MX2013000752A - Procesamiento de aleaciones de titanio alfa/beta. - Google Patents

Abstract

Se describen procesos para conformar un artículo a partir de una aleación de titanio a+ß. La aleación de titanio a+ß incluye, en porcentajes en peso, de 2.90 a 5.00 de aluminio, de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 0.40 a 2.00 de hierro, y de 0.10 a 0.30 de oxígeno. La aleación de titanio a+ß se trabaja en frío a una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente a 500°F, y después se envejece a una temperatura en el intervalo de 700°F a 1200°F.

Description

PROCESAMIENTO DE ALEACIONES DE TITANIO ALFA/BETA CAMPO TECNICO Esta descripción se dirige a procesos para producir aleaciones de titanio alfa/beta (a+ß) de alta resistencia y a productos producidos por los procesos descritos. componentes paraj dispositivos médicos, equipos deportivos, componentes para aplicaciones marinas, y componentes para equipos de procesamiento químico.

Los productos de fábrica de aleaciones TÍ-6AI-4V se usan generalmente ya sea en una condicipn de recocido de fábrica o en una condición de tratado con solución y envejecido (STA). Los productos de fábrica de una aleación ??-6?? 4V de resistencia relativamente más baja pueden proporcionarse en una condición de recocidos en fábrica. Como se usa en la presente, la "condición de recocido en fábrica" se refiere 'a la condición de una aleación de titanio después de un tratamiento térmico ¡de "recocido en fábrica" en la cual una pieza de trabajo se recoce a una temperatura elevada (por ejemplo, 1200-1500°F / 649-816°C) durante aproximadamente 1 -8 horas y se enfría en aire en reposo. Un tratamiento térmico de recocido i en fábrica se realiza después que una pieza de trabajo se i trabaja en caliente en el campó de fase a+ß. Las aleaciones TÍ-6AI-4V en una condición de recocidp en fábrica tienen una resistencia a la tracción última mínima especificada de 130 ksi (896 MPa) y un límite de elasticidad mínimo especificado de 120 ksi (827 MPa), a temperatura ambiente. Ver, por ejemplo, las especificaciones de Rateriales aeroespaciales (AMS) 4928 y 6931 A, las cuales se incorporan como referencia en la presente. i Para aumentar la resistencia de las aleaciones TÍ-6AI-4V, los materiales se someten generalmente a un tratamiento térmico con STA. Los tratamientos térmicos con STA se realizan generalmente después que una pieza de trabajo se trabaja en caliente en el campo de fase a+ß. STA se refiere a tratar térmicamente una pieza de trabajo a una temperatura elevada por debajo de la temperatura ß-transus (por ejemplo, 1¡725-1775°fr / 940-968°C) durante un tiempo en temperatura relativamente breve (por ejemplo, aproximadamente 1 hora) y después templar i rápidamente la pieza de trabajo con agua o un medio equivalente. La pieza de trabajo templada se envejece a I una temperatura elevada (por ejemplo, 900- 1200°F/482-649°C) durante aproximadamente 4-8 horas y se enfría en aire en i calma. Las aleaciones TÍ-6AI-4V en una condición de STA tienen una resistencia a la tracción última mínima especificada de 150-165 ksi (1034-1 38 MPa) y un límite de elasticidad mínimo especificado de 140-155 ksi (965-1069 MPa), a temperatura ambiente, dependiendo de las dimensiones de diámetro o grosor del artículo procesado con ST7¡\. Ver, por ejemplo, AMS 4965 y AMS 6930A, las cuales se incorporan como referencia en |a presente.

Sin embargo', existe un ¡número de limitaciones en el uso de tratamientos térmicos con STA i para lograr alta resistencia en aleaciones TÍ-6AI-4V. Por ejemplo, las propiedades físicas inherentes del material y el requisito para el templado rápido dudante el procesamiento STA limita los tamaños y dimensiones del artículo que pue'de lograr alta resistencia, y puede exhibir esfuerzos térmicos relativamente grandes, esfuerzos internos, pandeos, y distorsión dimensional. Esta descripción se dirigé a métodos para procesar ciertas aleaciones de titanio a+ß para proporcionar propiedades mecánicas que son comparables o superiores a las propiedades de las j aleaciones, TÍ-6AI-4V en una condición STA, pero que no sufren de las limitaciones del procesamiento STA. en la presente se dirigen a procesos para conformar un artículo a partir de una aleación de titanio a+ß. Los procesos comprenden trabajar 'en frío la aleación de titanio a+ß a una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente a 500°F (260°C) y, después de la etapa de trabajo en frío, envejecer la aleación de titanio a + ß a una temperatura en el aleación de titanio a+ß comprende, de aluminio, de 2.00% a 3.00% de 0% a 0.30% de oxígeno, impurezas directamente de acuerdo con modalidades de los procesos descritos en la presente; La Figura 5 es un gráfico de resistencia a la tracción última promedio y del límite de elasticidad promedio eri función de la temperatura de envejecimiento temperatura de envejecimiento i para barras de una aleación de titanio a + ß trabajadas en frío hasta reducciones en área del 40% y envejecidas durante 1 hora u 8 horas a la temperatura; j La Figura 1 1 es un gráfico; de resistencia a la tracción última promedio y del límite de elasticidad promedio eni función del tiempo de envejecimiento para barras de una aleación de titanio a+ß trabajadas en frío hasta reducciones en área del 20% y envejecidas a 850°F (454°!C) ó 1100°F (593°C); y los casos por el "aproximadamente", en el cual los parámetros numéricos poseen la característica de variabilidad inherente de las técnicas de medición subyacentes usadas para determinar el valor numérico del parámetro. Por lo menos, y no com un intento de limitar la aplicación de la doctrina de los equivalentes al cada parámetro numérico descrito en la presente al menos, a la luz del número de dígitos significativos reportado y aplicando las técnicas ordinarias de redondeo.

