и около 0,426 дюйма (1,08 см) для сравнительного сплава Ti №C3. Баллистические свойства каждого из сравнительных сплавов Ti №С1-С3 измеряли согласно стандартам Министерства обороны США, как определено выше в отношении фиг.2-4, и результаты суммированы в таблице 3 ниже. Баллистический предел V50 для сравнительных сплавов Ti №С1-С3, как измерено, составляет около 1922 фут/сек (576,6 м/сек), около 1950 фут/сек (585 м/сек) и около 1888 фут/сек (566,4 м/сек), соответственно.

Данные баллистики, вычисленные для сплавов Ti64, имеющих толщины листа, идентичные экспериментальному значению, полученному для сравнительных сплавов Ti №С1-С3, также представлены в таблице 3. Улучшение V50, полученное между каждым сравнительным сплавом Ti и расчетным значением V50 для Ti64 маркируют как "А против Ti64" и включают в правую колонку таблицы 3. Значения V50 для сплавов Ti №С1-С3 превышают вычисленные значения для листов Ti64, имеющих те же самые толщины, на 10, 12 и 16 фут/сек (3, 3,6 и 4,8 м/сек), соответственно. Минимальные значения V50, представленные в таблице 3, представляют минимальные значения V50, требуемые Министерством обороны США в MIL-DTL-46077G, 2006 для указанных толщин листов. Например, толщина листа 0,440 дюйма (1,12 см) требует минимального V50, равного 1895 фут/сек (568,5 м/сек). Значения AV50, представленные в таблице 3, представляют разность между минимальным V50 и измеренным значениями V50 для каждого сравнительного сплава Ti.

Таблица 3
Сводка баллистических результатов для сравнительных сплавов Ti №C1-C3
Сплав Ti Номинальный состав (вес.%) Результаты V5() для указанных сплавов Рассчитанный У50 для Ti64 Д
Толщина, дюймы (см) V50 мин, фут/сек (м/сек) V50 фут/сек (м/сек) AV50 фут/сек (м/сек) Толщина, дюймы (см) V50 мин, фут/сек (м/сек) V50фут/сек (м/сек) AV50 фут/сек (м/сек) относительно Ti64, фут/сек (м/сек)
С1 5Al4V.03Fe.220 0,440 (1,12) 1895 (568,5) 1922 (576,6) 27 (8,1) 0,440 (1,12) 1895 (568,5) 1912 (573,6) 17 (5,1) 10(3)
С2 5Al4V.03Fe.12O 0,449 (1,14) 1922 (576,6) 1950 (585) 28 (8,4) 0,449 (1,14) 1922 (576,6) 1938 (581.4) 16 (4,8) 12(3,6)
СЗ 5Al5V.6Fe.l9O 0,426 (1,08) 1851 (564,9) 1888 (566,4) 37 (ИЛ) 0,426 (1,08) 1851 (564,9) 1872 (561,6) 21 (6,3) 16(4,8)

Пример

Показательный сплав Ti, идентифицированный как сплав Ti №1, имеющий номинальной состав около 5,0 вес.% алюминия, около 3,0 вес.% ванадия, около 0,6 вес.% железа, около 0,19 вес.% кислорода и титан до 100%, получали начальным смешиванием вместе сырьевых материалов, чтобы достигнуть правильных соотношений. Анализ затрат на вышеупомянутый состав выявил, что стоимость конечного сляба значительно меньше за фунт, чем обычных сплавов Ti64, полученных однократным электроннолучевым переплавом. Сырьевые материалы получали способом ВЭП в слитках двойного переплава диаметром 6,5 дюймов (16,51 см).

Сплав Ti №1 обрабатывали так же, как сравнительные сплавы Ti №С1-С3. Сплав Ti №1 отливают в слиток металла и превращают в промежуточный сляб выше температуры бета-трансуса. Прокатку и поперечную прокатку затем выполняют ниже температуры бета-трансуса. Финальный отжиг выполняют при температуре ниже температуры бета-трансуса. В этом варианте осуществления финальный отжиг выполняют при 1400°F (760°C) в течение двух часов, и образцу позволяют охлаждаться на воздухе.

