TWI572721B - 高強度α／β鈦合金 - Google Patents

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Description

高強度α/β鈦合金
本發明係關於高強度之延性α/β鈦合金。
相關申請案之交叉參考
本申請案為部分接續申請案，本案根據35 U.S.C. § 120主張2010年10月13日申請且名稱為「高強度α/β鈦合金扣件及扣件原料(High Strength Alpha/Beta Titanium Alloy Fasteners and Fastener Stock)」之同在申請中之美國專利申請案第12/903,851號的優先權，該案為部分接續申請案，其根據35 U.S.C. § 120主張2010年9月23日申請且名稱為「高強度α/β鈦合金扣件及扣件原料(High Strength Alpha/Beta Titanium Alloy Fasteners and Fastener Stock)」之同在申請中之美國專利申請案第12/888,699號的優先權。申請案第12/903,851號及第12/888,699號之整體揭示內容以引用的方式併入本文中。
鈦合金通常展現高強度重量比，耐腐蝕且在中等高溫下抗蠕變。因此，鈦合金用於航天、航空、國防、船舶及汽車應用中，包括例如起落架部件、機架、防彈衣、船體及機械扣件。
減輕飛行器或其他移動載具之重量可節約燃料。因此，舉例而言，航天工業具有極大的動力來減輕飛行器重量。鈦及鈦合金由於其強度重量比高而為飛行器應用中達成重量減輕的吸引人的材料。航天應用中所用之大多數鈦合金零件由Ti-6Al-4V合金(ASTM 5級；UNS R56400；AMS 4928、AMS 4911)製成，其為α/β鈦合金。
Ti-6Al-4V合金為最常見的鈦基製造材料之一，估計其在整個鈦基材料市場佔50%以上。Ti-6Al-4V合金用於許多應用中，該等應用受益於合金之輕質、耐腐蝕性及在低溫至中溫下之高強度的有利組合。舉例而言，Ti-6Al-4V合金用於製造飛行器引擎組件、飛行器結構組件、扣件、高效能汽車組件、醫療裝置組件、運動設備、船舶應用組件及化學加工設備組件。
Ti-6Al-4V合金軋延產品一般在軋延退火狀態下或在固溶處理及老化(STA)狀態下使用。如本文中所使用，「軋延退火狀態」係指鈦合金在「軋延退火」熱處理後之狀態，其中在高溫(例如1200-1500℉/649-816℃)下使工件退火約1-8小時並在靜止空氣中冷卻。工件在α+β相區內熱加工後，進行軋延退火熱處理。在室溫下，在軋延退火狀態下，直徑為約2至4吋(5.08至10.16 cm)之Ti-6Al-4V合金圓桿的最小規定極限拉伸強度為130 ksi(896 MPa)且最小規定屈服強度為120 ksi(827 MPa)。軋延退火Ti-6Al-4V板通常根據規格AMS 4911來製造，而軋延退火Ti-6Al-4V桿通常根據規格AMS 4928來製造。
以全文引用的方式併入本文中之美國專利第5,980,655號(「'655專利」)揭示一種α/β鈦合金，其包含2.90至5.00重量%鋁、2.00至3.00重量%釩、0.40至2.00重量%鐵、0.20至0.30重量%氧、附帶雜質及鈦。'655專利中所揭示之α/β鈦合金在本文中稱為「'655合金」。以總合金重量計，'655合金中之市售合金組成標稱地包括4.00重量%鋁、2.50重量%釩、1.50重量%鐵、0.25重量%氧、附帶雜質及鈦，且可在本文中稱為Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O合金。
由於難以冷加工Ti-6Al-4V合金，故合金一般係在高溫下，一般在α2固溶線溫度以上加工(例如鍛造、輥軋、拉伸及其類似加工)。Ti-6Al-4V合金由於例如在冷變形期間破裂(亦即工件破損)之發生率高而無法有效地冷加工來增加強度。然而，如以全文引用的方式併入本文中之美國專利申請公開案第2004/0221929號中所述，令人驚訝地且出乎意料地發現，'655合金具有相當大的可冷變形度/可冷加工度。
