RS57217B1

RS57217B1 - Proizvodnja alfa-beta legura titanijuma

Info

Publication number: RS57217B1
Application number: RS20180557A
Authority: RS
Inventors: David J Bryan
Original assignee: Ati Properties Llc
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2018-07-31
Also published as: HUE037563T2; EP2596143A1; TW201638360A; ES2670297T3; JP6386599B2; ZA201300191B; IL223713A; ES2670297T8; UA112295C2; JP2017128807A; PE20131104A1; CA2803355C; BR112013001367A2; US9255316B2; CN105951017A; TWI547565B; CA2803355A1; PL2596143T3; TWI602935B; PT2596143T

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Ovaj opis se odnosi na procese za dobijanje (α+β) legura titanijuma velike ĉvrstoće, i na razne artille koji se dobijaju pomoću opisanih procesa.

STANJE TEHNIKE

[0002] Titanijum i legure na bazi titanijuma se koriste u brojnim aplikacijama, zahvalujući realtivno velikoj ĉvrstoći, niskoj gustini i dobroj otpornosti prema koroziji tih materijala. Na primer, titanijum i legure na bazi titanijuma široko se koriste u aviokosmiĉkoj industriji, zahvaljući visokom odnosu ĉvrstoće prema težini i visokoj otpornosti prema koroziji tih materijala. Jedna od poznatih grupa titanijumovih legura, koja se široko koristi u brojnim aplikacijama, su alfa/beta (α+β) Ti-6AI-4V legure, koje u sastavu nominalno sadrže 6 procenata aluminjuma, 4 procenta vanadijuma, manje od 0.20 procenata kiseonika, a ostatak je titanijum.

[0003] Legure Ti-6AI-4V predstavljaju jedan od najĉešće proizvoĊenih materijala na bazi titanijuma, a procenjuje se da na marketu ĉini preko 50% od svih materijala na bazi titanijuma. Legure Ti-6AI-4V se upotrebljavaju u brojnim aplikacijama koje se koriste pogodnostima kombinacije njenih svojstava: velike ĉvrstoće na niskim do umerenim temperaturama, male težine i otpornosti prema koroziji. Na primer, legure Ti-6AI-4V se koriste u proizvodnji komponenata avionskih motora, strukturnih komponenta aviona, spojnica, komponenata automobilskih motora visokih performanski, komponenata medicinskih ureĊaja, sportske opreme, komponenata za nautiĉke aplikacije i komponenata opreme u hemijskoj industriji.

[0004] Legura Ti-6AI-4V obiĉno se u proizvodima koristi u strukturno prekaljenom stanju, ili u kaljenom stanju, ili u stanju posle tretiranja u rastvoru i starenja. Relativno manja ĉvrstoća proizvoda od legure Ti-6Al-4V može se dobiti ako su isti u strukturno prekaljenom stanju. Kako se ovde koristi, termin ”strukturno prekaljeno stanje” se odnosi na stanje titanijumove legure posle tretmana ”strukturnog prekaljivanja”, u kome se radni predmet prekaljuje na povišenoj temperaturi (npr., 649-816°C) u trajanju oko 1-8 sati, pa hladi u mirnom vazduhu. Toplotni treman strukturnog prekaljivanja se obavlja nakon obrade radnog predmeta na vruće, u oblasti α+β faze. Legure Ti-6AI-4V u strukturno prekaljneom stanju imaju minimalnu konaĉnu zateznu ĉvrstoću od 896 Mpa i minimalni konaĉni napon tećenja od 827 MPa, na sobnoj temperaturi. Videti, na primer, Aerospace Material Specifications (AMS) 4928 i 6931A.

[0005] Da bi se povećala ĉvrstoća legure Ti-6AI-4V, materijali se obiĉno podvrgavaju toplotnom tretmanu u rastvoru i starenju (u nastavku, skraćeno, TRS). Ovi TRS toplotni tretmani se obiĉno obavljaju posle obrade radnog predmeta na vruće, u oblasti α+β faze. TRS se odnosi na toplotni tretman radnog predmeta na povišenoj temperaturi, ispod β-tranzus temperature (npr., 940-968°C), tokom relativno kratkog vremena zadržavanja na temperaturi (npr., oko 1 h), a zatim brzog kaljenja radnog predmeta u vodi ili nekom ekvivalentnom medijumu. Ovako prekaljen radni predmet se stari na povišenoj temperaturi (npr., 482-649°C), tokom oko 4-8 h, pa se ohladi u mirnom vazduhu. Legure Ti-6AI-4V u TRS stanju imaju minimalnu nazivnu konaĉnu zateznu ĉvrstoću od 1034-1138 Mpa, i minimalni nazivni konaĉni napon teĉenja od 965-1069 MPa, na sobnoj temperaturi, zavisno od dimenzije preĉnika ili debljine artikla, tretiranog sa TRS. Videti, na primer, AMS 4965 i AMS 6930A.

[0006] MeĊutim, postoje brojna ograniĉenja u korišćenju TRS toplotnog tretmana za postizanje visoke ĉvrstoće legura Ti-6AI-4V. Na primer, svojstvene fiziĉke osobine materijala i zahtev za brzim kaljenjem, tokom procedure TRS, ograniĉavaju veliĉinu i dimenzije artikla u kome se može postići visoka ĉvrstoća, a mogu pokazivati relativno visoka termalna naprezanja, unutrašnja naprezanja, krivljenje i odstupanje od dimenzija. Ovaj opis je usmeren na postupke za procesuiranje nekih α+β legura titanijuma, koji treba da obezbede mehaniĉka svojstva uporedna sa vrhunskim mehaniĉkim svojstvima legure Ti-6AI-4V u nekom TRS stanju, ali koja ne podležu ograniĉenjima tretmana TRS.

SUŠTINA PRONALASKA

[0007] Ovaj pronalazak se odnosi na postupak formiranja nekog artikla od α+β legure titanijuma, u skladu sa Zahtevom 1, iz prikljuĉenih patentnih zahteva.

[0008] Realizacije koje se ovde opisuju odnose se na postupke formiranja nekog artikla od α+β legure titanijuma. Ovi postupci se sastoje od obrade α+β titanijumove legure na hladno, na temperaturi unutar opsega koji se kreće od temperatre okoline, pa do 260°C, a posle ovog koraka obrade na hladno od starenja, te α+β titanijumove legure, na temperaturi u opsegu od 371 do 649°C. Ova α+β titanijumova legura sadrži, u masenim procentima, od 3.50% do 5.00% aluminjuma, od 2.00% do 3.00% vanadijuma, od 1.00% do 2.00% gvožĊa, od 0.20% do 0.30% kiseonika, sporedne neĉistoće i titanjium.

[0009] Podrazumeva se da se ovaj pronalazak, kako je ovde opisan, ne ograniĉava realizacijama koje su opisane u ovom Izlaganju.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

[0010] Karakteristike raznih neograniĉavajućih realizacija, koje su ovde opisane, bolje će se razumeti pozivanjem na priložene slike, gde su:

Slika 1 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i proseĉnog napona teĉenja, zavisno od obrade na hladno, koji je kvantitativno prikazan kao procenat smanjenja površine (u daljem tekstu, skraćeno % SP) za epruvete od α+β titanijumove legure izvlaĉene na hladno, pod prikazanim uslovom;

Slika 2 predstavlja grafik proseĉne duktilnosti, kvatitativno iskazan kao procenat izduženja pri tazezanju, za epruvete od α+β titanijumove legure izvlaĉene na hladno, pod prikazanim uslovom;

Slika 3 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od procenta izduženja, za epruvete α+β titanijumove legure, obraĊene na hladno i direktno starene u skladu sa realizacijama ovde opisanog pronalaska;

Slika 4 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od procenta izduženja, za epruvete α+β titanijumove legure, obraĊene na hladno i direktno starene u skladu sa realizacijama ovde opisanog pronalaska;

