本發(fā)明涉及一種通過熱鍛造制造具有圓棒狀的合金錠的方法，并且特別地涉及一種制造如下的合金錠的方法：該合金錠包括諸如時(shí)效硬化高合金鋼或鎳基高合金或鈷基高合金等的在熱鍛造時(shí)具有相對(duì)高的變形抗力的難以加工的合金。
背景技術(shù)：
：在通過熱鍛造制造具有圓棒狀的合金錠的方法中，將合金錠加熱并進(jìn)行鍛造加工，并且在合金錠的溫度降低到預(yù)定溫度之前完成鍛造加工，或者將合金錠再加熱并重復(fù)地進(jìn)行鍛造加工?？紤]到鍛造加工中的效率，希望通過對(duì)合金錠進(jìn)行一次加熱而不再加熱來完成預(yù)定量的鍛造加工。在這方面，已經(jīng)提出了一種使合金錠的溫度的降低最小化以保證長(zhǎng)加工時(shí)間的鍛造方法。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種在通過利用耐熱陶瓷纖維材料包覆諸如超耐熱合金等的合金錠(工件)使溫度的降低最小化的同時(shí)進(jìn)行熱鍛造的鍛造方法。首先，制備由耐熱陶瓷纖維材料形成的保溫片(heat-retainingsheet)并覆蓋合金錠的外周面。此外，通過使用不銹鋼箔和不銹鋼帶固定保溫片。然后，將所得物加熱，并且進(jìn)行高速四面鍛造使得通過一次加熱就可進(jìn)行多遍鍛造加工。與外周面未覆有保溫片的情況相比，由于保溫片的保溫效果能夠使合金錠的溫度的降低速率變慢，因此能夠在一次加熱之后，在溫度降低到預(yù)定溫度為止獲得長(zhǎng)加工時(shí)間，從而能夠獲得大量的鍛造加工。另外，如果預(yù)先有意地調(diào)整保溫片使得其變得容易損壞，則可通過僅使加工外周刀具與保溫片接觸從而在不與精加工表面干涉的情況下使保溫片掉落來取下保溫片。然而，如同樣在專利文獻(xiàn)1中所公開地，在諸如超耐熱合金等的在鍛造時(shí)具有相對(duì)高的變形抗力的高合金的情況下，由于在鍛造加工期間溫度的降低而容易產(chǎn)生龜裂。由于在難以加工的合金的鍛造加工期間溫度的降低而產(chǎn)生的龜裂不僅容易產(chǎn)生在具有相對(duì)高的變形抗力的合金中，而且容易產(chǎn)生在諸如時(shí)效硬化合金等的合金中，該時(shí)效硬化合金在一定溫度或更低的溫度出現(xiàn)下析出相，使變形抗力迅速增大。在上述合金的鍛造加工中，需要始終嚴(yán)格地將鍛造溫度控制在預(yù)定溫度或更高；然而，如專利文獻(xiàn)1中所公開的簡(jiǎn)單地將保溫片圍繞合金錠卷繞的方法中，由于保溫片對(duì)于合金錠的變形的追隨性不足，在鍛造加工過程中，合金錠與保溫片之間會(huì)產(chǎn)生間隙或者保溫片掉落，因而，在一些情況下不可能穩(wěn)定地保持合金錠的熱量。在這方面，已經(jīng)提出將合金錠裝配到管中然后進(jìn)行鍛造加工的方法，即已經(jīng)提出圍繞合金錠設(shè)置由金屬覆層形成的保溫構(gòu)件并且對(duì)所得物進(jìn)行鍛造加工的方法。例如，專利文獻(xiàn)2公開了“插入鑄造”方法，其中由時(shí)效硬化鎳基超耐熱合金形成的圓棒狀的合金錠被插入模具中以便在不與模具的內(nèi)周面接觸的狀態(tài)下直立在底部上，并且將熔融保溫金屬澆注到合金錠與模具之間的間隙中，從而通過保溫金屬構(gòu)件“插入鑄造”合金錠。從模具中取出的合金錠與保溫金屬構(gòu)件一起熱鍛造。