用于制作鍛造產(chǎn)品和其他加工產(chǎn)品的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001 ] 可通過(guò)鍛造操作使金屬產(chǎn)品成形。為了鍛造金屬產(chǎn)品,每個(gè)零件可能用到若干級(jí)進(jìn)模(平模和/或不同形狀的模),其中所述模中第一模的平?;蚰G槐辉O(shè)計(jì)為使鍛坯變形為第一形狀,該第一形狀由該特定模的構(gòu)型限定,下一個(gè)模被成形為執(zhí)行鍛坯的鍛造變形中的下一個(gè)后續(xù)步驟,以此類(lèi)推,直到最后一個(gè)模最終賦予鍛件完全變形的形狀。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利 N0.4,055,975。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0002]本專(zhuān)利申請(qǐng)廣義地涉及用于制作加工金屬產(chǎn)品(例如,鍛造金屬產(chǎn)品;其他類(lèi)型的熱加工和/或冷加工金屬產(chǎn)品)的改進(jìn)方法。
[0003]在一個(gè)實(shí)施例中,一種方法包括采用增材制造來(lái)制作金屬預(yù)成型件。在該采用步驟后,可將金屬預(yù)成型件鍛造為鍛造成品。在一個(gè)實(shí)施例中,鍛造步驟包括單模鍛造步驟。在一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件包含鈦、鋁、鎳、鋼和不銹鋼中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可以是鈦合金。例如,金屬預(yù)成型件可包含T1-6A1-4V合金。在另一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可以是鋁合金。在又一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可以是鎳合金。在又一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可以是鋼和不銹鋼中的一種。在另一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可以是金屬基復(fù)合材料。在又一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件可包含鋁化鈦。例如,在一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金可包含至少48重量%的Ti和至少一種鋁化鈦相,其中該至少一種鋁化鈦相選自由Ti3Al、TiAl以及它們的組合組成的組。在另一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金包含至少49重量%的打。在又一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金包含至少50重量%的11。在另一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金包含5至49重量%的鋁。在又一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金包含30至49重量%的鋁,并且鈦合金包含至少一些TiAl。在又一個(gè)實(shí)施例中,鈦合金包含5至30重量%的鋁,并且鈦合金包含至少一些Ti3Al。
[0004]鍛造步驟可包括將金屬預(yù)成型件加熱至鍛坯溫度,并且使金屬預(yù)成型件與鍛模接觸。在一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)接觸步驟啟動(dòng)時(shí),鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少10 °F。在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)接觸步驟啟動(dòng)時(shí),鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少25 °F。在又一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)接觸步驟啟動(dòng)時(shí),鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少50 °F。在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)接觸步驟啟動(dòng)時(shí),鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少100 °F。在又一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)接觸步驟啟動(dòng)時(shí),鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少200 °F。
[0005]在一個(gè)方面,鍛造成品為發(fā)動(dòng)機(jī)的部件。在一個(gè)實(shí)施例中,鍛造成品為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片。在另一個(gè)實(shí)施例中,如下所述,鍛造成品為發(fā)動(dòng)機(jī)包容環(huán)。
[0006]在另一方面,一種方法可包括采用增材制造來(lái)制作金屬預(yù)成型件,并且在所述采用步驟同時(shí)或之后,經(jīng)由以下的至少一種方式將金屬預(yù)成型件加工為加工成品:(i)乳制,(?)環(huán)乳,(iii)環(huán)鍛,(iv)成形乳制,(v)擠壓,以及(vi)它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中,加工方式為乳制。在另一個(gè)實(shí)施例中,加工方式為環(huán)乳。在又一個(gè)實(shí)施例中,加工方式為環(huán)鍛。在另一個(gè)實(shí)施例中,加工方式為成形乳制。在又一個(gè)實(shí)施例中,加工方式為擠壓。