Slika 5 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od temperature starenja, za epruvete α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 20% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 h ili 8 h starenja, na temperaturi;

Slika 6 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od temperature starenja, za epruvete α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 30% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 ili 8 h starenja, na temperaturi;

Slika 7 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od temperature starenja, za epruvete α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 40% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 ili 8 h starenja, na temperaturi;

Slika 8 predstavlja grafik proseĉnog izduženja u zavisnosti od temperature, za epruvete od α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 20% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 ili 8 h starenja, na temperaturi;

Slika 9 predstavlja grafik proseĉnof izduženja u zavisnosti od temperature, za epruvete od α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 30% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 ili 8 h starenja, na temperaturi; Slika 10 predstavlja grafik proseĉnog izduženja u zavisnosti od temperature, za epruvete od α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 40% smanjenjem popreĉnog preseka površine i 1 ili 8 h starenja, na temperaturi;

Slika 11 predstavlja grafik proseĉne konaĉne zatezne ĉvrstoće i napona teĉenja, zavisno od vremena starenja, epruveta od α+β titanijumove legure obraĊene na hladno, sa 20% smanjenjem popreĉnog preseka površine i starenjem na 454°C ili 593°C; i

Slika 12 predstavlja grafik proseĉnog izduženja zavisno od vremena starenja za epruvete od α+β titanijumove legure, obraĊene na hladno, sa 20% smanjenejm površine i starenjem na 454°C ili 593°C.

[0011] Ĉitalac će shvatiti prethodne detalje, kao i ostalo, posle razmatranja detaljnog opisa razliĉitih neograniĉavajućih realizacija u skladu sa ovim pronalaskom, koje slede. Posle implementacije ili korišćenja ovde opisanih realizacija, ĉitalac će moći takoĊe da shvati i ostale detalje.

DETALJNI OPIS PRONALASKA I NEOGRANIĈAVAJUĆIH REALIZACIJA

[0012] Podrazumeva se takoĊe da su opisi ovde datih realizacija pojednostavljeni da bi se ilustruovala samo ona svojstva i karakterisktike koji su relevantni za jasno razumevanje, u pogledu jasnoće ostalih svojstava i karakteristika. Osobe koje su uobiĉajeno verzirane u stanju tehnike, posle upoznavanja sa ovim opisom i opisanim relizacijama, shvatiće da mogu biti poželjne i neke druge karakteristike, naroĉito u pogledu implementacije ili aplikacije opisanih realizacija. MeĊutim, zahvaljujući tome, neka osoba, koja je uobiĉajeno verzirana u stanju tehnike, može ta druga svojstva i karakteristike jednostavno ustanoviti i implementirati, posle razmatranja ovog opisa i opisanih realizacija, pa stoga za potpuno razumevanje opisanih realizacija nije neophodno, davati opise svih svojstava, karakteristika i sliĉno, pa se stoga isti ovde ne daju. Prema tome, podrazumeva se da je opis koji je ovde dat, samo egzemplaran i ilustrativan za opisane realizacije i da nije namenjen ograniĉavanju obima ovog pronalaska, definisanog u patentnim zahtevima.

[0013] U ovom opisu, ukoliko drugaĉije nije naglašeno, treba razumeti da su u svim primerima svi brojĉani parametri prethodno obraĊeni i modifikovani, korišćenjem termina "oko", pri ĉemu ovi brojĉani parametri poseduju normalne karakteristike varijabilnosti, uslovljene tehnikama merenja, koje su upotrebljene pri dobijanju brojĉanih vrednosti parametra. Pored toga, ali bez pokušaja ograniĉavanja primene doktrine ekvivalenata na obim patentih zahteva, svaki brojĉani parametar, koji je dat u ovom opisu, treba da se posmatra u svetlu datog broja znaĉajnih cifara i korišćenja uobiĉajenih tehnika zaokržavanja.

[0014] TakoĊe, svaki ovde navedeni brojĉani opseg, namera je da obuhvata i sve pod-opsege sadržane unutar citiranog opsega. Na primer, opseg "1 do 10" namera je da obuhvata i sve pod-opsege izmeĊu navedene minimalne vrednosti 1 i navedene maksimalne vrednosti 10 (i ukljuĉujući ih), to jest, opseg koji ima minimalnu vrednost jednaku ili veću od 1, i maksimalnu vrednost jednaku ili manju od 10. Bilo koje brojĉano ograniĉenje navedeno ovde, namera je da obuhvata sva uža brojĉana ograniĉenja koja su ovde navedena, i namera je da ukljuĉuje i bilo koje minimalno brojĉano ograniĉenje unutar ovde navedenog, kao i da obuhvati sva šira brojĉana ograniĉenja ukoliko su ovde prisutna. U skladu sa tim, podnosilac ove prijave zadržava pravo da time dopuni ovaj opis, ukljuĉujući i patentne zahteve, ĉime se izriĉito podrazumeva i bilo koji pod-opseg, obuhvaćen ovde izriĉito citiranim opsezima.

[0015] Kada se u tekstu navodi "jedan", ili se podrazumeva ”jedan”, namera je da se to odnosi na "najmanje jedan" ili na "jedan ili više", ukoliko se ne naglasi drugaĉije. Dakle, podrazumeva se radije jedan ili više, nego jedan (tj., "najmanje jedan"). Primera radi, "neka komponenta" oznaĉava jednu ili više komponenti, pa je stoga moguće da se podrazumeva da je moguće koristiti više od jedne komponente u implementaciji opisanih realizacija.

[0016] Ovaj opis obuhvata razne realizacije. Podrazumeva se da su ovde opisane realizacije egzemplarne, ilustrativne, a da ne ograniĉavaju. Prema tome, ovaj opis se ne ograniĉava opisom raznih egzemplarnih, ilustartivnih i neograniĉavajućih realizacija. Umesto toga, ovaj pronalazak definišu patentni zahtevi, koji mogu biti dodati da bi se navele sve osobine ili karakteristike koje su izriĉito ili neodvojivo opisane, ili na neki drugi naĉin izriĉito ili neodvojivo sadržane u ovom opisu. Pored toga, podnosilac ove prijave zadržava pravo da u zahtevima jasno izuzme svojstva ili karakteristike koje su, ili bi mogle biti, prisutne u prethodnom stanju tehnike. Razne realizacije koje su ovde navedene i opisane, mogu sadržati, predstavljati, ili u suštini predstaljati svojstva i karakteristike, koje su ovde razliĉito opisane.

[0017] Razne realizacije koje su ovde opisane odnose se na termomehaniĉke procese pri formiranju nekog artikla od α+β titanijumove legure, koji ima razliĉit hemijski sastav od legure Ti-6AI-4V. U raznim realizacijama, ova α+β titanijumova legura sadrži, u masenim procentima, od 3.50 do 5.00 aluminjuma, od 2.00 do 3.00 vanadijuma, od 1.00 do 2.00 gvožĊa, od 0.20 do 0.30 kiseonika, sporedne neĉistoće i titanjium. Ove α+β titanijumove legure (koje se ovde navode i kao "Kosaka legure") opisane su u dokumentu U.S. Pat. No.5,980,655, koji je priznat Kosaka-i. Nominalni komercijalni sastav Kosaka legura obuhvata, u masenim procentima: 4.00 aluminjuma, 2.50 vanadijuma, 1.50 gvožĊa, 0.25 kiseonika, sporedne neĉistoće i titanjium, i mogu se navoditi kao legura Ti-4AI-2.5V-1.5Fe-0.25O.

