(57)【要約】チタン合金の非限定的な実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．１〜６．５のアルミニウムと、１．９〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜５．５のモリブデンと、３．３〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む。チタン合金の非限定的な実施形態は、高温で引張り強さを改善することが観察された少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を達成するため、特定の他の合金の添加と併せてシリコンの意図的な添加を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金であって、合金の総重量に基づく重量パーセントで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
１．９〜２．９のスズと、
１．８〜３．０のジルコニウムと、
４．５〜５．５のモリブデンと、
４．２〜５．２のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．２０のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、前記チタン合金。
【請求項２】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
２．２〜２．６のスズと、
２．０〜２．８のジルコニウムと、
４．８〜５．２のモリブデンと、
４．５〜４．９のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１１のシリコンと、
０〜０．２５の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項３】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．９〜６．０のアルミニウムと、
２．３〜２．５のスズと、
２．３〜２．６のジルコニウムと、
４．９〜５．１のモリブデンと、
４．５〜４．８のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１０のシリコンと、
最大０．０７の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項４】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
０〜０．０５の窒素、
０〜０．０５の炭素と、
０〜０．０１５の水素と、
各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と
を更に含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項５】
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項６】
前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項７】
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項８】
前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項９】
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項１０】
前記チタン合金が８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項１１】
請求項１に記載のチタン合金であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り前記チタン合金を溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り前記チタン合金を時効すること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む工程によって作製される、前記チタン合金。
【請求項１２】
合金の総重量に基づく重量パーセントで、
５．１〜６．１のアルミニウムと、
２．２〜３．２のスズと、
１．８〜３．１のジルコニウムと、
３．３〜４．３のモリブデンと、
３．３〜４．３のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．２０のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、チタン合金。
【請求項１３】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．１〜６．１のアルミニウムと、
２．２〜３．２のスズと、
２．１〜３．１のジルコニウムと、
３．３〜４．３のモリブデンと、
３．３〜４．３のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．１１のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１４】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．６〜５．８のアルミニウムと、
２．５〜２．７のスズと、
２．６〜２．７のジルコニウムと、
３．８〜４．０のモリブデンと、
３．７〜３．８のクロムと、
０．０８〜０．１４の酸素と、
０．０３〜０．０５のシリコンと、
最大０．０６の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１５】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
０〜０．０５の窒素と、
０〜０．０５の炭素と、
０〜０．０１５の水素と、
各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と
を更に含む、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１６】
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１７】
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１８】
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項１９】
前記チタン合金が、６．９〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項２０】
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項２１】
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１２に記載のチタン合金。
【請求項２２】
請求項１２に記載のチタン合金であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り前記チタン合金を溶体化処理すること、
