ES2967967T3

ES2967967T3 - Productos de aleación de titanio y métodos para fabricar los mismos

Info

Publication number: ES2967967T3
Application number: ES18916580T
Authority: ES
Inventors: Fusheng Sun; Ernest Crist
Original assignee: Howmet Aerospace Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2024-05-06
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: WO2019209368A9; WO2019209368A2; EP3701054C0; EP3701054B1; US20200239983A1; US11421303B2; EP3701054A4; WO2019209368A3; EP3701054A2

Abstract

La presente divulgación se refiere a nuevas aleaciones de titanio y a métodos para fabricarlas. Las nuevas aleaciones de titanio generalmente incluyen entre 4,75 y 6,75 en peso. % Al, 6,5 - 8,5 peso. % (Nb + Ta), 1,5 - 3,5 en peso. % Sn, hasta 5,0 peso. % Zr, y hasta 2,5 en peso. % Mo, siendo el resto titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas. Debido a su composición y métodos de fabricación, las nuevas aleaciones de titanio pueden encontrar uso en varias aplicaciones, como aplicaciones aeroespaciales y/o automotrices. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Productos de aleación de titanio y métodos para fabricar 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 de resistencia a la corrosión.

El documento EP2687615 describe una aleación de titanio que comprende: 4,5 a 7,5 % en peso de Al; 2,0 a 8,0 % en peso de Sn; 1,5 a 6,5 % en peso de Nb; 0,1 a 2,5 % en peso de Mo; 0,1 a 0,6 % en peso de Si; hasta 0,20 % en peso de O; y hasta 0,10 % en peso de C, el resto es titanio con impurezas incidentales.

Sumario de la descripción

En líneas generales, la presente descripción se refiere a nuevos productos y métodos de aleación de titanio para fabricar los mismos. La invención es una aleación de titanio como se define en las reivindicaciones adjuntas. Las nuevas aleaciones de titanio incluyen: 4,75 - 6,75 % en peso de Al; 6,75 - 8,5 % en peso de (Nb Ta), en donde la aleación de titanio incluye al menos 6,75 % en peso de Nb; 1,5 - 3,5 % en peso de Sn; hasta 5,0 % en peso de Zr; y hasta 2,5 % en peso de Mo, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas, en donde los elementos incidentales comprenden: hasta 0,60 % en peso de Si; hasta 0,20 % en peso de O; y hasta 0,10 % en peso de C, y en donde las impurezas comprenden: hasta 0,1 % en peso de Fe; hasta 0,1 % en peso de Ni; hasta 0,3 % en peso de Cu; y hasta 0,3 % en peso de Cr. Debido a su composición y métodos de producción, los nuevos productos de aleación de titanio pueden alcanzar una combinación mejorada de propiedades, tales como, una combinación mejorada de al menos dos de resistencia, ductilidad, resistencia a la fluencia, vida de fatiga permanente, vida de fatiga de ciclo bajo y débito de vida de fatiga permanente. Debido a su combinación mejorada de propiedades, las nuevas aleaciones de titanio pueden usarse en una variedad de aplicaciones tales como aplicaciones aeroespaciales y/o automotrices, como se describe con mayor detalle a continuación.

I. Elementos de aleación

Como se indicó anteriormente, la presente descripción se refiere a nuevos productos y métodos de aleación de titanio para fabricar los mismos. Las nuevas aleaciones de titanio de la invención incluyen: 4,75 - 6,75 % en peso de Al; 6,75 - 8,5 % en peso de (Nb Ta), en donde la aleación de titanio incluye al menos 6,75 % en peso de Nb; 1,5 - 3,5 % en peso de Sn; hasta 5,0 % en peso de Zr; y hasta 2,5 % en peso de Mo, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas.

Las nuevas aleaciones de titanio incluyen 4,75 a 6,75 % en peso de Al. El aluminio puede, por ejemplo, facilitar una resistencia a la fluencia y resistencia mejoradas. Por tanto, las nuevas aleaciones de titanio incluyen al menos 4,75 % en peso de aluminio. Sin embargo, demasiado aluminio (por ejemplo, mayor que 6,75 % en peso) puede facilitar la formación de la fase a2-Ti3Al que puede reducir la ductilidad de la aleación. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 4,9 % en peso de Al. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 5,1 % en peso de Al. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 5,3 % en peso de Al. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 5,5 % en peso de Al. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 6,5 % en peso de Al. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 6,3 % en peso de Al. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 5,0 - 6,5 % en peso de Al. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 5,3 - 6,3 % en peso de Al.

Las nuevas aleaciones de titanio incluyen 6,75 a 8,5 % en peso de (Nb Ta). El niobio y el tantalio pueden, por ejemplo, facilitar una resistencia a la fluencia mejorada, una resistencia mejorada y/o una fatiga de permanencia mejorada. Con respecto a esto, las nuevas aleaciones de titanio incluyen al menos 6,75 % en peso de (Nb Ta) para facilitar la combinación mejorada de propiedades. El niobio y el tantalio pueden estabilizar la fase beta (también denominada “fase cúbica centrada en el cuerpo” y “fase bcc”), y una cantidad apropiada de fase beta puede facilitar una resistencia mejorada. Sin embargo, demasiado niobio y tantalio (por ejemplo, más de 8,5 % en peso de (Nb Ta)), y por lo tanto demasiada fase beta puede reducir la resistencia a la fluencia de la aleación. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 7,0 % en peso de (Nb Ta). En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 7,25 % en peso de (Nb Ta). En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 8,25 % en peso de (Nb Ta). En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 8,0 % en peso de (Nb Ta). En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 7,75 % en peso de (Nb Ta). En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 7,5 % en peso de (Nb Ta). En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 7,25 % en peso de (Nb Ta). En una modalidad, una aleación de titanio incluye 7,25 - 8,25 % en peso de (Nb Ta). En una modalidad, una aleación de titanio incluye 6,5 - 7,25 % en peso de (Nb Ta).

El tantalio puede aumentar la densidad y puede aumentar el costo de la aleación de titanio. Por tanto, en un enfoque, la aleación de titanio está libre de tantalio, que contiene tantalio solo como una impureza (por ejemplo, no más de 0,2 % en peso de Ta, o no más de 0,5 % en peso de Ta). Por lo tanto, en este enfoque, las nuevas aleaciones de titanio incluyen 6,75 - 8,5%en peso de Nb. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 7,0%en peso de Nb. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 7,25 % en peso de Nb. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 8,25 % en peso de Nb. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 8,0 % en peso de Nb. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 7,75 % en peso de Nb. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 7,5 % en peso de Nb. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 7,25 % en peso de Nb. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 7,25 - 8,25 % en peso de Nb. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 6,75 - 7,25 % en peso de Nb.

Las nuevas aleaciones de titanio incluyen 1,5 a 3,5 % en peso de Sn. El estaño puede, por ejemplo, facilitar la resistencia mejorada de la aleación. El estaño puede facilitar el refuerzo de la fase alfa (también denominada la “fase cerrada hexagonal” y “fase hcp”) y/o la fase beta (bcc). Con respecto a esto, las nuevas aleaciones de titanio generalmente incluyen al menos 1,5 % en peso de Sn. Sin embargo, demasiada estaño (por ejemplo, más del 3,5 % en peso) puede facilitar la formación de la fase a2-Ti3Al que puede reducir la ductilidad de la aleación. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 1,75 % en peso de Sn. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 2,0 % en peso de Sn. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 2,25 % en peso de Sn. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 2,5 % en peso de Sn. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 3,25 % en peso de Sn. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 3,0 % en peso de Sn. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 2,75 % en peso de Sn. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 2,0 - 3,5 % en peso de Sn. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 2,5 - 3,5 % en peso de Sn.

Las nuevas aleaciones de titanio incluyen hasta 5,0 % en peso de Zr. El zirconio puede, por ejemplo, facilitar una resistencia mejorada de la aleación. El zirconio puede facilitar el refuerzo de la fase alfa y/o la fase beta. Sin embargo, demasiado zirconio (por ejemplo, más del 5,0 % en peso) puede facilitar la formación de la fase a2-Ti3Al que puede reducir la ductilidad de la aleación. Cuando está presente, una aleación de titanio generalmente incluye al menos 0,5 % en peso de Zr. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 1,0 % en peso de Zr. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 1,5 % en peso de Zr. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 2,0 % en peso de Zr. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 2,5 % en peso de Zr. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 3,0 % en peso de Zr. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 4,5 % en peso de Zr. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 4,25 % en peso de Zr. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 4,0 % en peso de Zr. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 2,5 - 4,5 % en peso de Zr. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 2,5 - 3,5 % en peso de Zr. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye 3,5 - 4,5 % en peso de Zr.

