通過表面涂層改善金屬合金的熱加工性的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年1月3日、申請(qǐng)?zhí)枮?01280005578.5、發(fā)明名稱為"通過表 面涂層改善金屬合金的熱加工性"的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及合金錠和其他合金工件W及加工其的方法，并且特別是通過在其上提 供表面涂層而改善合金錠和其他合金工件的熱加工性的方法。
[圓]發(fā)明背景
[0004] 各種合金可W稱為"裂紋敏感性的"。由裂紋敏感性合金所組成的錠和其他工件可 在熱加工操作中沿其表面和/或邊緣形成裂紋。由裂紋敏感性合金形成制品可能是有問題 的，因?yàn)椋?，在鍛造或其他熱加工操作中形成的裂紋可能需要被磨掉或W其他方式除 去，運(yùn)會(huì)增加生產(chǎn)時(shí)間和費(fèi)用并減少產(chǎn)量。
[0005] 在某些熱加工操作中，如鍛造和擠壓，模具對(duì)合金工件施力W使工件變形。在模具 的表面和合金工件的表面之間的相互作用可能設(shè)及傳熱、摩擦和磨損。一種用于在熱加工 過程中減少表面和邊緣開裂的常規(guī)技術(shù)為在熱加工前將合金工件裝入金屬合金罐中。例 如，對(duì)于一個(gè)圓筒形工件來說，合金罐的內(nèi)徑可能稍大于工件的外徑?？蓪⒑辖鸸ぜ迦牒?金罐中，從而使合金松散地圍繞工件且使模具與合金罐的外表面相接觸。合金罐對(duì)所裝入 的工件進(jìn)行熱絕緣和機(jī)械保護(hù)，從而消除或減少在工件上形成裂紋的發(fā)生率。合金罐通過 工件和合金罐的內(nèi)表面之間的空氣間隙的作用W及直接抑制合金工件向環(huán)境中的散熱而 對(duì)合金工件進(jìn)行熱絕緣。
[0006] 合金工件的罐裝操作可能會(huì)導(dǎo)致各種缺點(diǎn)。例如，模具和合金罐的外表面之間的 機(jī)械接觸可能會(huì)分裂合金罐。在一個(gè)特定方面，在對(duì)裝罐的工件進(jìn)行鐵鍛和落段的鍛造過 程中，合金罐可能會(huì)在拖拉的操作中裂開。在運(yùn)種情況下，合金工件可能需要在多重鐵鍛和 落段的鍛造操作中的每個(gè)鐵鍛和落段循環(huán)之間進(jìn)行重新罐裝，運(yùn)會(huì)增加工藝的復(fù)雜性和費(fèi) 用。進(jìn)一步地，合金罐可能會(huì)影響操作者從視覺上監(jiān)測罐裝的合金工件表面的裂紋和其他 加工導(dǎo)致的缺陷。
[0007] 鑒于上述缺點(diǎn)，提供一種對(duì)裂紋敏感性合金進(jìn)行熱加工的更有效和/或更具成本 效益的方法將會(huì)是有利的。更一般地來說，提供一種用于改善合金錠和其它合金工件的熱 加工性的方法將會(huì)是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案描述用于加工合金錠和其它合金工件的方法。
[0009]本文所公開的各種非限制性實(shí)施方案設(shè)及通過在合金工件上提供表面涂層而改 善其熱加工性的方法。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，一種加工合金工件的方 法包括:將玻璃材料沉積在合金工件的至少一部分上；W及加熱玻璃材料W在合金工件上 形成減少源自合金工件熱損失的表面涂層。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃材 料可選自玻璃織物、玻璃顆粒和玻璃帶。在各種非限制性實(shí)施方案中，將玻璃材料沉積在工 件的至少一部分上可能包括布置、噴涂、涂畫、噴淋、滾社、浸潰、包裹和捆綁中的至少一種。 在各種非限制性實(shí)施方案中，加熱玻璃材料包括將玻璃材料加熱至l〇〇〇°F至2200°F的溫 度。在各種非限制性實(shí)施方案中，工件包括從儀基合金、儀基超合金、鐵基合金、儀-鐵基合 金、鐵基合金、鐵儀基合金和鉆基合金中所選的材料。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案 中，工件可包括或選自錠、巧、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成型件等。在本方法的各種非限制性實(shí)施方 案中，該方法還包括在加熱玻璃材料之后，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)選自下列的步驟:通過模具和漉 中的至少一個(gè)對(duì)工件施力W使工件變形;對(duì)工件進(jìn)行熱加工，其中熱加工包括鍛造和擠壓 中的至少一種;冷卻工件;通過噴丸、研磨、剝離和車削中的至少一種將表面涂層的至少一 部分從工件移除；W及其的任意組合。
[0010] 在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，一種對(duì)工件進(jìn)行熱加工的方法包 括:將玻璃纖維毯布置在合金工件表面的至少一部分上;加熱玻璃纖維毯W在工件上形成 表面涂層;通過模具和漉中的至少一個(gè)對(duì)工件施力W使工件變形，其中模具和漉中的至少 一個(gè)與工件表面的表面涂層相接觸；W及將表面涂層的至少一部分從工件移除。在各種非 限制性實(shí)施方案中，模具和漉中的至少一個(gè)與工件表面上表面涂層的至少一個(gè)剩余部分相 接觸。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，工件可包括或選自錠、巧、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成 型件等。
[0011] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案設(shè)及根據(jù)本發(fā)明的任何方法制成或加 工的合金工件。
[0012] 更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案設(shè)及制品，其由根據(jù)本發(fā)明的任何 方法制成或加工的合金工件所制成或包括該合金工件。例如，此類制品包括噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組 件、基于陸地的滿輪機(jī)組件、閥、發(fā)動(dòng)機(jī)組件、軸和緊固件。
【附圖說明】
[0013] 結(jié)合附圖考慮下列描述可W更好地理解本文所述的各種非限制性實(shí)施方案。
[0014] 圖1為根據(jù)本文所公開方法的某些非限制性實(shí)施方案的流程圖。
