用于制作鍛造產(chǎn)品和其他加工產(chǎn)品的方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001 ] 可通過鍛造操作使金屬產(chǎn)品成形。為了鍛造金屬產(chǎn)品，每個零件可能用到若干級進模(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計為使鍛坯變形為第一形狀，該第一形狀由該特定模的構型限定，下一個模被成形為執(zhí)行鍛坯的鍛造變形中的下一個后續(xù)步驟，以此類推，直到最后一個模最終賦予鍛件完全變形的形狀。參見美國專利 N0.4，055，975。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本專利申請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；其他類型的熱加工和/或冷加工金屬產(chǎn)品)的改進方法。
[0003]在一個實施例中，一種方法包括采用增材制造來制作金屬預成型件。在該采用步驟后，可將金屬預成型件鍛造為鍛造成品。在一個實施例中，鍛造步驟包括單模鍛造步驟。在一個實施例中，金屬預成型件包含鈦、鋁、鎳、鋼和不銹鋼中的至少一種。在一個實施例中，金屬預成型件可以是鈦合金。例如，金屬預成型件可包含T1-6A1-4V合金。在另一個實施例中，金屬預成型件可以是鋁合金。在又一個實施例中，金屬預成型件可以是鎳合金。在又一個實施例中，金屬預成型件可以是鋼和不銹鋼中的一種。在另一個實施例中，金屬預成型件可以是金屬基復合材料。在又一個實施例中，金屬預成型件可包含鋁化鈦。例如，在一個實施例中，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。在另一個實施例中，鈦合金包含至少49重量％的打。在又一個實施例中，鈦合金包含至少50重量％的11。在另一個實施例中，鈦合金包含5至49重量%的鋁。在又一個實施例中，鈦合金包含30至49重量%的鋁，并且鈦合金包含至少一些TiAl。在又一個實施例中，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成型件加熱至鍛坯溫度，并且使金屬預成型件與鍛模接觸。在一個實施例中，當接觸步驟啟動時，鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少10 °F。在另一個實施例中，當接觸步驟啟動時，鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少25 °F。在又一個實施例中，當接觸步驟啟動時，鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少50 °F。在另一個實施例中，當接觸步驟啟動時，鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少100 °F。在又一個實施例中，當接觸步驟啟動時，鍛模的溫度比鍛坯溫度低至少200 °F。
[0005]在一個方面，鍛造成品為發(fā)動機的部件。在一個實施例中，鍛造成品為噴氣發(fā)動機的葉片。在另一個實施例中，如下所述，鍛造成品為發(fā)動機包容環(huán)。
[0006]在另一方面，一種方法可包括采用增材制造來制作金屬預成型件，并且在所述采用步驟同時或之后，經(jīng)由以下的至少一種方式將金屬預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。在一個實施例中，加工方式為乳制。在另一個實施例中，加工方式為環(huán)乳。在又一個實施例中，加工方式為環(huán)鍛。在另一個實施例中，加工方式為成形乳制。在又一個實施例中，加工方式為擠壓。
[0007]當金屬預成型件包含T1-6A1_4V合金時，鍛造步驟可包括將金屬預成型件加熱至鍛坯溫度，并且使金屬預成型件與鍛模接觸。就這一點而言，接觸步驟可包括借助鍛模使金屬預成型件變形。在一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)0.05到1.10的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)至少0.10的真應變。在又一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)至少0.20的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)至少0.25的真應變。在又一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)至少0.30的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)至少0.35的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于1.00的真應變。在又一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.90的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.80的真應變。在又一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.70的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.60的真應變。在又一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.50的真應變。在另一個實施例中，接觸步驟包括借助鍛模使金屬預成型件變形，以在金屬預成型件中實現(xiàn)不大于0.45的真應變。如上所述，鍛造步驟可包括將金屬預成型件加熱至鍛坯溫度。
[0008]在一個方面，鍛造步驟可包括將金屬預成型件加熱至鍛坯溫度。在一種方法中，金屬預成型件被加熱至850°C到978°C的鍛坯溫度。在一個實施例中，金屬預成型件被加熱至至少900°C的鍛坯溫度。在另一個實施例中，金屬預成型件被加熱至至少950°C的鍛坯溫度。在又一個實施例中，金屬預成型件被加熱至至少960°C的鍛坯溫度。在另一個實施例中，金屬預成型件被加熱至不高于975°C的鍛坯溫度。在又一個實施例中，金屬預成型件被加熱至不高于973°C的鍛坯溫度。
[0009]在一個方面，采用增材制造來制作金屬預成型件的步驟可包括通過增材制造將材料添加到建造基底中，從而制作金屬預成型件。在一個實施例中，該材料為具有第一強度的第一材料，并且其中建造基底由具有第二強度的第二材料構成。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，可通過增材制造將具有低強度和高韌性的一層第一材料添加到由具有高強度和低韌性的第二材料構成的建造基底中，從而制作用于(例如)射擊應用的金屬預成型件。
[0010]在一個實施例中，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。在一個實施例中，當金屬預成型件包含T1-6A1-4V合金時，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。在另一個實施例中，當金屬預成型件包含T1-6A1-4V合金時，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。在又一個實施例中，當金屬預成型件包含T1-6A1-4V合金時，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。在另一個實施例中，當金屬預成型件包含T1-6A1-4V合金時，退火步驟可包括將鍛造成品加熱至約732 °C的溫度。
【附圖說明】
[0012]圖1為制作鍛造成品的方法的一個實施例的示意圖。
[0013]圖2為制作鍛造成品的方法的一個實施例的示意圖，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實施例的示意圖，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實施例的示意圖，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金屬預成型件的一個實施例沿橫向截取的顯微圖。
[0019]圖9為經(jīng)過預熱的T1-6A1_4V金屬預成型件的一個實施例沿橫向截取的顯微圖。
[0020]圖10為T1-6A1_4V鍛造成品的一個實施例沿橫向截取的顯微圖。
[0021]圖11為經(jīng)過退火的T1-6A1_4V鍛造成品的一個實施例沿橫向截取的顯微圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在將詳細地參考附圖，這些附圖至少有助于說明本公開所提供的新技術的各種相關實施例。
[0023]圖1示出了用于制作鍛造金屬產(chǎn)品的新方法的一個實施例。在圖示實施例中，該方法包括通過增材制造來制備(100)金屬預成型件，然后將該金屬預成型件鍛造(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，鍛造成品可實現(xiàn)改進的性能(例如，相對于純增材制造的部件而言)。
[0024]增材制造步驟(100)制備金屬預成型件。增材制造(或三維打印)是一種采用數(shù)字打印技術來將若干材料層相繼沉積的工藝。因此，可制作精確設計的產(chǎn)品。由增材制造步驟(100)制作的金屬預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