用于难以锻造的、应变路径敏感的钛基和镍基合金的划分道次开模锻造制造技术

划分道次锻造工件以启始微观结构细化包括在第一锻造方向上压力锻造金属材料工件一次或多次直至所述金属材料的减小塑性极限以在所述第一锻造方向上赋予足以启始微观结构细化的总应变；旋转所述工件；在第二锻造方向上开式压模锻造所述工件一次或多次直至所述减小塑性极限以在所述第二锻造方向上赋予启始微观结构细化的总应变；并且在第三和任选地一个或多个额外方向上重复旋转和开式压模锻造直到在所述工件的整个体积中赋予启始微观结构细化的应变的总量为止。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于难以锻造的、应变路径敏感的钛基和镍基合金的划分道次开模锻造关于联邦资助的研究或研发的声明本专利技术是在美国政府的支持下、根据美国商务部的国家标准和技术研究所(NationalInstituteofStandardsandTechnology；NIST)授予的NIST合同号70NANB7H7038来进行的。美国政府可享有本专利技术的某些权利。技术背景
本公开涉及锻造金属合金，包括由于低塑性而难以锻造的金属合金的方法。根据本公开的某些方法以最大化金属颗粒晶体结构和/或第二相粒子中的解取向的积累，同时最小化所锻造的材料中的裂纹启始和扩展的风险的方式来赋予应变。根据本公开的某些方法预期影响金属合金中的微观结构细化。技术背景描述塑性是任何给定金属材料(即，金属和金属合金)的固有性质。在锻造过程期间，金属材料的塑性通过锻造温度和金属材料的微观结构来调节。当塑性较低，例如，因为金属材料具有固有低塑性，或必须使用低锻造温度，或塑性微观结构还未在金属材料中产生时，通常的做法是在每个锻造重复期间减小此减少量。举例来说，代替直接将22英寸八边形工件锻造成20英寸八边形，本领域普通技术人员可考虑最初用八边形的每个端面上的锻造道次来锻造成21英寸八边形，将工件再加热，并且用八边形的每个端面上的锻造道次来锻造成20英寸八边形。然而，如果金属展现应变路径敏感性并且在产品中获得特定最终微观结构，此方法可能不合适。当在给定步骤下必须赋予临界量的应变以触发颗粒细化机制时，可观察到应变路径敏感性。对于在拉伸期间获得的减小过于轻微的锻造实践，可能无法实现微观结构细化。在金属材料具有低温敏感性并且在低温下倾向于裂化的情况下，模具上时间必须缩短。实现此举的方法是例如使用锻造20英寸八边形坯段所需要的仅一半道次将22英寸八边形坯段锻造成20英寸圆角正方形坯段(RCS)。然后，20英寸RCS坯段可再加热并且应用第二一半道次以形成20英寸八边形坯段。锻造低温敏感金属材料的另一个解决方案是首先锻造工件的一个末端，将工件再加热，然后锻造工件的另一个末端。在双相微观结构中，微观结构细化开始于亚界限产生和解取向积累作为例如像成核、再结晶和/或第二相球化的过程的前体。需要解取向积累来细化微观结构的合金的实例是在α-β相场中锻造的Ti-6Al-4V合金(UNSR56400)。在这类合金中，当在工件旋转之前在给定方向中赋予较大减小时，锻造在微观结构细化方面更有效。这可在实验室规模上使用多轴锻造(MAF)来完成。对于小工件(少许英寸根据侧)在(接近)恒温条件下并且使用极低应变率与适当润滑来执行的MAF能够相当均匀地赋予应变；但是脱离任何这些条件(小规模、接近恒温与润滑)可产生优先赋予中心的不均匀应变以及塑性问题与冷表面开裂。用于钛合金的工业规模颗粒细化的MAF过程公开于美国专利公开号2012/0060981A1中，其全部以引用方式并入本文。需要开发有效地经由锻造来为金属材料提供足够应变以启始微观结构细化机制，同时限制塑性问题的加工方法。
技术实现思路
根据本公开的非限制性方面，锻造金属材料工件的方法包括在锻造温度下、在第一锻造方向上开式压模锻造工件直至金属材料的减小塑性极限。开式压模锻造工件直至金属材料的减小塑性极限在锻造温度下、在第一锻造方向上重复一次或多次直到在第一锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止。然后，工件旋转所需旋转度。旋转的工件在锻造温度下、在第二锻造方向上开式压模锻造直至金属材料的减小塑性极限。开式压模锻造工件直至金属材料的减小塑性极限在锻造温度下、在第二锻造方向上重复一次或多次直到在第二锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止。