與在相關(guān)技術(shù)中將合金錠裝配到管中的方法相比，保溫金屬構(gòu)件和合金錠能夠充分地彼此貼附并且金屬能夠融化并彼此附著，因此能以優(yōu)良的追隨性一體地鍛造兩個(gè)構(gòu)件。另外，使用具有比合金錠小的變形抗力的不銹鋼或耐熱鋼作為保溫金屬構(gòu)件，并且使保溫金屬構(gòu)件與合金錠之間的在鍛造溫度下的變形抗力的差異最小化到預(yù)定范圍內(nèi)，從而防止僅保溫構(gòu)件被加工。根據(jù)上述方法，能夠更可靠地使合金錠的溫度的降低最小化，因此能夠穩(wěn)定且有效地進(jìn)行熱鍛造。專利文獻(xiàn)1：jp-a-2001-79633專利文獻(xiàn)2：jp-a-s62-3842技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：同時(shí)，通過在不用再加熱圓棒狀合金錠的情況下在一個(gè)方向上連續(xù)地進(jìn)行鍛造加工能夠獲得均勻的鍛造材料。然而，在這種連續(xù)加工中在縱向上可能產(chǎn)生熱梯度，因此，尤其是在長(zhǎng)的合金錠的情況下，可以考慮使用上述“插入鑄造鍛造”。另外，近來進(jìn)行熱鍛造的難以加工的合金的性能趨于進(jìn)一步改善，并且穩(wěn)定地進(jìn)行熱鍛造的溫度范圍趨于明顯變窄。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，并且其目的在于提供合金錠的制造方法，該合金錠在插入鑄造鍛造時(shí)具有改善的保溫性以允許進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間熱鍛造，并且該合金錠具有優(yōu)良的制造性而能夠以較少的加工步驟獲得預(yù)定量的鍛造加工。根據(jù)本發(fā)明，提供一種合金錠的制造方法，所述方法為通過熱鍛造制造圓棒狀的合金錠的方法，所述方法包括：在圓棒狀的初始合金錠的一端被保持的狀態(tài)下將該初始合金錠懸置在筒狀的模具中；將由保溫金屬形成的熔融金屬澆注到所述筒狀的模具中以便將所述保溫金屬的覆層施加至所述初始合金錠的整個(gè)外周，以獲得鍛造合金錠；從所述筒狀的模具取出所述鍛造合金錠；然后在把持所述鍛造合金錠的作為把持部分的端部的狀態(tài)下對(duì)所述鍛造合金錠進(jìn)行熱鍛造；以及去除所述保溫金屬的所述覆層。根據(jù)本發(fā)明，保溫金屬的覆層能夠施加至圓棒狀的初始合金錠的整個(gè)表面、特別是施加至熱容易被把持工具吸收且溫度降低相對(duì)迅速的把持部分。因此，可將初始合金錠長(zhǎng)時(shí)間地保持在預(yù)定溫度或更高。因此，能夠在不用反復(fù)地進(jìn)行加熱步驟的情況下在一個(gè)方向上連續(xù)地進(jìn)行鍛造加工，因而能夠以較少的加工步驟獲得期望的量的鍛造加工。另外，保溫金屬的覆層能夠優(yōu)選地施加至由于鍛造而造成復(fù)雜的多軸變形的兩端部，因此能夠防止由于通過長(zhǎng)時(shí)間熱鍛造導(dǎo)致保溫金屬的覆層的損壞而使得初始合金錠暴露在外?？蓪?duì)對(duì)局部溫度降低敏感的具有高性能的難以加工的合金進(jìn)行熱鍛造本發(fā)明可以進(jìn)一步包括：在從所述筒狀的模具取出所述鍛造合金錠之后，通過鍛造由所述保溫金屬包覆的所述鍛造合金錠的一部分以便減小該部分的直徑來形成所述把持部分；將所述把持部分插入環(huán)狀模的中心孔中；以及然后通過鐓鍛在軸向上壓縮所述初始合金錠。關(guān)于在軸向上的壓縮變形加工，在軸向上壓縮初始合金錠以便增加直徑，然后能夠增加隨后的熱鍛造中的鍛造比。