Химический анализ выполняли на конечном листе сплава Ti №1, и измеряли механические свойства. Как найдено, сплав Ti №1 имеет состав 4,82 вес.% алюминия, 2,92 вес.% ванадия, 0,61 вес.% железа, 0,19 вес.% кислорода и титан до 100%. Как также найдено, азот присутствует в концентрации 0,001 вес.%. Лист сплава Ti также имел отношение бета-изоморфного (βiso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабилизатору (βisoeut)1,2, алюминиевый эквивалент Aleq=10,0, молибденовый эквивалент Moeq=3,7, температуру бета-превращения Тр=1786°F (974,44°C) и плотность 0,162 фунта на куб. дюйм (4,48 г/см3). Свойства растяжения листа измеряли как в поперечном (Поп.), так и в продольном (Прод.) направлениях, причем много измерений выполняют на одном и том же образце. Результаты этих измерений представлены в таблице 4 ниже. Свойства растяжения, измеренные в таблице 4, имеют значения в среднем ППР=129 килофунт на кв. дюйм (9069,6 кг/см2, в среднем ПТР 121 килофунт на кв. дюйм (8507,14 кг/см2), в среднем СПС=47,5%, и среднее удлинение 13%.

Таблица 4
Сводка свойств растяжения сплавов Ti №C1-C3
Номинальный состав (вес.%) Свойства растяжения
Ориентация ППР, килофунт/кв.дюйм (кг/см2) ПТР, килофунт/кв.
дюйм (кг/см2)
СПС (%) Удлинение (%)
5Al3V0.6Fe0.19O Прод. 129 (9069,6) 121 (8507,14) 58 14
5Al3V 0.6Fe 0.19О Прод. 130 (9139,91) 122 (8577,45) 45 13
5Al3V0.6Fe0.19O Поп. 128 (8999,29) 120 (8436,84) 44 12
5Al3V0.6Fe0.19O Поп. 129 (9069,6) 121 (8507,14) 43 13

Показательный сплав Ti №1, имеющий состав 4,82 вес.% алюминия, 2,92 вес.% ванадия, 0,61 вес.% железа, 0,19 вес.% кислорода и титан до 100%, обрабатывали с получением листа, имеющего толщину около 0,430 дюйма (1,09 см). Значение V50 для сплава Ti №1, как измерено, составляет около 1936 фут/сек (580,8 м/сек). Это превышает минимум 1864 фут/сек (559,2 м/сек), установленный Министерством обороны США для броневого листа толщиной 0,430 дюйма (1,09 см), на ΔV50=72 фут/сек (21,6 м/сек).

Данные баллистики, полученные для сравнительных сплавов Ti №С1-С3 и сплава Ti №1, нанесены на график на фиг.5 и сравнены с предыдущими результатами, полученными для сплавов Ti64, как раскрыто, например, в книге Фаннинга «Баллистическая оценка листа TIMETAL 6-4 для защиты от бронебойных снарядов» (J.С.Fanning in "Ballistic Evaluation of TIMETAL 6-4 Plate for Protection Against Armor Piercing Projectiles," Proceedings of the Ninth World Conference on Titanium, Vol.II, pp.1172-78 (1999)), которая включена ссылкой полностью, как если бы была изложена полностью в этом описании. Сильная линейная корреляция между V50 и толщиной листа была показана для сплавов Ti64, как показывает пунктир, который является методом наилучшего приближения (R=0,9964) к данным по Ti64. Увеличенный вид фиг.5, который показывает значения V50, полученные для толщин листа в пределах от 0,40 до 0,46 дюйма (от 1,02 до 1,12 см), представлен на фиг.6. Данные, полученные для показательного сплава Ti №1, показаны как пустые треугольники в фиг.5-6. Хотя каждый из сравнительных сплавов Ti №C1-C3 и сплава Ti №1 показал повышение V50 по сравнению с обычными сплавами Ti64 идентичной толщины, результаты в фиг.5-6 показывают, что самое большое увеличение было получено для сплава Ti №1. Таким образом, показательный сплав Ti №1 превысил значения Ti64 на большую величину, чем для всех других сплавов. Он также превысил предсказанное значение V50=1883 фут/сек (564,9 м/сек) для сплавов Ti64 на 53 фут/сек (15,9 м/сек), что является значительным запасом.