旋转、开式压模锻造和重复开式压模锻造的步骤在第三锻造以及任选地一个或多个额外方向上重复直到在工件的整个体积中赋予启始颗粒细化的应变的总量为止。工件不旋转直到在第三和一个或多个额外方向中的每个方向上赋予足以启始微观结构细化的应变的总量为止。根据本公开的另一个非限制性实施方案，划分道次开式模锻造金属材料工件以启始微观结构细化的方法包括提供包含金属材料的混合八边形-RCS工件。将工件镦粗锻造。随后将工件旋转在第一对角端面上、在混合八边形-RCS工件的X′方向上进行开式模拉伸。工件在X′方向上多道次拉伸锻造直至微观结构细化启始的应变阈值。每个多道次拉伸锻造步骤包括至少两个开式压力拉伸锻造步骤，减小直至金属材料的减小塑性极限。将工件旋转以在第二对角端面上、在混合八边形-RCS工件的Y′方向上进行开式模拉伸。工件在Y′方向上多道次拉伸锻造直至微观结构细化启始的应变阈值。每个多道次拉伸锻造步骤包括至少两个开式压力拉伸锻造步骤，减小直至金属材料的减小塑性极限。将工件旋转以在第一RCS端面上、在混合八边形-RCS工件的Y方向上进行开式模拉伸。工件在Y方向上多道次拉伸锻造直至微观结构细化启始的应变阈值。每个多道次拉伸锻造步骤包括至少两个开式压力拉伸锻造步骤，减小直至金属材料的减小塑性极限。将工件旋转以在第二RCS端面上、在混合八边形-RCS工件的X方向上进行开式模拉伸。工件在X方向上多道次拉伸锻造直至颗粒细化启始的应变阈值。每个多道次拉伸锻造步骤包括至少两个开式压力拉伸锻造步骤，减小直至金属材料的减小塑性极限。镦粗和多个拉伸锻造循环的步骤可根据需要重复以进一步启始和或增强金属材料中的微观结构细化。附图说明本文所述的设备和方法的特征和优势可通过参考附图来更好地了解：图1是根据本公开的划分道次开式模锻造金属材料的方法的非限制性实施方案的流程图；图2是根据本公开的非限制性实施方案的混合八边形-RCS工件的示意图；并且图3A至图3E是根据本公开的划分道次开式模锻造金属材料混合八边形-RCS工件的方法的非限制性实施方案的示意性说明。在考虑以下根据本公开的某些非限制性实施方案的详述之后，读者将了解前述详细描述以及其它内容。某些非限制性实施方案的详述应理解的是，已对本文所公开的实施方案的某些描述进行了简化，以便仅说明与清楚理解所公开的实施方案相关的那些要素、特征以及方面，同时为了清晰起见，去除了其它要素、特征以及方面。本领域的普通技术人员在考虑所公开的实施方案的本描述之后，将认识到其它要素和/或特征在所公开的实施方案的具体实施或应用中可能是合意的。然而，由于在本领域的普通技术人员在考虑所公开的实施方案的本描述之后可以容易地确定和实施这类其它要素和/或特征，并且因此，对于所公开的实施方案的完整理解来说，这类其它要素和/或特征是不必要的，因而本文未提供这类要素和/或特征的描述。因此，应理解的是本文给出的描述仅仅是所公开的实施方案的示例和说明，且并不意在限制仅由权利要求书所限定的本专利技术的范围。本文引用的任何数值范围意在包括其中纳入的所有子范围。例如，“1至10”或“从1至10”的范围意在包括在引用的最小值1与引用的最大值10(含1及10)之间的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。本文引用的任何最大数值限制意在包括纳入其中的所有较小数值限制，且本文引用的任何最小数值限制意在包括纳入其中的所有较大数值限制。因此，申请人保留修正本公开(包括权利要求书)的权利，以便明确引用纳入本文所明确引用的范围内的任何子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锻造金属材料工件以启始微观结构细化的方法，所述方法包括：在锻造温度下、在第一锻造方向上开式压模锻造所述工件直至所述金属材料的减小塑性极限；在所述锻造温度下、在所述第一锻造方向上重复开式压模锻造所述工件直至所述减小塑性极限一次或多次直到在所述第一锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止；旋转所述工件所需旋转度；在所述锻造温度下、在第二锻造方向上开式压模锻造所述工件直至所述金属材料的所述减小塑性极限；在所述锻造温度下、在所述第二锻造方向上重复开式压模锻造所述工件直至所述减小塑性极限一次或多次直到在所述第二锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止；并且在第三和任选地一个或多个额外锻造方向上重复所述旋转步骤、所述开式压模锻造步骤和所述重复开式压模锻造步骤直到在所述工件的整个体积中赋予足以启始微观结构细化的应变的总量为止，其中所述工件不旋转直到在所述第三方向和任何一个或多个额外方向上赋予足以启始微观结构细化的应变的总量为止。