通過(guò)表面涂層改善金屬合金的熱加工性的制作方法
【專利摘要】一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法，其大體上可包括將玻璃材料沉積在工件表面的至少一部分上，以及加熱所述玻璃材料以在所述工件上形成減少源自所述工件熱損失的表面涂層。本發(fā)明還涉及根據(jù)本文所述方法進(jìn)行加工的合金工件以及制品，其包括根據(jù)本方法所制成的合金工件或由其所制得。
【專利說(shuō)明】通過(guò)表面涂層改善金屬合金的熱加工性
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金錠和其他合金工件以及加工其的方法，并且特別是通過(guò)在其上提供表面涂層而改善合金錠和其他合金工件的熱加工性的方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]各種合金可以稱為“裂紋敏感性的”。由裂紋敏感性合金所組成的錠和其他工件可在熱加工操作中沿其表面和/或邊緣形成裂紋。由裂紋敏感性合金形成制品可能是有問(wèn)題的，因?yàn)?，例如，在鍛造或其他熱加工操作中形成的裂紋可能需要被磨掉或以其他方式除去，這會(huì)增加生產(chǎn)時(shí)間和費(fèi)用并減少產(chǎn)量。
[0004]在某些熱加工操作中，如鍛造和擠壓，模具對(duì)合金工件施力以使工件變形。在模具的表面和合金工件的表面之間的相互作用可能涉及傳熱、摩擦和磨損。一種用于在熱加工過(guò)程中減少表面和邊緣開(kāi)裂的常規(guī)技術(shù)為在熱加工前將合金工件裝入金屬合金罐中。例如，對(duì)于一個(gè)圓筒形工件來(lái)說(shuō)，合金罐的內(nèi)徑可能稍大于工件的外徑。可將合金工件插入合金罐中，從而使合金松散地圍繞工件且使模具與合金罐的外表面相接觸。合金罐對(duì)所裝入的工件進(jìn)行熱絕緣和機(jī)械保護(hù)，從而消除或減少在工件上形成裂紋的發(fā)生率。合金罐通過(guò)工件和合金罐的內(nèi)表面之間的空氣間隙的作用以及直接抑制合金工件向環(huán)境中的散熱而對(duì)合金工件進(jìn)行熱絕緣。
[0005]合金工件的罐裝操作可能會(huì)導(dǎo)致各種缺點(diǎn)。例如，模具和合金罐的外表面之間的機(jī)械接觸可能會(huì)分裂合金罐。在一個(gè)特定方面，在對(duì)裝罐的工件進(jìn)行鐓鍛和落段的鍛造過(guò)程中，合金罐可能會(huì)在拖拉的操作中裂開(kāi)。在這種情況下，合金工件可能需要在多重鐓鍛和落段的鍛造操作中的每個(gè)鐓鍛和落段循環(huán)之間進(jìn)行重新罐裝，這會(huì)增加工藝的復(fù)雜性和費(fèi)用。進(jìn)一步地，合金罐可 能會(huì)影響操作者從視覺(jué)上監(jiān)測(cè)罐裝的合金工件表面的裂紋和其他加工導(dǎo)致的缺陷。
[0006]鑒于上述缺點(diǎn)，提供一種對(duì)裂紋敏感性合金進(jìn)行熱加工的更有效和/或更具成本效益的方法將會(huì)是有利的。更一般地來(lái)說(shuō)，提供一種用于改善合金錠和其它合金工件的熱加工性的方法將會(huì)是有利的。
發(fā)明概要
[0007]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案描述用于加工合金錠和其它合金工件的方法。
[0008]本文所公開(kāi)的各種非限制性實(shí)施方案涉及通過(guò)在合金工件上提供表面涂層而改善其熱加工性的方法。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，一種加工合金工件的方法包括:將玻璃材料沉積在合金工件的至少一部分上；以及加熱玻璃材料以在合金工件上形成減少源自合金工件熱損失的表面涂層。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃材料可選自玻璃織物、玻璃顆粒和玻璃帶。在各種非限制性實(shí)施方案中，將玻璃材料沉積在工件的至少一部分上可能包括布置、噴涂、涂畫(huà)、噴淋、滾軋、浸潰、包裹和捆綁中的至少一種。在各種非限制性實(shí)施方案中，加熱玻璃材料包括將玻璃材料加熱至1000 °?至2200 °F的溫度。在各種非限制性實(shí)施方案中，工件包括從鎳基合金、鎳基超合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦鎳基合金和鈷基合金中所選的材料。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，工件可包括或選自錠、還、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成型件等。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，該方法還包括在加熱玻璃材料之后，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)選自下列的步驟:通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)工件施力以使工件變形；對(duì)工件進(jìn)行熱加工，其中熱加工包括鍛造和擠壓中的至少一種；冷卻工件；通過(guò)噴丸、研磨、剝離和車削中的至少一種將表面涂層的至少一部分從工件移除；以及其的任意組合。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，一種對(duì)工件進(jìn)行熱加工的方法包括:將玻璃纖維毯布置在合金工件表面的至少一部分上；加熱玻璃纖維毯以在工件上形成表面涂層；通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)工件施力以使工件變形，其中模具和輥中的至少一個(gè)與工件表面的表面涂層相接觸；以及將表面涂層的至少一部分從工件移除。在各種非限制性實(shí)施方案中，模具和輥中的至少一個(gè)與工件表面上表面涂層的至少一個(gè)剩余部分相接觸。在本方法的各種非限制性實(shí)施方案中，工件可包括或選自錠、?、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成型件等。
