專利名稱：鈦的長形產(chǎn)品的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦材料或鈦合金的長形產(chǎn)品或者這些產(chǎn)品的毛坯(6baUCheS)的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
術(shù)語“長形產(chǎn)品(produit allonge) ”在此表示一種其橫截面的尺寸顯著小于甚至非常小于其長度的金屬工件。長形產(chǎn)品包括了其獲得通常包括至少一個擠壓(filage)操作的金屬工件。但是， 長形產(chǎn)品的名稱并不專指這樣的工件。長形產(chǎn)品更特別地包括由擠壓操作獲得的金屬工件，并包括型材工件，其中包括空心型材和管子。術(shù)語“毛坯”在這里應(yīng)作足夠廣義的理解。它表示未完成的長形產(chǎn)品，但是其總體外觀基本上對應(yīng)于成品長形產(chǎn)品的外觀。這意味著長形產(chǎn)品的毛坯是長形的金屬工件。這既不排除這種毛坯的形狀的后續(xù)適應(yīng)，例如通過機械加工來進行；也不排除這個總體外觀的改變，例如通過彎曲、折疊或者其它任何塑性變形。更確切地說應(yīng)當(dāng)理解，長形產(chǎn)品的“毛坯”是具有長形的形狀的工件，其可以經(jīng)受不同的成型、機械加工或者表面處理的操作，以便生產(chǎn)出成品。鈦材料或者鈦合金的長形產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域眾多。它們尤其包括航空和航天工程。有一些管理這些產(chǎn)品的冶金質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。所要求的質(zhì)量取決于所打算的應(yīng)用。例如，在航空工程的特定情況下，由于產(chǎn)品的故障會釀成嚴(yán)重的后果而要求高的質(zhì)量。對于規(guī)定質(zhì)量的遵守并不限于航空領(lǐng)域事實上，大多數(shù)的應(yīng)用要求最低的冶金質(zhì)量(無論它們是否構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的主題)。而且高質(zhì)量產(chǎn)品的獲得并不只針對航空和航天領(lǐng)域。目前，除了對于質(zhì)量的要求之外還增加了幾乎同樣重要的成本和可用性的要求。 換句話說，知曉如何生產(chǎn)符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品是不夠的，還應(yīng)當(dāng)以令人滿意的成本和足以滿足市場的量來生產(chǎn)該產(chǎn)品。因此，人們在不斷地尋求能夠以較低成本獲得至少相同質(zhì)量的產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)方法開始于鈦材料的物料(masse)的制備，該物料可包括海綿鈦、鈦屑、鈦邊角料(chutes)(有時也被不適當(dāng)?shù)胤Q作“鈦廢料(ferraille) ”)和/或更一般地說，再循環(huán)鈦材料。這種鈦材料的物料然后被熔融并被澆鑄成具有大直徑的單個錠。在這些傳統(tǒng)方法中，可采用不同的技術(shù)以用于實現(xiàn)鈦物料的熔化/澆鑄。通過電子轟擊的熔化，英語也稱作“Electron beam furnace (電子束爐)”，適合于熔化作為原材料的海綿鈦和再循環(huán)材料(邊角料)的混合物。由于再循環(huán)材料的成本低于海綿鈦，因此可以理解這種方法可具有的經(jīng)濟益處。