根據(jù)本發(fā)明的該方面，防止在初始合金錠的端部的保溫金屬的覆層變形，并且充分地鍛造了初始合金錠。在本發(fā)明中，初始合金錠可以由時(shí)效硬化合金形成，并且可以在850℃或更高的溫度下進(jìn)行熱鍛造。根據(jù)本發(fā)明的該方面，將初始合金錠保持在高于時(shí)效硬化溫度的溫度范圍內(nèi)，并且使初始合金錠的變形抗力的增加最小化。因此，可更可靠地防止如下情況的發(fā)生：僅保溫金屬的覆層損壞和變形以使初始合金錠被暴露在外，從而導(dǎo)致局部溫度降低。即可通過在插入鑄造鍛造中改善保溫性而更可靠地對(duì)具有較好性能的難以加工的合金進(jìn)行熱鍛造。在本發(fā)明中，保溫金屬可以由不銹鋼形成。根據(jù)本發(fā)明的該方面，可更可靠地將熱鍛造的壓縮力傳遞到由保溫金屬的覆層覆蓋的初始合金錠，即使在熱鍛造時(shí)溫度相對(duì)高的情況下也不會(huì)損壞保溫金屬的覆層。此外，可用相對(duì)低的成本施加保溫金屬的覆層。在本發(fā)明中，鍛造合金錠的外徑可以等于或小于初始合金錠的外徑的1.3倍。根據(jù)本發(fā)明的該方面，可更可靠地將熱鍛造的壓縮力傳遞到由保溫金屬的覆層覆蓋的初始合金錠。附圖說明圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的合金錠的制造方法的流程圖。圖2是形成保溫金屬的覆層之后的合金錠的截面圖。圖3是熱鍛造之前的合金錠的截面圖。圖4是受到鐓鍛的合金錠的截面圖。圖5是示出仿真中的初始合金錠的最外層的溫度變化的圖表。具體實(shí)施方式首先，將基于圖1參照?qǐng)D2至圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的合金錠的制造方法。如圖1所示，首先制造初始合金錠(s1)。在初始合金錠(primaryalloyingot)的制造中，例如，能夠通過使用真空電弧重熔方法(var)獲得具有圓棒狀的初始合金錠。這里使用的合金可以是在熱鍛造時(shí)具有相對(duì)高的變形抗力的所謂的“難以加工的合金”的合金。即難以加工的合金是當(dāng)在熱鍛造期間溫度降低時(shí)變形抗力增加而使得合金難以鍛造并且容易產(chǎn)生龜裂的合金。這種難以加工的合金的示例包括具有窄可鍛造溫度范圍的諸如鎳基合金、鈦基合金以及鈷基合金等的超耐熱合金。難以加工的合金的示例還包括諸如時(shí)效硬化合金的合金，該時(shí)效硬化合金在一定溫度或更低溫度下出現(xiàn)析出相而使得變形抗力迅速增大。注意，本實(shí)施方式旨在通過使初始合金錠在熱鍛造期間溫度的降低最小化而能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行熱鍛造，并且不限制使用其它合金作為初始合金錠。接著，在初始合金錠的整個(gè)外周形成保溫金屬的覆層(s2)。如圖2所示，初始合金錠1經(jīng)由懸置金屬體2通過夾具5支撐，懸置金屬體2固定在初始合金錠1的一端部并懸置在具有內(nèi)部空間的圓筒狀的模具(cylindricalmold)6中。由保溫金屬形成的熔融金屬澆注在初始合金錠1周圍。熔融金屬凝固以提供保溫金屬的覆層3，該覆層3被施加至初始合金錠1的包括外側(cè)圓周部、下部以及上部的整個(gè)外周。即通過使用保溫金屬的覆層3來“插入鑄造”初始合金錠1。由此，保溫金屬的覆層3能夠優(yōu)選地附著于初始合金錠1。