'655合金令人驚訝地可進行冷加工以達成高強度，同時仍保留可加工之延展度。可加工之延展度在本文中定義為合金展現大於6%伸長率之狀態。又，'655合金之強度與Ti-6Al-4V合金可達成之強度相當。舉例而言，如'655專利之表6中所示，針對Ti-6Al-4V合金量測得之拉伸應力為145.3 ksi(1,002 MPa)，而'655合金之測試樣品展現在138.7 ksi至142.7 ksi(956.3 MPa至983.9 MPa)之範圍內的拉伸強度。
航天材料規格6946B(AMS 6946B)規定的化學組成範圍比'655專利之申請專利範圍中所述者更有限。AMS 6946B中所規定之合金保留'655專利中元素範圍界限更寬廣的可成形性，但AMS 6946B所允許之機械強度性質最小值低於市售Ti-6Al-4V合金所規定之最小值。舉例而言，根據AMS-4911L，0.125吋(3.175 mm)厚的Ti-6Al-4V板之最小拉伸強度為134 ksi(923.9 MPa)且最小屈服強度為126 ksi(868.7 MPa)。相比之下，根據AMS 6946B，0.125吋(3.175 mm)厚的Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O板之最小拉伸強度為130 ksi(896.3 MPa)且最小屈服強度為115 ksi(792.9 MPa)。
假設仍需要經由減輕飛行器及其他載具之重量來降低燃料消耗，則需要改良之延性α/β鈦合金，其較佳展現類似於或優於Ti-6Al-4V α/β鈦合金所展現之機械性質的機械性質。
根據本發明之一態樣，以總合金重量計，α/β鈦合金包含：3.9至4.5重量%鋁；2.2至3.0重量%釩；1.2至1.8重量%鐵；0.24至0.30重量%氧；至多0.08重量%碳；至多0.05重量%氮；至多0.015重量%氫；鈦；及至多總共0.30重量%其他元素。
根據本發明之另一態樣，以總合金重量計，α/β鈦合金基本上由以下組成：3.9至4.5重量%鋁；2.2至3.0重量%釩；1.2至1.8重量%鐵；0.24至0.30重量%氧；至多0.08重量%碳；至多0.05重量%氮；至多0.015重量%氫；鈦；及至多總共0.30重量%其他元素。
本文所述之合金及相關方法的特點及優點可參考附圖來充分瞭解。
讀者經考量以下實施方式將瞭解本發明之合金及相關方法之某些非限制性實施例的以上詳情以及其他詳情。
在本發明之非限制性實施例之描述中，除了在操作實例中或另有說明，所有表示數量或特徵之數字均應理解為在所有情況下由術語「約」修飾。因此，除非有相反說明，否則以下描述中所述之任何數值參數均為近似值，其可視設法藉由本發明之方法獲得之所需材料的性質而變化。最低限度地且不希望均等論(doctrine of equivalents)之應用限於申請專利範圍，各數值參數至少應根據所報導之有效數位的數字且藉由應用一般捨入技術來理解。
提及以全文或部分引用的方式併入本文中之任何專利、公開案或其他揭示材料僅在以下程度上併入本文中：所併入之材料不與本發明中所述之現有定義、陳述或其他揭示材料衝突。因此，必要時，如本文中所述之揭示內容與以引用的方式併入本文中之任何材料有衝突時，以本文中所述之揭示內容為準。提及以引用的方式併入本文中但與本文中所述之現有定義、陳述或其他揭示材料衝突的任何材料或其一部分或其一部分僅在以下程度上併入：所併入之材料與現有揭示材料之間不出現衝突。
本發明之α/β鈦合金的非限制性實施例包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：3.9至4.5重量%鋁；2.2至3.0重量%釩；1.2至1.8重量%鐵；0.24至0.30重量%氧；至多0.08重量%碳；至多0.05重量%氮；至多0.015重量%氮；鈦；及至多總共0.30重量%其他元素。在本發明之某些非限制性實施例中，可存在於α/β鈦合金中之其他元素(作為至多0.30重量%其他元素之一部分)包括硼、錫、鋯、鉬、鉻、鎳、矽、銅、鈮、鉭、錳、釔及鈷中之一或多者，且在某些非限制性實施例中，每一該種其他元素之重量含量為0.10或小於0.10，但有兩個例外。該等例外為硼及釔，若其完全作為其他元素之一部分存在時，則以小於0.005重量%之個別濃度存在。
I.　合金組成
本發明之合金的非限制性實施例包含鈦、鋁、釩、鐵及氧。只要以下討論之組成中陳述合金元素，則應瞭解其餘包括鈦及附帶雜質。
A.　鋁