[0018] U dokumentu U.S. Pat. No. 5,980,655 ("u nastavku, ’655 patent") opisana je upotreba α+β termomehaniĉke obrade pri formiranju ploĉe od ingota Kosaka legure. Kosaka legure su razvijene kao jeftinija alternativa legure Ti-6AI-4V, u aplikacijama ploĉa za balistiĉko naoružanje. Ova α+β termomehaniĉka obrada, koja je opisana u ’655 patentu’ obuhvata:

(a) formiranje ingota koji ima sastav Kosaka legure;

(b) β kovanje ovog ingota, na temperaturi iznad temperature β-tranzusa ove legure (na primer, na temperaturi iznad 1038°C), da bi se formirala intermedijarna tabla;

(c) α+β kovanje ove intermedijanre table, na temperaturi ispod temperature βtranzusa ove legure, ali u oblasti α+β faze, na primer, na temperaturi od 815-968°C;

(d) α+β valjanje ove table, do konaĉne debljine, na temperaturi ispod temperature β-tranzusa ove legure, ali u oblasti α+β faze, na primer, na temperaturi od 815-968°C; i

(e) prekaljivanje, na temperaturi od 704-815°C.

[0019] Ploĉe, koje su formirane procesima koji su opisani u ’655 patentu, pokazuju balistiĉka svojstva koja su uporedna ili bolja od ploĉa Ti-6AI-4V. MeĊutim, ploĉe koje su formirane u skladu sa procesima iz ’655 patenta, pokazuju zatezne ĉvrstoće manje od zateznih ĉvrstoća koje se postižu sa legurama Ti-6AI-4V, posle TRS obrade.

[0020] Legure Ti-6AI-4V u stanju TRS, mogu da pokažu konaĉnu zateznu ĉvrstoću u intervalu od oko 1103-1220 Mpa, i napon teĉenja od oko 1034-1131 MPa, na sobnoj temperaturi. MeĊutim, zbog nekih fiziĉkih svojstava Ti-6AI-4V, npr. njihove relativno niske toplotne provodljivosti, konaĉna zatezna ĉvrstoća i napon teĉenja, koji se mogu postići sa legurom Ti-6AI-4V, kroz TRS obradu, zavisi od veliĉine artikla od legure Ti-6AI-4V, koji se podvrgava TRS obradi. U tom pogledu, relativno niska toplotna provodljivost legure Ti-6AI-4V ograniĉava preĉnik/debljinu tih artikala, koji bi se mogli potpuno otvrdnuti/oĉvrsnuti korišćenjem TRS obrade, zato što unutrašnji delovi artikala velikog preĉnika ili delovi unutar mase ovih artiklala od legure, se tokom kaljenja ne hlade dovoljnom brzinom i ne formiraju alfa-prim fazu (α’-faza). Na taj naĉin, TRS obrada artikala od legura Ti-6Al-4V velikog preĉnika ili debljine, daje artikle koji imaju ovim tretmanom ojaĉanu košuljicu, ali koja okružuje relativno slabije jezgro, bez istog stepena oĉvršćavanja strukture, što može signifikantno da smanji ukupnu ĉvrstoću tog artikla. Na primer, ĉvrstoća artikala od legure Ti-6AI-4V poĉinje da opada kod artikala ĉija je manja dimenzija (npr., preĉnik ili debljina) veća od oko 1.27 cm, tako da TRS obrada ne pruža bilo kakvo poboljšanje kod artikala od legure Ti-6AI-4V, ĉija je manja dimenzija veća od oko 7.62 cm.

[0021] Zavisnost zatezne ĉvrstoće od veliĉine, za leguru Ti-6AI-4V u TRS stanju, oĉigledna je kroz smanjenje minimalne ĉvrstoće sa porastom veliĉine artikala u specifikacijama materijala, kao što je AMS 6930A, u kome minimumi najveće ĉvrstoće za legure Ti-6Al-4V u TRS stanju, odgovaraju artiklima koji imaju preĉnik ili debljinu manju od 1.27 cm. Na primer, AMS 6930A, navodi kao minimalnu vrednost maksilmalne zatezne ĉvrstoće 1138 Mpa, i mnimalni napon teĉenja od 1069 Mpa, za artikle od legure Ti-6AI-4V u TRS stanju, koji imaju preĉnik ili debljinu manju od 1.27 cm.

[0022] Pored toga, TRS obrada može u koraku kaljenja da izazove relativno velika termalna i unurašnja naprezanja i krivljenje artikala od titanijumove legure. Uprkos ovim ograniĉenjima, TRS obrada predstavlja standardan postupak za postizanje visoke ĉvrstoće legure Ti-6AI-4V, zato što se legura Ti-6AI-4V obiĉno ne može deformisati na hladno, pa se stoga ne može efikasno obraĊivati na hladno radi povećanja ĉvrstoće. Bez namere vezivanja za neku teoriju, nedostatak mogućnosti deformacije/obrade na hladno, smatra se da se može pripisati strukturnom fenomenu trakastog klizanja u leguri Ti-6AI-4V.

[0023] Alfa faza (α-faza) legure Ti-6AI-4V taloži koherentno Ti3Al (alfa-dva) ĉestice. Ovi koherentni alfa-dva (α2) talozi povećavaju ĉvrstoću legura, ali zato što se ovi koherentni talozi prilikom plastiĉne deformacije smiĉu pomoću pokretnih dislokacija, ovi talozi za rezultat, imaju unutar mikrostrukture legura, nastajanje izraženih, planarnih kliznih traka. Pored toga, pokazano je da kristali legure Ti-6AI-4V formiraju lokalizovane domene kratkog opsega, sreĊenih atoma aluminjuma i kiseonika, tj., lokalizovane devijacije u odnosu na homogenu raspodelu atoma aluminjuma i kiseonika unutar kristalne strukture. Pokazano je da ovi lokalizovani domeni smanjene entropije promovišu stvaranje izrazitih, planarnih kliznih traka unutar mikrostrukture Ti-6Al-4V legura. Prisustvo ovih mikrostrukturnih i termodinamiĉkih karakteristika unutar legure Ti-6AI-4V, može da prouzrokuje zapetljanost kliznih dislokacja, ili da na drugi naĉin sprerĉava klizanje dislokacija tokom deformacije. Kada se ovo dešava, klizanje je lokalizovano unutar jasnih planarnih regiona u leguri, a koji se nazivaju klizne trake. Klizne trake izazivaju gubitak duktilnosti, nukleaciju naprslina i napredovanje naprslina, što vodi oštećenju strukture legura Ti-6Al-4V tokom obrade na hladno.

[0024] Prema tome, legure Ti-6AI-4V se obiĉno obraĊuju (npr., kovanjem, valjanjem, izvlaćenjem i sliĉno) na povišenim temperaturama, obiĉno iznad α2 solvus temperature. Legure Ti-6AI-4V se ne mogu efikasno obraĊivati na hladno, da bi im se povećala ĉvrstoća, zbog velikog udela pojave naprslina (tj., grešaka prilikom obrade) za vreme deformacije na hladno. MeĊutim, neoĉekivano je pronaĊeno da Kosaka legure poseduju znaĉajan stepen dformabilnosti/obradivosti na hladno, što je opisano u dokumentu U.S. Patent Application Publication No.2004/0221929.

1

[0025] UtvrĊeno je da Kosaka legure ne pokazuju trakasto klizanje za vreme obrade na hladno, pa stoga pokazuju signifikantno manje naprslina tokom obrade na hladno, nego legura Ti-6AI-4V. Bez namere vezivanja za neku teoriju, smatra se da nedostatak trakastog klizanja u Kosaka legurama može da se pripiše smanjenju sreĊivanja aluminjuma i kiseonika kratkog dometa. Pored toga, niža je stabilnost α2-faze u Kosaka legurama, u poreĊenju sa Ti-6AI-4V, na primer, kao što je pokazano na modelima ravnoteže za solvus temperaturu α2-faze (707°C za Ti-6AI-4V (max.