¡ Además, cualquier intervalo numérico enumerado en la presente pretende i 1 incluir todos los subintervalos : abarcados dentro del intervalo enumerado. Por i 1 ejemplo, un intervalo de "1 a 10" pretende incluir todos los subintervalos entre (y i ¡ que incluyen) el valor mínimo enumerado de 1 y el valor máximo enumerado de 10, es decir, que tierjien un valor mínimo igual a o mayor que 1 y un valor máximo | ' igual a o menor que 10. Cualquier limitación numérica máxima enumerada en la i presente pretende incluir todas las limitaciones numéricas más bajas abarcadas en ella y cualquier |limitación numérica mínima enumerada en la presente se pretende que incluya todas las limitaciones numéricas más altas abarcadas en ella. En consecuencia, el solicitante se reserva el derecho a modificar la presente descripción, que incluye las reivindicaciones, para enumerar expresamente cualquier subintervalo abarcado dentro de los intervalos expresamente enumerados en la presente. Seí pretende que todos los intervalos se describan inherentemente en la presente de manera que modificando para enumerar expresamente cualesquiera tales subintervalos cumpliría con los requisitos de 35 U.S.C. § 1 12, primer párrafo, y 35 U.S.C. § 132(a). t I i I Los artículos gramaticales "uno", "un", "una", y "el/la(s)/lo(s)M, como se usa I en la presente, se pretende que incluyan "al menos uno" ó "uno o más", a menos se usan en la presente para referirse uno") de los objetos gramaticales del te" significa uno o más componentes, y así, posiblemente, más de un componente se contempla y puede emplearse o usarse en una implementación de las modalidades descritas.

Cualquier patente, publicación, u otro material divulgado que se mencione incorporado como j referencia en la presente descripción se incorpora en su totalidad a menos! que se indique de cualquier otra forma, pero sólo en la extensión en la quejel material incorporado no cause conflicto con las definiciones, declaraciones u otro material divulgado que se expongan expresamente en esta descripción. Como tal, y en la extensión necesaria, la descripción expresa que se i i expone en la presente descripción suplanta cualquier material conflictivo que se incorpora como referencia en la presente descripción. Cualquier material, o parte del mismo, que se mencione en la presente como referencia, pero que entre en conflicto con las definiciones, declaraciones existentes, u otro material descriptivo expuesto en esta descripción sólo se incorpora si no surge ningún conflicto entre í dicho material incorporado y el material descriptivo existente. El solicitante se presente descripción para enumerar de él, incorporado como referencia en la i I La presente descripción incluye descripciones de varias modalidades. Se ha de entender qué las diversas modalidades descritas en la presente son ejemplares, ilustrativas, y no limitantes. Así, la presente descripción no se limita por la descripción de las diversas modalidades ejemplares, ilustrativas, y no limitantes. Más bien, jla invención se define por las reivindicaciones, que pueden modificarse para enumerar cualesquiera rasgos o características expresamente o inherentemente descritas en o de cualquier otra forma expresamente o inherentemente soportadas con la presente descripción. Más aun, el solicitante se reserva el derecho! de modificar las reivindicaciones para desconocer afirmativamente rasgos o características que pueden estar presentes en la i : industria anterior. Por lo tanto, cualquiera de tales modificaciones cumpliría con los requisitos de 35 U.S.C. § 112, primer párrafo, y 35 U.S.C. § 132(a). Las diversas Kosaka; ¡ i (b) forjar en ß él lingote a una temperatura por encima de la temperatura ?-transus de la aleación (por ejemplo, a una temperatura por encima de 1900°F (1038°C)) para formar jun bloque intermedio; de capacidad para deformarse/trabajarse en frío generalmente se cree que es atribuible a un fenómeno de banda deslizante en las aleaciones TÍ-6AI-4V. i La fase alfa (fase a) de las aleaciones TÍ-6AI-4V precipita partículas coherentes ??3?? (alfa-dos). Estos precipitados coherentes alfa-dos (a2) aumentan la resistencia de las aleaciones, pero debido a que los precipitados coherentes se cizallan por movimiento de dislocaciones durante una deformación plástica, los precipitados resultan en la formación de bandas deslizantes pronunciadas, planas dentro de la microestructura dé las aleaciones. Más aun, se ha mostrado que los cristales de una aleación TÍ-6AI-4V forman áreas localizadas de un orden de corto alcance de átomos' de aluminio y oxígeno, es decir, desviaciones localizadas a partir de una distribución homogénea de átomos de aluminio y de oxígeno dentro de la estructura del cristal. Se ha mostrado que estas áreas localizadas de entropía disminuida promueven la formación de bandas deslizantes pronunciadas, planas, dentro de la microestructura de las aleaciones TÍ-6AI-4V. La presencia de estas características microestructurales y termodinámicas dentro de las aleaciones TÍ-6AI-4V puede provocar el entrelazado de dislocaciones deslizantes o de cualquier otra forma evitar que las dislocaciones se deslicen durante la deformación. Cuando esto ocurre, el deslizamiento se localiza en regiones planas pronunciadas en la] aleación Referidas como bandas deslizantes. Las bandas deslizantes provocan una pérdida de ductilidad, nucleación de fisura, y propagación de fisura, que conduce al fallo de las aleaciones TÍ-6AI-4V durante el i trabajo en frío. j I Consecuentemente, las aleaciones TÍ-6AI-4V generalmente se trabajan (por ejemplo, se forjan, se laminan, se estiran, y similares) a temperaturas elevadas, generalmente por encima de la temperatura solvus a2. Las aleaciones TÍ-6AI-4V no pueden trabajarse en frío d manera efectiva para aumentar la resistencia debido a la alta incidencia de fisuras (es decir, fallo de la pieza de trabajo) durante una deformación en ¡frío. Sin embargo, se descubrió inesperadamente que las i aleaciones Kosaka1 tienen un grado sustancial de capacidad de describe en la publicación de la solicitud de 2004/0221929, la cual se incorpora como aleaciones Kosaka no exhiben bandas deslizantes durante el trabajo en frío y, por lo tanto, exhiben significativamente menos fisuras dura'nte el trabajo en frío que la aleación TÍ-6AI-4V. Sin pretender limitarse por la teoría, se cree que la falta de bandas deslizantes en las aleaciones Kosaka puede atribuirse a una reducción al mínimo del orden de corto alcance del aluminio y el oxígeno. Adicionalmente, la estabilidad de la fase a.2 es inferior en las aleaciones Kosaka pon relación a las TÍ-6AI-4V por ejemplo, como se demuestra por los modelos de equilibrio para la temperatura solvus de fase a.2 (1305°F / 707°C para TÍ-6AI-4V (con máxi de 0.15 % en peso de oxigeno) y 1062°F / 572°C para Ti-4AI-2.5V-1.5Fe-0.25O, determinado usando el software Pandat, de CompuTherm LLC, ¡Madison, Wisconsin, Estados Unidos.). Como resultado, las aleaciones Kosaka jpueden trabajarse en frío para alcanzar alta resistencia y retener un nivel de ductilidad que puede trabajarse. Adicionalmente, se ha encontrado que las ¡aleaciones Kosaka pueden trabajarse en frío y envejecerse para alcanzar una resistencia mejorada y una ductilidad mejorada sobre el trabajo í ; en frío solo. Como tal, las aleaciones Kosaka pueden alcanzar una resistencia y ductilidad comparable o superior a la de las aleaciones TÍ-6AI-4V en una condición STA, pero sin la necesidad, ni limitaciones del procesamiento con STA.

