ES2953496T3 - Materiales bcc de titanio, aluminio, vanadio, e hierro, y productos fabricados a partir de los mismos - Google Patents

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Abstract

Se revelan nuevas aleaciones de titanio de estilo beta (bcc). Las nuevas aleaciones generalmente incluyen entre 2,0 y 6,0 en peso. % Al, 4,0 - 12,0 en peso. % V, y 1,0 - 5,0 peso. % Fe, siendo el resto titanio, eventuales elementos incidentales opcionales e impurezas inevitables. Las nuevas aleaciones pueden lograr una combinación mejorada de propiedades en comparación con las aleaciones de titanio convencionales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Materiales bcc de titanio, aluminio, vanadio, e hierro, y productos fabricados a partir de los mismos Antecedentes
Las aleaciones de titanio se conocen por su baja densidad (60 % de la del acero) y su alta resistencia. Adicionalmente, las aleaciones de titanio pueden tener buenas propiedades resistentes a la corrosión. El titanio puro tiene una estructura cristalina alfa (hcp).
El documento WO 85/03190 describe una aleación de titanio que comprende 10 % en peso de vanadio, 2 % en peso de hierro, y 3 % en peso de aluminio.
El documento JP 2012107282 describe una aleación de titanio que comprende de 4,0 a menos del 5,5 % de Al, de 1,1 a menos del 3,1 % de Fe, menos del 4,0 % de Cr, y menos del 8,0 % de V.
Sumario de la descripción
La presente invención proporciona una aleación de titanio definida en la reivindicación 1, y las modalidades preferidas definidas en las reivindicaciones dependientes 2-13. En términos generales, la aleación de titanio pertenece a nuevos materiales bcc (beta), que no están de acuerdo con la presente invención, fabricados a partir de titanio, aluminio, vanadio, e hierro que tienen un campo monofásico de una estructura de solución sólida cúbica centrada en el cuerpo (bcc) inmediatamente por debajo de la temperatura de solidus del material (“los nuevos materiales”). Como conocen los expertos en la técnica, y como se muestra en la Figura 1, una celda unitaria cúbica centrada en el cuerpo (bcc) tiene átomos en cada una de las ocho esquinas de un cubo más un átomo en el centro del cubo. Cada uno de los átomos de esquina es la esquina de otro cubo de manera que los átomos de esquina se comparten entre ocho celdas unitarias. Debido a las composiciones únicas descritas en la presente descripción, los nuevos materiales pueden alcanzar un campo monofásico de una estructura de solución sólida bcc inmediatamente por debajo de la temperatura de solidus del material. Los nuevos materiales pueden tener además un punto de liquidus alto y un intervalo de congelación de equilibrio estrecho (por ejemplo, para restringir la microsegregación durante la solidificación), lo que los hace adecuados para la producción a través del procesamiento de lingotes convencional, así como también la metalurgia en polvo, la fundición a forma, la fabricación de aditivos, y sus combinaciones (procesamiento híbrido).
Los nuevos materiales bcc incluyen generalmente 2,0 - 6,0 % en peso de Al, 4,0 - 12,0 % en peso de V, y 1,0 - 5,0 % en peso de Fe, el equilibrio que es titanio, cualquier elemento incidental opcional, e impurezas inevitables, en donde el material incluye una cantidad suficiente del titanio, aluminio, vanadio, e hierro para alcanzar la estructura cristalina bcc. Alguna pequeña fracción de la fase alfa (hcp) puede estar presente a través de una transformación de estado sólido a una baja temperatura en la aleación. La tabla más abajo proporciona algunos ejemplos de nuevos materiales útiles.
Tabla 1 - Ejemplo de aleaciones de titanio
Figure imgf000002_0001
Como se usa en la presente descripción, “elementos de aleación” significa los elementos de aluminio, vanadio, hierro, y titanio de la aleación, y dentro de los límites composicionales definidos en la presente descripción. Como se usa en la presente descripción, “elementos incidentales” incluye modificadores del límite del grano, ayudas para la fundición, y/o materiales de control de la estructura del grano, y similares, que pueden usarse en la aleación, tales como silicio, itrio, erbio, carbono, oxígeno, y boro, entre otros. En una modalidad, la temperatura de beta transus de los nuevos materiales no es mayor que 850 °C. En una modalidad, los materiales pueden incluir opcionalmente una cantidad suficiente de uno o más de los siguientes elementos incidentales para inducir precipitados adicionales a temperaturas elevadas:
• Si: hasta 1 % en peso
• Y: hasta 1 % en peso
• Er: hasta 1 % en peso
• C: hasta 0,5 % en peso
• O: hasta 0,5 % en peso
• B: hasta 0,5 % en peso
Aunque la cantidad de dicho(s) elemento(s) adicional(es) opcional(es) en el material debería ser suficiente para inducir la producción de precipitados de refuerzo, la cantidad de dicho(s) elemento(s) adicional(es) opcional(es) debería restringirse además para evitar partículas de fase primaria.
Los nuevos materiales pueden tener un intervalo de congelación estrecho, que puede dar como resultado el agrietamiento y/o microsegregación en caliente restringidos (o no). De hecho, como se muestra en la Figura 2a y las Tablas 1-2, más abajo, las nuevas aleaciones pueden solidificarse casi como un metal puro que tiene una temperatura invariable con líquido y sólido coexistentes.