鋁為鈦合金中之α相強化劑。本發明之α/β鈦合金的非限制性實施例中鋁之組成範圍比'655專利中所揭示之鋁範圍窄。又，根據本發明之合金的某些非限制性實施例之鋁的最小含量大於AMS 6946B中所述之最小含量。已觀察到此等組成特點使得合金更一致地展現與Ti-6Al-4V合金相似之機械性質。本發明之α/β鈦合金中鋁之最小濃度為3.9重量%。本發明之α/β鈦合金中鋁之最大濃度為4.5重量%。
B.　釩
釩為鈦合金中之β相穩定劑。本發明之α/β鈦合金中釩之最小濃度大於'655專利中所揭示及AMS 6946B中所述之最小濃度。已觀察到此組成特點提供α相與β相之體積分率的最佳、控制平衡。α相與β相之平衡使得本發明合金具有極佳延性及可成形性。釩以2.2重量%之最小濃度存在於本發明之α/β鈦合金中。本發明之α/β鈦合金中釩之最大濃度為3.0重量%。
C.　鐵
鐵為鈦合金中之共析β穩定劑。與'655專利中所述之合金相比，本發明之α/β鈦合金包括較大最小濃度及較窄範圍之鐵。已觀察到此等特點提供α相與β相之體積分率的最佳、控制平衡。該平衡使得本發明之合金具有極佳延性及可成形性。鐵以1.2重量%之最小濃度存在於本發明之α/β合金中。本發明之α/β鈦合金中鐵之最大濃度為1.8重量%。
D.　氧
氧為鈦合金中之α相強化劑。本發明之α/β鈦合金中氧之組成範圍比'655專利中及AMS 6946B規格中所揭示之範圍窄。又，本發明之合金的非限制性實施例中氧之最小濃度大於'655專利及AMS 6946B規格中之最小濃度。已觀察到此等組成特點使得本發明之合金一致地展現與某些Ti-6Al-4V機械性質相似之機械性質。本發明之α/β鈦合金中氧之最小濃度為0.24重量%。本發明之α/β鈦合金中氧之最大濃度為0.30重量%。
除包括如上文所論述之鈦、鋁、釩、鐵及氧外，本發明之α/β鈦合金的某些非限制性實施例包括總濃度不超過0.30重量%之其他元素。在某些非限制性實施例中，此等其他元素包括硼、錫、鋯、鉬、鉻、鎳、矽、銅、鈮、鉭、錳、釔及鈷中之一或多者，其中除了兩個例外，每一該種元素之重量%為0.10或小於0.10。該等例外為硼及釔。若存在於本發明之合金中，則硼及釔每一者之重量%小於0.005。
附帶雜質亦可存在於本發明之α/β鈦合金中。舉例而言，可存在至多約0.008重量%碳。可存在至多約0.05重量%氮。可存在至多約0.015重量%氫。其他可能存在之附帶雜質對於一般熟習冶金技術者將顯而易見。
表1提供(i)本發明之α/β鈦合金的某些非限制性實施例及(ii) '655專利中所揭示及AMS 6946B中所規定之某些合金之組成的總結。
本發明者出乎意料地發現，提供鋁、氧及鐵之最小含量大於'655專利中所教示之最小含量的本發明合金可提供一致地展現例如至少與軋延退火Ti-6Al-4V合金之某些機械性質相似之機械性質(諸如強度)的α/β鈦合金。本發明者亦出乎意料地發現，相對於'655專利中所揭示之彼等最小值及範圍，增加鐵及釩之最小含量及使其範圍變窄可提供在軋延退火形式下展現α相與β相之體積分率之最佳及控制平衡的合金。本發明之α/β鈦合金的此最佳相平衡提供延性比Ti-6Al-4V合金改良、同時保留'655專利中所揭示及AMS 6946B中所規定之合金延性之合金實施例。
熟習此項技術者瞭解，金屬材料之強度及延性一般展現反比關係。換言之，一般而言，當金屬材料之強度增加時，材料之延性降低。因為一般針對軋延退火鈦合金觀察到強度與延性之間的反比關係，所以未預期本發明之α/β鈦合金具有增加之機械強度與保留之延性的組合。增加之機械強度與保留之延性之出乎意料且令人驚訝的組合為本發明之合金實施例的尤其有利特點。令人驚訝地觀察到，本發明之軋延退火合金的實施例展現與Ti-6Al-4V合金相當之強度而不展現延性降低。
已觀察到鋁當量值(Aleq)為至少6.3或更佳為至少6.4的本發明之α/β合金的某些非限制性實施例展現至少與Ti-6Al-4V合金之強度相當的強度。亦已觀察到該等合金展現優於鋁當量值通常為約7.5之Ti-6Al-4V合金的延性。如本文中所使用，「鋁當量值」或「鋁當量」(Aleq)意謂等於合金中鋁濃度(重量%)加上合金中氧濃度(重量%)之10倍的值。換言之，合金之鋁當量可如下測定：Aleq=Al(wt.%)+10(O(wt.%))。