Generalmente; el "trabajo, en frío" se refiere a trabajar una aleación a una i temperatura por debajo de la cual el esfuerzo de fluencia del material se disminuye i ¦ significativamente. Cómo se utiliza en la presente en conexión con los procesos descritos, "trabajar eiji frío", "trabajado en frío", "conformado en frío", y términos similares, o "en frío" usados en conexión con una técnica de trabajo o conformación, se refieren a trabajar o las características de haber trabajado, según el caso, a una temperatura no mayor que aproximadamente 500°F (260°C). Así, por ejemplo, una] operación de estirado realizada sobre una pieza de trabajo trabajo al inicio de la operación mecánica, y la temperatura del ambiente I 1 circundante. I ¦ ; I ; Cuando una operación térmica tal como un tratamiento térmico de envejecimiento se| describe en la presente como que se conduce a una I i temperatura especificada y durante un período de tiempo especificado o dentro de un intervalo de temperatura de tiempo especificados, la operación se realiza durante el tiempo ¡especificado mientras se mantiene la pieza de trabajo a la temperatura. Los ¡ períodos de tiempo descritos en la presente para las i ! operaciones térmicas tales como los tratamientos térmicos de envejecimiento no I incluyen los tiempos de calentamiento y enfriamiento, los cuales pueden I ' depender, por ejemplo, del tamaño y la forma de la pieza de trabajo. í 1 I En varias modalidades, una aleación de titanio a+ß puede trabajarse en frío a una temperatura e'n el intervalo de temperatura ambiente hasta 500°F (260°C), o cualquier subintervalo dentro del mismo, tal como, por ejemplo, de temperatura ambiente a 450 °F¡ (232°C), de temperatura ambiente a 400°F (204°C), de temperatura ambiehte a 350°F (177°C), de temperatura ambiente a 300°F (149°C), de temperatura ambiente a 250°F (121 °C), de temperatura ambiente a 200°F (93°C), o de temperatura ambiente a 150°F (65°C). En varias modalidades, i una aleación de titanio a+ß se trabaja en frío a temperatura ambiente. i 1 En varias modalidades, él trabajo en frío de una aleación de titanio a+ß puede realizarse usando técnicas de conformado que incluyen, pero no se limitan necesariamente a, ¡estirado, éstirado profundo, laminado, conformado por laminación, forjado, extrusión, laminado a paso de peregrino, balanceo, torneado i i hidráulico, entalladura por corte, hidroconformado, conformado por pandeo, estampado, extrusión por impacto, conformado por explosión, conformado por goma, retroextrusión.i perforado, hilado, conformado por estirado, flexión por prensado, conformado electromagnético, recalcado parcial, acuñado, y combinaciones de cualquiera de ellas. En términos de los procesos descritos en la : 17 secuenciales de , tales como, por ejemplo, dos o más pases a través de un aparato de estirado en frío.