Las Tablas 2-3, más abajo, proporcionan algunos ejemplos de temperatura de liquidus, temperatura de solidus, intervalo de congelación de equilibrio, intervalo de congelación sin equilibrio, temperatura de beta transus, temperatura de solvus, fase(s) de precipitado y densidad para una modalidad de los nuevos materiales.
Tabla 2 - Propiedades de la aleación (Calculada)
Figure imgf000003_0001
Tabla 3 - Propiedades de las aleaciones (continuación)
Figure imgf000003_0002
Los nuevos materiales descritos en la presente descripción tienen un intervalo de congelación estrecho tanto en el estado de equilibrio, es decir, el intervalo de temperatura entre liquidus y solidus y el estado sin equilibrio, es decir, el intervalo de temperatura entre liquidus y la temperatura de transformación eutéctica final para la trayectoria de solidificación prevista. El intervalo de congelación de equilibrio podría representar un proceso de velocidad de solidificación lenta tal como la fundición de precisión, el crecimiento de un solo cristal o la fundición de lingotes grandes. El estado sin equilibrio podría representar un proceso con una velocidad de enfriamiento razonablemente rápida que incluye la fundición de pared delgada en moldes metálicos y la fabricación de aditivos, entre otros, en el que se logra el equilibrio en la interfaz sólida/líquida. En comparación con la aleación convencional, el nuevo material tiene una temperatura de beta transus más alta, que indica estabilidad térmica más alta de la fase hcp (a) de la aleación para aplicaciones a temperaturas elevadas.
Como indicó anteriormente, los nuevos materiales incluyen generalmente 1,0 - 5,0 % en peso de Fe. La Figura 2b muestra el efecto del contenido de hierro en el intervalo de congelación de una aleación de Ti-4Al-8V-XFe. La aleación tiene un intervalo de congelación estrecho, particularmente en aproximadamente 3 % en peso de Fe. El intervalo de congelación de equilibrio es más estrecho que aproximadamente 5 °C de aproximadamente 1 a 5 % en peso de Fe. El efecto del contenido de hierro en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-8V-XFe en el estado sólido se muestra en la Figura 2c. Indica que la estabilidad de la fase beta (p) y Ti3Al (a2) aumenta con el aumento de Fe. La estabilidad beta aumentada podría degradar la resistencia de la aleación a temperaturas elevadas y el aumento de Ti3Al podría reducir la ductilidad de la aleación. En una modalidad, una aleación incluye al menos 1,5 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye al menos 2,0 % en peso de Fe. En aún otra modalidad, una aleación incluye al menos 2,25 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye al menos 2,5 % en peso de Fe. En una modalidad, una aleación incluye no más de 4,75 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye no más de 4,5 % en peso de Fe. En aún otra modalidad, una aleación incluye no más de 4,25 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye no más de 4,0 % en peso de Fe. En aún otra modalidad, una aleación incluye no más de 3,75 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye no más de 3.5 % en peso de Fe. En una modalidad, una aleación incluye 1,0 - 4,25 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye 1,5 - 4,0 % en peso de Fe. En aún otra modalidad, una aleación incluye 2,0 - 4,0 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación incluye 2,25 - 3,75 % en peso de Fe. En aún otra modalidad, una aleación incluye 2,5 - 3,5 % en peso de Fe
Como indicó anteriormente, los nuevos materiales incluyen generalmente 2,0 - 6,0 % en peso de Al. El efecto del contenido de aluminio en el intervalo de congelación de equilibrio de unas aleaciones de Ti-8V-3Fe-XAl se da en la Figura 2d. Muestra que el intervalo de congelación mínimo existe a aproximadamente 4 % en peso de Al. El intervalo de congelación es más estrecho que aproximadamente 5 °C de aproximadamente 2 a 6 % en peso de Al. La Figura 2e muestra el efecto del contenido de aluminio en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-8V-3Fe-XAl en el estado sólido. Como se indica en la Figura 2e, tanto hcp (a) como Ti3Al (a2) se estabilizan con el aumento del contenido de aluminio en la aleación. Como se mencionó ante­ riormente, la hcp (a) aumenta la resistencia a temperaturas elevadas pero el Ti3AI (a2) podría disminuir la ductilidad de la aleación. En una modalidad, la aleación incluye al menos 2,0 % en peso de Al. En otra moda­ lidad, la aleación incluye al menos 2,25 % en peso de Al. En aún otra modalidad, la aleación incluye al menos 2.5 % en peso de Al. En otra modalidad, la aleación incluye al menos 2,75 % en peso de Al. En aún otra modalidad, la aleación incluye al menos 3,0 % en peso de Al. En una modalidad, la aleación incluye no más de 6,0 % en peso de Al. En otra modalidad, la aleación incluye no más de 5,75 % en peso de Al. En aún otra modalidad, la aleación incluye no más de 5,5 % en peso de Al. En otra modalidad, la aleación incluye no más de 5,25 % en peso de Al. En aún otra modalidad, la aleación incluye no más de 5,0 % en peso de Al. En una modalidad, una aleación incluye 2,25-5,75 % en peso de Al. En otra modalidad, una aleación incluye 2,25 -5.5 % en peso de Al. En aún otra modalidad, una aleación incluye 2,5 - 5,25 % en peso de Al. En otra modali­ dad, una aleación incluye 2,75-5,25 % en peso de Al. En otra modalidad, una aleación incluye 3,0-5,0 % en peso de Al.