在冷坩鍋中的電子轟擊熔化和等離子體焰炬熔化是更近的技術(shù)，它提供了更為連續(xù)的澆鑄和熔融更大比例鈦邊角料的可能性。這些技術(shù)因而比傳統(tǒng)電子轟擊熔化更為經(jīng)濟。采用這些傳統(tǒng)熔化方法，熔融材料的澆鑄是逐漸的并且是相當(dāng)慢的。通常，這種熔融材料逐漸地澆鑄到錠模中，因為隨著該材料熔融熔池會太滿。主要由于熔化技術(shù)的限制而造成的緩慢且逐漸的澆鑄導(dǎo)致鑄錠中出現(xiàn)澆鑄缺陷。為了符合高冶金要求，例如對于航空領(lǐng)域中的安全工件來說，需要將第一次熔化/ 澆鑄之后獲得的鑄錠再熔并且重新澆鑄。這是因為，相繼的熔化改善了鑄錠的冶金質(zhì)量。這種再熔/澆鑄典型地采用真空電弧再熔技術(shù)來實現(xiàn)，該技術(shù)也被稱作“VAR”(英文“vacuum arc remelting”)。第一次熔化之后獲得的鑄錠構(gòu)成電極，其將被逐漸熔融，并且同時被連續(xù)地澆鑄成直徑相近的鑄錠。在實踐中，新鑄錠的直徑比該可消耗電極即第一鑄錠的直徑大大約10-20%。應(yīng)該指出，在航空工程的領(lǐng)域中使用的某些標(biāo)準(zhǔn)，如美國標(biāo)準(zhǔn)AMS 4945，要求這種 “ VAR”再熔。這種“雙重熔化”被證實是昂貴的。因而，考慮到體積成本隨所澆鑄的鑄錠直徑的增加而降低，鑄造商通常澆鑄大直徑的鑄錠，在實際中為500-1000mm。換句話說，對于給定的材料體積，具有大直徑的鑄錠成本較低。為了克服傳統(tǒng)(第一次)熔化技術(shù)的缺陷，主要是緩慢且逐漸的熔化/澆鑄， 最近已經(jīng)開發(fā)了在真空下并且以自坩堝模式的電弧熔化技術(shù)，英文也被稱作“Skull melting(殼熔法)”(法文直譯為“fusion en carapace (結(jié)殼熔化)”)?！白咱釄迥Ｊ健笔侵敢环N溶化方法，在該方法中，爐的坩堝被冷卻，使得在其上形成熔融材料(在此為鈦)的殼，或者另外的坩堝，以將熔融材料的剩余部分與爐的坩堝隔開。待熔融的鈦物料的一部分被置于坩堝中，而該物料的另一部分為可消耗電極的形式。整個鈦物料借助于該電極和該坩堝之間產(chǎn)生的電弧而熔融，然后被置于浴溫度下。然后，通過傾斜坩堝將熔融的物料一次性地澆鑄到一個或多個錠模中。該“殼熔法”可以一次性地成批(傾斜)快速澆鑄全部的熔融材料的物料。這可以避免與較老的熔化技術(shù)的緩慢且逐漸澆鑄相關(guān)的澆鑄缺陷。出于經(jīng)濟上的原因，常規(guī)地澆鑄單個的大鑄錠。該“殼熔法”可以無差別地使海綿鈦和再循環(huán)材料良好溶化。另外的優(yōu)點在于，與坩堝接觸而形成的金屬包殼(gangue)可以容易地甚至直接地被作為新電極再利用。對于大多數(shù)所希望的長形產(chǎn)品，由于鑄錠直徑過大的原因，目前的壓力機的容量并不能夠直接擠壓在“VAR”再熔或“殼熔法”融化之后獲得的鑄錠。一個或多個用于通過鍛造減小直徑的操作是必需的，以將具有大直徑的鑄錠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€或多個具有適合于擠壓機和所希望的長形產(chǎn)品的直徑的坯件(billettes)。例如，由“VAR”再熔或者“殼熔法”獲得的鑄錠可以具有約600mm的直徑，并且可通過相繼的鍛造操作轉(zhuǎn)變?yōu)橹睆酱蠹s120mm的坯件，也就是說，通過鍛造直徑減少約 25(2500% )。應(yīng)當(dāng)指出，該鍛造顯著地改善了所述坯件的冶金質(zhì)量，以致其可在熔化操作(VAR、
4殼熔法等)之后被系統(tǒng)地使用。如果需要的話，在擠壓之前也可以進行另外的操作，例如機械加工(用于從“鍛造”的坯件上取下薄表面層或者“去皮Qcroutage) ”)或者精加工(finition)。簡言之，從鈦物料出發(fā)的高質(zhì)量鈦或鈦合金長形產(chǎn)品的傳統(tǒng)生產(chǎn)工序包括以下的操作-熔化這種鈦或鈦合金物料并且澆鑄具有大直徑的單一鑄錠；_“VAR”再熔此單一鑄錠以形成也具有大直徑的單一鑄錠；當(dāng)前一次熔化不是通過 “殼熔法”實現(xiàn)的時候，這個步驟實際上是強制性的；此再熔可能是航空標(biāo)準(zhǔn)強制要求的；-從該具有大直徑的鑄錠制備一個或多個要擠壓的坯件，包括一個或多個鍛造操作；-利用擠壓機擠壓這些坯件，以獲得具有幾乎最終形狀的長形產(chǎn)品。隨后可進行一個或多個用于處理該長形產(chǎn)品的表面和/或改變其總體外觀的操作，以獲得成品的長形產(chǎn)品。這個生產(chǎn)工序只是非常有限地令人滿意，特別是在長形產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)時間和該產(chǎn)品的可用性方面。