Las nuevas aleaciones de titanio incluyen hasta 2,5 % en peso de Mo. El molibdeno puede, por ejemplo, facilitar una resistencia mejorada, por ejemplo, al fortalecer la fase beta. Sin embargo, el molibdeno puede estabilizar la fase beta cuando está presente en cantidades más bajas que, por ejemplo, niobio y/o tantalio. Con respecto a esto, demasiado molibdeno (por ejemplo, mayor que 2,5 % en peso) puede afectar la resistencia a la fluencia. Cuando está presente, una aleación de titanio generalmente incluye al menos 0,1 % en peso de Mo. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,3 % en peso de Mo. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,6 % en peso de Mo. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 1,0 % en peso de Mo. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 1,5 % en peso de Mo. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 1,75 % en peso de Mo. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 2,25 % en peso de Mo. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 1,75 % en peso de Mo. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 1,25 % en peso de Mo. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,75 % en peso de Mo. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye no más de 0,6 % en peso de Mo. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 0,3 - 0,6 % en peso de Mo. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 1,75 - 2,25 % en peso de Mo.

En algunas modalidades, las cantidades de niobio, tantalio y molibdeno se interrelacionan como niobio, tantalio y molibdeno pueden estabilizar la fase beta. Sin embargo, demasiado niobio, tantalio y molibdeno (por ejemplo, una cantidad de (Nb Ta) y Mo mayor que 11,0 % en peso) puede reducir la resistencia a la fluencia al aumentar la cantidad de fase beta en la aleación de titanio. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de al menos 7,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de al menos 7,25 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de al menos 7,5 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de no más de 11,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de no más de 10,5 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de no más de 10,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de no más de 9,5 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de no más de 9,0 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de (Nb Ta) más Mo de 7,0 - 9,5 % en peso.

Como se indicó anteriormente, en un enfoque, la aleación de titanio está libre de tantalio, que contiene tantalio solo como una impureza (por ejemplo, no más de 0,2 % en peso de Ta, o no más de 0,5 % en peso % Ta). En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de al menos 7,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de al menos 7,25%en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de al menos 7,5 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de no más de 11,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de no más de 10,5 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de no más de 10,0 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de no más de 9,5 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de no más de 9,0 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad de Nb más Mo de 7,0 - 9,5 % en peso.

En algunas modalidades, las cantidades de estaño y zirconio se interrelacionan ya que tanto el estaño como el zirconio pueden facilitar el refuerzo de la fase alfa y/o la fase beta. Sin embargo, demasiada estaño y zirconio (por ejemplo, una cantidad de Sn y Zr mayor que 8,5 % en peso) puede facilitar la formación de la fase a2-Ti3Al que puede reducir la ductilidad de la aleación. Por tanto, cuando se incluye zirconio, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de al menos 2,0 % en peso (es decir, Sn (en peso %) Zr (en peso % > 2,0 % en peso %). En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de al menos 3,0 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de al menos 3,5 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de al menos 4,0 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 8,5 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 8,0 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 7,5 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 7,0 % en peso. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 6,5 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de no más de 6,0 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de 2,0 - 8,0 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de 3,5 - 7,5 % en peso. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad total de estaño más zirconio de 4,0 - 6,0 % en peso.

II. Elementos e impurezas incidentales

Como se indicó anteriormente, las nuevas aleaciones de titanio incluyen Al, Nb Ta, Sn, Mo y Zr opcionales, en las cantidades descritas anteriormente, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas. Los elementos incidentales opcionales incluyen hasta 0,20 % en peso de oxígeno (O), hasta 0,10 % en peso de carbono (C), y hasta 0,6 % en peso de silicio (Si). Las impurezas incluyen hasta 0,1 % en peso de hierro (Fe), hasta 0,1 % en peso de níquel (Ni), hasta 0,3 % en peso de cobre (Cu) y hasta 0,3 % en peso de cromo (Cr).

Las nuevas aleaciones de titanio pueden incluir hasta 0,20 % en peso de O. El oxígeno puede, por ejemplo, facilitar la estabilización de la fase alfa que puede reducir la ductilidad de exposición postérmica y/o la resistencia a la fractura de la aleación. Con respecto a esto, el oxígeno puede introducirse inevitablemente en la aleación debido a las técnicas de procesamiento. En una modalidad, una aleación de titanio incluye hasta 0,15 % en peso de O. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye hasta 0,10 % en peso de O. En una modalidad, una aleación de titanio incluye 0,04 -0,10 % en peso de O.

Las nuevas aleaciones de titanio pueden incluir hasta 0,10 % en peso de C. El carbono puede, por ejemplo, facilitar una resistencia mejorada y/o puede refinar la estructura de grano de la aleación de titanio. Sin embargo, demasiado carbono puede facilitar una ductilidad reducida. Por lo tanto, la cantidad de carbono se limita a hasta 0,10 % en peso. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,01 % en peso de C. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,02 % en peso de C. En otra modalidad más, una aleación de titanio incluye al menos 0,03 % en peso de C. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,05 % en peso de C.

Las nuevas aleaciones de titanio pueden incluir hasta 0,6 % en peso de Si. El silicio puede, por ejemplo, facilitar una resistencia a la fluencia mejorada. Con respecto a esto, hasta 0,6 % en peso de silicio puede facilitar la formación de fases de silicuro (por ejemplo, TiSi2, TiSi, TisSi3 (Ti:Zr)5Si3, y Ti6Si3, entre otros) en los límites de grano y/o matriz de la aleación. En una modalidad, una aleación de titanio incluye al menos 0,1 % en peso de Si. En una modalidad, una aleación de titanio incluye hasta 0,3 % en peso de Si. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye 0,1 - 0,3 % en peso de Si.

Las nuevas aleaciones de titanio pueden incluir impurezas debido a la fuente de materias primas y/o técnicas de procesamiento. Con respecto a esto, elementos, tales como hierro, níquel, cobre y cromo pueden tener efectos perjudiciales en al menos una de las propiedades de las nuevas aleaciones de titanio. Por ejemplo, demasiado hierro y/o níquel pueden afectar la resistencia a la fluencia. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,05 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,03 % en peso de Fe. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,01 % en peso de Fe.

En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,05%en peso de Ni. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,03 % en peso de Ni. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0. 01 % en peso de Ni.

En una modalidad, una aleación de titanio incluye una cantidad restringida de cobre y/o cromo para facilitar una combinación mejorada de propiedades. En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,15 % en peso de Cu. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,10 % en peso de Cu.

En una modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,15 % en peso de Cr. En otra modalidad, una aleación de titanio incluye no más de 0,10 % en peso de Cr.

Las nuevas aleaciones de titanio pueden estar sustancialmente libres de otras impurezas. Con respecto a esto, “sustancialmente libre de otras impurezas” significa que las nuevas aleaciones de titanio incluyen no más del 0,10 % en peso de cada una de las impurezas distintas de las impurezas de Fe, Ni, Cu y Cr enumeradas anteriormente, en donde la cantidad combinada total de las otras impurezas no es mayor que 0,30 % en peso %.

III. Métodos de fabricación

1. Métodos de fabricación no aditivos

Una nueva aleación de titanio que tiene una composición descrita en la presente descripción se produce mediante métodos de fundición o forja. Por ejemplo, un método para producir un producto de aleación de titanio incluye las etapas de calentar (100) una mezcla que comprende Al, Nb Ta, Sn, Mo y Zr opcionales, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas dentro del alcance de las composiciones descritas en la presente descripción. Con respecto a esto, la mezcla puede calentarse por encima de una temperatura de liquidus de la mezcla, para de esta manera formar un líquido, enfriar (200) la mezcla desde por encima de su temperatura de liquidus hasta por debajo de su temperatura de solidus, en donde, debido al enfriamiento (200), la mezcla forma al menos algunas estructuras cúbicas centradas en el cuerpo (también denominadas “bcc” y “beta”), algunas de las cuales pueden transformarse en estructuras hexagonales cerradas (también denominadas “hcp” o “alfa”) a o por debajo de la temperatura beta transus de la composición de aleación particular. Por tanto, enfriar (200) la mezcla por debajo del solidus de la composición de aleación particular puede facilitar la producción de una estructura de solución sólida alfabeta dentro de la aleación. Además, enfriar (300) el producto sólido a una temperatura por debajo de la temperatura de solvus de la composición de aleación particular puede facilitar la formación de una o más fases precipitadas del producto sólido, tales como a2-Ti3Al, y fases de silicuro (enumeradas anteriormente), entre otras.

