ES2926777T3 - Aleaciones de titanio a alta temperatura - Google Patents

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Abstract

Una realización no limitativa de una aleación de titanio comprende, en porcentaje en peso basado en el peso total de la aleación: 5,1 a 6,5 de aluminio; 1,9 a 3,2 lata; 1,8 a 3,1 circonio; 3,3 a 5,5 molibdeno; 3,3 a 5,2 cromo; 0,08 a 0,15 oxígeno; 0,03 a 0,20 de silicio; 0 a 0,30 hierro; titanio; e impurezas. Una realización no limitante de la aleación de titanio comprende una adición intencional de silicio junto con otras adiciones de aleación para lograr un valor equivalente de aluminio de al menos 8,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, que se observó que mejora la resistencia a la tracción en altas temperaturas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aleaciones de titanio a alta temperatura
Campo de la tecnología
La presente divulgación se refiere a aleaciones de titanio a alta temperatura.
Descripción de los antecedentes de la tecnología
Las aleaciones de titanio presentan normalmente una elevada relación resistencia con respecto al peso, son resistentes a la corrosión y son resistentes a la fluencia a temperaturas moderadamente altas. Por ejemplo, la aleación de Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr (también denominada "aleación de Ti-17", cuya composición se especifica en UNS R58650) es una aleación comercial que se utiliza ampliamente para aplicaciones de motores a reacción que requieren una combinación de alta resistencia, resistencia a la fatiga y tenacidad a temperaturas de funcionamiento de hasta 800 °F (aproximadamente 427 °C). Otros ejemplos de aleaciones de titanio utilizadas para aplicaciones a alta temperatura incluyen una aleación de Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (cuya composición se especifica en u Ns R54620) y una aleación de Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (también denominada "Beta-C", cuya composición se especifica en UNS R58640). Sin embargo, existen límites respecto a la resistencia a la fluencia y/o a la resistencia a la tracción a temperaturas elevadas en estas aleaciones. Se ha desarrollado una necesidad de aleaciones de titanio que tengan una mejor resistencia a la fluencia y/o resistencia a la tracción a temperaturas elevadas.
Sumario
De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, una aleación de titanio comprende, en porcentaje en peso basado en el peso total de la aleación: de 5,5 a 6,5 de aluminio; de 1,9 a 2,9 de estaño; de 1,8 a 3,0 de circonio; de 4,5 a 5,5 de molibdeno; de 4,2 a 5,2 de cromo; de 0,08 a 0,15 de oxígeno; de 0,03 a 0,20 de silicio; de 0 a 0,30 de hierro; titanio; e impurezas.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas de las aleaciones, artículos y métodos descritos en el presente documento pueden comprenderse mejor por referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La FIG. 1 es un gráfico que ilustra una realización no limitante de un método de procesamiento de una realización no limitante de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación;
La FIG. 2 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (en modo de retrodispersión de electrones) de una aleación de titanio procesada como en la Figura 1, en donde "a" identifica la a primaria, "b" identifica el límite de grano a, "c" identifica los listones a, "d" identifica la a secundaria, y "e" identifica un siliciuro;
La FIG. 3 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (en modo de retrodispersión de electrones) de una aleación de titanio tratada en solución y envejecida comparativa, en donde "a" identifica la a primaria, "b" identifica el límite a, "c" identifica los listones a, y "d" identifica la a secundaria;
La FIG. 4 es un gráfico de la resistencia máxima a la tracción frente a la temperatura para realizaciones no limitantes de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación, comparando estas propiedades con una aleación de titanio comparativa y aleaciones de titanio convencionales;
La FIG. 5 es un gráfico del límite elástico frente a la temperatura para realizaciones no limitantes de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación, comparando estas propiedades con una aleación de titanio comparativa y aleaciones de titanio convencionales; y
La FIG. 6 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (en modo de retrodispersión de electrones) de una realización no limitante de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación, en donde "a" identifica el límite de grano a, "b" identifica los listones a, "c" identifica la a secundaria, y "d" identifica un siliciuro.
El lector apreciará los detalles anteriores, así como otros, tras considerar la siguiente descripción detallada de determinadas realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgación.