I En varias modalidades,; una operación de trabajo en frío puede comprender I al menos dos ciclos de deformación, en donde cada ciclo de deformación comprende trabajar en frío una aleación de titanio a+ß hasta una reducción en área de al menos ¡10%. En varias modalidades, una operación de trabajo en frío puede comprender! al menos dos ciclos de deformación, en donde cada ciclo de deformación comprende trabajar en frío una aleación de titanio a+ß hasta una i 1 reducción en área ide al menos 20%. Los al menos dos ciclos de deformación I pueden alcanzar reducciones en área hasta el 60% sin ningún recocido intermedio liberador de esfuerzos. i I ' Por ejemplo,! en una operación de estirado en frío, una barra puede estirarse en frío en j un primer pase de estirado primero a temperatura ambiente para una reducción e i n área may !or que el 20%. La barra estirada en frío a más del titanio a+ß puede trabajarse en! frío usando al menos dos ciclos de deformación para alcanzar mayores reducciones totales en área. En una implementación dada i de una operación de ¡trabajo en frío, las fuerzas requeridas para la deformación en frío de un aleación de titanio a+ß dependerán de parámetros que incluyen, por ejemplo, el tamaño y la forma de la pieza de trabajo, el límite de elasticidad del material de la aleación, la medida de la deformación (por ejemplo, la reducción en área), y la técnica particular de trabajo en frío. i En varias modalidades, déspués de una operación de trabajo en frío, una aleación de titanio a+ß trabajada en frío puede envejecerse a una temperatura en el intervalo de o cualquier subintervalo dentro del mismo, tal como, por ejemplo, de 800°F a 1150°F, de 850°F a 1150°F, de 800°F a 1100°F, o de 850°F a 1 100°F (es decir, 427-621 °C, 454-621 °C, 427-593°C, ó 454- | 593°C). El tratamiento térmico de envejecimiento puede realizarse para una i ¡ temperatura y duránte un tiempo suficiente para proporcionar una combinación especificada de propiedades mecánicas, tal como, por ejemplo, una resistencia a í la tracción última '.especificada, un límite de elasticidad especificado, y/o un alargamiento especificado. Eri varias modalidades, un tratamiento térmico de envejecimiento puede realizarse durante hasta 50 horas a una temperatura, por ejemplo. En varias modalidades, un tratamiento térmico de envejecimiento puede realizarse durante 0.5 hasta 10' horas a una temperatura, o cualquier subintervalo como, por ejemplo de 1 a 8 horas a una temperatura. El de envejecimiento puede realizarse en un horno de temperatura controlada, tal como, por ejemplo, un horno de gas al aire libre.

En varias modalidades, '¡ los procesos descritos en la presente pueden comprender además; una operapión de trabajo en caliente realizada antes de la operación de trabajo '¡en frío. Una operación de trabajo en caliente puede realizarse en el campo de fase a+ß. Por ejémplo, una operación de trabajo en caliente puede realizarse a una temperatura en el intervalo de 300°F a 25°F (167-15°C) por debajo de la temperatura ?-transus de la aleación de titanio a+ß. Generalmente, las aleaciones Kosaka tienen una temperatura /?-transus de aproximadamente 1765°F a 1800°F (963-982°C). En varias modalidades, una aleación de titanio a+ß 1600°F a 1775°F, 16Ó0°F a 175Ó°F, o de 1600°F a 1700°F (es decir, 871 -968°C, 871-954°C, ó 871 -927 C).

En modalidades que comprenden una operación de trabajo en caliente antes de la operación; de trabajo en frío, los procesos descritos en la presente pueden además comprender un recocido opcional o tratamiento térmico de de titanio a+ß que ¡tiene una resistencia a la tracción última en el intervalo de 165 i I ksi a 180 ksi (1138-1241 MPa) y un alargamiento en el intervalo de 8 % a 17%, a temperatura ambiente. i ; En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden caracterizarse por la formación de un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene un límite de elasticidad en el intervalo de 140 ksi a 165 ksi (965-1 138 MPa) y un alargamiento en el intervalo de 8 % a 20%, a temperatura ambiente. Adicionalmente, en varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden caracterizarse por la formación de un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene un límite de elasticidad en el intervalo de 155 ksi a 165 ksi (1069- I 1 38 MPa) y un alargamiento en el intervalo de 8% a 15%, a temperatura ambiente. j En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden caracterizarse por la formación I de un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene una resistencia a la tracción última en cualquier subintervalo abarcado dentro de 155 ksi a 200 ksi (1069-1379 MPa), un límite de elasticidad en cualquier subintervalo abarcado dentro ¡de 140 ksi a 165 ksi (965- 138 MPa), y un alargamiento en cualquier subintervalo abarcado dentro de 8% a 20%, a temperatura ambiente.

! En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden i caracterizarse por la ¡formación de un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene una a la tracción última de más de 155 ksi, un límite de ; elasticidad 140 ksi, y un alargamiento de más de 8%, a temperatura ambiente. Un artículo de una aleación de titanio a+ß conformado de acuerdo con varias modalidades puede tener úna resistencia a la tracción última de más de 166 ksi, más de 175 ksi, más de 185 ksi, o más de 195 ksi, a temperatura ambiente.