Como indicó anteriormente, los nuevos materiales incluyen generalmente 4,0 - 12,0 % en peso de V. El efecto del contenido de vanadio en el intervalo de congelación de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-3Fe-XV se da en la Figura 2f. La Figura 2g muestra el efecto del contenido de vanadio en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-3Fe-XV en el estado sólido. Como se indica en la Figura 2g, beta (p) se estabiliza con el aumento del contenido de vanadio en la aleación. Como se mencionó anteriormente, la beta (p) podría disminuir la resistencia de la aleación, particularmente a temperaturas elevadas. En una modalidad, la aleación incluye al menos 5,0 % en peso de V. En otra modalidad, la aleación incluye al menos 5,5 % en peso de V. En aún otra modalidad, la aleación incluye al menos 6,0 % en peso de V. En otra modalidad, la aleación incluye al menos 6,5 % en peso de V. En aún otra modalidad, la aleación incluye al menos 7,5 % en peso de V. En una modalidad, la aleación incluye no más de 12,0 % en peso de V. En otra modalidad, la aleación incluye no más de 11,0 % en peso de V. En aún otra modalidad, la aleación incluye no más de 10,0 % en peso de V. En otra modalidad, la aleación incluye no más de 9,5 % en peso de V. En aún otra modalidad, la aleación incluye no más de 9,0 % en peso de V. En otra modalidad, la aleación incluye no más de 8,75 % en peso de V. En aún otra modalidad, la aleación incluye no más de 8,5 % en peso de V. En una modalidad, una aleación incluye 5,0-11,0 % en peso de V. En otra modalidad, una aleación incluye 5,0-10,0 % en peso de V. En aún otra modalidad, una aleación incluye 5,5-9,5 % en peso de V. En otra modalidad, una aleación incluye 6,0-9,0 % en peso de V. En aún otra modalidad, una aleación incluye 6,5-8,75 % en peso de V. En aún otra modalidad, una aleación incluye 7,0-8,75 % en peso de V. En otra modalidad, una aleación incluye 7,5- 8,5 % en peso de V.
En una modalidad, un nuevo material bcc incluye 2,0 - 6,0 % en peso de Al, 6,0 - 8,75 % en peso de V, y 1,0 -4,25 % en peso de Fe, el equilibrio que es titanio e impurezas inevitables, en donde el material incluye una cantidad suficiente del titanio, aluminio, vanadio, e hierro para alcanzar la estructura cristalina bcc.
En un enfoque, y con referencia ahora a la Figura 3, un método para producir un nuevo material incluye las etapas de (100) calentar una mezcla que comprende Ti, Al, V, y Fe, y dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente, por encima de una temperatura de liquidus de la mezcla, lo que forma de esta manera un líquido, (200) enfriar la mezcla desde por encima de la temperatura de liquidus hasta por debajo de la temperatura de solidus, en donde, debido al enfriamiento, la mezcla forma un producto sólido que tiene una estructura de solución sólida bcc (cúbica centrada en el cuerpo) (potencialmente con otras fases debido a la microsegregación), y en donde la mezcla comprende una cantidad suficiente del Ti, el Al, el V, y el Fe para alcanzar la estructura de solución sólida bcc, y (300) enfriar el producto sólido por debajo de la temperatura de solvus de la(s) fase(s) de precipitado de la mezcla, lo que forma de esta manera una o más fases de precipitado dentro de la estructura de solución sólida bcc del producto sólido, en donde la mezcla comprende una cantidad suficiente del Ti, el Al, el V, y el Fe para alcanzar las fases de precipitado dentro de la estructura de solución sólida bcc. En una modalidad, la solución sólida bcc es la primera fase para formar a partir del líquido.
En una modalidad, el enfriamiento controlado del material se emplea para facilitar la realización de un producto final adecuado. Por ejemplo, un método puede incluir la etapa de (400) enfriar la mezcla a temperatura ambiente, y un método puede incluir controlar las velocidades de enfriamiento durante al menos las etapas de enfriamiento (300) y (400) de manera que, al finalizar la etapa (400), es decir, al alcanzar la temperatura ambiente, se alcanza un lingote sin grietas. El enfriamiento controlado puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de un molde de fundición enfriado con agua adecuado.
Como se usa en la presente descripción, “lingote” significa un producto de fundición de cualquier forma. El término “lingote” incluye de palanquilla. Como se usa en la presente descripción, “lingote sin grietas” significa un lingote que está suficientemente libre de grietas de manera que puede usarse como un lingote de fabricación. Como se usa en la presente descripción, “lingote de fabricación” significa un lingote adecuado para el trabajo subsecuente en un producto final. El trabajo subsecuente puede incluir, por ejemplo, trabajo en caliente y/o trabajo en frío mediante cualquiera de enrollado, forjado, extrusión, así como también alivio de tensión mediante compresión y/o estiramiento.
En una modalidad, un producto sin grietas, tal como un lingote sin grietas, puede procesarse, según sea adecuado, para obtener un producto forjado final del material. Por ejemplo, y con referencia ahora a las Figuras 3-4, las etapas (100) -(400) de la Figura 3, descritas anteriormente, pueden considerarse una etapa de fundición (10), mostrada en la Figura 4, lo que da como resultado el lingote sin grietas descrito anteriormente. En otras modalidades, el producto sin grietas puede ser una preforma sin grietas producida mediante, por ejemplo, fundición a forma, fabricación de aditivos o metalurgia en polvo. En cualquier caso, el producto sin grietas puede procesarse además para obtener un producto final forjado que tiene la estructura de solución sólida bcc, opcionalmente, con una o más de la(s) fase(s) de precipitado en el mismo. Este procesamiento adicional puede incluir cualquier combinación de etapas de disolución (20) y trabajo (30), descritas más abajo, según sea adecuado para lograr la forma del producto final. Una vez que se alcanza la forma del producto final, el material puede endurecerse por precipitación (40) para desarrollar precipitados de refuerzo. La forma del producto final puede ser un producto enrollado, un producto extrudido o un producto forjado, por ejemplo.