[0007]當(dāng)金屬預(yù)成型件包含T1-6A1_4V合金時(shí),鍛造步驟可包括將金屬預(yù)成型件加熱至鍛坯溫度,并且使金屬預(yù)成型件與鍛模接觸。就這一點(diǎn)而言,接觸步驟可包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形。在一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)0.05到1.10的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)至少0.10的真應(yīng)變。在又一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)至少0.20的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)至少0.25的真應(yīng)變。在又一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)至少0.30的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)至少0.35的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于1.00的真應(yīng)變。在又一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.90的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.80的真應(yīng)變。在又一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.70的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.60的真應(yīng)變。在又一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.50的真應(yīng)變。在另一個(gè)實(shí)施例中,接觸步驟包括借助鍛模使金屬預(yù)成型件變形,以在金屬預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)不大于0.45的真應(yīng)變。如上所述,鍛造步驟可包括將金屬預(yù)成型件加熱至鍛坯溫度。
[0008]在一個(gè)方面,鍛造步驟可包括將金屬預(yù)成型件加熱至鍛坯溫度。在一種方法中,金屬預(yù)成型件被加熱至850°C到978°C的鍛坯溫度。在一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件被加熱至至少900°C的鍛坯溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件被加熱至至少950°C的鍛坯溫度。在又一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件被加熱至至少960°C的鍛坯溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件被加熱至不高于975°C的鍛坯溫度。在又一個(gè)實(shí)施例中,金屬預(yù)成型件被加熱至不高于973°C的鍛坯溫度。
[0009]在一個(gè)方面,采用增材制造來(lái)制作金屬預(yù)成型件的步驟可包括通過(guò)增材制造將材料添加到建造基底中,從而制作金屬預(yù)成型件。在一個(gè)實(shí)施例中,該材料為具有第一強(qiáng)度的第一材料,并且其中建造基底由具有第二強(qiáng)度的第二材料構(gòu)成。第一材料可具有第一疲勞性能,第二材料可具有第二疲勞性能。例如,可通過(guò)增材制造將具有低強(qiáng)度和高韌性的一層第一材料添加到由具有高強(qiáng)度和低韌性的第二材料構(gòu)成的建造基底中,從而制作用于(例如)射擊應(yīng)用的金屬預(yù)成型件。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中,建造基底包含第一材料的第一環(huán),并且所述采用步驟包括通過(guò)增材制造將第二材料添加到第一環(huán)中,從而形成第二環(huán),其中第二環(huán)與第一環(huán)成為一體。就這一點(diǎn)而言,
[0011]在另一方面,該方法可包括在鍛造步驟之后將鍛造成品退火。在一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)金屬預(yù)成型件包含T1-6A1-4V合金時(shí),退火步驟可包括將鍛造成品加熱至約640°C到約816°C的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)金屬預(yù)成型件包含T1-6A1-4V合金時(shí),退火步驟可包括將鍛造成品加熱至約670°C到約750°C的溫度。在又一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)金屬預(yù)成型件包含T1-6A1-4V合金時(shí),退火步驟可包括將鍛造成品加熱至約700°C到約740°C的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)金屬預(yù)成型件包含T1-6A1-4V合金時(shí),退火步驟可包括將鍛造成品加熱至約732 °C的溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為制作鍛造成品的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0013]圖2為制作鍛造成品的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖,其中該方法包括可選的退火步驟。
[0014]圖3至圖4為示出實(shí)例1的數(shù)據(jù)的圖表。
[0015]圖5為制作鍛造成品的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖,其中鍛造成品包括一體的建造基底。
[0016]圖6為制作鍛造成品的方法的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖,其中鍛造成品包括一體的建造基底。
[0017]圖7為示出圓柱形預(yù)成型件的橫向取向和縱向取向的圖示。
[0018]圖8為完工的T1-6A1_4V金屬預(yù)成型件的一個(gè)實(shí)施例沿橫向截取的顯微圖。
[0019]圖9為經(jīng)過(guò)預(yù)熱的T1-6A1_4V金屬預(yù)成型件的一個(gè)實(shí)施例沿橫向截取的顯微圖。
[0020]圖10為T(mén)1-6A1_4V鍛造成品的一個(gè)實(shí)施例沿橫向截取的顯微圖。
[0021]圖11為經(jīng)過(guò)退火的T1-6A1_4V鍛造成品的一個(gè)實(shí)施例沿橫向截取的顯微圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考附圖,這些附圖至少有助于說(shuō)明本公開(kāi)所提供的新技術(shù)的各種相關(guān)實(shí)施例。
[0023]圖1示出了用于制作鍛造金屬產(chǎn)品的新方法的一個(gè)實(shí)施例。在圖示實(shí)施例中,該方法包括通過(guò)增材制造來(lái)制備(100)金屬預(yù)成型件,然后將該金屬預(yù)成型件鍛造(200)成鍛造成品(例如,終形產(chǎn)品或近終形產(chǎn)品)的步驟。在鍛造步驟(200)之后,鍛造成品可不需要額外的機(jī)械加工或其他加工步驟,因而有利于降低總制造成本。此外,鍛造成品可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能(例如,相對(duì)于純?cè)霾闹圃斓牟考?。
[0024]增材制造步驟(100)制備金屬預(yù)成型件。增材制造(或三維打印)是一種采用數(shù)字打印技術(shù)來(lái)將若干材料層相繼沉積的工藝。因此,可制作精確設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。由增材制造步驟(100)制作的金屬預(yù)成型件可由任何適用于增材制造和鍛造兩者的金屬制成,這些金屬包括例如鈦、鋁、鎳(例如,鉻