前記チタン合金の横断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り前記チタン合金を時効すること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む工程によって作られる、前記チタン合金。
【請求項２３】
合金を作る方法であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理することであって、前記チタン合金が、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む、前記溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り、前記チタン合金を時効させること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む、前記方法。
【請求項２４】
前記チタン合金が、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
合金を作る方法であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り、チタン合金を溶体化処理することであって、前記チタン合金が、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む、前記溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度でチタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り、前記チタン合金を時効させること、及び
チタン合金を空気冷却すること、
を含む、前記方法。
【請求項２６】
前記チタン合金が、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と、を更に含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温チタン合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は、典型的には、高い重量比強度を示し、耐腐食性で、中程度の高温でクリープに対して抵抗性である。例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−４Ｍｏ−４Ｃｒ−２Ｓｎ−２Ｚｒ合金（ＵＮＳ  Ｒ５８６５０に明示される組成を有する「Ｔｉ−１７合金」とも表示される）は、最高８００°Ｆ（約４２７℃）の操作温度で高い強度、耐疲労性及び靭性の組み合わせを必要とするジェットエンジン用途に広く使用される市販の合金である。高温用途に使用されるチタン合金の他の例として、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金（ＵＮＳ  Ｒ５４６２０に明示される組成を有する）及びＴｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ合金（ＵＮＳ  Ｒ５８６４０に明示される組成を有し、「Ｂｅｔａ−Ｃ」とも表示される）が挙げられる。しかしながら、これらの合金では高温での耐クリープ性及び／または引張り強さには限界がある。高温で改善された耐クリープ性及び／または引張り強さを有するチタン合金のニーズが生じている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の１つの非限定的な態様によれば、チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）。
【０００４】
本開示の更に別の非限定的な態様によれば、チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【０００５】
本明細書に記載の合金、物品及び方法の特徴及び利点は、添付の図面を参照してより良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態を加工する方法の非限定的な実施形態を説明するプロットである。
【図２】図１で加工されたチタン合金の走査電子顕微鏡画像（後方散乱電子モード）であり、図中、「ａ」は一次αを識別し、「ｂ」は粒界αを識別し、「ｃ」はαラスを識別し、「ｄ」は二次αを識別し、「ｅ」はシリサイドを識別する。
【図３】比較溶体化処理し時効させたチタン合金の走査電子顕微鏡画像（後方散乱電子モード）であり、図中「ａ」は一次αを識別し、「ｂ」は境界αを識別し、「ｃ」はαラスを識別し、「ｄ」は二次αを識別する。
【図４】本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態に関する極限引張り強さ対温度のプロットであって、それらの特性を比較チタン合金及び従来のチタン合金と比較する図である。
【図５】本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態に関する降伏強さ対温度のプロットであり、それらの特性を比較チタン合金及び従来のチタン合金と比較する図である。
【図６】本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態の走査電子顕微鏡画像（後方散乱電子モード）であり、図中、「ａ」は粒界αを識別し、「ｂ」はαラスを識別し、「ｃ」は二次αを識別し、「ｄ」はシリサイドを識別する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
読者は、本開示による特定の非限定的な実施形態の以下の詳細な記載を考慮し、上述の詳細に加えてそれ以外のものも同様に理解するであろう。
【０００８】
本明細書の非限定的な実施形態では、実施例以外でまたは別段の指定がなければ、量または性質を表す全ての数字は、いずれの場合も、用語「約」によって修飾されていると理解されるものとする。したがって、特にそれとは反対の指示がない限り、以下の明細書に記述されている任意の数値パラメーターは、本開示による材料において及び方法によって獲得しようと努められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。最低限でも、また特許請求の範囲に対する均等論の適用を限定しようとするものではなく、数値パラメーターはそれぞれ、少なくとも報告される有効数字の数に照らして、また通常の切り上げ手法の適用により解釈されるべきである。本明細書に記載される全ての範囲は、別段の記述がなければ記載される終点を含む。
【０００９】
本明細書で引用することによって、全体または部分が本明細書に組み込まれるとされる任意の特許、出版物または他の開示内容は、組み込まれた内容が既存の定義、記述、または本開示に記述される他の開示内容と矛盾しない限り、本明細書に組み込まれる。そのため、必要な限りにおいて、本明細書で記述される開示が、引用することによって本明細書に組み込まれる任意の矛盾する内容に優先する。本明細書で引用することによって組み込まれるとされるが、既存の定義、記述または本明細書で述べられる他の開示内容と矛盾する任意の内容またはその部分は、その組み込まれた内容と既存の開示内容との間に矛盾が生じない限り組み込まれる。
【００１０】