El enfriamiento controlado del material puede emplearse para facilitar la realización de un producto final apropiado (por ejemplo, un lingote sin grietas). Por ejemplo, un método puede incluir la etapa de (400) enfriar el producto a temperatura ambiente, y un método puede incluir controlar las velocidades de enfriamiento durante una o más de las etapas de enfriamiento (200), (300) y (400) de manera que, al finalizar la etapa (400), se realiza un producto sin grietas. En un aspecto, el producto sin grietas es un lingote sin grietas. El enfriamiento controlado puede lograrse, por ejemplo, mediante el uso de un molde de fundición enfriado por agua apropiado.

Como se usa en la presente descripción, “boquilla” significa un producto fundido adecuado para un procesamiento adicional. El término “ lingote” incluye muesca. Como se usa en la presente descripción, “lingote de fabricación” significa un lingote adecuado para trabajar posteriormente en un producto final. El trabajo posterior puede incluir, por ejemplo, trabajo en caliente y/o trabajo en frío a través de cualquiera de laminado, forjado, extrusión, así como también alivio de tensión por compresión y/o estiramiento.

Un producto sin grietas, tal como un lingote sin grietas, puede procesarse, según sea apropiado, para obtener un producto forjado final del material. Por ejemplo, y con referencia ahora a las Figuras 1a-1 b, las etapas (100) - (400) de la Figura 1a, descritas anteriormente, pueden considerarse una etapa de fundición (10), mostrada en la Figura 1b, lo que da como resultado el lingote sin grietas descrito anteriormente. Alternativamente, el producto libre de grietas puede ser una preforma libre de grietas producida, por ejemplo, mediante moldeado, fabricación aditiva o metalurgia en polvo. En cualquier caso, el producto sin grietas puede procesarse adicionalmente para obtener un producto final forjado. Este procesamiento adicional puede incluir cualquier combinación de etapas de disolución (20) y trabajo (30), descritas a continuación, según sea apropiado para lograr la forma final del producto. Una vez realizada la forma del producto final, el material puede endurecerse por precipitación (40) para desarrollar precipitados de refuerzo. La forma de producto final puede ser un producto laminado, un producto extruido o un producto forjado, por ejemplo.

Con referencia continua a la Figura 1b, como 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 de producto intermedio y/o la forma de producto final se calientan por encima de la temperatura de solvus del/de los precipitado(s) aplicables pero por debajo de la temperatura de solidus del material, de esta manera se disuelven algunas o todas las partículas de la 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 (por ejemplo, a temperatura ambiente) para su posterior trabajo. Alternativamente, después del remojo, el material puede trabajarse inmediatamente en caliente mediante la etapa de trabajo (30).

La etapa de trabajo (30) generalmente implica el trabajo en caliente y/o en frío de la barra y/o una forma de producto intermedia. El trabajo en caliente y/o en frío puede incluir laminar, extruir o forjar el material, por ejemplo. El trabajo (30) puede ocurrir 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 alrededor de las temperaturas ambiente. En algunos aspectos, el material puede trabajarse en caliente, enfriarse a temperatura ambiente y luego trabajarse en frío. En aún otros aspectos, 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 resultar en la precipitación de partículas de segunda fase. Con respecto a esto, se puede utilizar cualquier número de etapas de disolución posteriores al trabajo (20), según corresponda, para disolver algunas o todas las partículas de la segunda fase que se pueden haber formado debido a la etapa de trabajo (30).

Después de cualquiera de las etapas apropiadas de disolución (20) y trabajo (30), la forma final del producto puede endurecerse por precipitación (40). El endurecimiento por precipitación (40) puede incluir calentar la forma del producto final por encima de la(s) temperatura(es) de solvus aplicable durante un tiempo suficiente para disolverse 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 para formar de esta manera partículas precipitadas, o enfriarse rápidamente a temperatura ambiente, y luego recalentar el producto a una o más temperaturas por debajo de la(s) temperatura(s) de solvus aplicable, de esta manera se forman partículas precipitadas. El endurecimiento por precipitación (40) incluirá además mantener 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 realizar un producto final tratado con calor que tiene precipitados de refuerzo en el mismo. Los precipitados de refuerzo se ubican preferentemente dentro de la matriz de la aleación de titanio, lo que confiere resistencia al producto a través de interacciones con dislocaciones.

Como se indicó anteriormente, las nuevas aleaciones de titanio pueden tener la forma de un producto forjado. En una modalidad, el producto forjado puede ser un producto laminado (por ejemplo, una lámina o una placa). En una modalidad, el producto forjado puede ser un producto extruido. En una modalidad, el producto forjado puede ser un producto forjado.

Las nuevas aleaciones de titanio descritas en la presente descripción también pueden usarse para producir productos o preformas moldeados. Los productos moldeados son aquellos productos que logran su forma de producto final o casi final después del proceso de fundición. Los nuevos materiales pueden moldearse en cualquier forma deseada. Después de la fundición, el producto moldeado puede someterse a cualquier etapa de disolución (20) o endurecimiento por precipitación (40) apropiada, como se describió anteriormente. Un producto moldeado comprende Al, Nb Ta, Sn, Mo y Zr opcionales, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente.

Las nuevas aleaciones de titanio descritas en la presente descripción también pueden usarse para producir productos de aleación de titanio mediante métodos de metalurgia en polvo. Por ejemplo, un polvo que comprende Al, Nb Ta, Sn, Mo y Zr opcionales, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas, y dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente, puede usarse para producir un producto de metalurgia en polvo. Con respecto a esto, el polvo puede producirse mediante métodos adecuados, tales como mediante métodos mecánicos, químicos y físicos (por ejemplo, atomización). Por ejemplo, los métodos mecánicos para producir polvos pueden incluir mecanizado, fresado y/o aleación mecánica. Los métodos químicos para producir polvos pueden incluir deposición electrolítica, descomposición térmica, precipitación de un líquido, precipitación de un gas y/o síntesis reactiva de sólido y sólido. Con respecto a esto, el polvo puede comprender partículas de aleación (es decir, una mezcla química de elementos) y/o partículas no aleadas (es decir, partículas que consisten esencialmente en un elemento). Por ejemplo, cualquier combinación de polvos de aleación y no de aleación puede mezclarse para obtener un polvo de aleación de titanio que tiene una composición descrita en la presente descripción.

Como se usa en la presente descripción, “polvo” significa un material que comprende una pluralidad de partículas. Como se usa en la presente descripción, una “partícula” significa un fragmento de materia diminuta 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).