Con referencia continua a la Figura 4, como un resultado de la etapa de fundición (10), el lingote puede incluir algunas partículas de segunda fase. Por lo tanto el método puede incluir una o más etapas de disolución (20), donde el lingote, una forma del producto intermedio y/o una forma del producto final se calientan por encima de la temperatura de solvus del (de los) precipitado(s) aplicable(s) pero por debajo de la temperatura de solidus del material, lo que disuelve de esta manera algunas o todas las partículas de segunda fase. La etapa de disolución (20) puede incluir remojar el material durante un tiempo suficiente para disolver las partículas de segunda fase aplicables. Después del remojo, el material puede enfriarse a temperatura ambiente para su trabajo subsecuente. Alternativamente, después del remojo, el material puede trabajarse inmediatamente en caliente mediante la etapa de trabajo (30).
La etapa de trabajo (30) implica generalmente trabajar en caliente y/o trabajar en frío el lingote y/o una forma del producto intermedio. El trabajo en caliente y/o el trabajo en frío pueden incluir enrollado, extrusión o forjado del material, por ejemplo. El trabajo (30) puede producirse antes y/o después de cualquier etapa de disolución (20). Por ejemplo, después de la conclusión de una etapa de disolución (20), el material puede dejarse enfriar a temperatura ambiente, y luego recalentarse a una temperatura adecuada para el trabajo en caliente. Alternativamente, el material puede trabajarse en frío a temperaturas ambiente aproximadas. En algunas modalidades, el material puede trabajarse en caliente, enfriarse a temperatura ambiente, y luego trabajarse en frío. En aún otras modalidades, el trabajo en caliente puede comenzar después de un remojo de una etapa de disolución (20) de manera que no se requiere el recalentamiento del producto para el trabajo en caliente.
La etapa de trabajo (30) puede dar como resultado la precipitación de partículas de segunda fase. Con respecto a esto, cualquier número de etapas de disolución posteriores al trabajo (20) pueden utilizarse, según sea adecuado, para disolver algunas o todas las partículas de segunda fase que pueden haberse formado debido a la etapa de trabajo (30).
Después de cualquiera de las etapas de disolución (20) y trabajo (30) adecuadas, la forma del producto final puede endurecerse por precipitación (40). El endurecimiento por precipitación (40) puede incluir calentar la forma del producto final por encima de la(s) temperatura(s) solvus aplicable(s) durante un tiempo suficiente para disolver al menos algunas partículas de segunda fase precipitadas debido al trabajo, y luego enfriar rápidamente la forma del producto final por debajo de la(s) temperatura(s) de solvus aplicable(s) lo que forma de esta manera partículas de precipitado. El endurecimiento por precipitación (40) incluirá además contener el producto a la temperatura objetivo durante un tiempo suficiente para formar precipitados de refuerzo, y luego enfriar el producto a temperatura ambiente, de esta manera se alcanza un producto final tratado con calor que tiene precipitados de refuerzo en el mismo. En una modalidad, el producto final tratado con calor contiene > 0,5 % en vol. de los precipitados de refuerzo. Los precipitados de refuerzo se ubican preferentemente dentro de la matriz de la estructura de solución sólida bcc, lo que confiere de esta manera resistencia al producto a través de interacciones con dislocaciones.
Debido a la estructura y composición de los nuevos materiales, los nuevos materiales pueden alcanzar una combinación mejorada de propiedades, tal como una combinación mejorada de al menos dos de densidad, ductilidad, resistencia, y resistencia a la fractura, entre otras. Por lo tanto, los nuevos materiales pueden encontrar uso en varias aplicaciones, tales como el uso en aplicaciones de baja temperatura (por ejemplo, aplicación de vehículo de baja temperatura, tal como para un componente automotriz o aeroespacial).
Los nuevos materiales descritos anteriormente pueden usarse además para producir productos o preformas fundidos a forma. Los productos fundidos a forma son aquellos productos que logran su forma del producto final o casi final después del proceso de fundición. Los nuevos materiales pueden fundirse a forma en cualquier forma deseada. En una modalidad, los nuevos materiales se funden a forma en un componente automotriz o aeroespacial (por ejemplo, se funden a forma en un componente de motor). Después de la fundición, el producto fundido a forma puede someterse a cualquiera de las etapas de disolución (20) o endurecimiento por precipitación (40) adecuadas, como se describió anteriormente. En una modalidad, un producto fundido a forma consiste esencialmente del Ti, el Al, el V, y el Fe, y dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente. En una modalidad, el producto fundido a forma incluye > 0,5 % en vol. de precipitados de refuerzo.
Aunque se ha descrito generalmente que se refiere a materiales de aleación de matriz bcc que tienen una o más de la(s) fase(s) de precipitado enumeradas anteriormente en las mismas, debe apreciarse que otras fases de endurecimiento pueden ser aplicables a los nuevos materiales de aleación de matriz bcc, y todas dichas fases de endurecimiento (coherente o incoherente) pueden encontrar utilidad en los materiales de aleación bcc descritos en la presente descripción.