? I ¡ Un artículo de una aleación ¡de titanio a+ß conformado de acuerdo con varias modalidades puedé tener un límite de elasticidad de más de 145 ksi, más de 155 ksi, más de 160 ksi, a temperatura ambiente. Un artículo de una aleación de titanio a+ß conformado dé acuerdo con varias modalidades puede tener un alargamiento de más de 8%, más de 10%, más de 12%, más de 14%, más de 16%, o más de 18%, a temperatura ambiente. : En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden caracterizarse por la formacióh de un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene una resistencia a la tracción última, un límite de elasticidad, y un ! alargamiento, a temperatura ambiente, que son al menos tan grandes como una i ! resistencia a la tracción última, un límite de elasticidad, y un alargamiento, a temperatura ambiente, de un artículo de otra manera idéntico que consiste de una aleación TÍ-6AI-4V en una condición tratada con solución y envejecida (STA).

En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden i ! usarse para procesar termomecánicamente aleaciones de titanio a+ß que comprenden, que consisten, oi que consisten esencialmente, en porcentajes en peso, de 2.90% a 5Í00% de aluminio, de 2.00% a 3.00% de vanadio, de 0.40% a 2.00% de hierro, de ¡0.10% a 0.30% de oxígeno, elementos incidentales, y titanio.

La concentración de aluminio en las aleaciones de titanio a+ß procesadas termomecánicamente de acuerdo con los procesos descritos en la presente pueden variar de 2.90 a 5.00 por ciento en peso, o cualquier subintervalo dentro del mismo, tales como, por ejemplo, de 3.00% a 5.00%, de 3.50% a 4.50 %, de 3.70% a 4.30%, de 3.75% a 4.25%, o de 3.90% a 4.50%. La concentración de vanadio en las aleaciones de titanio a+ß procesadas termomecánicamente de acuerdo con los procesos descritos en la presente pueden variar de 2.00 a 3.00 por ciento en peso, o cualquier; subintervalo dentro del mismo, tales como, por ejemplo, de 2.20% á 3.00%, de 2.20% a 2.80 %, o de 2.30% a 2.70%. La concentración de hierro aleaciones de titanio a+ß procesadas i ¡ termomecánicamente de acuerdo con los procesos descritos en la presente pueden variar de 0.40 a 2.00 ¡por ciento en peso, o cualquier subintervalo dentro del mismo, tales por ejemplo, de 0.50% a 2.00%, de 1.00% a 2.00 %, de ; 1.20% a 1.80%, 1.30% a 1 .70%. La concentración de oxígeno en las aleaciones de titanio a+ß procesadas termomecánicamente de acuerdo con los ¦ I i procesos descritos pn la presente pueden variar de 0.10 a 0.30 por ciento en peso, o cualquier subintervalo dentro del mismo, tales como, por ejemplo, de 0.15% a 0.30%, de 0.10% á 0.20%, de; 0.10% a 0.15%, de 0.18% a 0.28%, de 0.20% a 0.30%, de 0.22% a 0.28%, de 0.24% a 0.30%, o de 0.23% a 0.27%. i i I En varias modalidades, los procesos descritos en la presente pueden usarse para procesar termomecánicamente una aleación de titanio a+ß que í ; comprende, que cónsiste, o |que consiste esencialmente de la composición nominal de 4.00 por ciento en peso de aluminio, 2.50 por ciento en peso de vanadio, 1.50 por ciento en peso de hierro, y 0.25 por ciento en peso de oxígeno, titanio, e impurezas jncidentales (Ti-4AL-2.5V-1.5Fe-0.25O). Un aleación de titanio a+ß que tiene la composición nominal Ti-4AI-2.5V-1.5Fe-0.25O está disponible comercialmente como aleación ATI 425® de Allegheny Technologies Incorporated.

¡ En varias modalidades, ¡ los procesos descritos en la presente pueden usarse para procesar termomecánicamente aleaciones de titanio a+ß que comprenden, que consisten en, o que consisten esencialmente, de titanio, aluminio, vanadio, hierro, oxígeno, impurezas incidentales, y menos de 0.50 por ciento en peso de cualesquiera otros elementos de aleación intencionales. En varias modalidades, ¡los procesos descritos en la presente pueden usarse para procesar termomecánicamente aleaciones de titanio a+ß que comprenden, que consisten en, o que consisten esencialmente, de titanio, aluminio, vanadio, hierro, oxígeno, y menos de Q.50 por ciento en peso de cualesquiera otros elementos que incluyen elementos dé aleación intencionales e impurezas incidentales. En varias modalidades, el máximo nivel dé elementos totales (impurezas incidentales y/o adiciones de aleación! intencionales) diferentes de titanio, aluminio, vanadio, hierro y oxígeno, pueden ser de 0.40 por ciento en peso, 0.30 por ciento en peso, 0.25 por ciento en peso 0.20 por ciento en peso, ó 0.10 por ciento en peso.