Los polvos de aleación de titanio pueden compactarse en forma de producto final o casi final. Por ejemplo, el polvo puede compactarse mediante métodos de baja presión tales como sinterización de polvo suelto, fundición con barbotina, fundición de suspensión, fundición de cinta o compactación vibratoria. En otro aspecto, la presión puede usarse para realizar la compactación mediante métodos tales como, por ejemplo, compactación con troquel, prensado isostático frío/caliente y/o sinterización. Tales métodos pueden facilitar la producción de productos finales o casi finales sin grietas. En cualquier caso, el producto sin grietas puede procesarse adicionalmente para obtener un producto final forjado. Este procesamiento adicional puede incluir cualquier combinación de etapas de disolución (20) y trabajo (30), descritas anteriormente, según sea apropiado para lograr la forma final del producto. Una vez realizada la forma del producto final, el material puede endurecerse por precipitación (40) para desarrollar precipitados de refuerzo. La forma de producto final puede ser un producto laminado, un producto extruido o un producto forjado, por ejemplo.

ii. Métodos de fabricación de aditivos

También es posible fabricar los nuevos productos de aleación de titanio mediante fabricación aditiva. 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 modelos 3D, generalmente capa sobre capa, en oposición a metodologías de fabricación sustractivas”, como se define en ASTM F2792-12a titulada “Standard Terminology for Additively Manufacturing Technologies”. Los nuevos productos de aleación de titanio pueden fabricarse mediante cualquier técnica de fabricación aditiva apropiada descrita en este estándar ASTM, tal como chorro de aglutinante, deposición de energía dirigida, extrusión de material, chorro de material, fusión de lecho de polvo, o laminado de lámina, entre otros. Los ejemplos no limitantes de procesos de fabricación de aditivos útiles para producir productos de aleación de titanio sin grietas incluyen, por ejemplo, DMLS (sinterización láser de metal directo), SLM (fusión láser selectiva), SLS (sinterización láser selectiva) y EBM (fusión por haz de electrones), entre otros. Puede usarse cualquier materia prima adecuada, que incluye uno o más polvos, uno o más alambres, y sus combinaciones. La materia prima de fabricación aditiva puede comprender uno o más polvos. Los cortes son tipos de partículas. La materia prima de fabricación aditiva puede comprender uno o más alambres. Una cinta es un tipo de alambre.

Un proceso de fabricación aditiva puede incluir depositar capas sucesivas de uno o más polvos y luego fundir y/o sinterizar selectivamente los polvos para crear, capa por capa, un producto fabricado aditivamente. Un proceso de fabricación aditiva puede usar uno o más de sinterización láser selectiva (SLS), fusión láser selectiva (SLM) y fusión por haz de electrones (EBM), entre otros. Un proceso de fabricación aditiva puede usar un sistema de fabricación aditiva de Sinterización Láser de Metal Directo (DMLS) EOSINT M 280, o un sistema comparable, disponible de EOS GmbH (Robert-Stirling-Ring 1, 82152 Krailling/Munich, Alemania).

Como un ejemplo, una materia prima, tal como un polvo o alambre, que comprende (o que consiste esencialmente en) el Al, Nb Ta, Sn, Mo y Zr opcionales, el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas, y dentro del alcance de las composiciones descritas anteriormente, puede usarse en un aparato de fabricación aditiva para producir un producto fabricado aditivamente. El producto fabricado aditivamente puede ser una preforma sin grietas. Los polvos pueden calentarse selectivamente por encima de la temperatura de liquidus del material, para formar de esta manera una mezcla fundida que tiene las composiciones descritas en la presente descripción, seguido de la solidificación rápida de la mezcla fundida.

Como se indicó anteriormente, la fabricación aditiva puede usarse para crear, capa por capa, un producto metálico (por ejemplo, un producto de aleación), tal como mediante un lecho de polvo metálico. Puede usarse un lecho de polvo metálico 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 aditiva, las partículas de la misma o diferentes composiciones pueden fundirse (por ejemplo, fundirse rápidamente) y luego solidificarse (por ejemplo, en ausencia de mezcla homogénea). Por lo tanto, pueden producirse productos que tienen una microestructura homogénea o no homogénea. Un método para fabricar un producto fabricado aditivamente puede incluir (a) dispersar un polvo que comprende los elementos de aleación que tienen un equilibrio de titanio, elementos incidentales opcionales, e impurezas, (b) calentar selectivamente una porción del polvo (por ejemplo, a través de un láser) a una temperatura por encima de la temperatura de liquidus del producto particular que se forma, (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. La velocidad de enfriamiento puede ser al menos 10000 °C por segundo, o al menos 100000 °C por segundo, o al menos 1 000000 °C por segundo. Las etapas (a)-(d) pueden repetirse según sea necesario hasta que se complete el producto final o casi final, es decir, hasta que se forme/ complete el producto final fabricado aditivamente. El producto final fabricado aditivamente puede ser de una geometría compleja, o puede ser de una geometría simple (por ejemplo, en forma de una lámina o placa). Después o durante la producción, un producto fabricado de manera aditiva puede deformarse (por ejemplo, mediante uno o más de laminar, extruir, forjar, estirar, comprimir).

Los polvos usados para fabricar de manera aditiva un nuevo material pueden producirse al atomizar un material (por ejemplo, un lingote o fusión) del nuevo material en polvos de las dimensiones apropiadas con relación al proceso de fabricación aditiva a usar.

El producto fabricado aditivamente puede estar sujeto a cualquier etapa de disolución (20), trabajo (30) y/o endurecimiento por precipitación (40), como se describió anteriormente. Si se emplean, las etapas de disolución (20) y/o de trabajo (30) pueden realizarse en una forma intermedia del producto fabricado aditivamente y/o pueden realizarse en una forma final del producto fabricado aditivamente. Si se emplea, la etapa de endurecimiento por precipitación (40) se lleva a cabo generalmente con relación a la forma final del producto fabricado aditivamente.

En otra modalidad, un producto de aleación de titanio es una preforma para el trabajo posterior. Una preforma puede ser un lingote, un moldeado, un producto fabricado de manera aditiva, o un producto de metalurgia en polvo. En una modalidad, una preforma tiene una forma que está cerca de la forma final deseada del producto final, pero la preforma se diseña para permitir el trabajo posterior para lograr la forma final del producto. Por lo tanto, la preforma puede trabajarse (30) tal como mediante forjado, laminado, o extrusión para producir un producto intermedio o un producto final, cuyo producto intermedio o final puede estar sujeto a cualquier otra disolución apropiada (20), etapas de trabajo (30) y/o endurecimiento por precipitación (40), como se describió anteriormente, para lograr el producto final. El trabajo puede comprender prensado isostático en caliente (oscilación) para comprimir la parte. Una preforma de aleación de titanio puede comprimirse y puede reducirse la porosidad. La temperatura de cadera puede mantenerse 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, se utilizan técnicas de haz de electrones (EB) o arco de plasma para producir al menos una porción del producto fabricado aditivamente. Las técnicas de haz de electrones pueden facilitar la producción de partes más grandes que las que se producen fácilmente mediante técnicas de fabricación de aditivos láser. Un método puede comprender alimentar un alambre (por ejemplo, < 2,54 mm de diámetro) a la porción de alimentación de alambre de una pistola de haz de electrones. El alambre puede ser de las composiciones descritas anteriormente. El haz de electrones (EB) calienta el alambre por encima del punto de liquidus del producto que se forma, seguido de una solidificación rápida (por ejemplo, al menos 100 °C por segundo) de la mezcla fundida para formar el material depositado. El alambre 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 produzca el producto final. La alimentación de alambre de arco de plasma puede usarse de manera similar con las nuevas aleaciones de titanio descritas en la presente descripción. Un aparato de fabricación de un haz de electrones (EB) o aditivo del arco de plasma puede emplear múltiples alambres diferentes con múltiples fuentes de radiación diferentes correspondientes, cada uno de los alambres y fuentes se alimenta y activa, según sea apropiado para proporcionar el producto fabricado aditivamente.

IV. Propiedades

Los nuevos productos de aleación de titanio pueden tener una alta resistencia. En una modalidad, un producto de aleación de titanio (por ejemplo, un producto de aleación de titanio forjado, tal como un forjado, extrusión o una lámina/placa) alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 896 MPa (130 ksi) a temperatura ambiente cuando se mide de acuerdo con ASTM E8-15a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1034 MPa (150 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1103 MPa (160 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1172 MPa (170 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1207 MPa (175 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1241 MPa (180 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1276 MPa (185 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1296 MPa (188 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1310 MPa (190 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1324 MPa (192 ksi), o superior, a temperatura ambiente.

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 827 MPa (120 ksi) a temperatura ambiente cuando se mide de acuerdo con ASTM E8-15a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 896 MPa (130 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 931 MPa (135 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 965 MPa (140 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1000 MPa (145 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1034 MPa (150 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1069 MPa (155 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1103 MPa (160 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1138 MPa (165 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1172 MPa (170 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1207 MPa (175 ksi) a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 1220 MPa (177 ksi), o superior, a temperatura ambiente.

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 793 MPa (115 ksi) a 427 °C (800 °F) cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 862 MPa (125 ksi) a 427 °C (800 °F) En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia a la tracción final de al menos 931 MPa (135 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 965 MPa (140 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1000 MPa (145 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1034 MPa (150 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1069 MPa (155 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1089 MPa (158 ksi), o superior, a 427 °C (800 °F).