Таким образом, типичные сплавы Ti, раскрытые в этом описании, имеющие состав, в весовых процентах, по существу, 4,2-5,4% алюминия, 2,5-3,5%) ванадия, 0,5-0,7%) железа и 0,15-0,19%) кислорода и титан до 100%, предусматривают дешевую композицию, имеющую механические и баллистические свойства, которые равны свойствам обычных сплавов Ti64 или лучше их. Достигнутые механические и баллистические свойства превышают военные спецификации для броневой плиты класса 4 согласно спецификациям Министерства обороны США в "Подробной Спецификации: Броневой лист, Титановый Сплав, Свариваемый," MIL-DTL-46077G, 2006. Типичные сплавы Ti, раскрытые в этом описании, имеют преимущество обеспечения состава меньшей стоимости и способов изготовления сплавов Ti, которые особенно пригодны для использования в качестве броневого листа в военных системах.

В интересах ясности в описании вариантов осуществления данного изобретения следующие термины определяют, как предусмотрено ниже. Все испытания на разрыв выполняли согласно стандарту Е8 Американского обществ по испытанию материалов (ASTM Е8), тогда как баллистическое испытание выполняли в соответствии с испытательными методиками Министерства обороны США в "Военном Стандарте: Баллистическое Испытание V50 на Броню," M1L-STD-662E, 2006.

Предел текучести при растяжении: Техническое напряжение при растяжении, при котором материал показывает предельное отклонение (0,2%) от пропорциональности напряжению и деформации.

Предел прочности при растяжении: максимальное техническое напряжение при растяжении, которое материал способен выдерживать, вычисленное из максимальной нагрузки во время испытания на растяжение, выполненного до разрыва, и начальной площади поперечного сечения образца для испытания.

Модуль упругости: Во время испытания на растяжение, отношение напряжения к соответствующей деформации ниже предела пропорциональности.

Удлинение: Во время испытания на растяжение, увеличение расчетной длины (выраженное как процент от первоначальной расчетной длины) после трещины.

Снижение площади: Во время испытания на растяжение, уменьшение площади поперечного сечения растягиваемого образца для испытания (выраженное как процент от начальной площади поперечного сечения) после трещины.

Баллистический предел V50: Средняя скорость определенного типа боеприпаса, которая требуется для пробивания листа сплава, имеющего определенные размеры и установленного относительно точки стрельбы определенным образом. V50 вычисляют усреднением ударных скоростей, производящих полное пробивание, и ударных скоростей, которые производят частичное пробивание.

Альфа-стабилизатор: Элемент, который, когда растворен в титане, увеличивает температуру бета-превращения.

Бета-стабилизатор: Элемент, который, когда растворен в титане, уменьшает температуру бета-превращения.

Температура бета-превращения: самая низкая температура, при которой сплав титана завершает аллотропическое превращение из кристаллической структуры α+β в кристаллическую структуру β. Это явление также известно как бета-трансус.

Эвтектоидообразующее соединение: Интерметаллическое соединение титана и переходного металла, которое получают разложением β-фазы, богатой титаном.

Изоморфный бета-стабилизатор: β-стабилизирующий элемент, который имеет фазовые соотношения, подобные β-титану, и не образует интерметаллические соединения с титаном.

Эвтектоидообразующий бета-стабилизатор: β-стабилизирующий элемент, способный образовывать интерметаллические соединения с титаном.

Специалисты в технологии понимают, что данное изобретение не ограничивается тем, что определенно показано и описано выше. Скорее, объем данного изобретения определяется формулой изобретения, которая следует далее. Кроме того, следует понимать, что вышеупомянутое описание является только представителем иллюстративных примеров вариантов осуществления. Для удобства читателя вышеупомянутое описание сосредоточилось на типичном примере возможных вариантов осуществления, примере, который обучает принципам данного изобретения. Другие варианты осуществления могут быть получены из различной комбинации частей различных вариантов осуществления.