[0010]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案涉及根據(jù)本發(fā)明的任何方法制成或加工的合金工件。
[0011]更進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案涉及制品，其由根據(jù)本發(fā)明的任何方法制成或加工的合金工件所制成或包括該合金工件。例如，此類制品包括噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組件、基于陸地的渦輪機(jī)組件、閥、發(fā)動(dòng)機(jī)組件、軸和緊固件。
[0012]附圖簡(jiǎn)沭
[0013]結(jié)合附圖考慮下列描述可以更好地理解本文所述的各種非限制性實(shí)施方案。
[0014]圖1為根據(jù)本文所公開(kāi)方法的某些非限制性實(shí)施方案的流程圖。
[0015]圖2為根據(jù)本文`所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的合金工件的照片。
[0016]圖3為根據(jù)本文所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的包括在工件上布置的玻璃纖維毯的圖2所示工件的照片。
[0017]圖4為根據(jù)本文所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的包括位于合金工件上減少源自工件的熱損失的表面涂層的圖3所示合金工件的照片，其中已對(duì)工件進(jìn)行了熱加工。
[0018]圖5為繪制在不具有圖6和7所示表面涂層的合金工件的鍛造過(guò)程中以及在包括圖6和7所示表面涂層的工件的鍛造過(guò)程中表面溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0019]圖6和7為不具有表面涂層的鍛造合金工件(在每副圖右側(cè)的工件)以及包括表面涂層的圖4所示鍛造的工件(在每副圖左側(cè)的工件)的照片。
[0020]圖8為繪制根據(jù)本文所公開(kāi)非限制性實(shí)施方案的不具有表面涂層的合金工件(“空氣冷卻”)和在其上包括表面涂層的合金工件在冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的圖。
[0021]圖9為根據(jù)本文所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的包括位于其上的表面涂層的合金工件的照片。
[0022]圖10為根據(jù)本文所公開(kāi)非限制性實(shí)施方案的經(jīng)熱鍛造的合金工件的照片，其包括不具有表面涂層的一部分和在其上包括表面涂層的一部分。
[0023]圖11為將表面涂層的至少一部分從工件移除后圖10所示工件區(qū)域的照片。
[0024]圖12為根據(jù)本文所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的在其上具有表面涂層的合金工件的照片。[0025]圖13為根據(jù)本文所公開(kāi)的非限制性實(shí)施方案的包括布置于其上的玻璃帶的合金工件的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如本文通常使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“基本由……組成”以及“由……組成”體現(xiàn)為術(shù)語(yǔ)“包括”。
[0027]如本文通常使用的那樣，冠詞“一個(gè)”和“所述”指“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”，
除非另有說(shuō)明。
[0028]如本文通常使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”表示“包括”。
[0029]如本文通常使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“軟化點(diǎn)”指特定玻璃材料不再表現(xiàn)為剛性體且開(kāi)始
由于其重量下垂的最低溫度。
[0030]如本文通常使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“大約”是指在給定測(cè)量的性質(zhì)或精確性的情況下用于所測(cè)量數(shù)量的可接受誤差度。典型的示例性誤差度可在給定值或給定值范圍的20%以內(nèi)、10%以內(nèi)或5%以內(nèi)。