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 621 MPa (90 ksi) a 482 °C (900 °F) cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 689 MPa (100 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 758 MPa (110 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 827 MPa (120 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 862 MPa (125 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 896 MPa (130 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 931 MPa (135 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 965 MPa (140 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1000 MPa (145 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una resistencia máxima a la tracción de al menos 1020 MPa (148 ksi), o superior, a 482 °C (900 °F).

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 621 MPa (90 ksi) a 427 °C (800 °F) cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 655 MPa (95 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 689 MPa (100 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 724 MPa (105 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 758 MPa (110 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 793 MPa (115 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 827 MPa (120 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 862 MPa (125 ksi) a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 896 MPa (130 ksi), o superior, a 427 °C (800 °F).

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 483 MPa (70 ksi) a 482 °C (900 °F) cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 552 MPa (80 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 586 MPa (85 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 621 MPa (90 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 655 MPa (95 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 689 MPa (100 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 724 MPa (105 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 758 MPa (110 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 793 MPa (115 ksi) a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un límite de elasticidad a la tracción de al menos 814 MPa (118 ksi), o superior, a 482 °C (900 °F).

Los nuevos productos de aleación de titanio pueden ser dúctiles. En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 8,0 % a temperatura ambiente cuando se mide de acuerdo con ASTM E8-15a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 8,5 % a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 9,0 % a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 9,5 % a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 10,0 % a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 10,5 % a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 11,0 % a temperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 11,5 % a temperatura ambiente. En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 12,0% atemperatura ambiente. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 13,0 % o mayor, a temperatura ambiente.

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 8,0 % a 800 °F cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 9,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 10,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 10,5 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 11,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 10,5 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 11,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 11,5 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 12,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 12,5 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 13,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 13,5 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 14,0 % a 427 °C (800 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 14,5 % o más, a 427 °C (800 °F).

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 12,0 % a 482 °C (900 °F) cuando se mide de acuerdo con ASTM E21-09a. En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 12,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 13,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 13,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 14,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 14,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 15,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 15,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 16,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 16,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 17,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 17,5 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad más, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 18,0 % a 482 °C (900 °F). En otra modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza un alargamiento de al menos 18,5 % o más, a 482 °C (900 °F).

Los nuevos productos de aleación de titanio pueden tener una buena resistencia a la fluencia. En una modalidad, a una tensión de 655 MPa (95 ksi) y una temperatura de 427 °C (800 °F), un producto de aleación de titanio alcanza una deformación por fluencia no superior al 0,6 % a 35 horas cuando se mide de acuerdo con ASTM E139-11. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,5 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,4 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,35 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,30 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,25 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,2 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,15 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,10 % o menor.

En una modalidad, a una tensión de 655 MPa (95 ksi) y una temperatura de 427 °C (800 °F), un producto de aleación de titanio alcanza una deformación por fluencia no superior al 0,6 % a 100 horas cuando se mide de acuerdo con ASTM E139-11. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,5 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,4 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,3 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,25 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,2 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,15 % o menor.

En una modalidad, a una tensión de 241 MPa (35 ksi) y una temperatura de 510 °C (950 °F), un producto de aleación de titanio alcanza una deformación por fluencia no superior al 0,4 % a 35 horas cuando se mide de acuerdo con ASTM E139-11. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,35 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,30 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,25 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,20 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,15 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,10 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,075 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,060 % o menor.

En una modalidad, a una tensión de 241 MPa (35 ksi) y una temperatura de 510 °C (950 °F), un producto de aleación de titanio alcanza una deformación por fluencia no superior al 0,6 % a 100 horas cuando se mide de acuerdo con ASTM E139-11. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,5 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,4 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,3 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,2 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,15 %. En otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,10 %. En aún otra modalidad, la deformación por fluencia no es mayor que 0,075 % o menor.

Los nuevos productos de aleación de titanio pueden tener buena resistencia a la fatiga de permanencia. En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una vida útil de fatiga de permanencia a temperatura ambiente (“RTDFL”) de al menos 2500 ciclos, en donde la medición se realiza a un esfuerzo máximo de fatiga correspondiente al 95 % del límite de elasticidad a la tracción a temperatura ambiente del producto de aleación de titanio (medida de acuerdo con ASTM E8-15a), y en donde la medición se realiza de acuerdo con ASTM E466-15. En otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 4000 ciclos. En aún otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 5000 ciclos. En otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 6000 ciclos. En aún otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 7000 ciclos. En otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 8000 ciclos. En aún otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 8500 ciclos. En otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es de al menos 9000 ciclos. En aún otra modalidad, la vida útil de la fatiga de permanencia es al menos 9500 ciclos, o más.

En una modalidad, un producto de aleación de titanio alcanza una vida útil de fatiga de ciclo bajo a temperatura ambiente (“RTLCFL”) de al menos 10 000 ciclos, en donde la medición se realiza a un esfuerzo máximo de fatiga correspondiente al 95 % del límite de elasticidad a la tracción a temperatura ambiente del producto de aleación de titanio (medida de acuerdo con ASTM E8-15a), y en donde la medición se realiza de acuerdo con ASTM E466-15. En otra modalidad, la vida de fatiga del ciclo bajo es de al menos 15000 ciclos. En otra modalidad más, la vida de fatiga de ciclo bajo es de al menos 17000 ciclos. En otra modalidad, la vida útil de fatiga de ciclo bajo es al menos 19000 ciclos, o superior.

Los nuevos productos de aleación de titanio pueden lograr un débito de la vida útil de fatiga permanente de no más de 10, en donde el débito de la vida de fatiga de la vivienda es una relación entre la vida de fatiga de ciclo bajo y la vida de fatiga de la vivienda (es decir, RTLCFL/RTDFL), en donde la vida útil de la fatiga de ciclo bajo y la vida útil de la fatiga de permanencia se miden de acuerdo con ASTM E466-15, y en donde el esfuerzo máximo de fatiga para ambas mediciones corresponde al 95 % del límite de elasticidad a la tracción a temperatura ambiente del producto de aleación de titanio (medido de acuerdo con ASTM E8-15a). En otra modalidad, el débito de la vida de fatiga de permanencia no es mayor que 8,0. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 6,0. En otra modalidad, el débito de la vida de fatiga de permanencia no es mayor que 5,0. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 4,5. En otra modalidad, el débito de la vida de fatiga de permanencia no es mayor que 4,0. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 3,5. En otra modalidad, el débito de la vida de fatiga de permanencia no es mayor que 3,0. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 2,75. En otra modalidad, el débito de la vida de fatiga de permanencia no es mayor que 2,50. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 2,25. En otra modalidad más, el débito de la vida de fatiga de la vivienda no es mayor que 2,15.

Pueden lograrse combinaciones de las propiedades descritas anteriormente.

V. Aplicaciones de productos

Debido a su combinación mejorada de propiedades, los nuevos productos de aleación de titanio descritos en la presente descripción pueden usarse en una variedad de aplicaciones de productos. En una modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio se utiliza en una aplicación de temperatura elevada, tal como en un vehículo aeroespacial o automotriz. En una modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio se utiliza como componente de motor en un vehículo aeroespacial (por ejemplo, en forma de láminas, discos, vasos, cubiertas y paletas del compresor). En otra modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio se usa como un intercambiador de calor para el motor de un vehículo aeroespacial. El vehículo aeroespacial que incluye el componente del motor/intercambiador de calor puede operarse posteriormente. En una modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio es un componente de motor automotriz (por ejemplo, un componente de turbocargador; una válvula automotriz). El vehículo automotriz, incluido el componente del motor, puede operarse posteriormente. Por ejemplo, puede usarse un nuevo producto de aleación de titanio como componente de turbocargador (por ejemplo, una rueda compresora de un turbocargador, donde pueden realizarse temperaturas elevadas debido al reciclaje del escape del motor a través del turbocargador), y puede operarse el vehículo automotriz que incluye el componente de turbocargador. En otra modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio puede usarse como una lámina en una turbina a base de suelo (estable) para la generación de energía eléctrica, y la turbina a base de suelo incluida el producto de aleación de titanio puede operarse para facilitar la generación de energía eléctrica.