En varias modalidades las aleaciones de titanio a+ß procesadas como se describe en la presente pueden comprender, consistir esencialmente en, o consistir en una composición de acuerdo con la AMS 6946A, sección 3.1 , que se incorpora como referencia en la presente, y que especifica la composición proporcionada en la Tabla 1 (porcentajes en peso). i ; Tabla 1 ! ! En varias modalidades, las aleaciones de titanio a+ß procesadas como se describe en la presente pueden incluir varios elementos diferentes de titanio, i : aluminio, vanadio, hierro, y oxígeno. Por ejemplo, tales otros elementos, y sus porcentajes en peso,! pueden incluir, pero no se limitan necesariamente, a uno o más de los siguientes: (a) cromo, 0.10% máximo, generalmente de 0.0001 % a 0.05%, o hasta aproximadamente 0.03%; (b) níquel, 0.10% máximo, generalmente de 0.001 % a 0.05%! o hasta aproximadamente 0.02%; (c) molibdeno, 0.10% máximo; (d) zirconio.j 0.10% máximo; (e) estaño, 0.10% máximo; (f) carbono, 0.10% máximo, generalmente de 0.005% a 0.03%, o hasta aproximadamente 0.01 %; y/o (g) nitrógeno, 0.10% máximo, generalmente de 0.001 % a 0.02%, o hasta aproximadamente 0.01%. varias modalidades,' los niveles más altos de trabajo en frío (por ejemplo, reducciones) pueden correlacionarse con una resistencia más alta y una ductilidad más baja, mientras que las temperaturas de envejecimiento más altas pueden correlacionarse con üna resistencia más baja y una ductilidad más alta. De esta manera, los ciclos de trabajo eh frío y envejecimiento pueden especificarse de acuerdo con las modalidades descritas en la presente para alcanzar niveles i ¡ controlados y reproducibles de resistencia y ductilidad en los artículos de una aleación de titanio a+ß. Esto permite la producción de artículos de una aleación de titanio a+ß que tienen! propiedades mecánicas a la medida.

Los ejemplos ilustrativos y no limitantes que siguen pretenden describir aun más varias modalidades no linjiitantes sin restringir el alcance de las modalidades. Las personas con conocimiento ordinario en la materia apreciarán que son I posibles variaciones de los Ejemplos dentro del alcance de la invención como se define solamente por las reivindicaciones.

I ; i Ejemplos ¡ ; Ejemplo 1 ! Palanquillas cilindricas de 5.0 pulgadas de diámetro de una aleación a partir de dos series diferentes que tienen una composición química promedio presentada en la Tabla 2 (que excluye las impurezas incidentales) se laminaron en caliente en el campo de fase ;a+/? a una temperatura de 1600°F (871 °C) para formar barras redondas de 1.0 pulgada de diámetro.

Tabla 2 Las barras redondas de 1.0 pulgada se recocieron a una temperatura de 1275°F durante una hora y se enfriaron en aire hasta la temperatura ambiente. Las barras recocidas se trabajaron en frío a temperatura ambiente usando operaciones de estirado para redúcir los diámetros de las barras. La cantidad de trabajo en frío realizada sobre las barras durante las operaciones de estirado en frío se cuantificó como las reducciones en porcentaje en el área de la sección transversal circular para las barras redondas duranté el estirado en frío. Los porcentajes de trabajo en frío alcanzados fueron reducciones en área (RA) de 20%, 30%, ó 40%. Las operaciones de estirado se realizaron usando un pase único de estirado para i i i reducciones en área del 20% y dos pases de estirado para reducciones en área de 30% y 40%, sin recocido intermedio.

La resistencia a la tracción última (UTS), el límite de elasticidad (YS), y el alargamiento (%) se midieron a temperatura ambiente para cada barra estirada en frío (20%, 30%, y 40% de RA) y para barras de 1 pulgada de diámetro que no se estiraron en frío (Ó% de RA)1. Los resultados promediados se presentan en la Tabla 3 y las Figuras 1 y 2.

Tabla 3 i I I i ! La resistencia a la tracción última generalmente aumentó con niveles crecientes de trabajo en frío, mientras que el alargamiento generalmente disminuyó con niveles crecientes de trabajo en frío hasta aproximadamente 20-30% de trabajo en frío. Las aleaciones trabajadas en frío a 30% y 40% retuvieron aproximadamente 8% de alargamiento con resistencias a la tracción última mayores de 180 ksi y acercándose a 190 ksi. Las aleaciones trabajadas en frío a ímites de elasticidad en el intervalo de 150 ksi a Ejemplo 2 i ', Palanquillas cilindricas de 5 pulgadas de diámetro que tienen una composición química promedio de la serie X presentada en la Tabla 1 i ' (temperatura ß- transus de 1790°F) se procesaron termomecánicamente como se describe en el Ejeijnplo 1 para formar barras redondas que tienen porcentajes de reducciones en área por trabajo en frío de 20%, 30%, ó 40%. Después del estirado en frío, las barras se envejecieron directamente usando uno de los ciclos de envejecimiento presentados en la Tabla 4, seguido por un enfriamiento en aire hasta la temperatura ambiente: Tabla 4 ! La resistencia a la tracción última, el límite de elasticidad, y el alargamiento se midieron a temperatura ambiente para cada barra estirada en frío y envejecida. Los datos en bruto: se presentan en la Figura 3 y los datos promediados se presentan en la Figura 4 y la Tabla 5.