0.15 mas% kiseonika) i 572°C za Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O, odreĊene korišćenjem softvera Pandat, CompuTherm LLC, Madison, Wisconsin, USA). Kao rezultat toga, Kosaka legure se mogu obraĊivati na hladno sa postizanjem visoke ĉvrstoće, uz zadržavanje prihvatljivog nivoa duktilnosti. Pored toga, pronaĊeno je da Kosaka legure mogu da se obraĊuju na hladno i da se stare, uz postizanje poboljšane ĉvrstoće i poboljšane duktilnosti, u odnosu na one uzorke koji su obraĊivani samo na hladno. Kao takve, Kosaka legure mogu da dostignu ĉvrstoću i duktilnost koja je uporediva ili superiornija od legure Ti-6AI-4V u TRS stanju, ali bez potrebe za ograniĉenjima koja donosi TRS obrada.

[0026] Obiĉno se "obrada na hladno" odnosi na obradu neke legure na temperaturi ispod one na kojoj se naprezanje materijala pri teĉenju signifikantno smanjuje. Kako se ovde koristi, u vezi sa opisanim procesom, termini "obrada na hladno", "obraĊen na hladno", "formiranje na hlado", i sliĉni, ili samo "na hladno", koji se koriste u vezi sa odreĊenom tehnikom obrade ili formiranja, odnose se na obradu ili karakteristike u sluĉaju, kada temperatura obrade nije veća od oko 260°C. Tako, na primer, operacija izvlaĉenja, obavljena na uzorku Kosaka legure, na temperaturi u opsegu izmeĊu temperature okoline i 260°C, ovde se smatra obradom na hladno. TakoĊe, termini "obraĊivanje", "formiranje" i "deformisanje" se obiĉno ovde korisne naizmeniĉno, kao i termini "obradivost", "formabilnost", "deformabilnost", i sliĉno. Podrazumeva se da znaĉenje koje se odnosi na termine "obrada na hladno", "obraĊen na hladno", "formiranje na hladno" i sliĉno, u vezi sa ovom prijavom, nemaju nameru da ograniĉe i ne ograiĉavaju znaĉenje ovih termina u nekom drugom kontekstu, ili u vezi sa drugim pronalascima.

[0027] U raznim realizacijama, ovde opisani procesi sadrže obradu na hladno α+β titanijumovih legura, na nekoj temperaturi unutar opsega od temperatre okoline, pa do 260°C. Posle operacije obrade na hladno α+β titanijumova legura se stari na temperaturi u opsegu od 371 do 649°C.

[0028] Kada se ovd opisuje da se neka mehaniĉka operacija, kao što je, na primer, jedan prolaz u postupku izvlaĉenja na hladno, sprovodi, obavlja ili sliĉno, podrazumeva se da se ta mehaniĉka operacija obavlja na nekom radnom predmetu, koji je na naznaĉenoj temperaturi, ili unutar nekog naznaĉenog intervala temperature, pre poĉinjanja te mehaniĉke operacije. Tokom neke mehaniĉke operacije, temperatura radnog komada može da se menja u odnosu na polaznu temperaturu radnog komada na poĉetku te mehaniĉke operacije. Na primer, temperatura radnog komada može da raste usled adijabatskog zagrevanja, ili da se snižava usled konduktivnog, konvektivnog i/ili radijacionog hlaĊenja, tokom radne operacije. Veliĉina i smer variranja temperature, u odnosu na polaznu temperaturu sa poĉetka mehaniĉke operacije, može zavisiti od razliĉitih parametara, kao što su, na primer, stepen obavljanja obrade na radnom komadu, brzina promene boje pri kojoj se obrada obavlja, poĉetna temperatura radnog komada na poĉetku mehaniĉke operacije, i temperatura sredine koja operaciju okružuje.

[0029] Kada se opisuje toplotna operacija, kao što je starenje pri toplotnom tretmanu, koja se obavlja na naznaĉenoj temperaturi, tokom naznaĉenog perioda vremena, Ili unutar naznaĉenog opsega temperature i opsega vremena, ta operacija se obavlja tokom naznaĉenog vremena, uz održavanje radnog komada na toj temperaturi. Ovde opisani periodi vremena termalnih operacija, kao što je starenje toplotnim tretmanom, ne obuhvataju vreme zagrevanja i hlaĊenja, koje može da zavisi, na primer, od veliĉine i oblika tog radnog komada.

[0030] U raznim realizacijama, α+β titanijumova legura se obraĊuje na hladno, na temperaturi unutar opsega od temperature okoline, pa do 260°C, ili bilo kog užeg opsega, kao što je na primer, od temperature okoline do 232°C, od temperature okoline, pa do 204°C, od temeprature okoline, pa do 177°C, od temperature okoline, pa do 149°C, od temperature okoline, pa do 121°C, od temperature okoline, pa do 93°C, ili od temperature okoline, pa do 65°C. U raznim realizacijama, α+β titanijumova legura se obraĊuje na hladno, na temperaturi okoline.

[0031] U raznim realizacijama, obrada na hladno neke α+β titanijumove legure se može obaviti korišćenjem raznih tehnika formiranja, ukljuĉujući, ali ne i ograniĉavajući se na, izvlaĉenje, duboko izvlaĉenje, valjanje, formiranje valjanjem, kovanje, ekstrudiranje, obrtno proticanje, smicanje pri obrtanju, hidro-formiranje, hrapavljenje, radukcija preĉnika, udarno ekstrudiranje, eksplozivno formiranje, elastiĉno formiranje, povratna ekstruzija, probijanje, spinovanje, formiranje istezanjem, savijanje pod pritiskom, elektromegnatsko formiranje, glaĉanje površine, iskivanje i kombinacije bilo koje od ovih. U vezi sa ovde opisanim procesima, sve ove tehnike oblikovanja obuhvataju obradu na hladno neke od α+β titanijumovih legura, pod uslovom da se obavljaju na temperaturama koje nisu iznad 260°C.

[0032] U raznim realizaciajama, α+β titanijumova legura se obraĊuje na hladno sve do 20% do 60% smanjenja popreĉnog preseka površine. Na primer, radni komad α+β titanijumove legure, kao što je neki ingot, neki komad, neka šipka, neki štap, neka cev, neka tabla, ili neka ploĉa, mogu da se plastiĉno deformišu, na primer, izvlaĉenjem na hladno, valjanjem na hladno, ekstruzijm na hladno, ili operacijom kovanja na hladno, tako da se površina popreĉnog preseka radnog tela smanjuje za neki procenat unutar opsega od 20% do 60%. Za cilindriĉne radne komade, kao što su na primer, okrugli ingoti, komadi, šipke, štapovi i cevi, smanjenje površine se meri prema popreĉnom preseku kružnog ili anularnog radnog komada, koji je obiĉno vertikalan u odnsou na pravac kretanja radnog komada kroz valjke ureĊaja za valjanje, ili sliĉno.

[0033] U raznim realizacijama, α+β titanijumova legura se obraĊuje na hladno sve do 20% do 60% smanjenja popreĉnog preseka površine, ili nekog užeg opsega, kao što je na primer, 30% do 60%, 40% do 60%, 50% do 60%, 20% do 50%, 20% do 40%, 20% do 30%, 30% do 50%, 30% do 40% ili od 40% do 50%. Neka α+β titanijumova legura se može obraditi na hladno do smanjenja popreĉnog preseka površine od 20% do 60%, bez primetnih naprslina na ivicama ili drugih naprslina na površini. Ova hladna obrada se može obaviti bez ikakvog intermedijarnog otpuštanja naprezanja. Na ovaj naĉin se mogu postići, u raznim realizacijama ovde opisanog procesa, smanjenja popreĉnog preseka površine sve do 60%, bez ikakvog intermedijarnog otpuštanja naprezanja, izmeĊu uzastopnih operacija obrade na hladno, kao što su na primer, dva ili više prolaza kroz aparat za izvlaĉenje na hladno.