高温環境において物品及び部品は、クリープに悩まされる場合がある。本明細書で使用される「高温」は、約１００°Ｆ（約３７．８℃）を超える温度を指す。クリープは、応力のもとで起こる経時的な歪である。減速する歪速度で生じるクリープは一次クリープと称され、最小の及びほぼ一定の歪速度で生じるクリープは二次（定常状態）クリープと称され、加速する歪速度で生じるクリープは三次クリープと称される。クリープ強度は、特定の一定環境で所与の時間にクリープ試験で所与のクリープ歪をもたらす応力である。
【００１１】
高温及び持続する荷重のもとでのチタン及びチタン合金の耐クリープ性挙動は、主に微細構造の特徴に依存する。チタンには２つの同素体、すなわち体心立方（「ｂｃｃ」）結晶構造を有するベータ（「β」）フェーズ、及び六方最密充填（「ｈｃｐ」）結晶構造を有するアルファ（「α」）フェーズがある。一般に、βチタン合金は高温クリープ強度が不十分である。不十分な高温クリープ強度は、例えば５００℃等の高温でこれらの合金が示すβフェーズの著しい濃縮の結果である。βフェーズは、その体心立方構造のためクリープに十分耐えず、多数の変形機構を規定する。これらの欠点の結果、βチタン合金の使用が制限されている。
【００１２】
様々な用途に広く使用されるチタン合金の１つのグループは、α／βチタン合金である。α／βチタン合金では、一次α粒子の分布及びサイズは直接的に耐クリープ性に影響を与え得る。シリコンを含むα／βチタン合金に関する研究の様々な公表された報告によれば、粒界でのシリサイドの沈殿は、耐クリープ性を更に改善することができるが、室温引張り延性を損失させる。シリコンの添加によって起こる室温引張り延性の減少は、添加することができるシリコンの量を、典型的には０．２（重量）％に制限する。
【００１３】
本開示は、一部では、従来のチタン合金の一定の制限に対処する合金に関する。図１は、本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態を加工する方法の非限定的な実施形態を説明する図である。本開示によるチタン合金の実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）。本開示によるチタン合金の別の実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．５〜６．５のアルミニウムと、２．２〜２．６のスズと、２．０〜２．８のジルコニウムと、４．８〜５．２のモリブデンと、４．５〜４．９のクロムと、０．０８〜０．１３の酸素と、０．０３〜０．１１のシリコンと、０〜０．２５の鉄と、チタンと、不純物とを含有する。本開示によるチタン合金の更に別の実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．９〜６．０のアルミニウムと、２．３〜２．５のスズと、２．３〜２．６のジルコニウムと、４．９〜５．１のモリブデンと、４．５〜４．８のクロムと、０．０８〜０．１３の酸素と、０．０３〜０．１０のシリコンと、最大０．０７の鉄と、チタンと、不純物とを含有する。本開示による合金の非限定的な実施形態では、合金組成中に偶発的に存在する元素及び不純物は、１以上の窒素、炭素、水素、ニオブ、タングステン、バナジウム、タンタル、マンガン、ニッケル、ハフニウム、ガリウム、アンチモン、コバルト及び銅を含んでもよく、または本質的にそれらからなってもよい。本開示によるチタン合金の特定の非限定的な実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを含んでもよい。
【００１４】
本チタン合金の特定の非限定的な実施形態では、チタン合金は、本発明者らが高温で引張り強さの改善を観察した６．９〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を達成するように、特定の他の合金の添加と併せてシリコンの意図的な添加を含む。本明細書で使用される、「アルミニウム換算値」または「アルミ当量」（Ａｌｅｑ）は以下の通り決定され得る（式中、示されるように、いずれの元素濃度も重量パーセンテージである）：Ａｌｅｑ＝Ａｌ（重量％）＋（１／６）×Ｚｒ（重量％）＋（１／３）×Ｓｎ（重量％）＋１０×Ｏ（重量％）。本明細書で使用される「モリブデン換算値」または「モリブデン当量」（Ｍｏｅｑ）は、以下の通り決定され得る（式中、示されるように、いずれの元素濃度も重量パーセンテージである）：Ｍｏｅｑ＝Ｍｏ（重量％）＋（１／５）×Ｔａ（重量％）＋（１／３．６）×Ｎｂ（重量％）＋（１／２．５）×Ｗ（重量％）＋（１／１．５）×Ｖ（重量％）＋１．２５×Ｃｒ（重量％）＋１．２５×Ｎｉ（重量％）＋１．７×Ｍｎ（重量％）＋１．７×Ｃｏ（重量％）＋２．５×Ｆｅ（重量％）。
【００１５】
チタン合金の機械的特性は、一般的には、試験している試験片のサイズによって影響を受けることが認識されているが、本開示による非限定的な実施形態では、チタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では８．０〜９．５の範囲に含まれるアルミニウム換算値、９．０〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さ及び少なくとも１０％伸びを示す。本開示による他の非限定的な実施形態では、チタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では８．０〜９．５の範囲に含まれるアルミニウム換算値、８．０〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの降伏強さ及び少なくとも１０％伸びを示す。本開示による更に他の非限定的な実施形態では、少なくとも６．９または特定の実施形態では６．９〜９．５の範囲に含まれるアルミニウム換算値、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で２０時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す。更に他の非限定的な実施形態では、本開示によるチタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では８．０〜９．５の範囲に含まれるアルミニウム換算値、７．４〜１０．４のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００１６】
表１は、本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態（「実験チタン合金Ｎｏ．１」及び「実験チタン合金Ｎｏ．２）、意図的なシリコン添加を含有しない比較チタン合金の実施形態、及び所定の従来のチタン合金の実施形態の元素組成、Ａｌｅｑ及びＭｏｅｑを収載する。理論に束縛されるものではないが、表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．１及び実験チタン合金Ｎｏ．２のシリコン含有量が、１以上のシリサイドフェーズの沈降を促進する可能性があると考えられる。
【表１】
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【００１７】