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 13/844,5451.一种锻造金属材料工件以启始微观结构细化的方法，所述方法包括：在锻造温度下、在第一锻造方向上开式压模锻造所述工件直至所述金属材料的减小塑性极限；在所述锻造温度下、在所述第一锻造方向上重复开式压模锻造所述工件直至所述减小塑性极限一次或多次直到在所述第一锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止；旋转所述工件所需旋转度；在所述锻造温度下、在第二锻造方向上开式压模锻造所述工件直至所述金属材料的所述减小塑性极限；在所述锻造温度下、在所述第二锻造方向上重复开式压模锻造所述工件直至所述减小塑性极限一次或多次直到在所述第二锻造方向上赋予的应变的总量足以启始微观结构细化为止；并且在第三和任选地一个或多个额外锻造方向上重复所述旋转步骤、所述开式压模锻造步骤和所述重复开式压模锻造步骤直到在所述工件的整个体积中赋予足以启始微观结构细化的应变的总量为止，其中所述工件不旋转直到在所述第三方向和任何一个或多个额外方向上赋予足以启始微观结构细化的应变的总量为止。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属材料包含钛合金和镍合金之一。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属材料包含钛合金。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述钛合金包括Ti-6Al-4V合金(UNSR56400)、Ti-6Al-4VELI合金(UNSR56401)、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo合金(UNSR56260)、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金(UNSR54620)、Ti-10V-2Fe-3Al合金(AMS4986)和Ti-4Al-2.5V-1.5Fe合金(UNS54250)中的一种。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述金属材料包含α-β钛合金和亚稳态β钛合金之一。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述金属材料包含α-β钛合金。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述α-β钛合金包括Ti-4Al-2.5V-1.5Fe合金(UNS54250)。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属材料包含(UNSN07001)、ATI合金(UNSN07818)和合金720(UNSN07720)中的一种。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属材料包含α-β钛合金，且所述锻造温度在横跨低于所述α-β钛合金的β-转变温度1100℉.直至50℉.温度的温度范围内。10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在任何开式压模锻造步骤中间再加热所述工件。11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在任何开式压模锻造步骤中间使所述工件退火。12.一种划分道次开式模锻造金属材料工件以启始微观结构细化的方法，其包括：提供包含金属材料的混合八边形-RCS工件；开式模镦粗锻造所述工件；将所述工件旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：琼菲利普·A·托马斯，拉梅什·S·米尼桑德拉姆，贾森·P·费罗德，乔治·J·小史密斯，
申请(专利权)人：ATI资产公司，
类型：发明
国别省市：美国;US