1

[0034] U raznim realizacijama, operacija obrade na hladno može sadržati najmanje dva deformaciona ciklusa, pri ĉemu svaki deformacioni ciklus sadrži obradu na hladno neke α+β titanijumove legure, sa smanjenjenm popreĉnog preseka površine od najmanje 10%. U raznim realizacijama, opreacija obrade na hladno može sadržati najmanje dva deformaciona ciklusa, pri ĉemu svaki eformacioni ciklus sadrži obradu na hladno neke α+β titanijumove legure sa smanjenjem popreĉnog preseka površine od najmanje 20%. Sa ova, najmanje dva deformaciona ciklusa, mogu se postići smanjenja popreĉnog preseka površine sve do 60%, bez ikakvog intermedijarnog otpuštanja naprezanja.

[0035] Na primer, u nekoj operaciji obrade na hladno, šipka se može obraditi na hladno pri prvom propuštanju na temperaturi okoline, sa više od 20% smanjenja popreĉnog preseka površine. Šipka sa više od 20% obrade na hladno može se zatim izvlaĉiti na hladno u drugom propuštanju, na temperaturi okoline, sve do drugog smanjenja zapremine, većeg od 20%. Ova dva propuštanja pri izvlaĉenju na hladno mogu se obaviti bez ikakvog intermedijarnog otpuštanja naprezanja izmeĊu ova dva propuštanja. Na ovaj naĉin se neka α+β titanijumova legura može obraĊivati na hladno, korišćenjem najmanje dva deformaciona ciklusa, za postizanje ukupno većih smanjenja popreĉnog preseka površine. U datoj implementaciji operacije obrade na hladno, neohodne sile za deformaciju na hladno neke α+β titanijumove legure će zavisiti od parametara, koji obuhvataju na primer, veliĉinu i oblik radnog komada, napon teĉenja materijala legure, iznos deformacije (npr., smanjenje popreĉnog preseka površine) i posebno od radne tehnike.

[0036] U raznim realizacijama, posle operacije obrade na hladno, hladno obraĊena α+β titanijumova legura se stari na temperaturi unutar opsega od 371° do 649°C, ili nekog užeg opsega, kao što je na primer, 427° do 621°C, 454° do 621°C, 427° do 593°C, ili 454° do 593°C. Tretman toplotnog starenja se može obaviti na temperaturi i u vremenu dovoljnom da se obezbedi željena kombinacija mehaniĉkih svojstava, kao što je na primer, naznaĉena krajnja zatezna ĉvrstoća, naznaĉeni napon teĉenja i/ili naznaĉeno izduženje. U raznim realizacijama, toplotni tretman starenja na temperaturi se može obaviti, na primer, sa trajanjem do 50 h. U raznim realizacijama, tolpotni tretman starenja na temperaturi, se može obaviti za 0.5 do 10 h, ili unutar nekog užeg intervala, kao što je na primer 1 do 8 h. Toplotni tretman starenja se može obaviti u peći sa kontrolisanom temperaturom, kao što je na primer, otvorena gasna peć.

[0037] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da sadrži i radnu operaciju na vruće, koja se obavlja pre radne operacije na hladno. Radna operacija na vruće se može obavljati u oblasti α+β faze. Na primer, radna operacija na vruće se može obavljati na nekoj temperaturi unutar opsega koji je od 167° do 15°C ispod β-tranzus temperature α+β titanijumove legure. Obiĉno, Kosaka legure imaju β-tranzus temperaturu izmeĊu oko 963° i 982°C. U raznim realizacijama, α+β titanijumova legura se može obraĊivati na vruće unutar opsega temperatura od 815°C do 968°C, ili unutar nekog užeg intervala, kao što je na primer, 871°C do 968°C, 871°C do 954°C ili 871°C do 927°C.

[0038] U realizacijama koje sadrže radnu operaciju na vruće, pre radne operacije na hladno, ovde opisani proces može opciono da sadrži toplotni tretman prekaljivanja ili otpuštanja naprezanja, izmeĊu radne operacije na vruće i radne operacije na hladno. Na vruće obraĊena α+β titanijumova legura može se prekaljivati na nekoj temperaturi unutar opsega od 649°C do 815°C, ili u nekom užem opsegu, kao što je, na primer, 649°C do 760°C ili 677°C do 704°C.

[0039] U raznim realizacijama, ovde opisani procesi mogu da sadrže i neku opcionu radnu operaciju na vruće koja se obavlja u oblasti β-faze, pre radne operacije na vruće, koja se obavlja u oblasti α+β faze. Na primer, ingot titanijumove legure se može obraditi na vruće unutar oblasti β-faze, da bi se formirao intermedijarni proizvod. Ovaj intermedijarni proizvod se može obraĊivati na vruće u oblasti α+β faze, da bi se razvila mikrostruktura α+β faze. Posle obrade na vruće, ovaj intermedijarni proizvod se može prekaljivati da se oslobodi naprezanja, a zatim obraĊivati na hladno, na nekoj temperaturi unutar opsega izmeĊu temperature okoline i 260°C. Ovaj, hladno obraĊeni proizvod, se zatim može stariti na nekoj temperaturi unutar opsega od 371°C do 649°C. Opciona obrada na vruće (3-fazna oblast) se obavlja na nekoj temperaturi iznad temperature β-tranzusa te legure, na primer, na nekoj temperaturi unutar opsega od 982°C do 1260°C, ili bilo kog užeg opsega, kao što je, na primer, od 1038°C do 1260°C ili 1038°C do 1149°C.

1

[0040] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše formiranje proizvoda neke α+β titanijumove legure koji ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću unutar opsega od 1069 MPa do 1379 MPa, i izduženje unutar opsega od 8% do 20%, na temperaturi okoline. TakoĊe, u raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću unutar opsega od 1103 MPa do 1241 Mpa, i izduženje unutar opsega od 8% do 20%, na temperaturi okoline. Pored toga, u raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću unutar opsega od 1138 MPa do 1241 MPa i izduženje unutar opsega od 8% do 17%, na temperaturi okoline.

[0041] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima napon teĉenja unutar opsega od 965 MPa do 1138 MPa i izduženje unutar opsega od 8% do 20%, na temperaturi okoline. Pored toga, u raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima napon teĉenja unutar opsega od 1069 MPa do 1138 MPa i izduženje unutar opsega od 8% do 15%, na temperaturi okoline.

[0042] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću, unutar bilo kog užeg opsega izmeĊu od 1069 MPa do 1379 MPa, napon teĉenja unutar bilo kog užeg opsega izmeĊu od 965 MPa do 1138 MPa, i izduženje unutar bilo kog užeg opsega izmeĊu 8% i 20%, na temperaturi okoline.

[0043] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću iznad 1069 MPa, napon teĉenja iznad 965 MPa, i izduženje veće od 8%, na temperaturi okoline. Neki proizvod od α+β titanijumove legure, formiran u skladu sa raznim realizacijama, može imati konaĉnu zateznu ĉvrstoću iznad 1145 MPa, iznad 1207 MPa, iznad 1276 MPa ili iznad 1345 MPa, na temperaturi okoline. Neki proizvod od α+β titanijumove legure, formiran u skladu sa raznim realizacijama može imati napon teĉenja iznad 1000 MPa, iznad 1069 MPa ili iznad 1103 MPa, na temperaturi okoline. Neki proizvod α+β titanijumove legure, formiran u skladu sa raznim realizacijama, može

1

imati izduženje veće od 8%, veće od 10%, veće od 12%, veće od 14%, veće od 16%, ili veće od 18%, na temperaturi okoline.

[0044] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da karakteriše stvaranje neke α+β titanijumove legure koja ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću, napon teĉenja i izduženje, na temperaturi okoline, koji su bar toliko veliki, kao konaĉna zatezna ĉvrstoća, napon teĉenja i izduženje, na temperaturi okoline, kao i u svemu identiĉan proizvod od neke legure Ti-6AI-4V, tretirane i starene pod uslovom rastvora (TRS).

[0045] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da se upotrebi za termomehaniĉki tretman α+β titanijumove legure, koja se sastoji od, ili se u suštini sastoji od, iskazano u masenim procentima, 3.50% do 5.00% aluminjuma, od 2.00% do 3.00% vanadijuma, od 1.00% do 2.00% gvožĊa, od 0.20% do 0.30% kiseonika, sluĉajno prisutnih elemenata i titanjiuma.