各々およそ４００ｌｂ〜８００ｌｂの重さの直径９インチの電極を製造する（ｐｒｏｄｕｃｅ）ため、表１に収載される比較チタン合金及び実験チタン合金Ｎｏ．１の多くのプラズマアーク溶解（ＰＡＭ：ｐｌａｓｍａ  ａｒｃ  ｍｅｌｔ）熱を、プラズマアーク炉を使用して発生させた。電極を、直径１０インチのインゴットを製造する（ｐｒｏｄｕｃｅ）ため、真空アーク再溶解（ＶＡＲ：ｖａｃｕｕｍ  ａｒｃ  ｒｅｍｅｌｔ）炉で再び溶解させた。インゴットを、それぞれ熱間加工プレスを使用して、直径３インチのビレットに変換した。直径７インチまでのβ鍛造ステップ、直径５インチまでのα＋βプレストレイン鍛造ステップ、及び直径３インチまでのβ仕上げ鍛造ステップの後、各ビレットの端部をクロッピングしてサックイン（ｓｕｃｋ−ｉｎ）及びエンドクラックを除去し、ビレットを複数の断片に切断した。各ビレットの頂部及び直径７インチの一番底のビレットの底部を化学及びβトランザスのためサンプリングした。中間のビレット化学の結果に基づいて、ビレットから長さ２インチの試料を切り取り、プレスで「パンケーキ」鍛造（“ｐａｎｃａｋｅ”−ｆｏｒｇｅｄ）した。パンケーキ試験片を、溶体化処理及び時効条件に対応する以下の熱処理プロファイル、すなわち、８００℃で４時間に亘ってチタン合金を溶体化処理すること、チタン合金を周囲温度まで水焼入れすること、６３５℃で８時間に亘りチタン合金を時効させること、及びチタン合金を空気冷却すること、を使用して熱処理した。
【００１８】
本明細書で使用される「溶体化処理及び時効（ＳＴＡ：ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｒｅａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ａｇｉｎｇ）」工程は、チタン合金のβトランザス温度を下回る溶体化処理温度でチタン合金を溶体化処理することを含有する、チタン合金に適用される熱処理工程を指す。非限定的な実施形態では、溶体化処理温度は約８００℃〜約８６０℃の範囲の温度である。その後、βトランザス温度未満であって、チタン合金の溶体化処理温度未満である時効温度範囲まで、或る一定時間合金を加熱することにより、溶体化処理された合金を時効させる。温度、温度範囲、または最低温度に関して本明細書で使用される「まで加熱される、まで加熱した（ｈｅａｔｅｄ  ｔｏ）」または「まで加熱すること（ｈｅａｔｉｎｇ  ｔｏ）」等の用語は、少なくとも合金の所望の部分が、その部分範囲全体で参照温度若しくは最小温度と少なくとも等しいまたは参照温度範囲に含まれる温度を有するまで合金を加熱することを意味する。非限定的な実施形態では、溶体化処理時間は、約３０分間〜約４時間の範囲である。特定の非限定的な実施形態では、溶体化処理時間は、３０分より短くてもよく、または４時間より長くてもよく、一般的にはチタン合金の断面及びサイズに依存すると認識される。溶体化処理の完了の際、チタン合金の断面の厚さに依存する速度でチタン合金を周囲温度まで冷却する。
【００１９】
溶体化処理チタン合金を、その後、チタン合金のβトランザス温度を下回るα＋β２フェーズフィールドにある、本明細書において「時効硬化温度」とも称される時効温度で時効させる。非限定的な実施形態では、時効温度は約６２０℃〜約６５０℃の範囲の温度である。特定の非限定的な実施形態では、時効時間は、約３０分間〜約８時間の範囲であってもよい。特定の非限定的な実施形態では、時効時間は、３０分間より短くてもよく、または８時間より長くてもよく、一般的にはチタン合金の製品形態の断面及びサイズに依存することが認識される。チタン合金のＳＴＡ加工で使用される一般的な手法は当業者に知られているため、本明細書では更なる説明を行わない。
【００２０】
室温及び高温の引張り試験、クリープ試験、破壊靭性及び微細構造解析に対する試験ブランクを、ＳＴＡ加工したパンケーキ試験片から切り取った。化学特性と機械的特性の間の正確な相関を確実にするため、試験後に破壊靭性クーポン（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｃｏｕｐｏｎ）に対して、最終的な化学分析を行った。
【００２１】
最終の直径が３インチのビレットの検査は、均一な層状のアルファ／ベータ微細構造を明らかにした。図２（表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．１を示す）及び図３（表１に収載される比較チタン合金を示す）を参照すると、鍛造されＳＴＡ熱処理されたパンケーキ試料から取り除かれた試料に関する金属組織学は、幾つかの一次α及び粒界αを有するウィドマンシュタッテン（Ｗｉｄｍａｎｓｔａｔｔｅｎ）αの微細なネットワークを明らかにした。特に、実験チタン合金Ｎｏ．１はシリサイド沈殿（図２を参照されたい。図中、シリサイド沈殿は「ｅ」と識別される）を含有したが、表１に収載される比較チタン合金はシリサイド沈殿を含有しなかった（図３を参照されたい）。
【００２２】
図４〜図５を参照すると、表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．１（図４〜５では「０８ＢＡ」と表示される）の機械的特性を測定し、表１に収載される比較チタン合金（図４〜図５では「０７ＢＡ」と表示される）及び従来のＴｉ１７合金（ＵＮＳ−Ｒ５８６５０に明示される組成を有し、図４〜図５では「Ｂ４Ｅ８９」と表示される）の機械的特性と比較した。米国材料試験協会（ＡＳＴＭ：Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の基準Ｅ８／Ｅ８Ｍ−０９（“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００９）に従って、引張り試験を行った。表２の実験結果によって示されるように、実験チタン合金Ｎｏ．１は、意図的なシリコン添加を含有しなかった比較チタン合金及び特定の従来のチタン合金（例えば、Ｔｉ６４合金及びＴｉ１７合金）と比べて、並びに意図的なシリコン添加を含有する特定の従来のチタン合金（例えば、Ｔｉ８３４合金及びＴｉ６２４２Ｓｉ合金）と比べて、３１６℃で著しくより大きい極限引張り強さ、降伏強さ、及び延性（％伸びとして報告される）を示した。
【表２】
2021510771.tif 000004
【００２３】
表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．１（意図的なシリコン添加を伴う）及び表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．２（意図的なシリコン添加を伴う）に関する４２７℃での高温引張り試験の結果及びクリープ試験の結果を、表１の比較チタン合金（意図的なシリコン添加を伴わない）及び表１に収載される特定の従来のチタン合金の結果と比較した。データを表３に示す。実験チタン合金Ｎｏ．１は、例えば、比較チタン合金と比べて、４２７℃で、およそ２５％のＵＴＳの増加、及びおよそ７７％クリープ寿命の増加を示した。
【表３】
2021510771.tif 000005
【００２４】
ここで、特定の代替チタン合金の実施形態を記載する。本開示の一つの非限定的な態様によれば、チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む。本開示によるチタン合金の更に別の実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、２．１〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．１１のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含有する。本開示によるチタン合金の更なる実施形態は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．６〜５．８のアルミニウム、２．５〜２．７のスズ、２．６〜２．７のジルコニウム、３．８〜４．０のモリブデン、３．７〜３．８のクロム、０．０８〜０．１４の酸素、０．０３〜０．０５のシリコン、最大０．０６の鉄と、チタンと、不純物とを含有する。本開示によるチタン合金の非限定的な実施形態では、合金組成中の偶発的な元素及び不純物は、窒素、炭素、水素、ニオブ、タングステン、バナジウム、タンタル、マンガン、ニッケル、ハフニウム、ガリウム、アンチモン、コバルト及び銅の１以上を含んでもよく、または本質的にそれらからなってもよい。本開示によるチタン合金の特定の実施形態では、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅が本明細書に開示されるチタン合金に存在してもよい。