Описание не попыталось исчерпывающе перечислить все возможные вариации. То, что дополнительные варианты осуществления не могли быть представлены для определенной части изобретения и могут быть получены из различной комбинации описанных частей, или что другие неописанные варианты осуществления могут быть доступны частично, не должны считаться отказом от таких дополнительных вариантов осуществления. Следует понимать, что многие из этих неописанных вариантов осуществления находятся в пределах точного объема следующей формулы изобретения, а другие являются эквивалентными. Кроме того, все ссылки, публикации, патенты США и опубликованные заявки на патент США, цитированные в этом описании, тем самым включены ссылкой в их полноте, как если бы они были полностью изложены в этом описании.

Все представленные проценты являются весовыми процентами (вес.%), как в описании, так и в формуле изобретения.

1. Сплав титана с улучшенными баллистическими и механическими свойствами, состоящий по существу из, в весовых процентах, 4,2-5,4% алюминия, 2,5-3,5% ванадия, 0,5-0,7% железа, 0,15-0,19% кислорода и титана до 100%.

2. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав по существу состоит из, в весовых процентах, около 4,8% алюминия, около 3,0% ванадия, около 0,6% железа, около 0,17% кислорода и титана до 100%.

3. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав имеет отношение бета-изоморфного (βiso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабилизатору βisoeut от около 0,9 до около 1,7, где βisoeut определяют как
,
где Мо, V, Сr и Fе представляют собой весовой процент молибдена, ванадия, хрома и железа соответственно в сплаве.

4. Сплав титана по п. 3, в котором указанный сплав имеет отношение бета-изоморфного (βiso) стабилизатора к бета-эвтектоидообразующему (βeut) стабилизатору βisoeut около 1,2.

5. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав имеет молибденовый эквивалент Моeq от около 3,1 до около 4,4, где Моeq определяют как
,
где Мо, V, Сr и Fе представляют собой весовой процент молибдена, ванадия, хрома и железа соответственно в сплаве.

6. Сплав титана по п. 5, в котором указанный сплав имеет молибденовый эквивалент Моeq около 3,8.

7. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав имеет алюминиевый эквивалент Аleq от около 8,3 до около 10,5, где Аleq определяют как
Аleq=Аl+27O,
где Аl и О представляют собой весовой процент алюминия и кислорода соответственно в сплаве.

8. Сплав титана по п. 7, в котором указанный сплав имеет алюминиевый эквивалент Aleq около 9,4.

9. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав имеет температуру бета-превращения (Тβ) от около 1732°F (944°С) до около 1820°F (993°С).

10. Сплав титана по п. 9, в котором указанный сплав имеет температуру бета-превращения (Тβ) около 1775°F (968°С).

11. Сплав титана по п. 1, в котором максимальная концентрация любого одного примесного элемента, присутствующего в сплаве титана, составляет 0,1 вес.%, а объединенная концентрация всех примесей равна 0,4 вес.% или меньше.

12. Сплав титана по п. 1, в котором указанный сплав имеет предел текучести при растяжении по меньшей мере около 120000 фунтов на квадратный дюйм (около 8440 кг/см2) и предел прочности при растяжении по меньшей мере 128000 фунтов на квадратный дюйм (около 9000 кг/см2) как в продольном, так и в поперечном направлениях, и сужение поперечного сечения по меньшей мере около 43%, и удлинение по меньшей мере около 12%.

13. Лист из сплава титана, отличающийся тем, что он выполнен из сплава титана по п. 1.

14. Лист по п. 13, в котором толщина листа составляет от около 0,425 дюймов до около 0,450 дюймов (от около 1,08 до около 1,14 см).

15. Лист по п. 14, в котором указанный лист имеет баллистический предел V50 по меньшей мере около 1848 футов в секунду (563 м/сек).

16. Лист по п. 15, в котором указанный лист имеет толщину около 0,430 дюйма (1,09 см) и баллистический предел V50 приблизительно 1936 футов в секунду (590 м/сек).