[0046] Koncentracija aluminijuma u α+β titanijumovim legurama, termomehaniĉki obraĊenim u skladu sa ovde opisanim procesom, kreće se od 3.50 do 5.00 masenih procenata, ili unutar bilo kog užeg opsega, kao što je, na primer, 3.50% do 4.50%, 3.70% do 4.30%, 3.75% do 4.25% ili 3.90% do 4.50%. Koncentracija vanadijuma u α+β titanijumovim legurama, termomehaniĉki obraĊenim u skladu sa ovde opisanim procesom, kreće se od 2.00 do 3.00 masena procenta, ili unutar bilo kog užeg opsega, kao što je, na primer, 2.20% do 3.00%, 2.20% do 2.80% ili 2.30% do 2.70%. Koncentracija gvožĊa u α+β titanijumovim legurama, termomehaniĉki obraĊenim u skladu sa ovde opisanim procesom, kreće se od 1.00 do 2.00 masena procenta, ili unutar bilo kog užeg opsega, kao što je, na primer, 1.00% do 2.00%, 1.20% do 1.80% ili 1.30% do 1.70%. Koncentracija kiseonika u α+β titanijumovim legurama, termomehaniĉki obraĊenim u skladu sa ovde opisanim procesom, kreće se od 0.20 do 0.30 masenih procenata, ili unutar bilo kog užeg opsega, kao što je, na primer, 0.20% do 0.30%, 0.22% do 0.28%, 0.24% do 0.30% ili 0.23% do 0.27%.

[0047] U raznim realizacijama, ovde opisani proces može da se upotrebi za termomehaniĉku obradu neke α+β titanijumove legure, koja se sastoji, ili je u suštini ĉini nominalni sastav od 4.00 masena procenta aluminjuma, 2.50 masena procenta vanadijuma, 1.50 maseni procent gvožĊa i 0.25 masena procenta kiseonika i od

1

titanijuma, sa sluĉajnim neĉistoćama (Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O). Ova α+β titanijumova legura, koja ima nominalni sastav Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O, komercijalno je dostupna kao legura ATI 425<®>, iz firme Allegheny Technologies Incorporated.

[0048] U raznim realizacijama, ovde opisani proces se može upotrebiti za termomehaniĉku obradu α+β titanijumovih legura koje ĉini, ili koje u suštini sadrže titanjium, aluminjum, vanadijum, gvožĊe, kiseonik, sluĉajne neĉistoće i manje od 0.50 masenih procentata drugih namerno dodatih elemenata za legiranje. U raznim realizacijama, ovde opisani proces se može upotrebiti za termomehaniĉku obradu α+β titanijumovih legura koje sadrže, ili koje u suštini sadrže, titanjium, aluminjum, vanadijum, gvožĊe, kiseonik i manje od 0.50 masenih procentata drugih namerno dodatih elemenata za legiranje i sluĉajne neĉistoće. U raznim realizacijama, maksimalni ukupni sadžraj elemenata (sluĉajne neĉistoće i/ili namerno dodati elementi za legiranje), koji se razlikuju od titanjiuma, aluminjuma, vanadijuma, gvožĊa i kiseonika, može iznositi 0.40 masenih procenata, 0.30 masenih procenata, 0.25 maseni procenata, 0.20 masenih procenata ili 0.10 masenih procenata.

[0049] U raznim realizacijama, α+β titanijumovu leguru, kao što se ovde opisuje, u suštini ĉini, ili je ĉini, sastav u skladu sa AMS 6946A, odeljak 3.1, koji je naznaĉen sastavom datim u Tabeli 1 (procenti su maseni).

Tabela 1

[0050] U raznim realizacijama, α+β titanijumova legura, koja se obraĊuje kao što se ovde opisuje, može sadržati razne elemente koji se razlikuju od titanjiuma, aluminjuma, vanadijuma, gvožĊa i kiseonika. Na primer, ti drugi elementi i njihovi

1

maseni procenti, mogu biti, ali ne neophodno i njima ograniĉeni, jedan ili više od ovih koji slede: (a) hrom, maksimalno 0.10%, a obiĉno od 0.0001% do 0.05%, ili do oko 0.03%; (b) nikal, maksimalno 0.10%, a obiĉno od 0.001% do 0.05%, ili do oko 0.02%; (c) molibden, maksimalno 0.10%; (d) cirkonijum, 0.10%; (e) kalaj, maskimalno 0.10%; (f) ugljenik, maskimalno 0.10%, obiĉno od 0.005% do 0.03%, ili do oko 0.01%; i/ili (g) azot, maksimalno 0.10%, a obiĉno od 0.001% do 0.02%, ili do oko 0.01%.

[0051] Ovde opisani proces može se upotrebiti za formiranje artikala, na primer, od komada, šipki, štapova, žica, cevi, cevovoda, tabli, ploĉa, strukturnih elemenata, elemenata za spajanje, zakivaka i sliĉno. U raznim realizacijama, ovde opisani proces daje materijal koji ima konaĉnu zateznu ĉvrstoću unutar opsega od 1069 MPa do 1379 MPa, napon teĉenja u opsegu od 965 MPa do 1138 MPa, i izduženje unutar opsega od 8% do 20%, na temperaturi okoline, a koji ima minimalnu dimenziju (npr., preĉnik ili debljinu) veću od 1.27 cm, veću od 2.54 cm, veću od 5.08 cm, veću od 7.62 cm, veću od 10.16 cm, veću od 12.70 cm ili veću od 24.50 cm.

[0052] Pored toga, jedna od mnogih prednosti realizacija ovde opisanog procesa je da se od α+β titanijumove legure mogu formirati artikli visoke ĉvrstoće, bez ograniĉavanja veliĉine, što je inaĉe osnovno ograniĉenje TRS obrade. Rezultat toga je da ovde opisanim procesom mogu da se dobiju artikli koji imaju konaĉnu zateznu ĉvrstoću, veću od 1138 MPa, napon teĉenja veći od 1069 MPa i izduženje veće od 8%, na temperaturi okoline, bez stavljanja ograniĉenja na maksimalnu vrednost manje dimenzije (npr., preĉnika ili debljine) tog artikla. Prema tome, ograniĉenje maksimalne veliĉine odreĊuje samo ograniĉenost veliĉine opreme za obradu na hladno, koja se koristi za obavljanje obrade na hladno u skladu sa realizacijama koje su ovde opisane. Suprotno tome, TRS obrada stavlja suštinsko ograniĉenje na maksimlanu vrednost manje dimenzije artikla, da bi se postigla maksimalna ĉvrstoća, npr., 1.27 cm je maksimalna vrednost za artikle od Ti-6AI-4V, koji pokazuju konaĉnu zateznu ĉvrstoću od bar 1138 MPa i napon teĉenja od bar 1069 MPa, na sobnoj temperaturi. Videti AMS 6930A.

[0053] Pored toga, ovde opisani proces može da daje α+β titanijumove legure koje imaju visoku ĉvrstoću, niska ili nulta termalna naprezanja i bolju toleranciju dimenzija, nego odgovarajući materijal visoke ĉvrstoće, dobijen TRS obradom.

1

Izvlaĉenje na hladno i direktno starenje, u skladu sa ovde opisanim procesom, ne dovode do problematiĉnih unutrašnjih naprezanja, ne izazivaju krivljenje artikala i ne dovode do diimenzionih odstupanja artikala, što je inaĉe poznato da se dešava kod artikala od α+β titanijumove legure sa TRS obradom.