Tabla 5 Las aleaciones estiradas en frío y envejecidas exhibieron un intervalo de propiedades mecánitas en dependencia del nivel de trabajo en frío y del ciclo de tiempo/temperatura del tratamiento de envejecimiento. La resistencia a la tracción ultima varió de aproximadamente 155 ksi a más de 180 ksi. El límite de elasticidad varió de aproximadamente 140 ksi a aproximadamente 163 ksi. El alargamiento Ejemplo 3 | i ! i I l Las barras redondas estiradas en frío que tienen la composición química de la serie X presentabas en la Tabla 1 , diámetros de 0.75 pulgadas, y procesadas como se describe en los Ejemplos 1 y 2 para reducciones en área de 40% durante una operación de estirado se probaron con cizalladura doble de acuerdo con la NASM 1312-13 (Asociación de ¡ Industrias Aeroespaciales, 1 de Febrero de 2003, incorporada como referencia n la presente). La prueba con cizalladura doble proporciona una evaluación de la aplicabilidad de esta combinación de química de la aleación y procesamiento termomecánico para la producción de una materia prima para sujetadores de alta resistencia. Un primer conjunto de barras redondas se probó en la ¿ondición como se estiró y un segundo conjunto de barras redondas se probó después de envejecerse a 850°F durante 1 hora y enfriarse en aire hasta temperatura ambiente (850/1 /AC). Los resultados de resistencia a cizalladura doble se presentan en la Tabla 5 junto con los valores promedios para resistencia a la ¡tracción última, límite de elasticidad, y alargamiento. Por propósitos comparativos, se presentan también en la Tabla 6 los valores mínimos especificados para esas propiedades mecánicas para una materia prima para sujetadores de TÍ-6AI-4V. j Tabla 6 1 i i Las aleaciones estiradas en frío y envejecidas exhibieron propiedades mecánicas superiores a los valores mínimos especificados para las aplicaciones de materia prima para sujetadores de TÍ-6AI-4V. Como tal, los procesos descritos en la presente pueden ofrecer úna alternativa más eficiente para la producción de artículos de TÍ-6AI-4V usando procesamiento con STA.

Trabajar en frío y envejecer aleaciones de titanio a+ß que comprende, en porcentajes en pesó, de 2.90 a! 5.00 de aluminio, de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 0.40 a 2.00 de hierro, de 0.10 a 0.30 de oxígeno, y titanio, de acuerdo con las diversas modalidades descritas !en la presente, produce artículos de aleación que tienen propiedades! mecánicas que exceden las propiedades mecánicas especificadas mínimas de las aleaciones TÍ-6AI-4V para varias aplicaciones, que incluyen, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales generales y aplicaciones en sujetadores. Como se señaló anteriormente, las aleaciones TÍ-6AI-4V requieren un procesamiento SITA para alcanzar la resistencia necesaria requerida para aplicaciones críticas, tales como, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales. Como tales, las aleaciones TÍ-6AI-4V de alta resistencia se limitan por el tamaño de los i : artículos debido | a las propiedades físicas inherentes del material y el requerimiento para un temple rápido durante el procesamiento con STA. En contraste, las aleaciones de titanio a+ß de alta resistencia trabajadas en frío y envejecidas, como se describe en la presente, no se limitan en términos de tamaño y dimensiones del artículo. Más aun, las aleaciones de titanio a+ß de alta resistencia trabajadas en frío y envejecidas, como se describe en la presente, no experimentan grandes esfuerzos térmicos e internos o pandeos, lo cual puede ser característico de artículos de aleaciones TÍ-6AI-4V de sección más gruesa durante el procesamiento ^??.