[001引圖2為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的合金工件的照片。
[0016] 圖3為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的包括在工件上布置的玻璃纖維毯的 圖2所示工件的照片。
[0017] 圖4為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的包括位于合金工件上減少源自工件 的熱損失的表面涂層的圖3所示合金工件的照片，其中已對(duì)工件進(jìn)行了熱加工。
[0018] 圖5為繪制在不具有圖6和7所示表面涂層的合金工件的鍛造過程中W及在包括圖 6和7所示表面涂層的工件的鍛造過程中表面溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0019] 圖6和7為不具有表面涂層的鍛造合金工件(在每副圖右側(cè)的工件）W及包括表面 涂層的圖4所示鍛造的工件(在每副圖左側(cè)的工件)的照片。
[0020] 圖8為繪制根據(jù)本文所公開非限制性實(shí)施方案的不具有表面涂層的合金工件（"空 氣冷卻"）和在其上包括表面涂層的合金工件在冷卻過程中溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0021] 圖9為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的包括位于其上的表面涂層的合金工 件的照片。
[0022] 圖10為根據(jù)本文所公開非限制性實(shí)施方案的經(jīng)熱鍛造的合金工件的照片，其包括 不具有表面涂層的一部分和在其上包括表面涂層的一部分。
[0023] 圖11為將表面涂層的至少一部分從工件移除后圖10所示工件區(qū)域的照片。
[0024] 圖12為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的在其上具有表面涂層的合金工件 的照片。
[0025] 圖13為根據(jù)本文所公開的非限制性實(shí)施方案的包括布置于其上的玻璃帶的合金 工件的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 如本文通常使用的那樣，術(shù)語"基本由……組成及"由……組成"體現(xiàn)為術(shù)語 "包巧'。
[0027] 如本文通常使用的那樣，冠詞"一個(gè)"和"所述"指"至少一個(gè)"或"一個(gè)或多個(gè)"，除 非另有說明。
[0028] 如本文通常使用的那樣，術(shù)語"包括"和"具有"表示"包括"。
[0029] 如本文通常使用的那樣，術(shù)語"軟化點(diǎn)"指特定玻璃材料不再表現(xiàn)為剛性體且開始 由于其重量下垂的最低溫度。
[0030] 如本文通常使用的那樣，術(shù)語"大約"是指在給定測量的性質(zhì)或精確性的情況下用 于所測量數(shù)量的可接受誤差度。典型的示例性誤差度可在給定值或給定值范圍的20% W 內(nèi)、10%W內(nèi)或5%W內(nèi)。
[0031] 本文所述的所有數(shù)值量應(yīng)被理解為可在所有的情況下通過術(shù)語"大約"進(jìn)行修改， 除非另有說明。本文所公開的數(shù)值量是近似值，且每個(gè)數(shù)值是指所接受的值W及圍繞該值 的功能等同的范圍。至少，且并不試圖將等同原則的適用性限制在權(quán)利要求的范圍中，每個(gè) 數(shù)值應(yīng)至少根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)量且通過應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)進(jìn)行解釋。盡管本 文所述的數(shù)值量為近似值，但是仍可盡可能精確地報(bào)告在實(shí)際測量值的特定實(shí)例中的數(shù)值 量。
[0032] 本文所述的所有數(shù)值范圍包括納入其中的所有子范圍。例如，"1至10"和"1與10之 間"的范圍是指包括位于所列舉的最小值1和所列舉的最大值10之間且包括該兩個(gè)值的所 有子范圍。本文所列舉的任何最大數(shù)值限制是指包括所有較低的數(shù)值限制。本文所列舉的 任何最小數(shù)值限制是指包括所有較高數(shù)值限制。
[0033] 在下面的描述中，闡明某些細(xì)節(jié)W透徹地理解本文所述制品和方法的各種非限制 性實(shí)施方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解也可在不具備運(yùn)些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)行本文所述 的非限制性實(shí)施方案。在其他情況下，可W不詳細(xì)示出或描述與制品和方法相關(guān)的公知結(jié) 構(gòu)和方法，從而避免不必要地模糊本文所述非限制性實(shí)施方案的描述。
[0034] 本發(fā)明描述了制品和方法的各種非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。然 而，據(jù)了解本文包含許多可替代實(shí)施方案，其可通過本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可能覺得有用 的任意組合或子組合對(duì)本文所述非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合而予 W實(shí)現(xiàn)。
[0035] 例如，在熱加工操作，如鍛造操作和擠壓操作中，可在高于環(huán)境溫度，如高于工件 的再結(jié)晶溫度的溫度下對(duì)合金錠或其他合金工件施力W使工件發(fā)生塑性變形。經(jīng)歷加工操 作的合金錠或其他合金工件的溫度可W高于用于對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械施力的模具或其他 結(jié)構(gòu)的溫度。由于通過向環(huán)境空氣中的熱損失和在工件表面和接觸模具或其他結(jié)構(gòu)之間的 熱梯度偏置對(duì)其表面進(jìn)行冷卻，因此工件可形成溫度梯度。溫度梯度可能會(huì)在熱加工過程 中造成工件的表面開裂。在用裂紋敏感性合金形成合金錠或其他合金工件的情況下，表面 開裂特別具有問題。
[0036] 根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，合金工件可包括裂紋敏感性合金。例如，各種儀基合 金、鐵基合金、儀-鐵基合金、鐵基合金、鐵儀基合金、鉆基合金和超合金，如儀基超合金可W