En una modalidad, un nuevo producto de aleación de titanio se utiliza como un componente estructural de un vehículo aeroespacial. Por ejemplo, los nuevos productos de aleación de titanio pueden formarse en varios componentes para su uso en la industria aeroespacial, tales como vigas de piso, rieles de asiento, pilares y marco de fusible, entre otros. En algunas modalidades, un nuevo producto de aleación de titanio se utiliza en una aplicación de defensa, tal como en la armadura del cuerpo y los vehículos armados (por ejemplo, revestimiento de la armadura).

Además de las aplicaciones descritas anteriormente, los nuevos productos de aleación de titanio de la presente descripción también pueden utilizarse en una variedad de productos de consumo, tales como cualquier producto electrónico de consumo, incluidos ordenadores portátiles, teléfonos celulares, cámaras, reproductores de música móviles, dispositivos portátiles, ordenadores, televisiones, microondas, ollas, lavavajillas/secadoras, frigorífico, bienes deportivos o cualquier otro producto electrónico de consumo que requiera durabilidad y apariencia visual selectiva. En una modalidad, la apariencia visual del producto electrónico del consumidor cumple con los estándares de aceptación del consumidor.

En algunas modalidades, los nuevos productos de aleación de titanio de la presente descripción pueden utilizarse en una variedad de productos, incluidos productos no de consumo, incluidos dispositivos médicos, sistemas de transporte y sistemas de seguridad, por nombrar algunos. En otras modalidades, los nuevos productos de aleación de titanio pueden incorporarse en bienes que incluyen similares de paneles de coches, reproductores de medios, botellas y latas, suministros de oficina, paquetes y contenedores, entre otros.

Todas las mediciones, especificaciones y similares que se muestran en las figuras pretenden ser ilustrativas y no restrictivas.

Entre los beneficios y mejoras que se han descrito, otros objetivos y ventajas de esta invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción tomada junto con las figuras adjuntas. Las modalidades detalladas de la presente invención se describen en la presente descripción; sin embargo, debe entenderse que las modalidades descritas son meramente ilustrativas de la invención que pueden realizarse de varias formas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, cada uno de los ejemplos dados en relación con las diversas modalidades de la invención pretende ser ilustrativo, y no restrictivo.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, los siguientes términos toman los significados asociados explícitamente en la presente descripción, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Las frases “en una modalidad” y “en algunas modalidades” como se usan en la presente descripción no se refieren necesariamente a la misma modalidad(es), aunque pueden. Además, las frases “en otra modalidad” y “en algunas otras modalidades” como se usan en la presente descripción no necesariamente se refieren a una modalidad diferente, aunque pueden hacerlo. Por lo tanto, varias modalidades de la invención pueden combinarse fácilmente dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1a es un diagrama de flujo de una modalidad de un método para producir un nuevo producto de aleación de titanio.

La Figura 1b es un diagrama de flujo de una modalidad de un método para obtener un producto de aleación de titanio forjado.

La Figura 2a da la deformación por fluencia a 427 °C (800 °F) a una tensión de 655 MPa (95 ksi) para las aleaciones 1-4 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT I.

La Figura 2b da la deformación por fluencia a 510 °C (950 °F) a una tensión de 241 MPa (35 ksi) para las aleaciones 1-4 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT I.

La Figura 2c da la deformación por fluencia a 427 °C (800 °F) a una tensión de 655 MPa (95 ksi) para las aleaciones 1-6 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT II.

La Figura 2d da la deformación por fluencia a 510 °C (950 °F) a una tensión de 241 MPa (35 ksi) para las aleaciones 1-6 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT II.

La Figura 3a da la vida a la fatiga de permanencia al 95 % del límite de resistencia a temperatura ambiente para las aleaciones 1-6 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT II.

La Figura 3b da la vida útil a la fatiga del ciclo bajo al 95 % del límite de resistencia a temperatura ambiente para las aleaciones 1-6 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT II.

La Figura 3c da el débito de la vida útil de la fatiga de permanencia (relación de vida útil de la fatiga de ciclo bajo a vida útil de la fatiga de permanencia) al 95 % de la resistencia de rendimiento a temperatura ambiente para las aleaciones 1-6 que se han tratado térmicamente de acuerdo con HT II.

La Figura 4a es una micrografía electrónica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 1.

La Figura 4b es una micrografía electrónica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 3.

La Figura 4c es una micrografía electrónica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 4.

La Figura 5a es una micrografía óptica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 1. La Figura 5b es una micrografía óptica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 3. La Figura 5c es una micrografía óptica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia para la aleación 4. La Figura 6a es una micrografía electrónica de la superficie de fractura por fatiga de permanencia que ilustra los sistemas de dislocación de la aleación 1.

La Figura 6b es una vista esquemática de los sistemas de dislocación dentro de la fase alfa (hexagonal-cerrada empaquetada).

La Figura 7a da el límite de elasticidad a la tracción y la resistencia máxima a la tracción para las aleaciones 1-A a 1-C a 482 °C (900 °F) en función del niobio.

La Figura 7b da la deformación por fluencia a las 100 horas para las aleaciones 1-A a 1-C a 510 °C (950 °F) y una tensión de 241 MPa (35 ksi) en función del niobio.

Descripción detallada

Ejemplo 1

Se fundieron seis aleaciones experimentales como lingotes (6 pulgadas de diámetro) y luego se forjaron en caliente hasta 2,54 cm por 17,8 cm (1,0 pulgadas por 7,0 pulgadas) por L (longitud) placas largas. Las composiciones objetivo para cada una de las seis aleaciones experimentales se dan en la Tabla 1, más abajo. Las aleaciones 1 y 2 son aleaciones de la invención (“ Inv.”) y las aleaciones 3-6 son aleaciones que no son de la invención (“No Inv.”). Con respecto a esto, la aleación 3 es una aleación disponible comercialmente conocida como “Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo”, “Ti-6-2-4-2”, o según la designación del sistema de numeración unificado (UNS) R54620. La aleación 4 también es una aleación disponible comercialmente conocida como “Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo”, “Ti-6-2-4-6”, o según la designación UNS 56260.

Las composiciones de las aleaciones 1-6 se midieron mediante el uso del análisis de ICP en la parte superior e inferior de la barra. Las composiciones medidas se proporcionan más abajo, en las Tablas 2a-2b. Aparte de los elementos de aleación (Al, Zr, Mo, Sn y Nb), los elementos incidentales (Si, O y C), el titanio (Ti) y las impurezas (no medidas) formaron el resto de la composición de aleación.

Tabl 2 : n ni l l m n l i n m i Al N Zr M n n l l i n 1-6

Tabla 2b: C n ni l l m n in i n l m i i n l l aciones 1-6

Después de la preparación de las muestras de prueba, los seis materiales de aleación experimentales se trataron térmicamente de conformidad con uno de los dos métodos de tratamiento térmico (“HT I” y “HT 11”, descritos a continuación). Cada método de tratamiento térmico incluía calentar hasta una primera temperatura durante una hora y calentar hasta una segunda temperatura durante ocho horas. La primera temperatura se eligió con relación al beta transus del material (por ejemplo, 25 °C (45 °F) por debajo del beta transus). Con respecto a esto, el beta transus de cada aleación se midió mediante el tratamiento térmico de muestras de las aleaciones a varias temperaturas seguido de enfriamiento por aire de la aleación, y luego análisis de micrografías de las muestras para la fracción de volumen principal de la fase alfa. El beta transus (BT) para cada una de las aleaciones 1-6 se da en la Tabla 3, más abajo.

Tabl : T m r r B Tr n r l Al i n 1-6

El método de tratamiento térmico I (“HT I”) incluyó calentar el material a una temperatura de 16,7 °C (30 °F) por debajo del beta transus de la aleación durante una hora seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente, y luego calentar la muestra a 593 °C (1100 °F) durante ocho horas seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente. El método de tratamiento térmico II (“HT II”) incluyó calentar el material a 25 °C (45 °F) por debajo del beta transus de la aleación durante una hora seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente, y luego calentar la muestra a 593 °C (1100 °F) durante ocho horas seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente. Se aplicó uno de los dos métodos de tratamiento térmico a cada muestra de aleación excepto a la aleación 4. Con respecto a esto, la aleación 4 se trató térmicamente de acuerdo con el estándar AMS 4981 (Revisión F). El método de tratamiento térmico I, en lo que respecta a la aleación 4, incluyó calentar la muestra a 899 °C (1650 °F) durante una hora seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente, y luego calentar a 593 °C (1100 °F) durante ocho horas seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente. El método de tratamiento térmico II, en lo que respecta a la aleación 4, incluyó calentar la muestra a 871 °C (1600 °F) durante una hora seguido de enfriamiento por aire, y luego calentar a 593 °C (1100 °F) durante ocho horas seguido de enfriamiento por aire a temperatura ambiente. Se midieron varias propiedades físicas de las seis aleaciones experimentales, que incluyen propiedades de tracción, deformación por fluencia y propiedades de fatiga, como se muestra a continuación.