[0054] Ovde opisani proces može takoĊe da se upotrebi za formiranje artikala od α+β titanijumove legure, koji imaju mehaniĉka svojstva koja zadovoljavaju širok opseg, koja zavise od stepena obrade na hladno i vremena/temperature tretmana starenja. U raznim realizacijama, konaĉna zatezna ĉvrstoća se može kretati od oko 1069 MPa do preko 1241 MPa, napon teĉenja se može kretati od oko 965 MPa do 1124 MPa, a izduženje se može kretati od oko 8% do preko 19%. Razliĉita mehaniĉka svojstva se mogu postići razliĉitim kombinacijama tretmana obrade na hladno i starenja. U raznim realizacijama, veći udeo obrade na hladno (npr., redukcije dimenzija) može se povezati sa većom ĉvrstinom i manjom duktilnošću, dok više temperature starenja mogu da se povežu sa manjom ĉvrstoćom i većom duktilnošću. U tom pogledu, obrada na hladno i ciklusi starenja se mogu oznaĉiti, u skladu sa ovde opisanim realizacijama, bitnim za postizanje kontrolisanih u reproduktibilnih stepena ĉvrstoće i duktilnosti artikala od α+β titanijumove legure. Ovo omogućava dobijanje artikala od α+β titanijumove legure koji imaju predvidiva mehaniĉka svojstva.

[0055] Slede ilustrativni i neograniĉavajući primeri koji su namenjeni dodatnom opisivanju raznih neograniĉavajućih realizacija, ali bez ograniĉavanja obima tih realizacija. Osobe koje su uobiĉajeno verzirane u stanju tehnike shvataju da su moguće varijacije u ovim Primerima, unutar obima ovog pronalaska, kako je definisan u patentnim zahtevima.

PRIMERI

Primer 1 (komparativni)

[0056] Cilindriĉni komadi legure, preĉnika 12.7 cm, iz dva razliĉita toplotna tretmana, imaju proseĉan hemijski sastav prikazan u Tabeli 2 (eksklulzivne ili sporedne

2

neĉistoće) valjani su na vruće u oblasti α+β faze, na temperaturi od 871°C, tako da se formiraju okrugle šipke preĉnika 2.54 cm.

Tabela 2

[0057] Okrugle šipke, preĉnika 2.54 cm, prekaljivane su 1 h na temperaturi od 691°C, pa hlaĊene u vazduhu temperature okoline. Ovako prekaljene šipke su obraĊivane na hladno, na temperaturi okoline, operacijama izvlaĉenja da bi se smanjio preĉnik tih šipki. Koliĉina obavljene obrade na hladno, na ovim šipkama, odmeravana je preko procenta smanjenja popreĉnog preseka površine popreĉnog kružnog preseka okruglih šipki, tokom izvlaĉenja na hladno. Ostvareni su procenti obrade na hladno od 20%, 30% ili 40% smanjenja popreĉnog preseka površine (SP, umesto smanjenje površine). Operacija izvlaĉenja je obavljana korišćenjem pojedinaĉnog propuštanja pri izvlaĉenju, sa smanjenjem popreĉnog preseka od 20%, i dva popuštanja, sa smanjenjem od 30% i 40% popreĉnog preseka, bez intermedijarnog prekaljivanja.

[0058] Konaĉna zatezna ĉvrstoća (KZĈ), napon teĉenja (NT) i izduženje (%), su mereni na temperaturi okoline, za svako izvlaĉenje šipke na hladno (20%, 30% i 40% SP), dok šipke preĉnika 2.54 cm, nisu izvlaĉene na hladno (0% SP). Uproseĉeni rezultati su prikazani u Tabeli 3 i na Slikama 1 i 2.

Tabela 3

[0059] Konaĉna zatezna ĉvrstoća obiĉno raste sa porastom stepena obrade na hladno, dok se izduženje obiĉno smanjuje sa porastomm stepena obrade na hladno, sve do oko 20-30% obrade na hladno. Obrada legura na hladno do 30% i 40% se zadržava na izduženju od oko 8%, sa najvećom zateznom ĉvrstoćom većom od 1241 MPa, koja se približava 1310 MPa. Legure koje koje se obraĊuju na hladno do 30% i 40%, pokazuju takoĊe napone teĉenja u opsegu od 1034 MPa, do 1172 MPa.

Primer 2

[0060] Cilindriĉni komadi, preĉnika 12.7 cm, koji imaju proseĉan sastav koji odgovara toplotnom tretmanu X, prikazanom u Tabeli 1 (β-tranzus temperatura 977°) termomehaniĉki su obraĊeni kao što je opisano u Primeru 1, tako da su formirane okrugle šipke, koje su imale sledeće procente obrade na hladno, iskazane procentom smanjenja popreĉnog preseka, od 20%, 30% ili 40%. Posle izvlaĉenja na hladno, ove šipke su direktno starene, korišćenjem jednog od ciklusa starenja koji je prikazan u tabeli 4, posle ĉega su hlaĊene na vazduhu sobne temperature.

Tabela 4

[0061] Na sobnoj temperaturi mereni su konaĉna zatezna ĉvrstoća, napon teĉenja i izduženje, za svaku šipku koja je izvlaĉena i starena. Sirovi podaci su prikazani na Slici 3, a uproseĉeni rezultati su prikazani na Slici 4 i u Tabeli 5.

Tabela 5

[0062] Legure koje su izvlaĉene na hladno i starene, pokazuju opseg mehaniĉkih svojstava, koji zavisi od tretmana stepena obrade na hladno i vemena/temperature ciklusa starenja. Konaĉna zatezna ĉvrstoća se kreće od oko 1069 MPa, pa do preko 1241 MPa. Napon teĉenja se kreće od oko 965 MPa do oko 1124 MPa. Izduženje se kreće od oko 11%, pa do preko 19%. Prema tome, razliĉita mehaniĉka svojstva se mogu postići razliĉitim kombinacijama stepena obrade na hladno i tretmanima starenja.

[0063] Veći stepeni obrade na hladno obiĉno su povezani sa većom ĉvrstoćom i nižom duktilnošću. Više temperature starenja obiĉno su povezane sa nižom ĉvrstoćom. Ovo je prikazano na Slikama 5, 6 i 7, koje predstavljaju grafike ĉvrstoće (proseĉne KĈZ i proseĉne NP) u zavisnosti od temperature obrade na hladno, sa smanjenjima površine popreĉnog preseka od 20%, 30% i 40%, respektivno. Više temperature starenja su obiĉno povezane sa većom duktilnošću. Ovo je prikazano na Slikama 8, 9 i 10, koje predstavljaju grafike proseĉnog izduženja u zavisnosti od temperature obrade na hladno, sa smanjenjem popreĉnog preseka površine od 20%, 30% i 40%, respektivno. Trajanje vremena tretmana starenja izgleda da nema signifikantan efekat na mehaniĉka svojstva, kao što je ilustrovano na Slikama 11 i 12, koje predstavljaju grafike ĉvrstine i izduženja, respektivno, od vremena obrade na hladno, sa smanjenjem površine popreĉnog preseka od 20%.

Primer 3

2

[0064] Okrugle šipke izvlaĉene na hladno, sa hemijskim sastavom toplotnog tretmana X, prikazanog u Tabeli 1, preĉnika 1.91 cm, ĉija je obrada opisana u Primerima, sa 40% smanjenjem popreĉnog preseka površine tokom operacije izvlaĉenja, podvrgnute su testu dvostrukog smicanja, u skladu sa NASM 1312-13 (Aerospace Industries Association, February 1, 2003). Testiranje sa dvostrukim smicanjem omogućava ocenjivanje primenljivosti kombinovanja hemije legure i termomehaniĉke obrade pri dobijanju elemenata spojnica sa velikom ĉvrstoćom. Prvi set okruglih šipki je testiran u stanju u kome je izvuĉen (za poreĊenje), a drugi set okruglih šipki je testiran posle 1 h starenja na 454°C i hlaĊenja na temperaturi okoline (850/1/AC (454/1/AC)). Rezultati ĉvrstoće za dvostruko smicanje prikazani su u Tabeli 5, zajedno sa proseĉnim vrednostima konaĉne zatezne ĉvrstoće, napona teĉenja i izduženja. Radi poreĊenja, minimalne naznaĉene vrednosti ovih mehaniĉkih svojstava za iste elemente spojnice, za Ti-6AI-4V, prikazani su takoĊe u Tabeli 6.