雖然認識到鈦合金之機械性質一般受所測試試樣之尺寸影響，但在本發明之非限制性實施例中，α/β鈦合金之鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及屈服強度為至少120 ksi(827.4 MPa)，或在某些實施例中為至少130 ksi(896.3 MPa)。
在本發明之其他非限制性實施例中，α/β鈦合金之鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及屈服強度在120 ksi(827.4 MPa)至155 ksi(1,069 MPa)之範圍內。
在其他非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及極限拉伸強度為至少130 ksi(896.3 MPa)，或在某些實施例中為至少140 ksi(965.3 MPa)。
在本發明之其他非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及極限拉伸強度在130 ksi(896.3 MPa)至165 ksi(1,138 MPa)之範圍內。
在其他非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及延性為至少12%或至少16%(伸長率%)。
在其他非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，或在某些實施例中在6.4至7.2之範圍內，及延性在12%至30%(伸長率%或「% el」)之範圍內。
雖然根據本發明之某些非限制性實施例，6.3為Aleq之絕對最小值，但本發明者已確定需要至少6.4之Aleq值來達成與Ti-6Al-4V合金所展現之強度相同的強度。亦認識到在本發明之α/β鈦合金的其他非限制性實施例中，Aleq之最大值為7.5且根據本文所揭示之其他非限制性實施例的強度與延性之關係適用。
根據一非限制性實施例，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，屈服強度為至少120 ksi(827.4 MPa)，極限拉伸強度為至少130 ksi(896.3 MPa)，及延性為至少12%(伸長率%)。
根據另一非限制性實施例，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值為至少6.4，屈服強度為至少130 ksi(896.3 MPa)，極限拉伸強度為至少140 ksi(965.3 MPa)，及延性為至少12%。
在又一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金的鋁當量值在6.4至7.2之範圍內，屈服強度在120 ksi(827.4 MPa)至155 ksi(1,069 MPa)之範圍內，極限拉伸強度在130 ksi(896.3 MPa)至165 ksi(1,138 MPa)之範圍內，及延性在12%至30%(伸長率%)之範圍內。
在一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS14.767(Aleq)+48.001。
在另一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.338(Aleq)+46.864。
在又一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現以下平均延性：
%el3.3669(Aleq)-1.9417。
在另一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS14.767(Aleq)+48.001；
滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.338(Aleq)+46.864；
及滿足以下方程式之平均延性：
%el3.3669(Aleq)-1.9417。
在一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS12.414(Aleq)+64.429。
在另一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.585(Aleq)+44.904。