Descripción detallada de determinadas realizaciones no limitantes
En la presente descripción de las realizaciones no limitantes, aparte de en los ejemplos de operación, o donde se indique otra cosa, todos los números que expresan las cantidades o características deben entenderse como modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". En consecuencia, salvo que se indique lo contrario, cualesquier parámetros numéricos expuestos en la siguiente descripción son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se pretenda obtener en los materiales y por los métodos de acuerdo con la presente divulgación. Como mínimo y sin por ello pretender limitar la aplicación de la doctrina de equivalentes al ámbito de las reivindicaciones, cada parámetro numérico debe interpretarse al menos a la luz del número de las cifras significativas indicadas y aplicando las técnicas de redondeo rutinarias. Todos los intervalos descritos en el presente documento incluyen los puntos extremo descritos a menos que se indique lo contrario.
Los artículos y las piezas en entornos a alta temperatura pueden experimentar fluencia. Como se utiliza en el presente documento, "alta temperatura" se refiere a temperaturas superiores a aproximadamente 100 °F (aproximadamente 37,8 °C). La fluencia es una deformación dependiente del tiempo que se produce bajo tensión. La fluencia que se produce a una velocidad de deformación decreciente se denomina fluencia primaria; la fluencia que se produce a una velocidad de deformación mínima y casi constante se denomina fluencia secundaria (en estado estacionario); y la fluencia que se produce a una velocidad de deformación acelerada se denomina fluencia terciaria. La resistencia a la fluencia es la tensión que provocará una determinada deformación por fluencia en un ensayo de fluencia en un tiempo determinado en un entorno constante especificado.
El comportamiento de resistencia a la fluencia del titanio y las aleaciones de titanio a alta temperatura y bajo una carga sostenida depende principalmente de las características microestructurales. El titanio tiene dos formas alotrópicas: una fase beta ("p"), que tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo ("bcc"); y una fase alfa ("a"), que tiene una estructura cristalina empaquetada hexagonal cerrada ("hcp"). En general, las aleaciones de titanio p tienen una escasa resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. La escasa resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas es el resultado de una concentración significativa de fase p que presentan estas aleaciones a temperaturas elevadas como, por ejemplo, 500 °C. La fase p no resiste bien la fluencia debido a su estructura cúbica centrada en el cuerpo, que proporciona un gran número de mecanismos de deformación. Como resultado de estas deficiencias, el uso de aleaciones de titanio p ha sido limitado.
Un grupo de aleaciones de titanio ampliamente utilizado en varias aplicaciones es la aleación de titanio a/p. En las aleaciones de titanio a/p, la distribución y el tamaño de las partículas a primaria pueden afectar directamente a la resistencia a la fluencia. De acuerdo con varias informaciones publicadas de investigaciones sobre aleaciones de titanio a/p que contienen silicio, la precipitación de siliciuros en los límites de grano puede mejorar aún más la resistencia a la fluencia, pero en detrimento de la ductilidad a la tracción a temperatura ambiente. La reducción de la ductilidad a la tracción a temperatura ambiente que se produce con la adición de silicio limita la cantidad de silicio que puede añadirse, normalmente, a 0,2 % (en peso).