Evaluación de las propiedades de tracción

Las muestras de placas forjadas en caliente de las aleaciones 1-6 se laminaron en caliente hasta un calibre final de 1,52 cm (0,6 pulgadas) para las pruebas de tracción. Las placas de referencia finales se cortaron en la dirección longitudinal en piezas de partida de tracción (1,52 cm x 1,52 cm x 10,2 cm (0,6 pulgadas x 0,6 pulgadas x 4,0 pulgadas)), y luego se trataron con calor de conformidad con HT I o HT II (descritas anteriormente). Las propiedades de tracción se midieron a temperatura ambiente (24 °C (75 °F)), y a temperaturas elevadas (427 °C (800 °F) y 482 °C (900 °F)). Las propiedades de tracción a temperatura ambiente se midieron en la dirección longitudinal y de acuerdo con ASTM E8-15a. Las propiedades de tracción de temperatura elevada se midieron en la dirección longitudinal y de acuerdo con ASTM E21-09. Los resultados de las pruebas de tracción se proporcionan en las Tablas 4a y 4b, más abajo.

“ ”

T l 4 R l l r r i n: m r mi n rmi II “ HT II”

Como se muestra en las Tablas 4a-4b, la aleación 2 (HT I) alcanza un TYS y UTS superiores a temperatura elevada, con relación a la aleación 3 y la aleación 4. A temperaturas elevadas, la aleación 1 (HT I) alcanza una resistencia similar a la aleación 4 y una resistencia superior a la aleación 3. De manera similar, la aleación 2 (HT II) alcanza una resistencia superior a temperatura elevada con relación a las aleaciones 3, 4, 5 y 6. La aleación 1 (HT II) alcanza una resistencia menor que la aleación 4 a temperatura elevada, pero es superior a las aleaciones 3, 5 y 6. A temperaturas elevadas, las aleaciones inventivas alcanzan una ductilidad aceptable (por ejemplo, aproximadamente 10 % y más alta) para ambos métodos de tratamiento térmico.

Evaluación de arrastre

Las muestras de placas forjadas en caliente de las aleaciones 1-6 se laminaron en caliente hasta obtener un calibre final de 1,52 cm (0,6 pulgadas), y luego se cortaron en la dirección longitudinal en piezas de partida (1,52 cm x 1,52 cm x 10,2 cm (0,6 pulgadas x 0,6 pulgadas x 4,0 pulgadas)). Las piezas de partida se trataron entonces con calor de conformidad con uno de los dos métodos de tratamiento térmico (“HT I” y “HT II”) antes de la evaluación de la deformación por fluencia. La fluencia se evaluó de acuerdo con ASTM E139-11. La deformación por fluencia se evaluó en dos condiciones de temperatura elevada: (1) 427 °C (800 °F) a una tensión de 655 MPa (95 ksi) y (2) 510 °C (950 °F) a una tensión de 241 MPa (35 ksi). Los resultados de la evaluación de la deformación por fluencia se muestran en las Tablas 5a-5b, más abajo.

Tabla 5a: Re l l v l i n l fl n i r 427 ° °F n n i n MPa (95 ksi)

Tabla 5b: R l l v l i n l fl n i r 1 ° °F ^ n n i n 241 MPa (35 ksi)

Los resultados de la evaluación de la fluencia se ilustran además en las Figuras 2a-2d. Como se ilustra, las aleaciones inventivas 1 y 2, que se han tratado térmicamente con HT I o HT II, realizan una deformación por fluencia superior con relación a las aleaciones 4, 5 y 6, y alcanzan aproximadamente la misma deformación por fluencia con relación a la aleación 3.

Evaluación de fatiga de permanencia

Las muestras de placas forjadas en caliente de las aleaciones 1-6 se cortaron en la dirección longitudinal en piezas de partida (2,54 cm x 2,54 cm x 12,7 cm (1,0 pulgada x 1,0 pulgada x 5 pulgada)). Las piezas de partida se trataron después con calor de conformidad con HT II. Las mediciones de fatiga de permanencia a temperatura ambiente y de fatiga de ciclo bajo se realizaron a un esfuerzo máximo de fatiga equivalente al 95 % de la resistencia de rendimiento a temperatura ambiente de la aleación. Para las mediciones de la vida útil de la fatiga permanente (DFL), se usó un ciclo de forma de onda de 1s-1s-120s-1s (donde s = segundos). Para las mediciones de la vida útil de la fatiga de ciclo bajo (LCFL), se usó un ciclo de 1s-1s (donde s = segundos). Se realizaron mediciones de fatiga de permanencia y fatiga de ciclo bajo de acuerdo con ASTM E466-15. Los resultados de la vida útil de la fatiga permanente y las mediciones de la vida útil de la fatiga del ciclo bajo se proporcionan en la Tabla 6, a continuación. Las relaciones entre la vida de fatiga del ciclo bajo y la vida de fatiga permanente (“débito de la vida de fatiga de la vivienda”) también se dan en la Tabla 6, a continuación.

Tabla 6: Resultados de la evaluación de la fati a or ermanencia

Como se ilustra en las Figuras 3a-3c, la aleación inventiva 2 alcanza un límite de resistencia superior y una vida útil de la fatiga permanente sobre las otras aleaciones. La aleación 1 de la invención alcanza una vida útil similar a la fatiga de permanencia en comparación con las aleaciones 4 y 5 no inventivas. Las aleaciones inventivas 1 y 2 alcanzan una vida útil a la fatiga de ciclo bajo más baja que las aleaciones 5 y 6 no inventivas, una vida útil a la fatiga de ciclo bajo similar a la aleación 3 y una vida útil a la fatiga de ciclo bajo superior con relación a la aleación 4. La relación de la vida de la fatiga del ciclo bajo con respecto a la vida de la fatiga de permanencia (por ejemplo, el débito de la vida de la fatiga de permanencia) se ilustra en la Figura 3c.

Cuanto mayor sea el débito de la vida útil de la fatiga de permanencia, mayor será la probabilidad de que un producto de aleación de titanio falle debido a los mecanismos de fallo iniciados por la fatiga de permanencia. Con respecto a esto, las aleaciones inventivas 1 y 2 alcanzan un débito de vida por fatiga de permanencia más bajo que las aleaciones no inventivas 3, 5 y 6. El débito de la vida útil de la fatiga de permanencia más baja indica que las aleaciones inventivas 1 y 2 pueden alcanzar una menor probabilidad de fallo iniciado por la fatiga de permanencia. Además, las mediciones de la vida útil de la fatiga de permanencia y la vida útil de la fatiga de ciclo bajo se realizaron a un esfuerzo máximo de fatiga correspondiente al 95 % de la resistencia de rendimiento a temperatura ambiente de la aleación. Con respecto a esto, la aleación 2 alcanza una resistencia a la fatiga de permanencia superior (es decir, el 95 % de la resistencia al rendimiento a temperatura ambiente) en comparación con las otras aleaciones, y la aleación 1 alcanza una resistencia a la fatiga de permanencia más alta en comparación con las aleaciones no inventivas 3, 5 y 6.

Se prepararon muestras de las aleaciones 1, 3 y 4 que alcanzaron el fracaso durante la evaluación de la fatiga de permanencia para el análisis micrográfico de las superficies de fractura mediante grabado la muestra con ácido. Las micrografías de electrones de superficie de fractura se proporcionan en las Figuras 4a-4c. Las micrografías ópticas de la superficie de fractura se proporcionan en las Figuras 5a-5c.