在又一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現以下平均延性：
%el4.1993(Aleq)+7.4409。
在另一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS12.414(Aleq)+64.429；
滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.585(Aleq)+44.904；
及滿足以下方程式之平均延性：
%el4.1993(Aleq)+7.4409。
在一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS10.087(Aleq)+76.785。
在另一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.911(Aleq)+39.435。
在又一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現以下平均延性：
%el1.1979(Aleq)+8.5604。
在又一非限制性實施例中，本發明之α/β鈦合金展現滿足以下方程式之平均極限拉伸強度(UTS)：
UTS10.087(Aleq)+76.785；
滿足以下方程式之平均屈服強度(YS)：
YS13.911(Aleq)+39.435；
及滿足以下方程式之單位為伸長率%(%el)的平均延性：
%el1.1979(Aleq)+8.5604。
已測定，與Ti-6Al-4V合金相比，本發明之α/β鈦合金的非限制性實施例展現相似或更高機械強度、更高延性及改良之可成形性。因此，有可能在航天、航空、船舶、汽車及其他應用中使用由本發明之合金形成之物品作為Ti-6Al-4V合金物品之替代品。本發明之合金之實施例的高強度及延性允許製造具有高耐受性且目前無法由Ti-6Al-4V合金製成之某些軋延成品形狀。
本發明之一態樣係有關包含本發明之合金及/或由本發明之合金製成的製品。該等製品之某些非限制性實施例可選自飛行器引擎組件、飛行器結構組件、汽車組件、醫療裝置組件、運動設備組件、船舶應用組件及化學加工設備組件。一般技術者現在或今後所知且可包含本發明之α/β鈦合金實施例及/或由其製成之其他製品係在本文所揭示之實施例的範疇內。藉由成形及其他製造技術包含本發明之合金及/或由本發明之合金製成的製品現在或將來為一般技術者所知。
以下實例意欲進一步描述某些非限制性實施例，而不限制本發明之範疇。一般技術者應瞭解，在僅由申請專利範圍限定之本發明範疇內可能存在以下實例之變化形式，以及本文未特定描述之其他實施例。
實例1
使用習知真空電弧再熔(VAR)、電漿弧熔化(PAM)或電子束冷膛熔解(EB)進行初熔來鑄造具有本發明之組成的α/β鈦合金鑄錠，且使用VAR再熔。鑄錠之組成包括於上表1之「本發明之非限制性實施例」欄中所列的範圍內。
此實例1中所產生之鑄錠組成的鋁當量值範圍為約6.0至約7.1。使用各種熱輥軋操作將鑄錠加工成直徑介於0.25吋(0.635 cm)與3.25吋(8.255 cm)之間的熱輥軋桿及線。在介於1550℉(843.3℃)與1650℉(898.9℃)之間的起始溫度下進行熱輥軋。此溫度範圍低於此實例之合金的α/β轉變溫度，其為約1750℉至約1850℉(約954.4℃至約1010℃)，此視實際化學組成而定。熱輥軋後，在1275℉(690.6℃)下使熱輥軋桿及線退火1小時，隨後進行空氣冷卻。實例1中產生之各桿及線樣品的直徑、鋁濃度、鐵濃度、氧濃度及所計算的Aleq提供於表2中。
圖1以圖表形式顯示表2中所列之桿及線樣品的室溫極限拉伸強度(UTS)、屈服強度(YS)及伸長率%(%el)與樣品中合金之鋁當量值的關係。圖1亦包括穿過由線性回歸測定之UTS、YS及%el數據點的趨勢線。可見平均強度與平均伸長率%皆隨Aleq增加而增加。此關係令人驚訝且出乎意料，因為其與強度增加伴有延性降低之一般所觀察到的關係相反。