17. Способ производства сплава титана с улучшенными баллистическими и механическими свойствами, состоящего по существу из, в весовых процентах, от 4,2 до 5,4% алюминия, от 2,5 до 3,5% ванадия, от 0,5 до 0,7% железа, от 0,15 до 0,19% кислорода и титана до 100%, включающий
плавление комбинации повторно используемых материалов, содержащих соответствующие количества алюминия, ванадия, железа и титана, в холодной подовой печи с получением расплавленного сплава; и
разлив указанного расплавленного сплава в форму.

18. Способ по п. 17, в котором повторно используемые материалы содержат стружку Ti64, губчатый титан, порошок железа и дробь алюминия.

19. Способ по п. 18, в котором повторно используемые материалы содержат около 70,4% стружки Ti64, около 28,0% губчатого титана, около 0,4% порошка железа и около 1,1% дроби алюминия.

20. Способ по п. 17, в котором повторно используемые материалы содержат стружку Ti64, технически чистые титановые отходы и развитую железную губку.

21. Способ по п. 17, в котором указанный расплавленный сплав разливают в прямоугольную форму, чтобы получить сляб, имеющий прямоугольную форму.

22. Способ по п. 21, дополнительно включающий:
подвергание сляба начальной прокатке выше температуры бета-превращения;
подвергание конечной прокатке при температуре ниже температуры бета-превращения;
выполнение конечного отжига листа при температуре ниже температуры бета-превращения.

23. Способ по п. 22, в котором конечный отжиг выполняют при 1400°F (760°С), и листу позволяют охлаждаться до комнатной температуры в окружающем воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при изготовления осесимметричных деталей типа дисков из труднодеформируемых жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения интенсивной пластической деформации (ИПД) заготовки. Способ включает осадку и последующее кручение заготовки с обеспечением деформации сдвига.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к трубному производству, а именно к холодной прокатке труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана. Способ изготовления холоднодеформированных труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана включает выплавку слитка, ковку слитка в β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с уковом от 2 до 3, прошивку осуществляют при температуре на 30-50°C выше Тпп, многоконусными валками и оправкой с заданной геометрией с подачей воды в зону деформации, раскатку заготовки производят при температуре на 10-90°C ниже Тпп, правку трубной заготовки - при температуре 350-400°C, холодную прокатку производят с коэффициентом вытяжки 1,5-4,5 за несколько этапов, чередуя с проведением промежуточных отжигов при температуре, равной 600-750°C, и последующую термообработку на готовом размере при температуре 580÷650°C.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала. Способ получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала включает литье технически чистого титанового материала, содержащего не более чем 0,05 мас.% N, не более чем 0,08 мас.% С, не более чем 0,015 мас.% Н, не более чем 0,50 мас.% Fe, не более чем 0,40 мас.% О и не более чем 0,40 мас.% остальных, доводят литой материал до температуры на уровне или ниже 0°С и проводят пластическую деформацию при этой температуре в такой степени, что в материале образуются нанодвойники.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам правки высокопрочных титановых сплавов. Способ правки подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, выбранной из сплавов на основе титана, на основе никеля, на основе алюминия или на основе железа, включает нагрев до температуры правки от 0,3·Tm до температуры на 25°F ниже температуры старения сплава, растяжение с приложением растягивающего напряжения по меньшей мере 20% от предела текучести и не равно или не больше, чем предел текучести сплава.

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении изделий из трехкомпонентного сплава на основе титана, содержащего алюминий в количестве 2-6 вес.% и ванадий или цирконий в количестве не более 4 вес.%.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для правки листового проката в процессе отжига под постоянной нагрузкой, преимущественно крупногабаритных листов и плит из титановых сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к свариваемым литейным сплавам на основе титана, и предназначено для изготовления фасонных отливок арматуры, насосов, корпусов, используемым в судостроении, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемых для аккумулирования водорода, и может быть использовано в экологически чистых энергетических устройствах.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изготовлению заготовок из титановой губки. Способ изготовления заготовок из титана включает размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе гамма-алюминида титана и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан. Далее слиток деформируют в сляб, механически его обрабатывают и проводят прокатку сляба на подкат, резку подката на заготовки и стадийно прокатывают заготовки на листы, а затем осуществляют термическую обработку. Листы характеризуются высокими прочностными и баллистическими свойствами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Наверх