發(fā)明內(nèi)容
本申請人力求改善這種情況。所提出的方法涉及由鈦材料或鈦合金生產(chǎn)長形產(chǎn)品或這種產(chǎn)品的毛坯的方法，包括制備鈦材料或鈦合金的物料，通過電弧并且以自坩堝模式熔化此物料，由該熔融的物料澆鑄一個或多個具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm的鑄錠，然后通過擠壓機在800°C -1200°C的溫度下擠壓一個或多個這些鑄錠。這種方法使得能夠獲得良好的長形產(chǎn)品，也就是說幾乎沒有任何澆鑄缺陷，并且所具有的尤其通過拉伸試驗測量的機械強度至少等于通過傳統(tǒng)方法或目前已知方法獲得的產(chǎn)品。例如，這種方法可以獲得質(zhì)量與符合現(xiàn)行航空標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品相當(dāng)?shù)拈L形產(chǎn)品，至少是在機械強度性能方面，例如美國標(biāo)準(zhǔn)AMS 4935或AMS 4945。這種方法還提供了可能低于傳統(tǒng)方法或者目前已知方法的生產(chǎn)成本的產(chǎn)品生產(chǎn)成本，以及縮短的生產(chǎn)時間，這部分地與沒有任何鍛造操作有關(guān)，并且更一般地提供了在擠壓操作之前澆鑄的鑄錠的直徑的顯著減小以及同時澆鑄多個鑄錠。所提出的方法改善了所獲得的長形產(chǎn)品的可用性，這尤其歸因于生產(chǎn)工序的簡化以及在所制備的鈦或鈦合金的物料中使用大比例的再循環(huán)材料。


通過參照附圖并閱讀下文的詳細(xì)描述將會看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在附圖中-圖1是說明本發(fā)明方法的步驟框圖，-圖2是說明圖1的方法的一種變化形式的步驟框圖，-圖3是說明可補充圖1和2的方法而使用的補充方法的步驟框圖。所述附圖不僅可以使本發(fā)明完整呈現(xiàn)，而且在必要時還有助于其限定。
具體實施例方式圖1例示了由鈦或鈦合金生產(chǎn)長形產(chǎn)品或這類產(chǎn)品的毛坯的方法。圖1的方法包括鈦材料或者鈦合金的物料的制備操作10，這種物料通過電弧并且以自坩堝模式的熔化操作20，由該熔融物料的一個或多個具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm的鑄錠的澆鑄操作30，然后是一個或多個這些鑄錠在800°C -1200°C的溫度下借助于擠壓機的擠壓操作40。可選地，由此擠壓步驟得到的長形產(chǎn)品可經(jīng)歷一個或多個精加工或半精加工步驟50。圖1的方法開始于鈦或者鈦合金的物料的制備操作10。這種物料的化學(xué)組成符合該長形產(chǎn)品所希望的等級(nuance)。例如，該物料的化學(xué)組成可用來獲得TA6V4合金，或者如美國標(biāo)準(zhǔn)AMS 4935中提及的等效物，或者TA3V2. 5，或者如美國標(biāo)準(zhǔn)AMS 4945中提及的等效物。這些合金特別用在航空領(lǐng)域中，對于該領(lǐng)域來說，嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求產(chǎn)品的高冶金質(zhì)量水平。它們的應(yīng)用決不限于此活動領(lǐng)域中。并且圖1的方法的實施也不限于這些特定的合金，而是擴展到大量不同的鈦組合物，這尤其取決于所打算的應(yīng)用，例如T40、T60等。這種物料可包括海綿鈦、鈦或鈦合金邊角料(英語也稱作“scrap”)，鈦或鈦合金屑，其完全或部分地來自于鑄模或者澆包或包殼(由“殼熔法”熔化得到)，或者更一般地是任意形式的再循環(huán)鈦材料。該再循環(huán)材料的組成在其質(zhì)量和其化學(xué)組成方面是受控的。