Ti-6Al-4V之典型UTS及YS最小值分別為135 ksi(930.8 MPa)及125 ksi(861.8 MPa)。表2中所列之本發明樣品的YS範圍為約125 ksi(對於Aleq為約6.0之樣品)至約141 ksi(對於Aleq為約7.1之樣品)。Aleq為約6.4之樣品展現YS為約130 ksi(896.3 MPa)。表2中所列之本發明樣品的UTS範圍為約135 ksi(對於Aleq為約6.0之樣品)至約153 ksi(對於Aleq為約7.1之樣品)。Aleq為約6.4之樣品展現YS為約141 ksi(972 MPa)。
實例2
在室溫下對實例1之直徑為0.5吋(1.27 cm)及鋁當量值為約6.5、約6.8及約7.15的線樣品第9-11號進行拉伸測試。拉伸測試之結果在圖2中以圖表形式顯示。所有此等樣品均展現類似或高於商業Ti-6Al-4V合金所展現之強度的拉伸及屈服強度。如同圖1，自圖2可見，Aleq增加使得強度增加，以及平均伸長率%增加。如上文所論述，此趨勢令人驚訝且出乎意料，因為其與強度增加伴有延性降低之一般所觀察到的關係相反。與表示對各種尺寸之樣品進行之測試的圖1相比，表示對相同尺寸之樣品進行之測試的圖2之數據散佈較小，因為機械性質在某種程度上受測試樣品之尺寸影響。
實例3
由根據實例1中所述之步驟製造的鑄錠製造經熱輥軋之1吋(2.54 cm)厚的板樣品。合金鑄錠具有在上表1之「本發明之非限制性實施例」欄中所列的範圍內之組成，其中鋁及氧濃度及鋁當量值如表3中所列。
所有熱輥軋溫度均低於合金之α/β轉變溫度。合金之Aleq值為約6.5至約7.1。使用室溫拉伸測試測定拉伸強度、屈服強度及伸長率%(延性)。拉伸測試結果在圖3中以圖表形式顯示。自圖3可見，如由所計算之鋁當量所指示，包括增加含量之Al及O的合金在室溫下展現的強度至少與Ti-6Al-4V合金所展現之強度相當。此外，觀察到強度隨Aleq增加而增加。另外，本發明合金之平均延性隨著Aleq增加及強度增加而略有增加或保持大致不變。此趨勢令人驚訝且出乎意料，因為其與強度增加伴有延性降低之一般所觀察到的關係相反。
本發明已參考各種例示性、說明性及非限制性實施例來描述。然而，一般技術者應認識到，可在不脫離本發明範疇的情況下對任一所揭示實施例(或其一部分)作出各種取代、修改或組合，本發明範疇僅由申請專利範圍限定。因此，預期且瞭解，本發明涵蓋本文未明確闡述之其他實施例。該等實施例可例如藉由組合及/或改變本文所述之實施例的所揭示步驟、成分、組成部分、組分、元素、特點、態樣及其類似物中之任一者來獲得。因此，本發明不受各種例示性、說明性及非限制性實施例之描述限制，而僅受申請專利範圍限制。以此方式，應瞭解，申請專利範圍可在本發明專利申請案之審查期間進行修正以向本發明添加如本文以不同方式所述的特點。
圖1為包含本發明之合金之非限制性實施例之桿及線的極限拉伸強度及屈服強度與鋁當量之關係圖；
圖2為包含本發明之合金之非限制性實施例之0.5吋(1.27 cm)直徑線的極限拉伸強度及屈服強度與鋁當量之關係圖；及
圖3為包含本發明之合金之非限制性實施例之1吋(2.54 cm)厚板的拉伸強度、屈服強度及伸長率%與鋁當量之關係圖。
(無元件符號說明)

Claims (15)

  1. 一種α/β鈦合金，以總合金重量計，其包含：3.9至4.5重量%鋁；2.2至3.0重量%釩；1.2至1.8重量%鐵；0.24至0.30重量%氧；至多最高0.08重量%碳；至多最高0.05重量%氮；至多最高0.015重量%氫；至多總共0.30重量%其他元素，其中該至多總共0.30重量%其他元素包含：每一者之含量小於0.005重量%之硼及釔；每一者之含量不大於0.10重量%之錫、鋯、鉬、鉻、鎳、矽、銅、鈮、鉭、錳及鈷；及配平鈦及附帶雜質。
  2. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值在6.4至7.2之範圍內，且展現在120ksi(827.4MPa)至155ksi(1,069MPa)之範圍內之屈服強度。
  3. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值在6.4至7.2之範圍內，且展現在130ksi(896.3MPa)至165ksi(1,138MPa)之範圍內之極限拉伸強度。
  4. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值在6.4至7.2之範圍內，且展現在12%至30%伸長率之範圍內之延性。