[0031]本文所述的所有數(shù)值量應(yīng)被理解為可在所有的情況下通過(guò)術(shù)語(yǔ)“大約”進(jìn)行修改，除非另有說(shuō)明。本文所公開(kāi)的數(shù)值量是近似值，且每個(gè)數(shù)值是指所接受的值以及圍繞該值的功能等同的范圍。至少，且并不試圖將等同原則的適用性限制在權(quán)利要求的范圍中，每個(gè)數(shù)值應(yīng)至少根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)量且通過(guò)應(yīng)用普通的四舍五入技術(shù)進(jìn)行解釋。盡管本文所述的數(shù)值量為近似值，但是仍可盡可能精確地報(bào)告在實(shí)際測(cè)量值的特定實(shí)例中的數(shù)值量。
[0032]本文所述的所有數(shù)值范圍包括納入其中的所有子范圍。例如，“I至10”和“I與10之間”的范圍是指包括位于所列舉的最小值I和所列舉的最大值10之間且包括該兩個(gè)值的所有子范圍。本文所列舉的任何最大數(shù)值限制是指包括所有較低的數(shù)值限制。本文所列舉的任何最小數(shù)值限制是指包括所有較高數(shù)值限制。
[0033]在下面的描述中，闡明某些細(xì)節(jié)以透徹地理解本文所述制品和方法的各種非限制性實(shí)施方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解也可在不具備這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)行本文所述的非限制性實(shí)施方案。在其他情況下，可以不詳細(xì)示出或描述與制品和方法相關(guān)的公知結(jié)構(gòu)和方法，從而避免不必要地模糊本文所述非限制性實(shí)施方案的描述。
[0034]本發(fā)明描述了制品和方法的各種非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。然而，據(jù)了解本文包含許多可替代實(shí)施方案，其可通過(guò)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可能覺(jué)得有用的任意組合或子組合對(duì)本文所述非限制性實(shí)施方案的各種特征、方面和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合而予以實(shí)現(xiàn)。
[0035]例如，在熱加工操作，如鍛造操作和擠壓操作中，可在高于環(huán)境溫度，如高于工件的再結(jié)晶溫度的溫度下對(duì)合金錠或其他合金工件施力以使工件發(fā)生塑性變形。經(jīng)歷加工操作的合金錠或其他合金工件的溫度可以高于用于對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械施力的模具或其他結(jié)構(gòu)的溫度。由于通過(guò)向環(huán)境空氣中的熱損失和在工件表面和接觸模具或其他結(jié)構(gòu)之間的熱梯度偏置對(duì)其表面進(jìn)行冷卻，因此工件可形成溫度梯度。溫度梯度可能會(huì)在熱加工過(guò)程中造成工件的表面開(kāi)裂。在用裂紋敏感性合金形成合金錠或其他合金工件的情況下，表面開(kāi)裂特別具有問(wèn)題。[0036]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，合金工件可包括裂紋敏感性合金。例如，各種鎳基合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦鎳基合金、鈷基合金和超合金，如鎳基超合金可以是裂紋敏感性的，特別是在熱加工操作中。合金錠或其他合金工件可由這種裂紋敏感性合金和超合金所形成。例如，裂紋敏感性合金工件可由合金或超合金所形成，其選自但不限于合金 718 (UNS 號(hào):N07718)、合金 720 (UNS 號(hào):N07720)、Rene41? 合金(UNS 號(hào):N07041)、
Rene88TM 合金、\￥aspaloyt合金(UNS 號(hào):N07001 WPInconeIsfc 100 合金。盡管本文所述方
法有利于與裂紋敏感性合金一起使用，但將理解的是該方法也一般適用于任何合金，包括，例如，特征為在熱加工溫度下具有相對(duì)較低的延展性的合金、在1000 T至2200 °?的溫度下進(jìn)行熱加工的合金以及一般不容易開(kāi)裂的合金。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“合金”包括常規(guī)合金和超合金。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，超合金表現(xiàn)出相對(duì)良好的表面穩(wěn)定性、耐腐蝕性、耐氧化性、高強(qiáng)度以及在高溫的高抗蠕變性。在各種非限制性實(shí)施方案中，合金工件可包括或選自錠、坯、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成型件等。
[0037]例如，可使用傳統(tǒng)冶金技術(shù)或粉末冶金技術(shù)形成合金錠或其它合金工件。例如，在各種非限制性實(shí)施方案中，可通過(guò)真空感應(yīng)熔煉(VIM)和真空電弧重熔(VAR)的組合，其被稱為VIM-VAR操作而形成合金錠或其它合金工件。在各種非限制性實(shí)施方案中，可通過(guò)三重熔煉技術(shù)形成合金工件，其中電渣重熔(ESR)操作在VIM操作和VAR操作之間進(jìn)行，這提供了 VM-ESR-VAR (即三重熔煉)序列。在其他非限制性實(shí)施方案中，可使用粉末冶金操作形成合金工件，粉末冶金操作涉及熔融合金的霧化和采集所產(chǎn)生的冶金粉末并將其合并至合金工件中。