該再循環(huán)成分可來自于廢料消耗(mises au mille)、用于再熔的鈦工業(yè)的處理的再循環(huán)材料、由鈦或鈦合金制成的工件的機械加工殘余物等。這些再循環(huán)材料可具有大量的不同化學(xué)組成，例如符合該長形產(chǎn)品所希望的等級，但這并不是必須的。這些材料可對應(yīng)于上面提到的合金。該再循環(huán)成分具有可用性并且單位質(zhì)量成本(cofit massique)(也即與每千克材料有關(guān)的成本)小于海綿鈦，從而有利地是優(yōu)先使用它。制備步驟10的鈦或鈦合金的物料還可包含用于調(diào)節(jié)等級和/或合金的成分，其比例取決于該方法的順序、所打算的應(yīng)用和/或該長形產(chǎn)品所希望的等級。圖1的方法接著是在操作10中制備的鈦材料或者鈦合金的物料利用電弧并且以自坩堝模式的熔化操作20。也就是說，此熔化以“殼熔法”溶化的形式進行。該“殼熔法”熔化借助于包括真空容器以及以合適的方式形成并且被容納在該容器內(nèi)的坩堝的爐來進行?？上碾姌O被安裝在該容器內(nèi)并且鈦材料被裝入該坩堝中。在該電極和該坩堝之間產(chǎn)生大的電位差。當(dāng)這個電位差達(dá)到一定的閾值時，則在該電極的下端和位于該坩堝中的鈦材料之間產(chǎn)生具有高能量水平的電弧。在實踐中，該電極可被安裝在該容器中向下移動的垂直工件上。當(dāng)該電極被完全熔融時，在該坩堝中存在的熔融鈦物料可以一次性地澆鑄到置于該容器內(nèi)的一個或多個具有所選形狀的錠模中，在此該錠模具有圓形截面并且直徑小于 300mm。因而此澆鑄非?？焖倨淇衫缤ㄟ^使坩堝傾斜來實現(xiàn)。該“殼熔法”因而是一種批量熔化/澆鑄技術(shù)。
在此熔化/澆鑄過程中，熔融鈦物料的一部分在與坩堝的界面處固化并且形成鈦包殼，它保護熔化鈦免受坩堝本身或者坩堝中存在的其它成分的任何污染。換句話說，此包殼形成另外的坩堝，其位于在該爐中實際提供的坩堝中(自坩堝熔化)。在冷卻之后，此包殼可被用作用于新溶化操作的可消耗電極，這在成本方面是有益的。該爐的坩堝可以以該包殼具有適合于其可消耗電極的隨后功能的形狀的方式形成。在步驟10中制備的鈦物料有利地包含由之前鈦物料的“殼熔法”的熔融和澆鑄得到的包殼，或者硬殼(coquille)。還有利地，在操作10中制備的鈦物料包含大比例的再循環(huán)鈦材料。優(yōu)選地，操作10的鈦物料只包含一種或多種殼熔法硬殼、再循環(huán)材料和必需的合金成分或者以合適的比例調(diào)節(jié)等級的成分。換句話說，用于制備鈦或鈦合金的物料的操作10在此主要在于生產(chǎn)鈦合金或鈦材料的混合物，其以質(zhì)量計的大部分或者全部由再循環(huán)材料構(gòu)成。只有用于調(diào)節(jié)等級的成分的添加可能仍然是需要的。圖1的方法因而具有非常特別的優(yōu)點，因為它能夠以低于傳統(tǒng)方法的成本獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，這歸因于通過自坩堝模式和電弧的熔化應(yīng)用使得能夠幾乎只使用再循環(huán)材料。用于此熔化操作的溫度，稱為過熔溫度，可取決于制備操作10的物料的組成。高于1600°C的過熔溫度允許熔化該物料中可能的組成的大部分。圖1的方法接著是鑄錠澆鑄操作，該鑄錠具有通常圓形的截面并且其直徑小于大約300mm。優(yōu)選地，這些鑄錠的直徑小于250mm。該澆鑄操作涉及到整個熔融物料，其是快速且一次性(“批量“)的，這例如通過使容納該熔融鈦物料的坩堝傾斜來進行。對于在操作30中澆鑄的鑄錠的直徑?jīng)]有下限。但是，出于經(jīng)濟上的原因，可優(yōu)選澆鑄直徑大于IOOmm的鑄錠。關(guān)于在步驟30中澆鑄的鑄錠的長度，不存在任何理論極限值。在實踐中，所澆鑄的鑄錠的長度以與在操作40中更擠壓的鑄錠的長度的比率來表示。例如，在操作30中澆鑄的鑄錠的長度可被選擇以使得等于在操作40中要擠壓的鑄錠的長度的一倍，以避免材料的損失。更通常地，在操作30中澆鑄的鑄錠的長度也可被選擇以使得等于在擠壓操作40中要擠壓的鑄錠的長度的總和。