Fabricación de aditivos de nuevos materiales
Es posible además fabricar los nuevos materiales descritos anteriormente mediante la fabricación de aditivos. Como se usa en la presente descripción, “fabricación de aditivos” significa, “un proceso de unión de materiales para fabricar objetos a partir de datos de modelo 3D, generalmente capa por capa, en contraposición a metodologías de fabricación sustraídas”, como se define en ASTM F2792-12a titulado “Standard Terminology for Additively Manufacturing Technologies”. Los nuevos materiales pueden fabricarse mediante cualquier técnica de fabricación de aditivos adecuada descrita en esta norma ASTM, tal como inyección de aglutinante, deposición de energía dirigida, extrusión de material, inyección de material, fusión de lecho de polvo, o laminación de lámina, entre otras.
En una modalidad, un proceso de fabricación de aditivos incluye depositar capas sucesivas de uno o más polvos y luego fusionar y/o sinterizar selectivamente los polvos para crear, capa por capa, un cuerpo fabricado aditivamente (producto). En una modalidad, un proceso de fabricación de aditivos usa uno o más de Sinterización láser selectiva (SLS), Fundición láser selectiva (SLM), y Fundición por haz de electrones (EBM), entre otros. En una modalidad, un proceso de fabricación de aditivos usa un sistema de fabricación de aditivos EOSINT M 280 Sinterización láser mecánica directa (DMLS), o un sistema comparable, disponible de EOS GmbH (Robert-Stirling-Ring 1, 82152 Krailling/Múnich, Alemania).
Como un ejemplo, una materia prima, tal como un polvo o cable, que comprende (o consiste esencialmente de) los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional, y dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente, puede usarse en un aparato de fabricación de aditivos para producir un cuerpo fabricado aditivamente que comprende una estructura de solución sólida bcc, opcionalmente con la(s) fase(s) de precipitado en el mismo. En algunas modalidades, el cuerpo fabricado aditivamente es una preforma sin grietas. Los polvos pueden calentarse selectivamente por encima de la temperatura de liquidus del material, lo que forma de esta manera una mezcla fundida que tiene los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional, seguido por la rápida solidificación de la mezcla fundida.
Como indicó anteriormente, la fabricación de aditivos puede usarse para crear, capa por capa, un producto metálico (por ejemplo, un producto de aleación), tal como mediante un lecho de polvo metálico. En una modalidad, un lecho de polvo metálico se usa para crear un producto (por ejemplo, un producto de aleación personalizado). Como se usa en la presente descripción, un “lecho de polvo metálico” y similares significa un lecho que comprende un polvo metálico. Durante la fabricación de aditivos, las partículas de las mismas o diferentes composiciones pueden fusionarse (por ejemplo, fusionarse rápidamente) y luego solidificarse (por ejemplo, en la ausencia de mezcla homogénea). Por lo tanto, pueden producirse productos que tienen una microestructura homogénea o no homogénea. Una modalidad de un método para fabricar un cuerpo fabricado aditivamente puede incluir (a) dispersar un polvo que comprende los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional, (b) calentar selectivamente una porción del polvo (por ejemplo, mediante un láser) a una temperatura por encima de la temperatura de liquidus del cuerpo particular a formar, (c) formar una mezcla fundida que tiene los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional, y (d) enfriar la mezcla fundida a una velocidad de enfriamiento de al menos 1000 °C por segundo. En una modalidad, la velocidad de enfriamiento es de al menos 10 000 °C por segundo. En otra modalidad, la velocidad de enfriamiento es de al menos 100 000 °C por segundo. En otra modalidad, la velocidad de enfriamiento es de al menos 1 000 000 °C por segundo. Las etapas (a)-(d) pueden repetirse según sea necesario hasta que se completa el cuerpo, es decir, hasta que se forma / completa el cuerpo fabricado aditivamente final. El cuerpo fabricado aditivamente final que comprende la estructura de solución sólida bcc, opcionalmente con la(s) fase(s) de precipitado en la misma, puede ser de una geometría compleja, o puede ser de una geometría simple (por ejemplo, en la forma de una lámina o placa). Después o durante la producción, un producto fabricado aditivamente puede deformarse (por ejemplo, mediante uno o más de enrollado, extrusión, forjado, estiramiento, compresión).
Los polvos usados para fabricar aditivamente un nuevo material pueden producirse al atomizar un material (por ejemplo, un lingote o fusión) del nuevo material en polvos de las dimensiones adecuadas con relación al proceso de fabricación de aditivos a usar. Como se usa en la presente descripción, “polvo” significa un material que comprende una pluralidad de partículas. Los polvos pueden usarse en un lecho de polvo para producir un producto de aleación personalizado mediante la fabricación de aditivos. En una modalidad, se usa el mismo polvo general a lo largo del proceso de fabricación de aditivos para producir un producto metálico. Por ejemplo, el producto metálico personalizado final puede comprender una sola región / matriz producida mediante el uso generalmente del mismo polvo metálico durante el proceso de fabricación de aditivos. El producto metálico personalizado final puede comprender alternativamente al menos dos regiones distintas producidas por separado. En una modalidad, pueden usarse diferentes tipos de lecho de polvo metálico para producir un producto metálico. Por ejemplo, un primer lecho de polvo metálico puede comprender un primer polvo metálico y un segundo lecho de polvo metálico puede comprender un segundo polvo metálico, diferente del primer polvo metálico. El primer lecho de polvo metálico puede usarse para producir una primera capa o porción del producto de aleación, y el segundo lecho de polvo metálico puede usarse para producir una segunda capa o porción del producto de aleación. Como se usa en la presente descripción, una “partícula” significa un fragmento diminuto de materia que tiene un tamaño adecuado para su uso en el polvo del lecho de polvo (por ejemplo, un tamaño de 5 micras a 100 micras). Las partículas pueden producirse, por ejemplo, mediante atomización.