特別地，在保溫金屬的覆層3中，在懸置的初始合金錠1的下側(cè)(底側(cè))賦予過厚部(excessthickness)3a。注意，模具能夠形成為方塊(例如正方形截面、六邊形截面或八邊形截面)。這里，保溫金屬的優(yōu)選示例包括在熱鍛造時(shí)能夠賦予初始合金錠1足夠的鍛造量的金屬。即優(yōu)選采用如下的金屬：該金屬在進(jìn)行熱鍛造的溫度范圍內(nèi)具有比初始合金錠1低的變形抗力，即使當(dāng)該金屬在前層側(cè)作為覆層3且該金屬的溫度低于初始合金錠1的溫度時(shí)也不阻礙熱鍛造，并且該金屬具有高變形抗力以便使初始合金錠1充分地鍛造。另外，優(yōu)選采用易于熱處理的金屬使得在熱鍛造時(shí)不會(huì)由于加熱或者冷卻造成脆化。此外，優(yōu)選采用在加熱時(shí)氧化皮損失(由于形成氧化膜而導(dǎo)致的損失)小的金屬，并且還優(yōu)選采用相對(duì)便宜的金屬。這種保溫金屬的示例包括諸如sus304的不銹鋼。注意，相同的材料可以用于上述懸置金屬體2。保溫金屬的覆層3凝固之后，從模具6中取出鍛造合金錠10，并且根據(jù)需要在鍛造合金錠10上形成鉗保持部(tonghold)(s3)。詳細(xì)地，如圖3所示，以如下方式形成鉗保持部：過厚部3a的一部分在從鍛造合金錠10的底側(cè)的端面隔開預(yù)定距離的位置處加工頸部，在使保溫金屬的覆層3相對(duì)于初始合金錠1的底側(cè)的端面保留預(yù)定軸向厚度的同時(shí)對(duì)該部分進(jìn)行延伸鍛造以縮小該部分的直徑使得鉗保持部形成為臺(tái)階狀。利用這種構(gòu)造，形成易于由諸如操縱器等的用于熱鍛造的把持工具把持的鉗保持部4。在此，通過減小直徑獲得鉗保持部4，因此優(yōu)選通過鍛造增加強(qiáng)度。此外，優(yōu)選適當(dāng)?shù)靥幚矶瞬?，例如?duì)端部?jī)?yōu)選地進(jìn)行氣體切割。注意，懸置金屬體2仍然固定于初始合金錠1。這里，在鍛造合金錠10的直徑足夠小并因此容易由把持工具把持的情況下，從模具6中取出的狀態(tài)下的過厚部3a的上述部分能夠作為把持部分而不用形成鉗保持部。接著，根據(jù)需要在孔臺(tái)上鐓鍛鍛造合金錠10(s4)。也就是，如圖4所示，以如下方式進(jìn)行鐓鍛：將鉗保持部4插入環(huán)狀模(ring-shapeddie)20的中心孔21中以防止變形，并且同時(shí)由加壓機(jī)23從頂側(cè)經(jīng)由具有板狀的上砧22壓縮鍛造合金錠10以便使鍛造合金錠10被壓縮變形。在初始合金錠1所需的鍛造比能夠僅通過下述的熱鍛造賦予的情況下可以省略鐓鍛。注意，典型地在形成鉗保持部之前進(jìn)行鐓鍛；然而，在本實(shí)施方式中，如果在形成鉗保持部之前進(jìn)行鐓鍛，存在不能賦予初始合金錠1足夠的壓縮變形量的擔(dān)心。即，如果在形成鉗保持部之前進(jìn)行鐓鍛，初始合金錠1嵌入由在熱鍛造時(shí)變形抗力小的保溫金屬形成的過厚部3a中從而造成過厚部3a大幅變形，因此變形抗力大的初始合金錠1的變形量變小。在這方面，如上所述，鉗保持部4首先形成為臺(tái)階狀，然后通過使用臺(tái)階部在孔臺(tái)上進(jìn)行鐓鍛以便減小環(huán)狀模20與初始合金錠1之間的過厚部3a，并且在軸向上進(jìn)行壓縮變形加工以便賦予初始合金錠1足夠的變形量。另外，進(jìn)行熱鍛造(s5)。在熱鍛造中，通過諸如操縱器等的把持工具把持作為把持部分的過厚部3a或鉗保持部4，并且通過自由鍛造進(jìn)行延伸鍛造成所謂的懸臂支架。