[0038]在某些非限制性實(shí)施方案中，可使用噴射成形操作形成合金錠或其他合金工件。例如，可使用VM從原料制備基礎(chǔ)合金組合物。在VM之后，可選擇性地使用ESR操作。熔融合金可從VIM或ESR熔體池提取獲得并進(jìn)行霧化以形成熔滴。例如，可使用冷壁感應(yīng)引導(dǎo)(CIG)從熔體池提取熔融合金?？墒褂脟娚涑尚尾僮鞒练e熔融合金滴以形成凝固的合金工件。`
[0039]在某些非限制性實(shí)施方案中，可使用熱等靜壓(HIP)形成合金錠或其他合金工件。HIP 一般是指高壓和高溫氣體的等靜壓應(yīng)用，如，例如，氬氣，從而將粉末材料壓實(shí)并將其合并至單一的預(yù)成型件中?？赏ㄟ^(guò)用作氣體和被壓實(shí)和合并的粉末之間的壓力壁壘的密封容器將粉末與高壓和高溫氣體相分離。密封容器可塑性變形以壓實(shí)粉末，且升高的溫度可有效地將各粉末顆粒燒結(jié)在一起以形成單一的預(yù)成型件?？蓪⒕鶆虻膲簩?shí)壓力施加于整個(gè)粉末，且可在預(yù)成型件中實(shí)現(xiàn)均勻的密度分布。例如，可將近等原子比的鎳鈦合金粉末加載至金屬容器，如，例如，鋼罐中，并進(jìn)行除氣以除去吸附的水分和夾帶的氣體。含有近等原子比鎳鈦合金粉末的容器可如，例如，通過(guò)焊接在真空下進(jìn)行密封。然后，可將密封的容器在足以使容器中的鎳-鈦合金粉末實(shí)現(xiàn)完全致密化的一定溫度和壓力下進(jìn)行HIP，從而形成完全致密的近等原子比鎳-鈦合金預(yù)成型件。
[0040]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件的方法可大體包括將無(wú)機(jī)材料沉積在合金工件的至少一部分上并加熱無(wú)機(jī)材料以在工件上形成減少源自工件熱損失的表面涂層。例如，無(wú)機(jī)材料可包括一個(gè)或多個(gè)熱絕緣材料，其包括選自纖維、顆粒和帶的材料。例如，無(wú)機(jī)材料可包括氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋯、氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀、氧化硼等中的一個(gè)或多個(gè)。無(wú)機(jī)材料可具有500 °F或更高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)，如，例如，500 °?至2500 0F以及1000 °?至2200 0F。例如，該方法可包括將無(wú)機(jī)材料沉積在合金工件表面的至少一部分上并加熱無(wú)機(jī)材料以在工件上形成表面涂層并減少源自工件的熱損失。在各種非限制性實(shí)施方案中，加熱無(wú)機(jī)材料包括將無(wú)機(jī)材料加熱至鍛造溫度，如1000 T至2200 T?？蛇x擇無(wú)機(jī)材料的組成和形式以在鍛造溫度下形成粘性表面涂層?？蓪⒈砻嫱繉诱持梁辖鸸ぜ谋砻嫔?。表面涂層可以稱為粘附表面涂層。除了消除或減少表面開(kāi)裂外，根據(jù)本發(fā)明的表面涂層也可在熱加工操作中潤(rùn)滑合金錠或其他合金工件的表面。
[0041]參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的一種減少熱裂的加工合金工件的方法的非限制性實(shí)施方案可大體包括將無(wú)機(jī)玻璃材料沉積在合金錠或其他合金工件的一部分上并加熱玻璃材料以在工件上形成表面涂層并減少源自工件的熱損失。玻璃材料可包括熱絕緣材料，其包括玻璃纖維、玻璃顆粒和玻璃帶中的一個(gè)或多個(gè)。在工件上提供的玻璃材料可在將其加熱至適宜溫度時(shí)形成粘性表面涂層?？蛇x擇玻璃材料的組成和形式以在鍛造溫度下形成粘性表面涂層。玻璃材料表面涂層可被粘至工件的表面并保留在表面上直至熱加工過(guò)程且在該過(guò)程中保留在表面上。玻璃材料表面涂層可以稱為粘附表面涂層。相對(duì)于缺少這種表面涂層的采取不同方式的同一合金工件而言，通過(guò)加熱玻璃材料而提供的玻璃材料表面涂層可減少源自合金工件的熱損失并消除或減少因鍛造、擠壓或以其他方式加工合金工件所導(dǎo)致的表面開(kāi)裂的發(fā)生率。除了消除或減少表面開(kāi)裂外，根據(jù)本發(fā)明的玻璃材料表面涂層也可在熱加工操作中潤(rùn)滑合金工件的表面。
[0042]在某些非限制性實(shí)施方案中，無(wú)機(jī)纖維可包括玻璃纖維。玻璃纖維可包括連續(xù)纖維和/或不連續(xù)纖維。例如，不連續(xù)纖維可通過(guò)切斷或切割連續(xù)纖維而制得。例如，玻璃纖維可包括Si02、Al203和MgO中的一個(gè)或多個(gè)。例如,玻璃纖維可包括硅酸鎂鋁纖維。例如，玻璃纖維可包括硅酸鎂鋁纖維，其選自由E-玻璃纖維、S-玻璃纖維、S2-玻璃纖維和R-玻璃纖維組成的組。E-玻璃纖維可包括Si02、A1203、B203、CaO, MgO和其他氧化物中的一個(gè)或多個(gè)。S-玻璃纖維和S2 -玻璃纖維可包括SiO2、Al2O3和MgO中的一個(gè)或多個(gè)。R-玻璃纖維可包括SiO2、A1203、CaO和MgO中的一個(gè)或多個(gè)。在某些非限制性實(shí)施方案中，無(wú)機(jī)纖維可包括耐火陶瓷纖維。耐火陶瓷纖維可以是無(wú)定形的并包括Si02、Al2O3和ZrO2中的一個(gè)或多個(gè)。