La presente divulgación, en parte, hace referencia a aleaciones que abordan algunas de las limitaciones de las aleaciones de titanio convencionales. La figura 1 es un diagrama que ilustra una realización no limitante de un método de procesamiento de una realización no limitante de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación. La aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación consiste, en porcentaje en peso, basado en el peso total de la aleación, en, de 5,5 a 6,5 de aluminio, de 1,9 a 2,9 de estaño, de 1,8 a 3,0 de circonio, de 4,5 a 5,5 de molibdeno, de 4,2 a 5,2 de cromo, de 0,08 a 0,15 de oxígeno, de 0,03 a 0,20 de silicio, de 0 a 0,30 de hierro, el resto titanio, e impurezas. Una realización de la aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación incluye, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación, de 5,5 a 6,5 de aluminio, de 2,2 a 2,6 de estaño, de 2,0 a 2,8 de circonio, de 4,8 a 5,2 de molibdeno, de 4,5 a 4,9 de cromo, de 0,08 a 0,13 de oxígeno, de 0,03 a 0,11 de silicio, de 0 a 0,25 de hierro, titanio, e impurezas. Otra realización más de la aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación incluye, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación, de 5,9 a 6,0 de aluminio, de 2,3 a 2,5 de estaño, de 2,3 a 2,6 de circonio, de 4,9 a 5,1 de molibdeno, de 4,5 a 4,8 de cromo, de 0,08 a 0,13 de oxígeno, de 0,03 a 0,10 de silicio, hasta 0,07 de hierro, titanio, e impurezas. En las aleaciones de acuerdo con esta divulgación, los elementos incidentales y las impurezas en la composición de la aleación pueden comprender o consistir esencialmente en uno o más de nitrógeno, carbono, hidrógeno, niobio, wolframio, vanadio, tantalio, manganeso, níquel, hafnio, galio, antimonio, cobalto y cobre. Ciertas realizaciones no limitantes de aleaciones de titanio de acuerdo con la presente divulgación pueden comprender, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación, de 0 a 0,05 de nitrógeno, de 0 a 0,05 de carbono, de 0 a 0,015 de hidrógeno, y de 0 hasta 0,1 de cada uno de niobio, wolframio, hafnio, níquel, galio, antimonio, vanadio, tantalio, manganeso, cobalto y cobre.
En ciertas realizaciones de la presente aleación de titanio, la aleación de titanio comprende una adición intencional de silicio junto con ciertas otras adiciones de aleación para lograr un valor equivalente de aluminio de 6,9 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, que los inventores han observado que mejora la resistencia a la tracción a altas temperaturas. Como se utiliza en el presente documento, el "valor equivalente de aluminio" o el "equivalente de aluminio" (Aleq) puede determinarse de la siguiente manera (en donde todas las concentraciones elementales están en porcentajes en peso, como se indica): Aleq = Al(% en peso) (1/6)xZr(% en peso) (1/3)xSn(% en peso) 10xO(% en peso). Como se utiliza en el presente documento, el "valor equivalente de molibdeno" o el "equivalente de molibdeno" (Moeq) puede determinarse de la siguiente manera (en donde todas las concentraciones elementales están en porcentajes en peso, como se indica): Moeq = Mo(% en peso) (1/5)xTa(% en peso) (1/3,6)xNb(% en peso) (1/2,5)x^V(% en peso) (1/1,5)xV(% en peso) 1,25xCr(% en peso) 1,25xNi(% en peso) 1,7xMn(% en peso) 1,7xCo(% en peso) 2,5xFe(% en peso).
Si bien se reconoce que las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio están generalmente influenciadas por el tamaño del espécimen que se está analizando, en realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgación, una aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 8,0 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 9,0 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 160 ksi y al menos un 10% de alargamiento a 316 °C. En otras realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgación, una aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 8,0 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 8,0 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 150 ksi y al menos un 10 % de alargamiento a 316 °C. En otras realizaciones más no limitantes, una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 6,9 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de no menos de 20 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi. En otras realizaciones más no limitantes, una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 8,0 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 10,4, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de no menos de 86 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
La Tabla 1 enumera las composiciones elementales, Aleq, y Moeq de realizaciones no limitantes de una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación ("Aleación de Titanio Experimental N.° 1"), una realización de una aleación de titanio comparativa que no incluye una adición intencional de silicio, y realizaciones de ciertas aleaciones de titanio convencionales. Sin desear quedar ligados a teoría alguna, se cree que el contenido de silicio de la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 y de la Aleación de Titanio Experimental N.° 2 (aleación de titanio N.° 2 que no entra dentro del alcance de la invención) enumeradas en la Tabla 1 puede promover la precipitación de una o más fases de siliciuro.