【００２５】
図１〜図３に説明され、それらの図面と併せて記載されるチタン合金と同様に、代替チタン合金はシリコンが意図的に添加されている。しかしながら、代替チタン合金の実施形態は、図１〜図３と関連して説明される実験チタン合金と比べてクロム含有量が減少されている。表１は、クロム含有量が減少され、意図的にシリコンが添加された代替チタン合金（「実験チタン合金Ｎｏ．２」）の非限定的な実施形態の組成を収載する。
【００２６】
本開示によるチタン合金の特定の非限定的な実施の形態では、高温で引張り強さを改善することが観察された、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を達成するために、チタン合金は、特定の他の合金の添加と併せて、シリコンの意図的な添加を含む。本開示による非限定的な実施形態では、チタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では６．９〜９．５の範囲内のアルミニウム換算値、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す。本開示による他の非限定的な実施形態では、チタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では８．０〜９．５の範囲内のアルミニウム換算値、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す。更に他の非限定的な実施形態では、本開示によるチタン合金は、少なくとも６．９または特定の実施形態では８．０〜９．５の範囲内のアルミニウム換算値、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００２７】
８００°Ｆ（４２７℃）での表１の中の実験チタン合金Ｎｏ．２の高温引張り試験の結果及びクリープ試験の結果を表３に収載する。試験に先立って、合金を、図１〜図３と関連して上に記載される実施形態で識別される熱処理、すなわち、８００℃で４時間に亘ってチタン合金を溶体化処理すること、該チタン合金を周囲温度まで水焼入れすること、６３５℃で８時間に亘って該チタン合金を時効させること、及び該チタン合金を空気冷却することに供した。図６を参照すると、ＳＴＡ熱処理した実験合金Ｎｏ．２の金属組織学は、シリサイドの沈殿（「ｄ」と識別される１つの沈殿）を明らかにした。理論に束縛されるものではないが、表１に収載される実験チタン合金Ｎｏ．２のシリコン含有量は、このシリサイドフェーズの沈降を促進し得ると考えられる。
【００２８】
本開示に従って製造される合金及びそれらの合金から作られる物品の特定の実施形態は、例えばジェットエンジンタービンディスク及びターボファンブレード等の航空用の部品及び構成要素に有利に適用され得る。当業者は、本明細書において更なる説明を提供しなくても、本開示による合金から上述の装置、部品及びその他の製品を製造することができる。本開示による合金に対する上述の可能性のある用途の例は、例として提供されるに過ぎず、本発明の合金の製品形態が適用され得る全ての用途を網羅するものではない。当業者は、本開示を読むことにより、本明細書に記載される合金の更なる用途を容易に確認し得る。
【００２９】
本開示による新規の合金の様々な非網羅的で非限定的な態様は、単独でまたは本明細書に記載される１以上の他の態様と組み合わせて有用となり得る。上述の記載を限定することなく、本開示の第１の非限定的な態様では、チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【００３０】
第１の態様と組み合わせて使用され得る本開示の第２の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．５〜６．５のアルミニウムと、２．２〜２．６のスズと、２．０〜２．８のジルコニウムと、４．８〜５．２のモリブデンと、４．５〜４．９のクロムと、０．０８〜０．１３の酸素と、０．０３〜０．１１のシリコンと、０〜０．２５の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【００３１】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第３の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．９〜６．０のアルミニウムと、２．３〜２．５のスズと、２．３〜２．６のジルコニウムと、４．９〜５．１のモリブデンと、４．５〜４．８のクロムと、０．０８〜０．１３の酸素と、０．０３〜０．１０のシリコンと、最大０．０７の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【００３２】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第４の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む。
【００３３】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第５の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す。
【００３４】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第６の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す。
【００３５】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第７の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００３６】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第８の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す。
【００３７】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第９の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す。