[0043]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，多個(gè)玻璃纖維可包括束、帶或絲束、織物和板中的一個(gè)或多個(gè)。如本文通常使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“織物”是指可進(jìn)行織造、編織、制氈和熔合的材料，或非織造材料或由纖維以其他方式構(gòu)成的材料。織物可包括粘合劑以將多個(gè)纖維結(jié)合在一起。在某些非限制性實(shí)施方案中，織物可包括紗線、毯子、墊子、紙、氈等。在某些非限制性實(shí)施方案中，玻璃纖維可包括玻璃毯。例如，玻璃毯可包括E-玻璃纖維。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中實(shí)用的包括E-玻璃纖維的示例性玻璃毪包括但不限于可從Anchor IndustrialSales, Inc.(Kernersville, NC)購(gòu)得的商業(yè)名稱為 “Style412” 和 “Style412B” 且厚度為0.062英寸的纖維以及重量為24oz./yd2且溫度等級(jí)為1000 0F的E-玻璃纖維。例如，玻璃織物可包括玻璃纖維毯，如，例如，E-玻璃毯?？椢锟删哂腥魏芜m宜的寬度和長(zhǎng)度以覆蓋工件的至少一部分?？筛鶕?jù)工件的大小和/或形狀改變織物的寬度和長(zhǎng)度?？筛鶕?jù)織物的導(dǎo)熱性改變織物的厚度。在某些非限制性實(shí)施方案中，織物可具有l(wèi)_25mm的厚度，如5_20mm或 8-16mm。[0044]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，無(wú)機(jī)顆?？砂úＡьw粒。玻璃顆?？杀环Q為“玻璃質(zhì)”或“填料”。例如，玻璃顆粒可包括氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋯、鈉和氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀、氧化硼等中的一個(gè)或多個(gè)。例如，在某些非限制性實(shí)施方案中，玻璃顆粒可不含鉛或僅包括微量的鉛。在某些實(shí)施方案中，玻璃顆粒可具有1400-2300 °F 的金屬熱加工范圍，如，例如，1400-1850 °F、1850-2050 °F、1850-2100 °F或1900-2300 °F。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中實(shí)用的示例性玻璃顆粒包括可從AdvanceTechnical Products (Cincinnati, OH)購(gòu)得的商業(yè)名稱為 “0xylub-327”、“0xylub_811”、“0xylub-709” 和 “Oxylub-921，，的材料。
[0045]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，無(wú)機(jī)帶可包括玻璃帶。在某些實(shí)施方案中，玻璃帶可包括玻璃背襯和膠粘劑。例如，玻璃背襯可包括氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋯、鈉和氧化鈉、氧化鋰、氧化鉀、氧化硼等中的一個(gè)或多個(gè)。玻璃背襯可包括玻璃纖維，如玻璃紗、玻璃織物和玻璃布。玻璃背襯可包括玻璃絲。在各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃帶可包括玻璃纖維絲增強(qiáng)的包裝帶。在各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃帶可包括膠帶，其包括玻璃布背襯或浸以玻璃紗或絲的帶。在各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃帶可包括連續(xù)玻璃紗增強(qiáng)的聚丙烯背襯。在各種非限制性實(shí)施方案中，玻璃帶可具有包括下列的特征:根據(jù)ASTM試驗(yàn)方法D-3330的約為55oz./in.寬度(60N/100mm寬度)的對(duì)鋼的粘附性；根據(jù)ASTM試驗(yàn)方法D-3759的約為3001bs./in.寬度(5250N/100mm寬度)的拉伸強(qiáng)度；根據(jù)ASTM試驗(yàn)方法D-3759的約為4.5%的斷裂伸長(zhǎng)率；和/或根據(jù)ASTM試驗(yàn)方法D-3652約為6.0mil (0.15mm)的總厚度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中實(shí)用的示例性玻璃帶是可從3M Company (St.Paul, MN)購(gòu)得，其商業(yè)名稱為SCOTCH? Filament Tape893。