Figure imgf000005_0001
Se produjeron numerosos calentamientos de fusión por arco de plasma (PAM) de la Aleación de Titanio Comparativa y de la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 enumeradas en la Tabla 1 utilizando hornos de arco de plasma para producir electrodos de 22,86 cm (9 pulgadas) de diámetro, cada uno pesando aproximadamente 181,4-362,87 kg (400­ 800 lb). Los electrodos se refundieron en un horno de refusión por arco de vacío (VAR) para producir lingotes de 25,4 cm (10 pulgadas) de diámetro. Cada lingote se convirtió en un tocho de 7,62 cm (3 pulgadas) de diámetro utilizando una prensa de trabajo en caliente. Después de una etapa de forja p hasta un diámetro de 17,78 cm (7 pulgadas), una etapa de forja de predeformación a+p hasta un diámetro de 12,7 cm (5 pulgadas), y una etapa de forja de acabado p hasta un diámetro de 7,62 cm (3 pulgadas), los extremos de cada tocho se recortaron para eliminar el rechupe y las grietas de extremo, y los tochos se cortaron en múltiples piezas. Se tomaron muestras de la parte superior de cada tocho y de la parte inferior del tocho más bajo a 17,78 cm (7 pulgadas de diámetro) para determinar la química y la ptransus. Basándose en los resultados químicos de los tochos intermedios, se cortaron muestras de 5,08 cm (2 pulgadas) de largo de los tochos y se forjaron en torta en la prensa. Los especímenes en "torta" fueron tratados térmicamente utilizando el siguiente perfil de tratamiento térmico, correspondiente a una condición tratada en solución y envejecida: tratamiento en solución de la aleación de titanio a 800°C durante 4 horas; enfriamiento rápido en agua de la aleación de titanio a temperatura ambiente; envejecimiento de la aleación de titanio a 635 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio.
Como se utiliza en el presente documento, un proceso de "tratamiento en solución y envejecimiento (STA)" se refiere a un proceso de tratamiento térmico aplicado a aleaciones de titanio que incluye el tratamiento en solución de una aleación de titanio a una temperatura de tratamiento en solución por debajo de la temperatura de la p-transus de la aleación de titanio. En una realización no limitante, la temperatura de tratamiento en solución está en un intervalo de temperatura de aproximadamente 800 °C a aproximadamente 860 °C. La aleación tratada en solución se envejece posteriormente calentando la aleación durante un periodo de tiempo a un intervalo de temperatura de envejecimiento que es menor que la temperatura de la p-transus y menor que la temperatura de tratamiento en solución de la aleación de titanio. Como se utiliza en el presente documento, las expresiones tales como "calentado hasta" o "calentamiento hasta", etc., con referencia a una temperatura, un intervalo de temperatura o una temperatura mínima, significan que la aleación se calienta hasta que al menos la porción deseada de la aleación tiene una temperatura al menos igual a la temperatura mencionada o mínima, o dentro del intervalo de temperatura mencionado en toda la extensión de la porción. El tiempo de tratamiento en solución es de 4 horas. Una vez finalizado el tratamiento en solución, la aleación de titanio se enfría hasta la temperatura ambiente a una velocidad que depende del espesor de la sección transversal de la aleación de titanio.
La aleación de titanio tratada en solución se envejece posteriormente a una temperatura de envejecimiento, también denominada en el presente documento "temperatura de endurecimiento por envejecimiento", que se encuentra en el campo bifásico a+p por debajo de la temperatura de la p-transus de la aleación de titanio. En una realización no limitante, la temperatura de envejecimiento está en un intervalo de temperatura de aproximadamente 620 °C a aproximadamente 650 °C. El envejecimiento dura 8 horas. Las técnicas generales utilizadas en el procesamiento STA de las aleaciones de titanio son conocidas por los profesionales con conocimientos ordinarios en la materia y, por lo tanto, no se analizan más en el presente documento.
Piezas en bruto de ensayo para ensayos de tracción a temperatura ambiente y alta, ensayos de fluencia, tenacidad a la fractura y análisis de microestructura fueron cortadas de los especímenes de torta procesados por STA. Se realizó un análisis químico final en la probeta de tenacidad a la fractura después del ensayo para garantizar una correlación precisa entre la química y las propiedades mecánicas.