Tabela 6

[0065] Legure obraĊene na hladno i starene pokazale su bolja mehaniĉka svojstva u aplikacijama elemenata spojnica, u odnosu na naznaĉene minimalne vrednosti istih od Ti-6AI-4V. Prema tome, ovde opisani proces može pružiti efikasniju alternativu u odnosu na proizvodnju artikala od Ti-6AI-4V, koja koristi TRS obradu.

[0066] Hladno obraĊena i starena α+β titanijumova legura, koja sadrži, u masenim procentima, od 3.50 do 5.00 aluminjuma, od 2.00 do 3.00 vanadijuma, od 1.00 do 2.00 gvožĊa, od 0.20 do 0.30 kiseonika i titanjium, u skladu sa raznim ovde opisanim realizacijama, daje artikle od ove legure u raznim aplikacijama, koji imaju mehaniĉka svojstva koja prevazilaze minimum zahtevanih mehaniĉkih svojstava legure Ti-6AI-4V, ukljuĉujući, na primer, aplikacije u avio-kosmiĉkoj indusriji i spajanju. Kao što je gore pomenuto, legure Ti-6AI-4V zahtevaju TRS obradu za postizanje neophodne ĉvrstoće u kritiĉnim aplikacijama, kao što je, na primer, primena u avio-kosmiĉkoj industriji. Kao takve, legure Ti-6AI-4V visoke ĉvrstoće su ograniĉene veliĉinom artikala, zahvaljaujući vlastitim fiziĉkim svojstvima materijala i zahtevom za brzo kaljenje tokom TRS obrade. Suprotno tome, α+β titanijumove legure velike ĉvrstoće, koje su obraĊene na hladno i starene, kao što je ovde opisano, nemaju ograniĉenja u pogledu veliĉine i dimenzija artikala. Pored toga, α+β titanijumove legure velike ĉvrstoće, koje su obraĊene na hladno i starene, kao što je ovde opisano, ne pokazuju velika termalna i unutrašnja naprezanja ili krivljenja, što može predstavljati karakteristiku za deblje artikle od legure Ti-6AI-4V, prilikom TRS obrade.

[0067] Ovaj opis je dat pozivanjem na razne egzemplarne, ilustrativne i neograniĉavajuće realizacije. MeĊutim, osobe koje su uobiĉajeno verzirane u stanju tehnike, shvataju da se razne supstitucije modifikacije i kombinacije, bilo koje od ovde opisanih realizacija (ili njenih delova) mogu naĉiniti bez odstupanja od obima ovih zahteva. Prema tome, procenjuje se i podrazumeva da ovaj opis obuhvata i dodatne realizacije koje nisu ovde izriĉito pomenute. Te realizacije se mogu dobiti, na primer, kombinovanjem, modifikovanjem ili preureĊivanjem bilo kog od opisanih koraka, komponenti, elementata, svojstava, aspekata, karakteristika, ograniĉenja i sliĉno, u realizacijama koje su ovde opisane. U tom smislu, Podnosilac ove prijave zadržava pravo da tokom procedure priznavanja ispravi patentne zahteve i popravi karakteristike koje su ovde razliĉito opisane.

2

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za formiranje nekog artikla od α+β titanijumove legure, koja se sastoji, iskazano u masenim procentima,

od 3.50 do 5.00 aluminjuma,

od 2.00 do 3.00 vanadijuma,

od 1.00 do 2.00 gvožĊa,

od 0.20 do 0.30 kiseonika,

do ukupno 0.5 drugih elemenata, gde ovih do ukupno 0.5 drugih elemenata može da ukljuĉi jedan ili više, ali sa ne više od 0.1 svakog od: hrom, nikal, molibden, cirkonijum, kalaj, ugljenik i azot, i ne više od 0.015 vodonika, a ostatak ĉini titanijum, i sporedne neĉistoće,

piostupak koji se sastoji od:

obrade na hladno ove α+β titanijumove legure na nekoj temperaturi unutar opsega od temperature okoline, pa do 260°C, uz smanjenje površine od 20% do 60%; a posle ove obrade na hladno, od starenja te α+β titanijumove legure na nekoj temperaturi unutar opsega od 371°C do 649°C;

pri ĉemu, izmeĊu obrade na hladno i starenja, ovaj postupak ne sadrži tretman u nekom rastvoru.

2. Postupak prema Zahtevu 1, što se pomenuto starenje obavlja direktno posle obrade na hladno.

3. Postupak prema Zahtevu 1, što se obrada na hladno α+β titanijumove legure obavlja do smanjenja popreĉnog preseka površine od 20% do 40%.

4. Postupak prema Zahtevu 1, u kome se obrada na hladno α+β titanijumove legure sastoji od najmanje dva ciklusa deformacije, što se svaki ciklus sastoji od obrade na hladno α+β titanijumove legure, uz smanjenje površine od najmanje 10%.

2

5. Postupak prema Zahtevu 1, u kome se obrada na hladno α+β titanijumove legure sastoji od najmanje dva ciklusa deformacije, što se svaki ciklus sastoji od obrade na hladno α+β titanijumove legure, uz smanjenje površine od najmanje 20%.

6. Postupak prema Zahtevu 1, što se obrada na hladno α+β titanijumove legure obavlja na nekoj temperaturi unutar opsega od temperature okoline, pa do 204°C.

7. Postupak prema Zahtevu 1, što se obrada na hladno α+β titanijumove legure obavlja na temperaturi okoline.

8. Postupak prema Zahtevu 1, što se starenje α+β titanijumove legure obavlja posle obrade na hladno, na nekoj temperaturi unutar opsega od 427°C do 593°C.

9. Postupak prema Zahtevu 1, što se starenje α+β titanijumove legure obavlja posle obrade na hladno, na nekoj temperaturi unutar opsega od 454°C do 593°C.

10. Postupak prema Zahtevu 1, što starenje α+β titanijumove legure traje do 50 h.

11. Postupak prema Zahtevu 10, što starenje α+β titanijumove legure traje od 0.5 do 10 h.

12. Postupak prema Zahtevu 1, što se sastoji još od obrade α+β titanijumove legure na vruće, na nekoj temperaturi, koju odreĊuje opseg od 137°C do 14°C ispod β-tranzus temperature te α+β titanijumove legure, a pri tome se ova obrada na vruće obavlja pre obrade na hladno.

13. Postupak prema Zahtevu 12, što se sastoji još od prekaljivanja α+β titanijumove legure na nekoj temperaturi unutar opsega od 649°C do 816°C, a pri tome se ovo prekaljivanje obavlja izmeĊu obrade na vruće i obrade na hladno.

14. Postupak prema Zahtevu 12, što se obrada na vruće α+β titanijumove legure obavlja na nekoj temperaturi unutar opsega od 816°C do 968°C.

15. Postupak prema Zahtevu 1, što α+β titanijumova legura sadrži, u masenim procentima, od 3.50 do 4.50 aluminjuma, od 2.00 do 3.00 vanadijuma, od 1.20 do 1.80 gvožĊa, od 0.20 do 0.30 kiseonika, do 0.08 ugljenika, do 0.03 azota, do 0.015 vodonika, i do ukupno 0.3 drugih elemenata, a ostatak ĉini titanijum i sporedne neĉistoće.

16. Postupak prema Zahtevu 1, što se obrada α+β titanijumove legure na hladno sastoji od najmanje jedne operacije na hladno, koja se bira iz grupe koju ĉine valjanje, kovanje, ekstrudiranje, izvlaĉenje i sliĉni procesi deformacije.

17. Postupak prema Zahtevu 1, se obrada α+β titanijumove legure na hladno sastoji od od izvlaženja na hladno α+β titanijumove legure.

2