優(yōu)選地，在澆鑄操作30的過程中，澆鑄的圓柱形鑄錠與在操作30中允許熔融的鈦材料的物料一樣多。因而充分利用了“殼熔法”允許批量澆鑄的優(yōu)點。根據(jù)希望擠壓(并且因而預(yù)先澆鑄)的鑄錠的數(shù)目及其尺寸，可以在用量上選擇在操作20中澆鑄的鈦或鈦合金的物料，以及因此的在操作10中制備的鈦或鈦合金的物料。在操作30澆鑄的鑄錠中的每一個的直徑小于300mm。這些鑄錠中的每一個因而可以在操作40被擠壓，而不必在該擠壓操作之前顯著降低其直徑。不過在操作30的澆鑄和操作40的擠壓之間可以進行去皮操作。盡管去皮操作不可避免地導(dǎo)致直徑減小，但是該減小如此輕微(約幾十分之一毫米)以致于不能認(rèn)為這構(gòu)成了鑄錠直徑的明顯減小。另外，該去皮旨在去除所澆鑄的鑄錠的表面層，并且在這方面不能被歸類為直徑減小操作，其目標(biāo)從定義本身來說在于顯著減小鑄錠的直徑。在操作30澆鑄的圓柱形鑄錠在它們的直徑和長度方面可以具有彼此類似的尺寸。這些鑄錠還可以具有不同的長度和/或直徑，例如為了獲得不同的長形產(chǎn)品。在操作 30澆鑄的鑄錠中的每一個的直徑和長度可以根據(jù)在操作40的過程中要擠壓的鑄錠的直徑和長度進行選擇?？梢愿鶕?jù)希望在擠壓操作40結(jié)束時獲得的長形產(chǎn)品來確定要擠壓的鑄錠的長度和直徑。換句話說，圖1的方法允許在澆鑄操作30結(jié)束時獲得下述這樣的鑄錠， 該鑄錠的尺寸適合于擠壓操作并且其這些尺寸可根據(jù)所希望的長形產(chǎn)品的尺寸來計算。在這方面，圖1的方法不同于傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)方法規(guī)定單一鑄錠的澆鑄，這尤其是為了降低澆鑄的鑄錠的單位質(zhì)量成本，并且規(guī)定鍛造操作以用于降低這種鑄錠的直徑。換句話說，所澆鑄的鑄錠的直徑在傳統(tǒng)方法中是強制規(guī)定的(約400-600mm)，而在這里則是可以選擇該直徑的。可以理解，對于所要求的長形產(chǎn)品的尺寸，在實踐中對于要擠壓40的鑄錠存在可能的直徑和長度的范圍。在應(yīng)當(dāng)根據(jù)圖1的方法獲得具有不同尺寸的長形產(chǎn)品時，可有利地(在可能時)選擇適合于全部這些產(chǎn)品的它們要擠壓的鑄錠的直徑數(shù)值因而可以澆鑄鑄錠，該鑄錠可被切段以生產(chǎn)適合不同長形產(chǎn)品的擠壓的鑄錠。因而優(yōu)化了要擠壓的鑄錠的原料的管理。還要指出，圖1的方法能夠以同樣簡單且類似的成本(原料成本除外)生產(chǎn)具有較大直徑的產(chǎn)品和具有較小直徑的產(chǎn)品。在需要用于減小直徑的鍛造操作的傳統(tǒng)方法中， 生產(chǎn)小直徑的產(chǎn)品反而更為復(fù)雜和昂貴，該產(chǎn)品意味著通常應(yīng)當(dāng)由鍛造實現(xiàn)的更高的減小
率。 目前使用的壓力機不允許對長度大于1500mm的鑄錠進行擠壓。換句話說，在步驟 30澆鑄的鑄錠具有小于1500mm的長度，不過如果開發(fā)出更有效的壓力機的話則可以更長。圖1的方法結(jié)束于在擠壓機上的這些圓柱形鑄錠的熱擠壓操作40，以用于獲得長形產(chǎn)品或這種產(chǎn)品的毛坯。擠壓操作40可被調(diào)整以適合于獲得實心產(chǎn)品或空心產(chǎn)品。該擠壓溫度大于取決于鑄錠組成的所謂“ β轉(zhuǎn)變”溫度。擠壓操作40在通常為800°C -1200°C的溫度下熱實施。優(yōu)選地，該擠壓在大于 900°C的溫度下進行，以確保材料的良好塑性，并且在低于1150°C的溫度下進行以防止無用的能量消耗，同時獲得合適的金相結(jié)構(gòu)。該擠壓借助于傳統(tǒng)擠壓機來進行，該擠壓機配備有擠壓模(filiSre)和沖頭(ρο η οη)。當(dāng)要生產(chǎn)空心長形產(chǎn)品時，還使用鉆桿(tige)，也被稱作“孔針 (aiguille)，，(并且在這種情況下，要擠壓的鑄錠可以預(yù)先鉆孔)。該擠壓在潤滑劑存在下熱實施。該潤滑劑通常包括玻璃，也即用于在大于900°C的溫度下的常規(guī)熱擠壓操作的常用潤滑劑。