El examen del tocho final de 7,62 cm (3 pulgadas) de diámetro reveló una microestructura alfa/beta laminar uniforme. Con referencia a la Figura 2 (que muestra la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 enumerada en la Tabla 1) y a la Figura 3 (que muestra la Aleación de Titanio Comparativa enumerada en la Tabla 1), la metalografía de las muestras extraídas de las muestras de torta forjadas y tratadas térmicamente por STA reveló una fina red de Widmanstatten a con una cierta a primaria y límites de grano a. Particularmente, la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 incluía precipitados de siliciuro (véase la Figura 2, en donde un precipitado de siliciuro se identifica como "e"), mientras que la Aleación de Titanio Comparativa enumerada en la Tabla 1 no lo hacía (véase la Figura 3).
Con referencia a la Figura 4-5, se midieron las propiedades mecánicas de la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 enumerada en la Tabla 1 (denotada "08BA" en las Figuras 4-5) y se compararon con las de la Aleación de Titanio Comparativa enumerada en la Tabla 1 (denotada "07BA" en las Figuras 4-5) y la aleación de Ti17 convencional (cuya composición se especifica en UNS-R58650, denotada "B4E89" en las Figuras 4-5). Los ensayos de tracción se llevaron acabo de acuerdo con la norma E8/E8M-09 de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) ("Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials", ASTM International, 2009). Como se muestra en los resultados experimentales de la Tabla 2, la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 presentó una resistencia máxima a la tracción, un límite elástico y una ductilidad (indicada como % de alargamiento) significativamente mayores a 316 °C en relación con la Aleación de Titanio Comparativa y con ciertas aleaciones de titanio convencionales que no incluían una adición intencional de silicio (por ejemplo, las aleaciones de Ti64 y Ti17), y en relación con ciertas aleaciones de titanio convencionales que incluían adiciones intencionales de silicio (por ejemplo, aleaciones de Ti834 y Ti6242Si).
Tabla 2
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Los resultados del ensayo de tracción a alta temperatura y los resultados del ensayo de fluencia a 427 °C para la Aleación de Titanio Experimental N.° 1 enumerada en la Tabla 1 (con adición intencional de silicio) y la Aleación de Titanio Experimental N.° 2 enumerada en la Tabla 1 (con adición intencional de silicio) se compararon con los de la Aleación de Titanio Comparativa de la Tabla 1 (sin adición intencional de silicio) y con algunas de las muestras de aleación de titanio convencional enumerada en la Tabla 1. Los datos se muestran en la Tabla 3. La Aleación de Titanio Experimental N.° 1, por ejemplo, presentó un aumento de aproximadamente el 25% en UTS y un aumento de aproximadamente el 77 % en la vida de fluencia a 427 °C en relación con la Aleación de Titanio Comparativa.
Tabla 3
Figure imgf000007_0001
En ciertas realizaciones no limitantes de la aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación, la aleación de titanio comprende una adición intencional de silicio junto con ciertas otras adiciones de aleación para lograr un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, que se observó para mejorar la resistencia a la tracción a altas temperaturas. En realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgación, una aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 6,9 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 150 ksi a 316 °C. En otras realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente divulgación, una aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 8,0 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 130 ksi a 316 °C. En otras realizaciones más no limitantes, una aleación de titanio de acuerdo con la presente divulgación comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9, o en ciertas realizaciones dentro del intervalo de 8,0 a 9,5, un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de no menos de 86 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
Los resultados de los ensayos de tracción a alta temperatura y los resultados de los ensayos de fluencia de la Aleación de Titanio Experimental N.° 2 en la Tabla 1 a 800 °F (427 °C) se enumeran en la Tabla 3. Antes del ensayo, las aleaciones se sometieron a los tratamientos térmicos identificados en las realizaciones descritas anteriormente en relación con las Figuras 1-3: tratamiento en solución de la aleación de titanio a 800°C durante 4 horas; enfriamiento rápido en agua de la aleación de titanio a temperatura ambiente; envejecimiento de la aleación de titanio a 635 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio. Con referencia a la Figura 6, la metalografía de la Aleación Experimental N.° 2 tratada térmicamente por STA reveló precipitados de siliciuro (un precipitado identificado como "d"). Sin desear quedar ligados a teoría alguna, se cree que el contenido de silicio de la Aleación de Titanio Experimental N.° 2 enumerada en la Tabla 1 puede promover la precipitación de esta fase de siliciuro.