El cuerpo fabricado aditivamente puede someterse a cualquiera de las etapas de disolución (20), trabajo (30) y/o endurecimiento por precipitación (40) adecuadas, como se describió anteriormente. Si se emplean, las etapas de disolución (20) y/o el trabajo (30) puede realizarse en una forma intermedia del cuerpo fabricado aditivamente y/o pueden realizarse en una forma final del cuerpo fabricado aditivamente. Si se emplea, la etapa de endurecimiento por precipitación (40) se realiza generalmente con relación a la forma final del cuerpo fabricado aditivamente. En una modalidad, un cuerpo fabricado aditivamente consiste esencialmente de los elementos de aleación y cualquier elemento incidental e impurezas, tales como cualquiera de las composiciones de materiales descritas anteriormente, opcionalmente con > 0,5 % en vol. de la(s) fase(s) de precipitado en el mismo.
En otra modalidad, el nuevo material es una preforma para el trabajo subsecuente. Una preforma puede ser un lingote, una fundición a forma, un producto fabricado aditivamente, o un producto de metalurgia en polvo. En una modalidad, una preforma tiene una forma que está cerca de la forma deseada final del producto final, pero la preforma se diseña para permitir el trabajo subsecuente para lograr la forma del producto final. Por lo tanto, la preforma puede trabajarse (30) tal como mediante forjado, enrollado, o extrusión para producir un producto intermedio o un producto final, cuyo producto intermedio o final puede someterse a cualquiera de las etapas de disolución (20), trabajo (30) y/o endurecimiento por precipitación (40) adecuadas, como se describió anteriormente, para lograr el producto final. En una modalidad, el trabajo comprende presión isostática en caliente (paro) para comprimir la parte. En una modalidad, una preforma de aleación puede comprimirse y puede reducirse la porosidad. En una modalidad, la temperatura de paro se mantiene por debajo del punto de fusión incipiente de la preforma de aleación. En una modalidad, la preforma puede ser un producto de forma casi neta.
En un enfoque, las técnicas de haz de electrones (EB) o arco plasmático se utilizan para producir al menos una porción del cuerpo fabricado aditivamente. Las técnicas de haz de electrones pueden facilitar la producción de partes más grandes que las producidas fácilmente mediante técnicas de fabricación de aditivos láser. En una modalidad, un método comprende alimentar un cable de diámetro pequeño (por ejemplo, ≤ 2,54 mm de diámetro) a la porción de alimentación de cable de una pistola de haz de electrones. El cable puede ser de las composiciones, descritas anteriormente. El haz de electrones (EB) calienta el cable por encima del punto de liquidus del cuerpo a formar. Seguido por una rápida solidificación (por ejemplo, al menos 100 °C por segundo) de la mezcla fundida para formar el material depositado. El cable podría fabricarse mediante un proceso de lingote convencional o mediante un proceso de consolidación de polvo. Estas etapas pueden repetirse según sea necesario hasta que se produce el producto final. La alimentación del cable por arco de plasma puede usarse de manera similar con las aleaciones descritas en la presente descripción. En una modalidad, no ilustrada, un aparato de fabricación de aditivos de haz de electrones (EB) o arco de plasma puede emplear múltiples cables diferentes con múltiples fuentes de radiación diferentes correspondientes, cada uno de los cables y fuentes que se alimentan y activan, según sea adecuado para proporcionar el producto que tiene una matriz metálica que tiene los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional.
En otro enfoque, un método puede comprender (a) pulverizar selectivamente uno o más polvos metálicos hacia o sobre un sustrato de construcción, (b) calentar, mediante una fuente de radiación, los polvos metálicos, y opcionalmente el sustrato de construcción, por encima de la temperatura de liquidus del producto a formar, lo que forma de esta manera una mezcla fundida, (c) enfriar la mezcla fundida, lo que forma de esta manera una porción sólida del producto metálico, en donde el enfriamiento comprende enfriar a una velocidad de enfriamiento de al menos 100 °C por segundo. En una modalidad, la velocidad de enfriamiento es de al menos 1000 °C por segundo. En otra modalidad, la velocidad de enfriamiento es de al menos 10000 °C por segundo. La etapa de enfriamiento (c) puede lograrse mover la fuente de radiación lejos de la mezcla fundida y/o al mover el sustrato de construcción que tiene la mezcla fundida lejos de la fuente de radiación. Las etapas (a)-(c) pueden repetirse según sea necesario hasta que se completa el producto metálico. La etapa de pulverización (a) puede lograrse mediante una o más boquillas, y la composición de los polvos metálicos puede variarse, según sea adecuado, para proporcionar productos metálicos finales personalizados que tienen una matriz metálica, la matriz metálica que tiene los elementos de aleación y cualquier elemento incidental opcional. La composición del polvo metálico que se calienta en cualquier momento puede variarse en tiempo real mediante el uso de diferentes polvos en diferentes boquillas y/o al variar la(s) composición (ones) de polvo proporcionada(s) a cualquier boquilla en tiempo real. La pieza de trabajo puede ser cualquier sustrato adecuado. En una modalidad, el sustrato de construcción es, en sí mismo, un producto metálico (por ejemplo, un producto de aleación).