  5. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值在6.4至7.2之範圍內，展現在120ksi(827.4MPa)至155ksi(1,069MPa)之範圍內之屈服強度，展現在130ksi(896.3MPa)至165ksi(1,138MPa)之範圍內之極限拉伸強度，且展現在12%至30%伸長率之範圍內之延性。
  6. 如請求項1之α/β鈦合金，其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均極限拉伸強度(UTS)滿足以下方程式：UTS14.767(Aleq)+48.001，標準差為0.6213；其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均屈服強度(YS)滿足以下方程式：YS13.338(Aleq)+46.864；標準差為0.4519；且其中以伸長率%測量之該α/β鈦合金平均延性滿足以下方程式：%el3.3669(Aleq)-1.9417，標準差為0.1746；其中Aleq=鋁重量百分比+10(氧)重量百分比。
  7. 如請求項1之α/β鈦合金，其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均極限拉伸強度(UTS)滿足以下方程式：UTS12.414(Aleq)+64.429，標準差為0.9576；其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均屈服強度(YS)滿足以下方程式：YS13.585(Aleq)+44.904；標準差為0.8138；且其中以該α/β鈦合金伸長率%測量之平均延性滿足以下 方程式：%el4.1993(Aleq)-7.4409，標準差為0.1731；其中Aleq=鋁重量百分比+10(氧)重量百分比。
  8. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值為至少6.4，且展現至少120ksi(827.4MPa)之屈服強度。
  9. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值為至少6.4，且展現至少130ksi(896.3MPa)之極限拉伸強度。
  10. 如請求項1至9中任一項之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值為至少6.4，且展現至少12%伸長率之延性。
  11. 如請求項1之α/β鈦合金，其中該合金之鋁當量值為至少6.4，展現至少120ksi(827.4MPa)之屈服強度，展現至少130ksi(896.3MPa)之極限拉伸強度，且展現至少12%伸長率之延性。
  12. 如請求項1之α/β鈦合金其中該合金包括：4.05至4.40重量%鋁；2.2至3.0重量%釩；1.24至1.56重量%鐵；0.24至0.28重量%氧；至多最高0.08重量%碳；至多最高0.05重量%氮；至多最高0.015重量%氫；鈦；及至多總共0.30重量%其他元素； 其中該合金包含至少為6.4之鋁當量值，展現至少122ksi(841.2MPa)之屈服強度，展現至少142ksi(979.1MPa)之極限拉伸強度，且展現至少20%之伸長率之延性。
  13. 如請求項1之α/β鈦合金，其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均極限拉伸強度(UTS)滿足以下方程式：UTS10.087(Aleq)+76.785；其中以ksi為單位計之該α/β鈦合金之平均屈服強度(YS)滿足以下方程式：YS13.911(Aleq)+39.435；且其中以伸長率%測量之該α/β鈦合金平均延性滿足以下方程式：%el1.1979(Aleq)+8.5604；其中Aleq=鋁重量百分比+10(氧)重量百分比。
  14. 一種製品，其包含如請求項1至13中任一項之合金。
  15. 如請求項14之製品，其中該製品係選自飛行器引擎組件、飛行器結構組件、汽車組件、醫療裝置組件、運動設備組件、船舶應用組件及化學加工設備組件。
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