圖1的方法在擠壓操作40之前不需要任何減少在操作30澆鑄的鑄錠的直徑的操作。應(yīng)該理解，這不排除針對在步驟30澆鑄的鑄錠進行一個或多個特定操作如去皮、 不同的表面處操或切段，以便形成在步驟40中要擠壓的鑄錠。由擠壓操作40所得的長形產(chǎn)品的冶金質(zhì)量令人驚訝地與按照傳統(tǒng)方法獲得的產(chǎn)品的冶金質(zhì)量相當(dāng)，至少是在機械強度方面，尤其是通過冷拉伸試驗測量的機械強度方面。在擠壓操作40之前不進行任何鍛造操作的情況下獲得的這種相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量大部分與以下的事實有關(guān)，即該擠壓對于已經(jīng)澆鑄的小直徑鑄錠的金相結(jié)構(gòu)具有有利且足夠的作
在擠壓操作40之前不進行使?jié)茶T操作30所得的鑄錠直徑減小的任何操作，特別是鍛造操作，還使得長形產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低。因此，不進行這種操作還減少了生產(chǎn)這種產(chǎn)品的時間。在擠壓操作之前不對鑄錠進行鍛造操作或者其它任何成型操作以及由該擠壓獲得的長形產(chǎn)品的質(zhì)量使得(盡管在操作30的過程中澆鑄的鑄錠的直徑相當(dāng)小)圖1的方法在長形產(chǎn)品的最終成本方面比現(xiàn)有技術(shù)方法更為經(jīng)濟。相對于現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)時間和可用性也得以改善。在操作30澆鑄的所有鑄錠或者它們中的僅僅一些，可以在多個不同的壓力機上平行擠壓，任選地在切段操作之后進行，這顯著提高了該方法的生產(chǎn)率。所獲得的長形產(chǎn)品的成本被進一步降低。與傳統(tǒng)方法不同，在操作30澆鑄的鑄錠在圖1的方法中未再熔。不過，在擠壓操作40結(jié)束時獲得的長形產(chǎn)品的質(zhì)量在沒有澆鑄缺陷和機械強度方面是出人意料的和完全足夠的，這是相比于在VAR再熔之后獲得的產(chǎn)品而言的，并且沒有任何鍛造操作，該鍛造已知用于改善這種質(zhì)量。盡管對于高質(zhì)量(或高性能)的長形產(chǎn)品來說，一些標(biāo)準(zhǔn)要求真空再熔如“VAR” 再熔，但申請人認(rèn)為，通過圖1的方法獲得的產(chǎn)品同樣適合于在這些標(biāo)準(zhǔn)中所預(yù)期的應(yīng)用， 盡管不存在這樣的再熔操作。圖2舉例說明圖1的方法的實施的變化形式。鑄錠擠壓操作30在此包括用于澆鑄具有小于300mm直徑的第一鑄錠的操作300， 然后是這些第一鑄錠的“VAR再熔”操作302。換句話說，在“殼熔法”的熔化/澆鑄之后獲得的第一鑄錠中的每一個或者它們中的至少一些單獨地經(jīng)受“VAR”熔化。這些第一鑄錠對于這種熔化操作來說起到可消耗電極的作用。鑄錠澆鑄操作30最后包括由這種第二熔融材料物料澆鑄要擠壓的鑄錠的操作， 也就是說，具有圓柱形的形狀并且直徑小于300mm的鑄錠。在“VAR”再熔中，該澆鑄隨著可消耗電極的熔化而逐漸進行。所獲得的鑄錠或第二鑄錠的直徑通常比該電極的直徑大大約10-20%。因此，在操作300澆鑄的鑄錠的直徑應(yīng)當(dāng)考慮到這種增大，以尤其使得在操作40要擠壓的鑄錠合適地具有小于300mm的直徑，而無需進行任何減小直徑的操作。圖3舉例說明可針對根據(jù)圖1和2的方法之一獲得的長形產(chǎn)品進行的精加工或半精加工方法50。由擠壓操作40所獲得的長形產(chǎn)品可以進行以下操作中的一種或多種-一種或多種熱處理(在爐中)以及一種或多種化學(xué)(例如酸洗)或物理表面處理51 ；-矯正和解扭操作52，旨在使長形產(chǎn)品在其橫截面和其總體外觀方面修正；-熱處理操作53;-通過切割或切段的長度調(diào)節(jié)操作M，-噴砂操作55，法文也稱作“sablage”；-成型操作56，