Ciertas realizaciones de aleaciones producidas de acuerdo con la presente divulgación y artículos fabricados a partir de estas aleaciones pueden aplicarse ventajosamente en piezas y componentes aeronáuticos tales como, por ejemplo, discos de turbina de motores a reacción y palas de turbofán. Aquellos que tengan una habilidad ordinaria en la materia serán capaces de fabricar los equipos, piezas y otros artículos de fabricación anteriores a partir de aleaciones de acuerdo con la presente divulgación sin necesidad de proporcionar una descripción adicional en el presente documento. Los ejemplos anteriores de posibles aplicaciones para aleaciones de acuerdo con la presente divulgación se ofrecen a modo de ejemplo únicamente, y no son exhaustivas de todas las aplicaciones a las cuales se pueden aplicar las presente formas de productos de aleación. Los expertos en la técnica, tras la lectura de la presente divulgación, pueden identificar fácilmente las aplicaciones adicionales para la aleaciones como se describe en el presente documento.
Varios aspectos no exhaustivos y no limitantes de las aleaciones novedosas de acuerdo con la presente divulgación pueden ser útiles solos o en combinación con uno o más aspectos descritos en el presente documento. Sin limitar la descripción anterior, en un primer aspecto de la presente divulgación, una aleación de titanio comprende, en porcentaje en peso basado en el peso total de la aleación: de 5,5 a 6,5 de aluminio; de 1,9 a 2,9 de estaño; de 1,8 a 3,0 de circonio; de 4,5 a 5,5 de molibdeno; de 4,2 a 5,2 de cromo; de 0,08 a 0,15 de oxígeno; de 0,03 a 0,20 de silicio; de 0 a 0,30 de hierro; titanio; e impurezas.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación: de 5,9 a 6,0 de aluminio; de 2,3 a 2,5 de estaño; de 2,3 a 2,6 de circonio; de 4,9 a 5,1 de molibdeno; de 4,5 a 4,8 de cromo; de 0,08 a 0,13 de oxígeno; de 0,03 a 0,10 de silicio; hasta 0,07 de hierro; titanio; e impurezas.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende además, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación: de 0 a 0,05 de nitrógeno; de 0 a 0,05 de carbono; de 0 a 0,015 de hidrógeno, y de 0 hasta 0,1 de cada uno de niobio, wolframio, hafnio, níquel, galio, antimonio, vanadio, tantalio, manganeso, cobalto y cobre.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 160 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 140 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de al menos 20 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 160 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 140 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de al menos 20 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio se prepara mediante un proceso que comprende: tratamiento en solución de la aleación de titanio de 800 °C a 860 °C durante 4 horas; enfriamiento de la aleación de titanio a temperatura ambiente a una velocidad que depende de un espesor de la sección transversal de la aleación de titanio; envejecimiento de la aleación de titanio de 620 °C a 650 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 150 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 130 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de no menos de 86 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 6,9 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta una resistencia máxima a la tracción de al menos 150 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un límite elástico de al menos 130 ksi a 316 °C.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, y presenta un tiempo hasta deformación por fluencia al 0,2 % de no menos de 86 horas a 427 °C bajo una carga de 60 ksi.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio se fabrica mediante un proceso que comprende: tratamiento en solución de la aleación de titanio de 800 °C a 860 °C durante 4 horas; enfriamiento rápido en agua de la aleación de titanio a temperatura ambiente; envejecimiento de la aleación de titanio de 620 °C a 650 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, la presente divulgación también proporciona un método para fabricar una aleación, que comprende: tratamiento en solución de una aleación de titanio de 800 °C a 860 °C durante 4 horas, en donde la aleación de titanio comprende de 5,5 a 6,5 aluminio, de 1,9 a 2,9 de estaño, de 1,8 a 3,0 de circonio, de 4,5 a 5,5 de molibdeno, de 4,2 a 5,2 de cromo, de 0,08 a 0,15 de oxígeno, de 0,03 a 0,20 de silicio, de 0 a 0,30 de hierro, titanio, e impurezas; enfriamiento de la aleación de titanio a temperatura ambiente a una velocidad que depende de un espesor de la sección transversal de la aleación de titanio; envejecimiento de la aleación de titanio de 620 °C a 650 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente divulgación, que puede utilizarse en combinación con cada uno o cualquiera de los aspectos mencionados anteriormente, la aleación de titanio comprende además, en porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación, de 0 a 0,05 de nitrógeno, de 0 a 0,05 de carbono, de 0 a 0,015 de hidrógeno, y de 0 hasta 0,1 de cada uno de niobio, wolframio, hafnio, níquel, galio, antimonio, vanadio, tantalio, manganeso, cobalto y cobre.