Esta escrito con referencia a varias modalidades ejemplares, ilustrativas, y rio limitantes. Sin embargo, las personas con conocimiento ordin'ario en la materia reconocerán que pueden realizarse varias i sustituciones, modificaciones, 6 combinaciones de cualquiera de las modalidades I ¡ descritas (o porciones de estaó) sin apartarse del alcance de la invención como se define solamente por las reivindicaciones. Así, se contempla y entiende que la i i presente descripción abarca ; modalidades adicionales que no se exponen expresamente en lá presente descripción. Tales modalidades pueden obtenerse, por ejemplo, al combinar, modificar, o reorganizar cualquiera de las etapas I descritas, ingredientes, constituyentes, componentes, elementos, rasgos, aspectos, características, limitaciones, y similares, de las modalidades descritas i 1 en la presente descripción. En este sentido, el solicitante se reserva el derecho de i 1 enmendar las reivindicaciones durante el proceso de examen para añadir elementos como los varios descritos en la presente.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para conformar un artículo a partir de una aleación de titanio a+ß que comprende: trabajar en frío la aleación de titanio a+ß a una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente a 500°F; y envejecer la aleación de titanio a+ß a una temperatura en el intervalo de 700°F a 1200°F después del trabajo en frío; la aleación ele titanio a+ß comprende, en porcentajes en peso, de 2.90 a 5.00 de aluminio, de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 0.40 a 2.00 de hierro, de 0.10 a 0.30 de oxígeno, titanio, e impúrezas incidentales. I 1 I 1 2. El proceso de la reivindicación 1 , en donde el trabajo en frío y i i envejecimiento forma un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene una resistencia a la tracción última en el intervalo de 155 ksi a 200 ksi y un alargamiento en el intervalo de ¡8% a 20%, a temperatura ambiente. i i i 3. El proceso de la reivindicación 1 , en donde el trabajo en frío y envejecimiento forma un artícúlo de una aleación de titanio a+ß que tiene una resistencia a la tracción última en el intervalo de 165 ksi a 180 ksi y un alargamiento en el intervalo de 8% a 7%, a temperatura ambiente. í 4. El proceso de la reivindicación 1 , en donde el trabajo en frío y envejecimiento forma un artículo de una aleación de titanio a+ß que tiene un límite de elasticidad en el intervalo de; 140 ksi a 165 ksi y un alargamiento en el intervalo de 8% a 20%, a temperatura ambiente. aleación de titanio h+ß para una reducción en área de 20% a 60%. 8. El proceso de la reivindicación 1 , que comprende trabajar en frío la aleación de titanio a+ß para una reducción en área de 20% a 40%. 9. El la reivindicación 1 , en donde trabajar en frío la aleación de titanio a+ß al menos dos ciclos de deformación, en donde cada ciclo i comprende trabajar en frío la aleación de titanio a+ß para una reducción en área i ¡ de al menos 10%. ! 1 10. El de la reivindicación 1 , en donde trabajar en frío la aleación de titanio a+ß comprende al menos dos ciclos de deformación, en donde cada ciclo comprende trabajar en frío la aleación de titanio a+ß para una reducción en área de al menos 20%. i I 1 1. El proceso de la reivindicación 1 , que comprende trabajar en frío la aleación de titanio' a+ß a una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente a 400°F. 12. El proceso de la reivindicación 1 , que comprende trabajar en frío la aleación de titanio a+ß a temperatura ambiente. 13. El proceso de la reivindicación 1 , que comprende envejecer la aleación de titanio a+ß a una temperatura en el intervalo de 800°F a 1 150°F después del trabajo en frío. 14. El procedo de la rehj indicación 1 , que comprende envejecer la aleación de titanio a+ß a una temperatura en el intervalo de 850°F a 1 100°F después del trabajo en frío. 15. El proceso de la reivindicación 1 , que comprende envejecer la aleación de titanio a+ß durante hasta 50 horas. 16. El proceso de la reivindicación 15, que comprende envejecer la aleación de titanio a+ß durante 0.5 a 10! horas. 17. El proceso de la reivindicación 1 , que además comprende trabajar en caliente la aleación de titanio ?a+ß a una temperatura en el intervalo de 300°F a 25°F por debajo de la temperatura ß-transus de la aleación de titanio a+ß, en i i donde el trabajo en¡ caliente se, realiza antes del trabajo en frío. la reivindicación 17, que además comprende recocer la ¡ una temperatura en el intervalo de 1200°F a 1500°F, en donde el recocido se realiza entre el trabajo en caliente y el trabajo en frío. 19. El procjeso de la reivindicación 17, que comprende trabajar en caliente la aleación de titanio a+ß a urjia temperatura en el intervalo de 1500°F a 1775°F. 20. El proceso de la reivindicación 1 , en donde la aleación de titanio a+ß consiste, en porcentajes en peso, de 2.90 a 5.00 de aluminio, de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 2.00 de hierro, de 0.10 a 0.30 de oxígeno, impurezas incidentales, ¡ 21 . El proceso de la reivindicación 1 , en donde la aleación de titanio a+ß consiste esencialmente, en percentajes en peso, de 3.50 a 4.50 de aluminio, de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 1 .00 a 2.00 de hierro, de 0.10 a 0.30 de oxígeno, y titanio. 22. El proceso de la reivindicación 1 , en donde la aleación de titanio a+ß | I consiste esencialmente, en porcentajes en peso, de 3.70 a 4.30 de aluminio, de 2.20 a 2.80 de vanadio, de 1Í.20 a 1.80 de hierro, de 0.22 a 0.28 de oxígeno, y titanio. 23. El proceso de la reivindicación 1 , en donde trabajar en frío la aleación de titanio a+ß comprende trabajar en frío mediante al menos una operación seleccionada del grupo que consiste de laminar, forjar, extrudir, laminar a paso de peregrino, balancear, y estirar.: 24. El procejso de la reivindicación 1 , en donde trabajar en frío la aleación de titanio a+ß comprende estirar en frío la aleación de titanio a+ß. 25. Un artículo de una aleación de titanio a+ß formado por el proceso de la reivindicación 1. 26. El artículo de la reivindicación 25, en donde el artículo se selecciona a partir del grupo que consiste de una palanquilla, una barra, una varilla, un tubo, un bloque, una placa! y un sujetador. i '¡ 27. El de la reivindicación 25, en donde el artículo tiene un diámetro I o grosor mayor qúe 0.5 pulgadas, una resistencia a la tracción última mayor que 65 ksi, un límite de elasticidad mayor que 155 ksi, y un alargamiento mayor que el 12%. ! i 28. El artículo de la reivindicación 25, en donde el artículo tiene un diámetro o grosor mayor que 3.0 pulgadas, una resistencia a la tracción última mayor que 165 ksi, un límite de elasticidad mayor que 155 ksi, y un alargamiento mayor que el 12%. ' ! RESUMEN Se describen procesos para conformar un artículo a partir de una aleación de titanio a+ß. La aleación de ;titanio a+ß incluye, en porcentajes en peso, de 2.90 a 5.00 de aluminio! de 2.00 a 3.00 de vanadio, de 0.40 a 2.00 de hierro, y de 0.10 a 0.30 de oxígeno.! La aleación de titanio a+ß se trabaja en frío a una temperatura en el intervalo de temperatura ambiente a 500°F, y después se envejece a una temperatura en el intervalo de :700°F a 1200°F.