-利用一種或多種已知的非破損性檢驗技術(shù)如超聲波、放射照相術(shù)、傅科電流等的檢驗操作57 ；-機械加工。這些操作在此以完全示例性的順序給出，并且完全可以以不同的順序?qū)嵤Ｋ岢龅姆椒ㄔ试S獲得具有符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的令人滿意的質(zhì)量的長形產(chǎn)品，而不必進行任何鍛造操作，使得傳統(tǒng)的“VAR”再熔操作成為非必要的，并且允許大量使用再循環(huán)材料。所提出的方法沒有任何鍛造操作。與所有預(yù)期相反并且與本領(lǐng)域中普遍的看法相反，本申請人事實上考慮到，可僅通過擠壓獲得相當(dāng)或者至少足夠的長形產(chǎn)品的機械特性， 從而使得鍛造操作的有益作用變得多余。所提出的方法具有更低的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)時間減少并且具有更大的產(chǎn)品可用性。本發(fā)明不限于上面所描述的僅僅作為示例的方法。尤其是-熔化操作20和澆鑄操作30已經(jīng)被描述為實施“殼熔法”。這項熔化技術(shù)可以批量熔化/澆鑄，這與逐漸熔化/澆鑄方法是不同的。目前，只有這項技術(shù)允許這種澆鑄模式。 不過，圖1和2的方法可以采用不同的熔化技術(shù)來實施，只要它具有與“殼熔法”類似的特性，也就是說，允許以合理的成本生產(chǎn)適合擠壓的直徑小于300mm的鑄錠，優(yōu)選使用大量的再循環(huán)材料并且批量澆鑄。-步驟302和304的再熔可以采用不同的熔化方法來進行，只要它們能夠改善所獲得的鑄錠的金相質(zhì)量，并允許以可接受的成本獲得尺寸適合于擠壓操作40 (即直徑小于 300mm)的鑄錠。-在擠壓操作40結(jié)束時或者必要時在精加工操作50結(jié)束時，所獲得的長形產(chǎn)品可以進行一個或多個成型操作，尤其是鍛造，包括旨在進一步減小其截面的操作。-可以更一般地考慮直徑小于300mm的鑄錠的擠壓在它們經(jīng)受“VAR”再熔之后直接進行，而不通過預(yù)先鍛造來減小直徑，第一次熔化/澆鑄已經(jīng)按照任意一種方法進行，只要所考慮的方法允許以合理的成本澆鑄具有合適直徑的鑄錠。-所獲得的長形產(chǎn)品可以經(jīng)歷隨后的成型操作，例如彎曲。-本發(fā)明已經(jīng)通過參考航空領(lǐng)域，尤其是在該領(lǐng)域中現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)進行了描述。這是因為，這個領(lǐng)域代表了鈦長形產(chǎn)品的廣大應(yīng)用領(lǐng)域并且它要求這些產(chǎn)品的高質(zhì)量水平。所描述的方法的應(yīng)用絕不限于這個特定的活動領(lǐng)域。而且，使用鈦或鈦合金產(chǎn)品并要求高質(zhì)量產(chǎn)品的其它領(lǐng)域可以參考由航空領(lǐng)域建立的標(biāo)準(zhǔn)，但不必是該領(lǐng)域的一部分。因而，本發(fā)明也適用于這些領(lǐng)域。更一般地，除了航空領(lǐng)域之外，本發(fā)明還可應(yīng)用于要求高質(zhì)量水平的非航空應(yīng)用的長形鈦產(chǎn)品的所有領(lǐng)域中。在這方面，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了這種靈活性和這種成本的降低，使得其可以提供鈦長形產(chǎn)品在非航空領(lǐng)域和/或大眾領(lǐng)域中的新應(yīng)用。-嚴(yán)格地說，根據(jù)圖1的方法獲得的長形產(chǎn)品不符合在航空工程中應(yīng)用的美國標(biāo)準(zhǔn)AMS 4935，因為它們已經(jīng)經(jīng)受了多次熔化操作，其中包括一次真空下的操作。不過，它們構(gòu)成了具有相當(dāng)質(zhì)量的產(chǎn)品，尤其是在機械強度方面。申請人認(rèn)為這些產(chǎn)品可用來替代在這種標(biāo)準(zhǔn)中定義的產(chǎn)品并且這個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)發(fā)展以包括通過圖1的方法獲得的產(chǎn)品。無論如何，這些產(chǎn)品的質(zhì)量使得參考該標(biāo)準(zhǔn)但不受限于該標(biāo)準(zhǔn)的大量領(lǐng)域可以有利地使用所述產(chǎn)品O 本發(fā)明包含本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本說明可以預(yù)期的所有變化形式。