【００３８】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１０の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００３９】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１１の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８００℃〜８６０℃で４時間に亘り、チタン合金を溶体化処理すること、該チタン合金の断面の厚さに依存する速度で該チタン合金を周囲温度まで冷却すること、６２０℃〜６５０℃で８時間に亘って該チタン合金を時効させること、及び該チタン合金を空気冷却すること、を含む工程によって作製される。
【００４０】
本開示の第１２の非限定的な態様によれば、本開示はまた、合金の総重量に基づく重量パーセントで、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含むチタン合金を提供する。
【００４１】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１３の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、２．１〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．１１のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【００４２】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１４の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、５．６〜５．８のアルミニウムと、２．５〜２．７のスズと、２．６〜２．７のジルコニウムと、３．８〜４．０のモリブデンと、３．７〜３．８のクロムと、０．０８〜０．１４の酸素と、０．０３〜０．０５のシリコンと、最大０．０６の鉄と、チタンと、不純物とを含む。
【００４３】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１５の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む。
【００４４】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１６の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す。
【００４５】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１７の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す。
【００４６】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１８の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００４７】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第１９の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、６．９〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す。
【００４８】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第２０の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す。
【００４９】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第２１の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す。
【００５０】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第２２の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理すること、該チタン合金を周囲温度まで水焼入れすること、６２０℃〜６５０℃で８時間に亘って該チタン合金を時効させること、及び該チタン合金を空気冷却すること、を含む工程によって作られる。
【００５１】
本開示の第２３の非限定的な態様によれば、本開示はまた、８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理すること、ここで、前記チタン合金が、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含み（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）、前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、６２０℃〜６５０℃で８時間に亘って前記チタン合金を時効させること、及び前記チタン合金を空気冷却すること、を含む、合金を作る方法を提供する。
【００５２】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第２４の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む。
【００５３】
本開示の第２５の非限定的な態様によれば、本開示はまた、８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理すること、ここで、前記チタン合金が、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含み、前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、６２０℃〜６５０℃で８時間に亘って前記チタン合金を時効させること、及び前記チタン合金を空気冷却すること、を含む、合金を作る方法を提供する。
【００５４】
上に言及される態様のそれぞれまたはいずれかと組み合わせて使用され得る本開示の第２６の非限定的な態様によれば、前記チタン合金は、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む。
【００５５】
本明細書は、本発明の明確な理解に適切な本発明のそれらの態様を説明すると理解される。当業者に明らかであるため本発明のより良い理解を促すことのない特定の態様は、本明細書を簡潔にするため提示されていない。必然的に限られた数の本発明の実施形態が本明細書に記載されるが、当業者は、上述の記載を考慮して、本発明の多くの改変及び変形が行われ得ることを認識する。本発明のかかる改変及び変形はいずれも、上述の記載及び以下の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
【図１】
2021510771.tif 000006
【図２】
2021510771.tif 000007
【図３】
2021510771.tif 000008
【図４】
2021510771.tif 000009
【図５】
2021510771.tif 000010
【図６】
2021510771.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月20日(2020.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金であって、合金の総重量に基づく重量パーセントで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
