高压扭转设备和使用这种设备改变工件的材料性质的方法技术

一种高压扭转设备(100)，包括工作轴线(102)、第一砧座(110)、第二砧座(120)和环形体(130)。环形体(130)包括第一传导冷却器(140)、第二传导冷却器(150)和加热器(160)。第一传导冷却器(140)和第二传导冷却器(150)中的每个可沿着工作轴线(102)在第一砧座(110)和第二砧座(120)之间平移，配置为与工件(190)热传导地联接，并且配置为选择性地冷却工件(190)。加热器(160)沿着工作轴线(102)定位在第一传导冷却器(140)和第二传导冷却器(150)之间，可沿着工作轴线(102)在第一砧座(110)和第二砧座(120)之间平移，并且配置为选择性地加热工件(190)。

High pressure torsion equipment and method for changing material properties of workpieces with such equipment

【技术实现步骤摘要】
高压扭转设备和使用这种设备改变工件的材料性质的方法
本申请涉及一种高压扭转设备和使用这种设备改变工件的材料性质的方法。
技术介绍
高压扭转是一种用于控制工件中的颗粒结构的技术。然而，对高压和高扭矩的要求已经将此技术限制到具有特定几何约束的工件，例如，厚度为大约1毫米或更小的盘状件。如果有的话，这种工件具有有限的实际应用。此外，使工件尺寸缩放被证明是困难的。已经提出了细长工件的增量处理，但是还没有成功地实现。
技术实现思路
因此，旨在解决至少以上问题的设备和方法将具有实用性。以下是本文公开的主题的可能要求或可能不要求的实例的非穷举列表。本文公开的主题的一个实例涉及一种高压扭转设备，包括工作轴线、第一砧座、第二砧座和环形体。第二砧座面向第一砧座并沿着工作轴线与第一砧座间隔开。第一砧座和第二砧座可沿着工作轴线相对于彼此平移。第一砧座和第二砧座可围绕工作轴线相对于彼此旋转。环形体包括第一传导冷却器、第二传导冷却器和加热器。第一传导冷却器可沿着工作轴线在第一砧座和第二砧座之间平移。第一传导冷却器配置为与工件热传导地联接，该工件具有表面和与工作轴线共线的中心轴线。第一传导冷却器配置为选择性地冷却工件。第二传导冷却器可沿着工作轴线在第一砧座和第二砧座之间平移。第二传导冷却器配置为与工件热传导地联接。第二传导冷却器配置为选择性地冷却工件。加热器沿着工作轴线定位在第一传导冷却器和第二传导冷却器之间。加热器可沿着工作轴线在第一砧座和第二砧座之间平移，并且配置为选择性地加热工件。高压扭转设备配置为通过加热工件的一部分同时将对工件的压缩和扭矩施加到此加热部分来处理工件。通过仅加热工件的该部分，而不是同时加热和处理整个工件，所有的高压扭转变形仅限制于窄的加热层，赋予细颗粒发展所需的高应变。这种压缩和扭矩的减小转化为高压扭转设备的不太复杂且成本不高的设计。此外，这种压缩和扭矩的减小导致对诸如温度、压缩载荷、扭矩、处理持续时间等处理参数的更精确的控制。工件的更具体的和受控的材料微结构也是这样。例如，超细颗粒材料提供了优于较粗颗粒材料的实质优点，从而表现出更高强度和更好延展性。最后，与在同时处理整个工件时则是可能的情况相比，高压扭转设备能够处理具有沿着高压扭转设备的工作轴线延伸的很大尺寸(例如长度)的工件。第一传导冷却器、加热器和第二传导冷却器的堆叠布置允许控制工件的每个处理部分的尺寸和位置。处理部分通常对应于加热部分，该加热部分至少部分地由加热器相对于工件的位置和加热器的加热输出限定。在对整个工件施加压缩和扭矩的同时，材料特性的改变主要发生在加热部分。更具体地，该改变发生在处理部分，该处理部分具有在期望处理范围内的温度，将该期望处理范围定义为操作温度区域。当第一传导冷却器和/或第二传导冷却器是可操作的时，工件的加热部分邻近第一冷却部分和/或第二冷却部分。第一冷却部分至少部分地由第一传导冷却器相对于工件的位置和第一传导冷却器的冷却输出限定。第二冷却部分至少部分地由第二传导冷却器相对于工件的位置和第二传导冷却器的冷却输出限定。第一冷却部分和/或第二冷却部分用于控制工件内的内部热传递，从而控制处理部分的一些特性和操作温度区域的形状。第一传导冷却器、加热器和第二传导冷却器可沿着工作轴线平移，以沿着工件的限定工件的长度的中心轴线处理工件的不同部分。结果，高压扭转设备配置为例如当处理整个工件时，相对于传统的压力扭转技术处理具有较大长度的工件。本文公开的主题的另一实例涉及一种使用高压扭转设备来改变工件的材料特性的方法。高压扭转设备包括工作轴线、第一砧座、第二砧座和环形体。环形体包括第一传导冷却器、第二传导冷却器和加热器，加热器沿着工作轴线位于第一传导冷却器和第二传导冷却器之间。该方法包括沿着工件的中心轴线压缩工件。该方法还包括，在沿着中心轴线压缩工件的同时，使工件围绕中心轴线扭转。该方法还包括，在沿着中心轴线压缩工件并使工件围绕中心轴线扭转的同时，沿着高压扭转设备的与工件的中心轴线共线的工作轴线平移环形体，以及用加热器加热工件。该方法另外包括在加热工件的同时，用第一传导冷却器或第二传导冷却器中的至少一个冷却工件。