Debe entenderse que la presente descripción ilustra aquellos aspectos de la invención relevantes para una comprensión clara de la invención. Determinados aspectos de la invención que resultarían evidentes para aquellas personas normalmente expertas en la materia y que, por lo tanto, no facilitarían una mejor comprensión de la invención, no se han presentado con el fin de simplificar la presente descripción. Aunque solo un número limitado de realizaciones de la presente invención se describen necesariamente en el presente documento, una persona normalmente experta en la materia, tras considerar la descripción anterior, reconocerá que pueden emplearse muchas modificaciones y variaciones de la invención. Todas las variaciones y modificaciones de la invención pretenden estar cubiertas por la descripción anterior y las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una aleación de titanio que consiste, en porcentaje en peso basado en el peso total de la aleación, en:
de 5,5 a 6,5 de aluminio;
de 1,9 a 2,9 de estaño;
de 1,8 a 3,0 de circonio;
de 4,5 a 5,5 de molibdeno;
de 4,2 a 5,2 de cromo;
de 0,08 a 0,15 de oxígeno;
de 0,03 a 0,20 de silicio;
de 0 a 0,30 de hierro;
de 0 a 0,05 de nitrógeno;
de 0 a 0,05 de carbono;
de 0 a 0,015 de hidrógeno; y
de 0 hasta 0,1 de cada uno de niobio, wolframio, hafnio, níquel, galio, antimonio, vanadio, tantalio, manganeso, cobalto, y cobre;
resto de titanio; e impurezas.
2. La aleación de titanio de la reivindicación 1, que comprende:
de 2,2 a 2,6 de estaño;
de 2,0 a 2,8 de circonio;
de 4,8 a 5,2 de molibdeno;
de 4,5 a 4,9 de cromo;
de 0,08 a 0,13 de oxígeno;
de 0,03 a 0,11 de silicio;
de 0 a 0,25 de hierro.
3. La aleación de titanio de la reivindicación 1, que comprende:
de 5,9 a 6,0 de aluminio;
de 2,3 a 2,5 de estaño;
de 2,3 a 2,6 de circonio;
de 4,9 a 5,1 de molibdeno;
de 4,5 a 4,8 de cromo;
de 0,08 a 0,13 de oxígeno;
de 0,03 a 0,10 de silicio;
hasta 0,07 de hierro.
4. La aleación de titanio de la reivindicación 1, en donde la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de al menos 6,9 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8, en donde el equivalente de aluminio (Aleq) = Al(% en peso) (1/6)xZr(% en peso) (1/3)xSn(% en peso) 10xO(% en peso) y el equivalente de molibdeno (Moeq) = Mo(% en peso) (1/5)xTa(% en peso) (1/3,6)xNb(% en peso) (1/2,5)xW(% en peso) (1/1,5)xV(% en peso) 1,25xCr(% en peso) 1,25xNi(% en peso) 1,7xMn(% en peso) 1,7xCo(% en peso) 2,5xFe(% en peso).
5. La aleación de titanio de la reivindicación 4, en donde la aleación de titanio comprende un valor equivalente de aluminio de 8,0 a 9,5 y un valor equivalente de molibdeno de 7,4 a 12,8.
6. Un método para fabricar una aleación, que comprende:
tratamiento en solución de una aleación de titanio de 800 °C a 860 °C durante 4 horas, en donde la aleación de titanio comprende una aleación de titanio de acuerdo con la reivindicación 1;
enfriamiento de la aleación de titanio a temperatura ambiente a una velocidad que depende de un espesor de la sección transversal de la aleación de titanio;
envejecimiento de la aleación de titanio de 620 °C a 650 °C durante 8 horas; y enfriamiento en aire de la aleación de titanio.
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