１．９〜２．９のスズと、
１．８〜３．０のジルコニウムと、
４．５〜５．５のモリブデンと、
４．２〜５．２のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．２０のシリコンと、
０より大きく０．３０以下の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含み、そして
８．０〜９．５のアルミニウム換算値を備える、
前記チタン合金。
【請求項２】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
２．２〜２．６のスズと、
２．０〜２．８のジルコニウムと、
４．８〜５．２のモリブデンと、
４．５〜４．９のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１１のシリコンと、
０より大きく０．２５以下の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項３】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．９〜６．０のアルミニウムと、
２．３〜２．５のスズと、
２．３〜２．６のジルコニウムと、
４．９〜５．１のモリブデンと、
４．５〜４．８のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１０のシリコンと、
０より大きく０．０７以下の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項４】
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
０〜０．０５の窒素、
０〜０．０５の炭素と、
０〜０．０１５の水素と、
各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と
を更に含む、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項５】
前記チタン合金が、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項６】
前記チタン合金は、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項７】
前記チタン合金が、７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項８】
前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項９】
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項１０】
前記チタン合金が８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、請求項１に記載のチタン合金。
【請求項１１】
請求項１に記載のチタン合金であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り前記チタン合金を溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り前記チタン合金を時効すること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む工程によって作製される、前記チタン合金。
【請求項１２】
合金を作る方法であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理すること、ここで前記チタン合金が、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０より大きく０．３０以下の鉄と、チタンと、不純物とを含み、そして８．０〜９．５のアルミニウム換算値を備えている、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り、前記チタン合金を時効させること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む、前記方法。
【請求項１３】
前記チタン合金が、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
本明細書は、本発明の明確な理解に適切な本発明のそれらの態様を説明すると理解される。当業者に明らかであるため本発明のより良い理解を促すことのない特定の態様は、本明細書を簡潔にするため提示されていない。必然的に限られた数の本発明の実施形態が本明細書に記載されるが、当業者は、上述の記載を考慮して、本発明の多くの改変及び変形が行われ得ることを認識する。本発明のかかる改変及び変形はいずれも、上述の記載及び以下の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
［発明の態様］
［１］
チタン合金であって、合金の総重量に基づく重量パーセントで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
１．９〜２．９のスズと、
１．８〜３．０のジルコニウムと、
４．５〜５．５のモリブデンと、
４．２〜５．２のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．２０のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、前記チタン合金。
［２］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．５〜６．５のアルミニウムと、
２．２〜２．６のスズと、
２．０〜２．８のジルコニウムと、
４．８〜５．２のモリブデンと、
４．５〜４．９のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１１のシリコンと、
０〜０．２５の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、１に記載のチタン合金。
［３］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．９〜６．０のアルミニウムと、
２．３〜２．５のスズと、
２．３〜２．６のジルコニウムと、
４．９〜５．１のモリブデンと、
４．５〜４．８のクロムと、
０．０８〜０．１３の酸素と、
０．０３〜０．１０のシリコンと、
最大０．０７の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、１に記載のチタン合金。
［４］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
０〜０．０５の窒素、
０〜０．０５の炭素と、
０〜０．０１５の水素と、
各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と
を更に含む、１に記載のチタン合金。
［５］
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、１に記載のチタン合金。
［６］
前記チタン合金は、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、１に記載のチタン合金。