Para la aleación 1, los sistemas de dislocación se analizaron mediante el uso de la micrografía electrónica dada en la Figura 6a. Con respecto a esto, se determinó que se activaron múltiples sistemas de dislocación no basal en la aleación 1 durante la evaluación de la fatiga de permanencia. Por ejemplo, se encontró que los deslizamientos por dislocación del plano piramidal y del prisma se activaban durante la evaluación de la fatiga de permanencia, como se ilustra en la Figura 6a. Con respecto a esto, la Figura 6b ilustra la estructura de celda unitaria hexagonal cerrada (fase alfa) y tres sistemas de deslizamiento por dislocación, (1) el plano basal, (2) el plano del prisma y (3) el plano piramidal. Como se ilustra, la aleación 1 produjo múltiples sistemas de deslizamiento por dislocación activados que pueden contribuir a mejorar las propiedades de fatiga.

Como se ilustra en las Tablas 4a-6 y las Figuras 2a-3c, las aleaciones inventivas alcanzan una buena combinación de propiedades con relación a las aleaciones que no son de la invención. Por ejemplo, la aleación 3 que no es de la invención y las aleaciones 1 y 2 de la invención alcanzan una deformación por fluencia similar, pero la aleación 3 que no es de la invención alcanza una baja resistencia y una baja vida de fatiga de permanencia. La aleación 4 y las aleaciones 1 y 2 que no son de la invención alcanzan propiedades similares de vida útil y resistencia a la fatiga de la vivienda, pero la aleación 4 alcanza una deformación por fluencia deficiente. La aleación no inventiva 5 y las aleaciones inventivas 1 y 2 alcanzan una vida de fatiga de permanencia similar, pero la aleación 5 alcanza una deformación por fluencia deficiente. Por último, la aleación no inventiva 6 y las aleaciones inventivas 1 y 2 alcanzan una deformación por fluencia similar, pero la aleación 6 alcanza una vida pobre por fatiga. Por lo tanto, las nuevas aleaciones inventivas (aleaciones 1 y 2) alcanzan una combinación superior de propiedades sobre las aleaciones no inventivas (aleaciones 3-6).

Ejemplo 2

El contenido de niobio de la aleación 1 del Ejemplo 1 se varió para producir tres nuevas aleaciones, las aleaciones 1-A a 1-C. Se evaluaron las propiedades de deformación por fluencia y tracción de las nuevas aleaciones 1-A a 1-C. Las composiciones objetivo de las nuevas aleaciones ilustrativas se dan en la Tabla 7, más abajo. Aparte de los elementos de aleación (Nb, Al, Sn, Zr y Mo), los elementos incidentales (Si), titanio (Ti) e impurezas formaron el resto de cada composición de aleación.

T l 7: m i i n iv l l i n l E m l 2

Las tres nuevas aleaciones se fundieron como lingotes (6 pulgadas de diámetro) y luego se forjaron en caliente hasta 2,54 cm por 17,8 cm (1,0 pulgadas por 7,0 pulgadas) por L (longitud) placas largas. Las muestras de placas forjadas en caliente se laminaron en caliente hasta un calibre final de 1,52 cm (0,6 pulgadas), y luego se cortaron en la dirección longitudinal en piezas de partida de tracción (1,52 cm x 1,52 cm x 10,2 cm (0,6 pulgadas x 0,6 pulgadas x 4,0 pulgadas))) para pruebas de tracción a temperatura elevada (482 °C (900 °F)). Las piezas de partida de tracción se trataron después con calor de conformidad con HT II, descrito anteriormente en el Ejemplo 1. Las propiedades de tracción de temperatura elevada (482 °C (900 °F)) se midieron dos veces para cada aleación en la dirección longitudinal y de acuerdo con ASTM E21-09. Los promedios de las mediciones se muestran en la Tabla 8, más abajo. Los resultados de las pruebas de tracción para la aleación 1 del Ejemplo 1 también se dan en la Tabla 8 para su comparación. Los resultados de las pruebas de tracción se ilustran además en la Figura 7a.

peratura elevada 482 °C 900 °F

)

Las muestras de placas forjadas en caliente de las tres aleaciones se laminaron en caliente para la evaluación de la fluencia. Las placas forjadas en caliente se laminaron en caliente hasta obtener un calibre final de 1,52 cm (0,6 pulgadas), y luego se cortaron en piezas de partida (1,52 cm x 1,52 cm x 10,2 cm (0,6 pulgadas x 0,6 pulgadas x 4,0 pulgadas)) para la evaluación de la deformación por fluencia. Las piezas de partida se trataron térmicamente de conformidad con el método de tratamiento térmico HT II, descrito anteriormente en el Ejemplo 1. La deformación por fluencia se evaluó a 510 °C (950 °F) a una tensión de 241 MPa (35 ksi), durante 100 horas de acuerdo con ASTM E139-11, cuyos resultados se dan en la Tabla 9, más abajo. Los resultados de deformación por fluencia para la aleación 1 del Ejemplo 1 también se dan en la Tabla 9 para su comparación. Los resultados de la deformación por fluencia se ilustran además en la Figura 7b.

Tabla 9: Evaluación de la fluencia a tem eratura elevada de las aleaciones 1-A a 1-C

Como se ilustra en la Figura 7b, la deformación por fluencia disminuye de aproximadamente 6 a aproximadamente 7,5 % en peso de niobio (Nb), y luego aumenta de 7,5 % en peso de niobio (Nb) a aproximadamente 8,5 % en peso de niobio (Nb). Como se ilustra en la Figura 7a, las propiedades de resistencia aumentan de aproximadamente 6 a aproximadamente 7,5 % en peso de niobio (Nb), y disminuyen de 7,5 % en peso de niobio (Nb) a aproximadamente 8,5 % en peso de niobio (Nb). Por lo tanto, una cantidad apropiada de niobio (por ejemplo, 6,5-8,5 % en peso) puede facilitar una buena combinación de propiedades, que incluyen al menos la resistencia y la resistencia a la fluencia.

Aunque se han descrito varias modalidades de la presente invención, se entiende que estas modalidades son solo ilustrativas, y no restrictivas, y que muchas modificaciones, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, pueden hacerse evidentes para los expertos en la técnica. Además, a menos que el contexto requiera claramente lo contrario, las diversas etapas del método descritas en la presente descripción pueden llevarse a cabo en cualquier orden deseado, y cualquier etapa aplicable puede añadirse y/o eliminarse.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de titanio que comprende:

4.75 - 6,75 % en peso de Al;

6.75 - 8,5 % en peso de (Nb Ta), en donde la aleación de titanio incluye al menos 6,75 % en peso de Nb; 1,5 - 3,5 % en peso de Sn;

hasta 5,0 % en peso de Zr; y

hasta 2,5 % en peso de Mo,

el resto es titanio, elementos incidentales opcionales e impurezas, en donde:

los elementos incidentales comprenden hasta 0,60 % en peso de Si, hasta 0,20 % en peso de O, y hasta 0,10 % en peso de C; y

las impurezas comprenden hasta 0,1 % en peso de Fe, hasta 0,1 % en peso de Ni, hasta 0,3 % en peso de Cu, y hasta 0,3 % en peso de Cr.

2. La aleación de titanio de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la aleación de titanio incluye al menos 5,1 % de Al.

3. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye al menos 0,5 % en peso de Zr, o al menos 2,5 % en peso de Zr.

4. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye al menos 0,1 % en peso de Mo, o al menos 0,3 % en peso de Mo, o al menos 1,75 % en peso de Mo.

5. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye al menos 2,0 % en peso de Sn, o al menos 2,5 % en peso de Sn.

6. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye no más de 8,25 % en peso de (Nb Ta).

7. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde (% en peso de Nb Ta) (% en peso de Mo) es al menos 7,25.

8. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde (% en peso de Sn) (% en peso de Zr) es al menos 4,0.

9. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye tantalio solo como una impureza.

10. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye de 1,0 a 5,0 % en peso de Zr.

11. La aleación de titanio de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio incluye al menos 0,1 % en peso de Si, y/o hasta 0,10 % en peso de O, y/o al menos 0,01 % en peso de C.

12. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio es un moldeado.

13. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la aleación de titanio tiene forma de un producto forjado, en donde el producto forjado es un producto laminado, un producto extrudido o un producto forjado.

14. La aleación de titanio de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de titanio es un componente automotriz o un componente aeroespacial.