Como indicó anteriormente, la soldadura puede usarse para producir productos metálicos (por ejemplo, para producir productos de aleación). En una modalidad, el producto se produce mediante una operación de fusión aplicada a materiales precursores en la forma de una pluralidad de componentes metálicos de diferente composición. Los materiales precursores pueden presentarse en yuxtaposición entre sí para permitir la fusión y mezcla simultáneas. En un ejemplo, la fusión se produce en el curso de la soldadura por arco eléctrico. En otro ejemplo, la fusión puede realizarse mediante un láser o un haz de electrones durante la fabricación de aditivos. La operación de fusión da como resultado la pluralidad de componentes metálicos que se mezclan en un estado fundido y que forman el producto metálico, tal como en la forma de una aleación. Los materiales precursores pueden proporcionarse en la forma de una pluralidad de formas físicamente separadas, tales como una pluralidad de hebras o fibras alargadas de metales o aleaciones metálicas de diferente composición o una hebra alargada o un tubo de una primera composición y un polvo adyacente de una segunda composición, por ejemplo, contenido dentro del tubo o una hebra que tiene una o más capas recubiertas. Los materiales precursores pueden formarse en una estructura, por ejemplo, un cable o cable torcido o trenzado que tiene múltiples hebras o fibras o un tubo con una cubierta exterior y un polvo contenido en el lumen del mismo. La estructura puede luego manipularse para someter una porción de la misma, por ejemplo, una punta, a la operación de fusión, por ejemplo, mediante su uso como un electrodo de soldadura o como una materia prima de alimentación para la fabricación de aditivos. Cuando se usa así, la estructura y sus materiales precursores componentes pueden fusionarse, por ejemplo, en un proceso continuo o discreto para formar una perla de soldadura o una línea o puntos de material depositados para la fabricación de aditivos.
En una modalidad, el producto metálico es un cuerpo o relleno de soldadura interpuesto entre y unido a un material o material a la soldadura, por ejemplo, dos cuerpos del mismo o diferente material o un cuerpo de un solo material con una abertura que el relleno llena al menos parcialmente. En otra modalidad, el relleno exhibe una zona de transición de composición de cambio con relación al material al que se suelda, de manera que la combinación resultante podría considerarse el producto de aleación.
Nuevos materiales que consisten esencialmente de una estructura de solución sólida bcc
Aunque la descripción anterior describe generalmente cómo producir nuevos materiales bcc que tienen fase(s) de precipitado en el mismo, es posible además producir un material que consiste esencialmente de una estructura de solución sólida bcc. Por ejemplo, después de la producción de un lingote, un cuerpo forjado, una fundición a forma o un cuerpo fabricado aditivamente, como se describió anteriormente, el material puede homogeneizarse, tal como de una manera descrita con relación a la etapa de disolución (20), anterior. Con el enfriamiento rápido adecuado, la precipitación de cualquier partícula de segunda fase puede inhibirse / restringirse, de esta manera se alcanza un material de solución sólida bcc esencialmente libre de cualquier partícula de segunda fase, es decir, un material que consiste esencialmente de una estructura de solución sólida bcc.
Propiedades de los nuevos materiales
Los nuevos materiales pueden alcanzar una combinación mejorada de propiedades. En esta sección, todas las propiedades mecánicas se miden en la dirección longitudinal (L), a menos que se especifique de cualquier otra manera. En esta sección “tratado con calor” significa la solución tratada con calor, luego enfriada con agua, y luego tratada con calor a 515 °C durante 2 horas, y luego enfriada con aire.
En un enfoque, un nuevo material alcanza un límite de elasticidad a la tracción (TYS) como fundido de al menos 715 MPa cuando se prueba de acuerdo con ASTM E8 a temperatura ambiente (RT). En una modalidad, un nuevo material alcanza un RT TYS como fundido, de al menos 725 MPa. En otra modalidad, un nuevo material alcanza un RT TYS como fundido, de al menos 735 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material alcanza un RT TYS como fundido, de al menos 745 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 755 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 765 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 775 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 785 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 795 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 805 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS como fundido, de al menos 815 MPa. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 0,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 1,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 1,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 2,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 2,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 3,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 3,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 4,0 %.
En un enfoque, un nuevo material puede alcanzar una resistencia a la tracción máxima (UTS) como fundido de al menos 840 MPa cuando se prueba de acuerdo con ASTM E8 a temperatura ambiente (RT). En una modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 850 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 860 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 870 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 880 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 890 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS como fundido, de al menos 900 MPa. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 0,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 1,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 1,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 2,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 2,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 3,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 3,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT como fundido, de al menos 4,0 %.
En un enfoque, un nuevo material puede alcanzar un TYS de al menos 900 MPa en la condición tratada con calor, cuando se prueba de acuerdo con ASTM E8 a temperatura ambiente. En una modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 950 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1000 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1025 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1050 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1075 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1100 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1125 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1150 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1175 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1200 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1225 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1250 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1275 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT TYS tratado con calor, de al menos 1300 MPa. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 0,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 1,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 1,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 2,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 2,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 3,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 3,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 4,0 %.