優(yōu)選在850℃或更高的溫度下進(jìn)行熱鍛造。在熱鍛造時(shí)，具有比空氣高的導(dǎo)熱性的把持工具經(jīng)由把持部分吸收鍛造合金錠10的熱。與之相比，在本發(fā)明中，保溫金屬的覆層3施加至初始合金錠1的整個(gè)外周、特別是施加至把持部分，因此可進(jìn)一步使初始合金錠1的溫度的降低最小化。換言之，可長(zhǎng)時(shí)間將初始合金錠1的溫度保持在可鍛造溫度范圍內(nèi)而不用進(jìn)行再加熱，因此可用較少的加熱次數(shù)獲得預(yù)定量的鍛造加工。另外，在懸臂支架(cantileversupport)的單向鍛造(one-wayforging)中，可省略兩端被交替把持的切換操作，因此能夠縮短操作時(shí)間。此外，在把持部分由鉗保持部4形成的情況下，操縱變得較為容易從而能夠縮短操作時(shí)間。同時(shí)地，在許多情況下諸如鉗保持部等的把持部分典型地通過使用進(jìn)給頭而形成于鋼錠的頂側(cè)；然而，在本實(shí)施方式中，如上所述把持部分形成于鍛造合金錠10的底側(cè)。當(dāng)初始合金錠1懸置在模具6中時(shí)，模具6中底側(cè)設(shè)置的空間能夠確保對(duì)應(yīng)于把持部分的過厚部3a所需的尺寸。因此，可形成具有用于使初始合金錠1的把持部分側(cè)的端部的溫度的降低最小化的期望形狀的把持部分。由此，形成鉗保持部4時(shí)，還可以將過厚部3a加工成頸部使得保溫金屬的覆層3相對(duì)于初始合金錠1的底側(cè)的端面在軸向上保持預(yù)定的厚度。注意，還可在頂側(cè)形成過厚部以形成把持部分；然而，為了相對(duì)容易地控制尺寸，過厚部?jī)?yōu)選地形成于底側(cè)。初始合金錠1的頂側(cè)的端面同樣由保溫金屬的覆層3覆蓋并且在熱鍛造期間被保溫。具有圓棒狀的鍛造合金錠10的端部的溫度比中央部的溫度容易降低，因此優(yōu)選使在端面?zhèn)鹊谋亟饘俚母矊?的過厚部的尺寸大于外周的保溫金屬的覆層3的尺寸。最后，通過機(jī)械加工等去除保溫金屬的覆層3(s6)，從而獲得初始合金錠1的鍛造體。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，保溫金屬的覆層3施加至整個(gè)外周、特別是施加至溫度降低相對(duì)迅速的把持部分，因此可在熱鍛造期間使初始合金錠1的溫度的降低最小化。即通過改善插入鑄造鍛造中的保溫性，使初始合金錠1的溫度的降低最小化，因此允許長(zhǎng)時(shí)間熱鍛造而不用再加熱，并且能夠以較少的加工步驟獲得預(yù)定量的鍛造加工。此外，保溫金屬的覆層3能夠優(yōu)選地附著于初始合金錠1的兩端部，這由于鍛造而可能造成復(fù)雜的多軸變形(multi-axialdeformation)，因此當(dāng)鍛造加工的量通過長(zhǎng)時(shí)間熱鍛造而變大時(shí)，能夠防止保溫金屬的覆層3被損壞并且能夠防止初始合金錠1被暴露在外。因此，還可對(duì)對(duì)局部溫度降低敏感的高性能的難以加工的合金進(jìn)行同樣的熱鍛造。注意，在鍛造合金錠10中，保溫金屬的覆層3的厚度具有優(yōu)選范圍。在圖3中，保溫金屬的覆層3的厚度t定義為從鍛造合金錠10的直徑d1減去初始合金錠1的直徑d2然后將得到的值除以2而獲得的值。當(dāng)熱從保溫金屬的覆層3的表面散到大氣中時(shí)，鍛造合金錠10造成溫度從表面的附近開始降低。