[0046]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種以在熱加工過(guò)程中減少熱裂的方式加工合金錠或其他合金工件的方法可大體包括將玻璃織物布置在工件表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將織物布置在工件表面的絕大部分上。例如，合金工件表面可包括圓周表面和布置在圓周表面每一端的兩個(gè)側(cè)表面。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將織物布置在圓柱形合金工件圓周表面的絕大部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將織物布置在圓柱形工件的圓周表面和圓柱形工件的至少一個(gè)側(cè)表面上。在至少一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，可將玻璃毯布置在圓`柱形合金工件圓周表面的至少一部分以及圓柱形工件的至少一個(gè)側(cè)表面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將一個(gè)以上的玻璃織物，如兩個(gè)、三個(gè)或更多中的每一個(gè)布置在圓柱形工件表面的至少一部分和/或圓柱形工件的至少一個(gè)側(cè)表面上。例如，可將織物橫向包裹在工件圓周表面的周圍而布置織物。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解在某些非限制性實(shí)施方案中，可使用膠粘劑和/或機(jī)械緊固件，如，例如，玻璃帶和捆線將玻璃織物固定至工件。
[0047]在某些非限制性實(shí)施方案中，一種用于在熱加工過(guò)程中減少熱裂的加工合金錠或其他合金工件的方法可包括重復(fù)進(jìn)行將玻璃織物布置在工件表面至少一部分上的步驟。例如，可將織物包裹在工件周圍至少一次、兩次、三次、四次或四次以上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將織物包裹在工件周圍直至達(dá)到預(yù)定的厚度?？商娲?，可將一個(gè)以上的玻璃織物布置在圓柱形工件圓周表面的至少一部分以及圓柱形工件的每一個(gè)側(cè)表面中的至少一個(gè)上直至達(dá)到預(yù)定的厚度。例如，預(yù)定厚度可以是從Imm至50mm,如IOmm至40mm。在至少一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括將第一玻璃織物布置在工件表面的至少一部分上并將第二玻璃織物布置在第一玻璃織物和工件表面的至少一部分中的至少一個(gè)上。第一玻璃織物和第二玻璃織物可包括相同或不同的無(wú)機(jī)材料。例如，第一玻璃織物可包括第一E-玻璃毯且第二玻璃織物可包括第二 E-玻璃織物。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，第一玻璃織物可包括E-玻璃毯，且第二玻璃織物可包括陶瓷毯，如，例如，KAOWOOL毯，其是由鋁硅耐火土制成的材料。
[0048]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工工件以減少熱裂的方法可大體包括將玻璃顆粒沉積在工件表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將顆粒沉積在工件表面的絕大部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將顆粒沉積在圓柱形工件的圓周表面和/或圓柱形工件的至少一個(gè)側(cè)表面上。例如，將顆粒沉積在工件表面上可包括滾軋、浸潰、噴涂、刷涂和噴淋中的一種或多種。該方法可包括在沉積顆粒前將工件加熱至預(yù)定溫度。例如，工件可被加熱至鍛造溫度，如1000 °?至2000 1500 °F，并在玻璃顆粒床中進(jìn)行滾軋以將玻璃顆粒沉積在工件表面上。
[0049]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可大體包括將玻璃帶布置在工件表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將帶布置在工件表面的絕大部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將帶布置在圓柱形工件的圓周表面和/或工件的至少一個(gè)側(cè)表面上。例如，將帶布置在工件表面上可包括包裹和捆綁中的一種或多種。例如，在各種非限制性實(shí)施方案中，可將帶橫向包裹在工件圓周表面的周圍而布置帶。在某些非限制性實(shí)施方案中，可通過(guò)將帶粘在工件表面上而將帶布置在表面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將帶布置在圓柱形合金工件表面的至少一部分和/或玻璃毯的至少一部分上。例如，圖13為以合金錠為形式的合金工件的照片，其包括被布置在工件圓周表面以及工件對(duì)端或面 上的玻璃帶。
[0050]在某些非限制性實(shí)施方案中，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可包括將玻璃帶布置在工件表面的至少一部分上的步驟重復(fù)一次或多次。例如，可將帶包裹在工件周圍至少一次、兩次、三次、四次或四次以上。在至少一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括將第一玻璃帶包裹在工件表面的至少一部分上并將第二玻璃帶包裹在第一玻璃帶和工件未綁有帶子表面的至少一部分中的至少一個(gè)上。在至少一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括將第一玻璃帶捆綁在工件表面的至少一部分上并將第二玻璃帶捆綁在第一玻璃帶和工件未綁有帶子表面的至少一部分中的至少一個(gè)上。第一玻璃帶和第二玻璃帶可包括相同或不同的無(wú)機(jī)材料。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將帶布置在合金工件上直至達(dá)到預(yù)定的厚度?？商娲?，可將一個(gè)以上的玻璃帶布置在圓柱形合金錠或其他合金工件圓周表面的至少一部分以及圓柱形工件的每一個(gè)側(cè)表面中的至少一個(gè)上直至達(dá)到預(yù)定的厚度。例如，預(yù)定厚度可以是從小于Imm至50mm,如IOmm至40mm。