En un enfoque, un nuevo material puede alcanzar un UTS de al menos 1000 MPa en la condición tratada con calor, cuando se prueba de acuerdo con ASTM E8 a temperatura ambiente. En una modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1050 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1100 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1150 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1200 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1225 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1250 MPa. En aún otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1275 MPa. En otra modalidad, un nuevo material puede alcanzar un RT UTS tratado con calor, de al menos 1300 MPa. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 0,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 1,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 1,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 2,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 2,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 3,0 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 3,5 %. En cualquiera de estas modalidades, un nuevo material puede alcanzar un alargamiento de RT tratado con calor, de al menos 4,0 %.
En un enfoque, los nuevos materiales pueden alcanzar propiedades mejoradas sobre una aleación de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor cuando se prueban de acuerdo con ASTM E8 a temperatura ambiente. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 3,0 % más de RT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 5,0 % más de RT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 7,0 % más de RT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 9,0 % más de rT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 11,0 % más de RT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 13,0 % más de Rt TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En una modalidad, los nuevos materiales pueden alcanzar al menos un 15,0 % más de rT TYS en comparación con un producto de Ti-6Al-4V de la misma forma del producto y tratarse con calor. En cualquiera de estas modalidades, los nuevos materiales pueden alcanzar el TYS más alto a un alargamiento equivalente.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una ilustración esquemática de celdas unitarias bcc, fcc, y hcp.
La Figura 2a es un gráfico de la trayectoria de solidificación del modelo Scheil de las aleaciones de Ti-4Al-8V-3Fe y Ti-1Al-8V-5Fe.
La Figura 2b es un gráfico que muestra el efecto del contenido de hierro en el intervalo de congelación de una aleación de Ti-4Al-8V-XFe.
La Figura 2c es un gráfico que muestra el efecto del contenido de hierro en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-8V-XFe en el estado sólido.
La Figura 2d es un gráfico que muestra el efecto del contenido de aluminio en el intervalo de congelación de equilibrio de una aleación de Ti-8V-3Fe-XAl.
La Figura 2e es un gráfico del efecto del contenido de aluminio en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-8V-3Fe-XAl en el estado sólido.
La Figura 2f es un gráfico del efecto del contenido de vanadio en el intervalo de congelación de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-3Fe-XV.
La Figura 2g es un gráfico que muestra el efecto del contenido de vanadio en los campos de fase de equilibrio de una aleación de Ti-4Al-3Fe-XV.
La Figura 3 es un diagrama de flujo de una modalidad de un método para producir un nuevo material.
La Figura 4 es un diagrama de flujo de una modalidad de un método para obtener un producto forjado que tiene una estructura de solución sólida bcc con uno o más de los precipitados en el mismo.
Descripción detallada
Ejemplo 1
Una aleación de Ti-4Al-8V-3Fe y una de Ti-6Al-4V convencional se fundieron mediante fundición por arco en varillas. Después de la fundición, las propiedades mecánicas de las aleaciones como fundidas se midieron de acuerdo con ASTM E8, cuyos resultados se muestran en las Tablas 3-4. Las muestras de la aleación de Ti-4Al-8V-3Fe tratada con calor se trataron con calor en solución a 760 °C durante 0,5 horas, luego se enfriaron con agua, luego se trataron con calor a 515 °C durante 2 horas, y luego se enfriaron con aire. Las propiedades mecánicas de las aleaciones tratadas con calor se probaron luego de acuerdo con ASTM E8, cuyos resultados se muestran en la Tabla 4, más abajo. Todas las propiedades de resistencia y alargamiento informadas fueron a partir de pruebas en la dirección longitudinal (L).
Tabla 4 - Propiedades de Ti-6Al-4V convencionales
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Tabla 5 - Propiedades de Ti-4Al-8V-3Fe
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Como se muestra en las Tablas 4-5, el límite de elasticidad a la tracción de la aleación de Ti-4Al-8V-3Fe se mejora sobre la aleación de Ti-6Al-4V cuando se prueba a temperatura ambiente, sin una reducción correspondiente en la resistencia a la tracción máxima.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una aleación de titanio que comprende:
2,0 - 6,0 % en peso de Al;
4 - 8,75 % en peso de V; y
2,5 - 5,0 % en peso de Fe;
hasta 1 % en peso de Si;
hasta 1 % en peso de Y;
hasta 1 % en peso de Er;
hasta 0,5 % en peso de C;
hasta 0,5 % en peso de O; y
hasta 0,5 % en peso de B;
el equilibrio que es titanio (Ti) e impurezas inevitables;
en donde la aleación de titanio incluye una cantidad suficiente del Ti, el Al, el V, y el Fe para al­ canzar una temperatura de beta transus de no más de 850 °C;
en donde la aleación de titanio tiene una estructura cristalina bcc, opcionalmente con una pe­ queña fracción de hcp a través de una transformación de estado sólido a una baja temperatura en la aleación; y
en donde la aleación de titanio incluye > 0,5 % en vol. de precipitados de refuerzo.
2. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 4,50 % en peso de Fe.
3. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 4,0 % en peso de Fe.
4. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 3,5 % en peso de Fe.
5. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye al menos 2,5 % en peso de Al.
6. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye al menos 3,0 % en peso de Al.
7. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 5,5 % en peso de Al.
8. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 5,0 % en peso de Al.
9. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye al menos 5,0 % en peso de V.
10. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye al menos 6,0 % en peso de V.
11. La aleación de titanio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación incluye no más de 8,5 % en peso de V.
12. La aleación de titanio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende 6,0 - 8,75 % en peso de V y 2,5 - 4,25 % en peso de Fe.
13. La aleación de titanio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los precipitados de refuerzo se ubican dentro de la matriz de la estructura de solución sólida bcc.
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