這里，在厚度t的值小的情況下，初始合金錠1的最外層的溫度的降低變快，并且存在保持在可鍛造溫度范圍內(nèi)的時(shí)間減少的擔(dān)心。另一方面，在厚度t的值大的情況下，由于初始合金錠1與保溫金屬的覆層3之間的變形抗力的差異使得保溫金屬的覆層3大幅變形，在保溫金屬的覆層3的表面上容易產(chǎn)生龜裂，保溫金屬的覆層3從產(chǎn)生龜裂的部分損壞，從而在初始合金錠1中發(fā)生局部溫度降低。在這方面，檢查保溫金屬的覆層3的外徑、即鍛造合金錠10的直徑d1和初始合金錠1的直徑d2之間的關(guān)系。注意，使用時(shí)效硬化的鎳基合金作為初始合金錠1，并且使用不銹鋼(sus304)作為用于覆層3的保溫金屬。如表1所示，對(duì)于直徑d1和直徑d2的各種組合，通過上述方法獲得鍛造合金錠10并且通過三次加熱(加熱次數(shù)：三次)進(jìn)行熱鍛造，然后評(píng)價(jià)保溫金屬的覆層3上是否產(chǎn)生龜裂并記錄結(jié)果。即將在保溫金屬的覆層3的外觀中未發(fā)現(xiàn)龜裂的情況記為“a”，作為優(yōu)良狀態(tài)，并且把發(fā)現(xiàn)龜裂的情況記為“b”，作為缺陷狀態(tài)。注意，在熱鍛造中，加熱溫度設(shè)定在1100℃至1150℃的范圍內(nèi)。表1d1d2td1/d2評(píng)價(jià)試驗(yàn)1600460701.3a試驗(yàn)265052562.51.2a試驗(yàn)3650550501.2a試驗(yàn)46004001001.5b試驗(yàn)5700485107.51.4b在將d1/d2的比設(shè)定為1.2或1.3的試驗(yàn)1至試驗(yàn)3中未產(chǎn)生龜裂。另一方面，在將d1/d2的比設(shè)定為1.5和1.4的試驗(yàn)4和試驗(yàn)5中在保溫金屬的覆層3上觀察到龜裂。即，保溫金屬的覆層3幾乎不會(huì)產(chǎn)生龜裂的d1/d2的比為等于或小于1.3。在圖5中，當(dāng)將d1/d2的比分別設(shè)定為1.1、1.2、1.3和1.4時(shí)，初始合金錠1的最外層的溫度降低的仿真結(jié)果分別表示為曲線a、b、c和d。在該仿真中，加熱溫度設(shè)定為1120℃，并且直徑d1設(shè)定為20英寸(大約500mm)。此時(shí)，在從加熱爐取出合金錠之后，由一次加熱提供的鍛造操作所需的時(shí)間共大約十分鐘，包括傳送時(shí)間。在這十分鐘期間，可以看出合金錠的溫度能夠保持在作為可鍛造溫度范圍的1050℃或更高的溫度的情況為將d1/d2的比設(shè)置為等于或大于1.2的曲線b至曲線d的情況?；谌缟纤龅玫降慕Y(jié)果，為了使保溫金屬的覆層3上的龜裂最小化，優(yōu)選地將d1/d2的比設(shè)定為1.3或更小，并且為了使初始合金錠1的溫度的降低最小化，優(yōu)選地將d1/d2的比設(shè)定為1.2或更大。如上所述，已經(jīng)說明了根據(jù)本發(fā)明的代表性實(shí)施方式；然而，本發(fā)明不限于此。在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠找到各種可選的實(shí)施方式。本申請(qǐng)基于2016年1月28日遞交的日本專利申請(qǐng)2016-014458號(hào)，其內(nèi)容通過引用并入本文。附圖標(biāo)記說明1初始合金錠3保溫金屬的覆層4鉗保持部10鍛造合金錠當(dāng)前第1頁(yè)12