方法利用对工件的一部分而不是整个工件施加的压缩、扭矩和热量的组合。通过仅加热工件的一部分，而不是同时加热和处理整个工件，所有的高压扭转变形仅限制于窄的加热层，赋予细颗粒发展所需的高应变。这种压缩和扭矩的减小转化为高压扭转设备的不太复杂且成本不高的设计。此外，这种压缩和扭矩的减小导致对诸如温度、压缩载荷、扭矩、处理持续时间等处理参数的更精确的控制。工件的更具体的和受控的材料微结构也是这样。例如，超细颗粒材料提供了优于较粗颗粒材料的实质优点，从而表现出更高强度和更好延展性。最后，与在同时处理整个工件时则是可能的情况相比，高压扭转设备能够处理具有沿着高压扭转设备的工作轴线延伸的很大尺寸(例如长度)的工件。处理部分通常对应于加热部分，该加热部分至少部分地由加热器相对于工件的位置和加热器的加热输出限定。当对整个工件施加压缩和扭矩时，材料特性的改变主要发生在加热部分。更具体地，该改变发生在处理部分，该处理部分具有在期望处理范围内的温度，将该期望处理范围定义为操作温度区域。加热器与第一传导冷却器和第二传导冷却器中的一个或两个的组合允许控制由操作温度区域限定的每个处理部分的尺寸和位置。当加热器选择性地加热工件的一部分时，工件经历远离加热部分的内部热传递。冷却工件的一个或两个相邻部分允许控制此内部热传递的效果。附图说明已经概括地描述了本公开的一个或多个实例，现在将参考附图，附图不用必须按比例绘制，并且其中，在所有的几个视图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件，并且其中：图1A和图1B共同地是根据本公开的一个或多个实例的高压扭转设备的框图；图2A是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的示意图，示出为具有工件；图2B和图2C是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的第一砧座的示意性横截面顶视图，示出为工件的第一端部与第一砧座接合；图2D和图2E是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的第二砧座的示意性横截面顶视图，示出为工件的第二端部与第二砧座接合；图3A是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的环形体的示意性横截面侧视图，示出为工件穿过环形体中的中心开口伸出；图3B是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的第一传导冷却器的示意性横截面顶视图，未示出工件；图3C是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的第二传导冷却器的示意性横截面顶视图，未示出工件；图4A至图4C是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的环形体的示意性横截面侧视图，示出了第一传导冷却器和第二传导冷却器的不同操作模式；图5是根据本公开的一个或多个实例的图1A和图1B的高压扭转设备的示意性横截面侧视图，示出了穿过环形体中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压扭转设备(100)，包括：/n工作轴线(102)；/n第一砧座(110)；/n第二砧座(120)，面向所述第一砧座(110)并且沿着所述工作轴线(102)与所述第一砧座(110)间隔开，并且其中：所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)能沿着所述工作轴线(102)相对于彼此平移，并且所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)能围绕所述工作轴线(102)相对于彼此旋转；以及/n环形体(130)，包括：第一传导冷却器(140)，所述第一传导冷却器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，所述第一传导冷却器配置为与工件(190)热传导地联接，所述工件具有表面(194)和与所述工作轴线(102)共线的中心轴线(195)，并且所述第一传导冷却器配置为选择性地冷却所述工件(190)；第二传导冷却器(150)，所述第二传导冷却器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，所述第二传导冷却器配置为与所述工件(190)热传导地联接，并且所述第二传导冷却器配置为选择性地冷却所述工件(190)；及加热器(160)，所述加热器沿着所述工作轴线(102)定位在所述第一传导冷却器(140)和所述第二传导冷却器(150)之间，所述加热器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，并且所述加热器配置为选择性地加热所述工件(190)。/n...