[0051]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，在合金工件上提供的玻璃材料可在加熱玻璃材料時(shí)在工件上形成粘性表面涂層?？稍跔t中加熱包括位于其上的玻璃材料的工件。可選擇玻璃材料的組成以在鍛造溫度下形成粘性表面涂層。例如，可選擇包括玻璃材料的氧化物以提供在預(yù)定溫度，如鍛造溫度具有熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)的玻璃材料。在另一實(shí)例中，可選擇玻璃材料的形式，即纖維、顆粒、帶及其任意組合以在預(yù)定溫度，如鍛造溫度下形成粘性表面涂層。例如，在工件表面上提供的玻璃織物在溫度范圍為1900 °?至2100 °?的爐中加熱玻璃材料時(shí)可在工件上形成粘性表面涂層。例如，在工件表面上提供的玻璃顆粒在溫度范圍為1450 °F至1550 °F的爐中加熱玻璃材料時(shí)可在工件上形成粘性表面涂層。例如，在工件表面上提供的玻璃帶在溫度范圍為1900 °?至2100 °F的爐中加熱玻璃材料時(shí)可在工件上形成粘性表面涂層。
[0052]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，在合金錠或其他合金工件表面上提供的表面涂層可以稱為粘附表面涂層。在冷卻表面涂層時(shí)，粘性表面涂層可形成粘附表面涂層。例如，在將包括表面涂層的工件從爐中移除時(shí)，粘性表面涂層可形成粘附表面涂層。當(dāng)表面涂層不立即從工件表面流下時(shí)，表面涂層可以稱為“粘附的”。例如，在各種非限制性實(shí)施方案中，當(dāng)從爐中移除合金錠或其他合金工件時(shí)涂層不立即從表面流下時(shí)，可認(rèn)為表面涂層是“粘附的”。在另一實(shí)例中，在各種非限制性實(shí)施方案中，當(dāng)布置工件時(shí)涂層不立即從圓周表面流下而使縱軸為垂直取向的，如，例如，在相對(duì)水平面的45°至135°角時(shí)，具有縱軸和圓周表面的合金工件圓周表面上的表面涂層可被認(rèn)為是“粘附的”。當(dāng)從爐中移除工件時(shí)表面涂層立即從工件表面流下時(shí)，表面涂層可以稱為“非粘附”表面涂層。
[0053]合金可進(jìn)行熱加工的溫度范圍可考慮合金開(kāi)始開(kāi)裂的溫度以及無(wú)機(jī)材料的組成和形式。在給定的用于熱加工操作的起始溫度下，可在比其他合金更大的溫度范圍內(nèi)對(duì)一些合金進(jìn)行有效的熱加工，因?yàn)楹辖鹬辛鸭y開(kāi)裂的溫度不同。對(duì)于具有相對(duì)較小的熱加工溫度范圍(即在可對(duì)合金進(jìn)行熱加工的最低溫度和裂紋開(kāi)裂的溫度之間的差異)的合金而言，無(wú)機(jī)材料的厚度可相對(duì)較大，從而抑制或防止下方的工件冷卻至裂紋開(kāi)裂的脆性溫度范圍。同樣地，對(duì)于具有相對(duì)較大的熱加工溫度范圍的合金而言，無(wú)機(jī)材料的厚度可相對(duì)較小，從而抑制或防止下方的合金錠或其他合金工件冷卻至裂紋開(kāi)裂的脆性溫度范圍。
[0054]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可大體包括加熱無(wú)機(jī)材料以在工件上形成表面涂層。例如，加熱無(wú)機(jī)材料可包括將無(wú)機(jī)材料加熱至 500-2500 °F,如，例如，500-1500 0F ,1000-2000 0F ,1500 0F -2000 T 或2000-2500 °F的溫度以形成表面涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將無(wú)機(jī)纖維，如玻璃毯和玻璃帶加熱至2000-2500 °?的溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將無(wú)機(jī)顆粒，如玻璃顆粒加熱至1500-2000 °F的溫度。在某些非限制性實(shí)施方案中，溫度可高于無(wú)機(jī)材料的熔點(diǎn)。在某些非限制性實(shí)施方案中，溫度可高于無(wú)機(jī)材料的溫度等級(jí)。在各種非限制性實(shí)施方案中，溫度可高于玻璃織物、玻璃顆粒和/或玻璃帶的熔點(diǎn)。在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中，溫度可高于玻璃毯的熔點(diǎn)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，無(wú)機(jī)材料可能不具有特定的熔點(diǎn)且可稱為“軟化點(diǎn)”。例如，ASTM試驗(yàn)方法C338-93 (2008)為確定玻璃的軟化點(diǎn)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法。同樣地，在某些非限制性實(shí)施方案中，可將無(wú)機(jī)材料加熱到至少為無(wú)機(jī)材料熔點(diǎn)的溫度。