［７］
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、１に記載のチタン合金。
［８］
前記チタン合金は、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１６０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、１に記載のチタン合金。
［９］
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１４０ｋｓｉの降伏強さを示す、１に記載のチタン合金。
［１０］
前記チタン合金が８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で少なくとも２０時間の０．２％クリープ歪までの時間を示す、１に記載のチタン合金。
［１１］
１に記載のチタン合金であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り前記チタン合金を溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り前記チタン合金を時効すること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む工程によって作製される、前記チタン合金。
［１２］
合金の総重量に基づく重量パーセントで、
５．１〜６．１のアルミニウムと、
２．２〜３．２のスズと、
１．８〜３．１のジルコニウムと、
３．３〜４．３のモリブデンと、
３．３〜４．３のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．２０のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、チタン合金。
［１３］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．１〜６．１のアルミニウムと、
２．２〜３．２のスズと、
２．１〜３．１のジルコニウムと、
３．３〜４．３のモリブデンと、
３．３〜４．３のクロムと、
０．０８〜０．１５の酸素と、
０．０３〜０．１１のシリコンと、
０〜０．３０の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、１２に記載のチタン合金。
［１４］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
５．６〜５．８のアルミニウムと、
２．５〜２．７のスズと、
２．６〜２．７のジルコニウムと、
３．８〜４．０のモリブデンと、
３．７〜３．８のクロムと、
０．０８〜０．１４の酸素と、
０．０３〜０．０５のシリコンと、
最大０．０６の鉄と、
チタンと、
不純物と
を含む、１２に記載のチタン合金。
［１５］
合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、
０〜０．０５の窒素と、
０〜０．０５の炭素と、
０〜０．０１５の水素と、
各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と
を更に含む、１２に記載のチタン合金。
［１６］
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、１２に記載のチタン合金。
［１７］
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す、１２に記載のチタン合金。
［１８］
前記チタン合金が、少なくとも６．９のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す、１２に記載のチタン合金。
［１９］
前記チタン合金が、６．９〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１５０ｋｓｉの極限引張り強さを示す、１２に記載のチタン合金。
［２０］
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、３１６℃で少なくとも１３０ｋｓｉの降伏強さを示す、１２に記載のチタン合金。
［２１］
前記チタン合金が、８．０〜９．５のアルミニウム換算値及び７．４〜１２．８のモリブデン換算値を備え、６０ｋｓｉの荷重のもと４２７℃で８６時間以上の０．２％クリープ歪までの時間を示す、１２に記載のチタン合金。
［２２］
１２に記載のチタン合金であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り前記チタン合金を溶体化処理すること、
前記チタン合金の横断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り前記チタン合金を時効すること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む工程によって作られる、前記チタン合金。
［２３］
合金を作る方法であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘りチタン合金を溶体化処理することであって、前記チタン合金が、５．５〜６．５のアルミニウムと、１．９〜２．９のスズと、１．８〜３．０のジルコニウムと、４．５〜５．５のモリブデンと、４．２〜５．２のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む、前記溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度で前記チタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り、前記チタン合金を時効させること、及び
前記チタン合金を空気冷却すること、
を含む、前記方法。
［２４］
前記チタン合金が、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅とを更に含む、２３に記載の方法。
［２５］
合金を作る方法であって、
８００℃〜８６０℃で４時間に亘り、チタン合金を溶体化処理することであって、前記チタン合金が、５．１〜６．１のアルミニウムと、２．２〜３．２のスズと、１．８〜３．１のジルコニウムと、３．３〜４．３のモリブデンと、３．３〜４．３のクロムと、０．０８〜０．１５の酸素と、０．０３〜０．２０のシリコンと、０〜０．３０の鉄と、チタンと、不純物とを含む、前記溶体化処理すること、
前記チタン合金の断面の厚さに依存する速度でチタン合金を周囲温度まで冷却すること、
６２０℃〜６５０℃で８時間に亘り、前記チタン合金を時効させること、及び
チタン合金を空気冷却すること、
を含む、前記方法。
［２６］
前記チタン合金が、合金の総重量に基づく重量パーセンテージで、０〜０．０５の窒素と、０〜０．０５の炭素と、０〜０．０１５の水素と、各々０から最大０．１のニオブ、タングステン、ハフニウム、ニッケル、ガリウム、アンチモン、バナジウム、タンタル、マンガン、コバルト及び銅と、を更に含む、２５に記載の方法。
【国際調査報告】
2021510771.tif 000012
2021510771.tif 000013
2021510771.tif 000014
2021510771.tif 000015
2021510771.tif 000016