【技术特征摘要】
20181220 US 16/227,5431.一种高压扭转设备(100)，包括：
工作轴线(102)；
第一砧座(110)；
第二砧座(120)，面向所述第一砧座(110)并且沿着所述工作轴线(102)与所述第一砧座(110)间隔开，并且其中：所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)能沿着所述工作轴线(102)相对于彼此平移，并且所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)能围绕所述工作轴线(102)相对于彼此旋转；以及
环形体(130)，包括：第一传导冷却器(140)，所述第一传导冷却器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，所述第一传导冷却器配置为与工件(190)热传导地联接，所述工件具有表面(194)和与所述工作轴线(102)共线的中心轴线(195)，并且所述第一传导冷却器配置为选择性地冷却所述工件(190)；第二传导冷却器(150)，所述第二传导冷却器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，所述第二传导冷却器配置为与所述工件(190)热传导地联接，并且所述第二传导冷却器配置为选择性地冷却所述工件(190)；及加热器(160)，所述加热器沿着所述工作轴线(102)定位在所述第一传导冷却器(140)和所述第二传导冷却器(150)之间，所述加热器能沿着所述工作轴线(102)在所述第一砧座(110)和所述第二砧座(120)之间平移，并且所述加热器配置为选择性地加热所述工件(190)。


2.根据权利要求1所述的高压扭转设备(100)，还包括：
第一热障(137)，将所述加热器(160)和所述第一传导冷却器(140)彼此热传导地隔离，并且配置为与所述工件(190)接触；以及
第二热障(138)，将所述加热器(160)和所述第二传导冷却器(150)彼此热传导地隔离，并且配置为与所述工件(190)接触。


3.根据权利要求1或2所述的高压扭转设备(100)，其中，所述环形体(130)具有尺寸构造为接收所述工件(190)的中心开口(147)。


4.根据权利要求3所述的高压扭转设备(100)，其中：
所述第一砧座(110)包括基座(117)和沿着所述工作轴线(102)从所述基座(117)朝向所述第二砧座(120)延伸的凸起(115)；并且
所述凸起(115)的直径小于所述基座(117)的直径并小于所述环形体(130)的所述中心开口(147)的直径。


5.根据权利要求4所述的高压扭转设备(100)，其中，所述第一砧座(110)的所述凸起(115)沿着所述工作轴线(102)所具有的最大尺寸等于或大于所述环形体(130)的最大尺寸。


6.根据权利要求4所述的高压扭转设备(100)，其中，所述第一砧座(110)的所述凸起(115)沿着所述工作轴线(102)所具有的最大尺寸是所述环形体(130)的最大尺寸的至少一半。


7.根据权利要求4所述的高压扭转设备(100)，其中：
所述第二砧座(120)包括第二基座(127)和第二凸起(125)，所述第二凸起沿着所述工作轴线(102)从所述第二基座(127)朝向所述第一砧座(110)延伸；并且
所述第二砧座(120)的所述第二凸起(125)的直径小于所述第二基座(127)的直径并小于所述环形体(130)的所述中心开口(147)的直径。


8.根据权利要求3所述的高压扭转设备(100)，其中：
所述第一传导冷却器(140)包括通道(143)，所述通道包括入口(144)、出口(145)以及与所述入口(144)和所述出口(145)流体连通的中间部分(146)；并且
所述第一传导冷却器(140)还包括热传导件(148)，所述热传导件将所述通道(143)的所述中间部分(146)与所述环形体(130)的所述中心开口(147)流体地隔离。


9.根据权利要求8所述的高压扭转设备(100)，其中，所述通道(143)的所述中间部分(146)具有封闭形状并且围绕所述工作轴线(102)。


10.根据权利要求8所述的高压扭转...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷维·韦马，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US