權(quán)利要求
1.鈦材料或鈦合金長形產(chǎn)品或這些產(chǎn)品的毛坯的生產(chǎn)方法，包括下列步驟a)制備鈦材料或鈦合金的物料(10)，b)以自坩堝模式通過電弧使該物料熔融00)，c)由該熔融物料澆鑄一個或多個具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm 的鑄錠(30)，然后d)在800°C-1200°C的溫度下借助于擠壓機擠壓一個或多個這些鑄錠00)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟c)包括cl)由該熔融物料澆鑄一個或多個第一鑄錠(300)，c2)分別使這些第一鑄錠中的每一個熔融成為第二鈦材料或鈦合金物料(302)； c3)分別由第二鈦材料或鈦合金物料中的每一個澆鑄一個或多個要擠壓的鑄錠 (304)，所述鑄錠具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm。
3.權(quán)利要求2的方法，其中步驟cl)包括cii)由該熔融物料澆鑄一個或多個具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約 300mm 的鑄錠(300)。
4.權(quán)利要求2和3之一的方法，其中步驟d)包括c31)由第二鈦材料或鈦合金物料中的每一個澆鑄一個要擠壓的鑄錠，所述鑄錠具有基要上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm。
5.權(quán)利要求2-4之一的方法，其中步驟(^)包括 c21)在真空下通過電弧使至少一個第一鑄錠熔融。
6.上述權(quán)利要求之一的方法，其中要擠壓的鑄錠的直徑小于250mm。
7.上述權(quán)利要求之一的方法，其中要擠壓的鑄錠的直徑大于100mm。
8.上述權(quán)利要求之一的方法，其中步驟d)在潤滑劑存在下進行。
9.權(quán)利要求8的方法，其中該潤滑劑包括玻璃。
10.上述權(quán)利要求之一的方法，其中擠壓溫度為900°C-1150°C。
11.上述權(quán)利要求之一的方法，其中步驟c)包括cl)幾乎澆鑄在步驟b)熔融的物料的全部以形成具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于300mm的要擠壓的鑄錠。
12.上述權(quán)利要求之一的方法，其在步驟d)之前沒有任何減小在步驟c)澆鑄的鑄錠的直徑的步驟。
13.上述權(quán)利要求之一的方法，包括在步驟c)和d)之間的去皮步驟。
14.上述權(quán)利要求之一的方法，其中在步驟c)澆鑄的鑄錠的直徑根據(jù)鈦材料或鈦合金長形產(chǎn)品或這種產(chǎn)品的毛坯所希望的直徑進行選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及鈦材料或鈦合金長形產(chǎn)品或這些產(chǎn)品的毛坯的生產(chǎn)方法，包括制備鈦材料或鈦合金的物料(10)，以自坩堝模式通過電弧使該物料熔融(20)，由該熔融物料澆鑄一個或多個具有基本上圓柱形的形狀并且直徑小于大約300mm的鑄錠(30)，然后在800℃-1200℃的溫度下借助于擠壓機擠壓一個或多個這些鑄錠(40)。本發(fā)明例如用在航空領(lǐng)域中。
文檔編號B21C23/00GK102438764SQ201080019124
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者A·霍納, C·德勞內(nèi), R·福克斯, V·吉特爾 申請人:GfE金屬和材料有限公司, 塞菲瓦爾公司, 浦菲沃航空股份公司