[0055]在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于合金工件表面的至少一部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于工件表面的絕大部分上。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可完全覆蓋工件的表面。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于合金工件的圓周表面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于工件的圓周表面和工件的至少一個(gè)側(cè)面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于工件的圓周表面和工件的每個(gè)側(cè)面上。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可形成于沒(méi)有無(wú)機(jī)材料的工件表面的至少一部分上。例如，可將無(wú)機(jī)材料沉積在工件表面的一部分上。無(wú)機(jī)材料可在加熱時(shí)熔化。熔化的無(wú)機(jī)材料可能流至在其上未沉積有無(wú)機(jī)材料的工件表面的一部分上。
[0056]可將無(wú)機(jī)材料沉積至足以在加熱時(shí)在其上形成表面涂層的厚度，其中表面涂層使下方的工件表面與接觸模具的表面隔離，從而抑制或防止下方的工件表面冷卻至該下方的工件表面可更輕易地在熱加工時(shí)裂開(kāi)的溫度。這樣，通?？蓪⒏叩臒峒庸囟扰c更大的表面涂層厚度的偏好相聯(lián)系。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可具有適于減少源自工件熱損失的厚度。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可具有0.1mm至2mm，如，例如，0.5mm至1.5mm以及約1_的厚度。在不打算受任何特定理論束縛的情況下，表面涂層可減少合金工件的熱損失和/或增加工件在熱加工過(guò)程中相對(duì)于模具或其他接觸表面的滑動(dòng)。表面涂層可充當(dāng)熱障以減少通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)和/或輻射而產(chǎn)生的源自工件的熱損失。在某些非限制性實(shí)施方案中，表面涂層可減少合金工件的表面摩擦并充當(dāng)潤(rùn)滑劑，并且從而在熱加工操作，如鍛造和擠壓中增加工件的滑動(dòng)。在某些非限制性實(shí)施方案中，無(wú)機(jī)材料可沉積至足以在熱加工過(guò)程中潤(rùn)滑工件的厚度。
[0057]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可大體包括冷卻包括表面涂層的工件。冷卻工件可包括冷卻表面涂層。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷卻工件可包括對(duì)工件進(jìn)行空氣冷卻。在某些非限制性實(shí)施方案中，冷卻工件可包括將陶瓷毯，如，例如，KAOffOOL毯布置在表面涂層和工件表面至少一部分中的至少一個(gè)上。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將工件表面冷卻至室溫。
[0058]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可大體包括從工件移除表面涂層的至少一個(gè)部分和/或表面涂層的剩余部分中的至少一個(gè)。在某些非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括，在熱加工后，從通過(guò)對(duì)工件進(jìn)行熱加工而形成的產(chǎn)品移除表面涂層的一部分和/或表面涂層的剩余部分中的至少一個(gè)。例如，移除表面涂層或剩余部分可包括噴丸、研磨、剝離和車削中的一種或多種。在某些非限制性實(shí)施方案中，剝離經(jīng)過(guò)熱加工的工件可包括車床車削。
[0059]在最初形成工件后，但在沉積無(wú)機(jī)材料和/或隨后對(duì)合金工件進(jìn)行熱加工前，一種加工合金錠或其他合金工`件以減少熱裂的非限制性方法可大體包括加熱工件和/或調(diào)節(jié)工件的表面。在某些非限制性實(shí)施方案中，可將合金工件暴露于高溫以勻化合金組成和工件的微觀結(jié)構(gòu)。高溫可能高于合金的再結(jié)晶溫度，但卻低于合金的熔點(diǎn)溫度。例如，可將工件加熱至鍛造溫度，可將無(wú)機(jī)材料沉積在其上，且可再加熱工件以在其上形成表面涂層。在沉積無(wú)機(jī)材料前可加熱工件以減少將工件升至溫度所需的爐內(nèi)加工時(shí)間。例如，可通過(guò)研磨和/或剝離工件表面可對(duì)合金工件進(jìn)行表面調(diào)節(jié)。也可對(duì)工件進(jìn)行磨光和/或拋光?？稍谌魏慰蛇x的熱處理步驟，如，例如，高溫勻化前和/或后進(jìn)行表面調(diào)節(jié)操作。
[0060]根據(jù)某些非限制性實(shí)施方案，一種加工合金錠或其他合金工件以減少熱裂的方法可大體包括對(duì)工件進(jìn)行熱加工。對(duì)工件進(jìn)行熱加工可包括對(duì)工件施力以使工件變形。例如，可通過(guò)模具和/或輥施力。在某些非限制性實(shí)施方案中，對(duì)工件進(jìn)行熱加工可包括在1500 °?至2500 °F溫度下對(duì)工件進(jìn)行熱加工。在某些非限制性實(shí)施方案中，對(duì)工件進(jìn)行熱加工可包括鍛造操作和/或擠壓操作。例如，可對(duì)具有沉積在工件表面至少一個(gè)區(qū)域上的表面涂層的工件進(jìn)行鐓鍛和/或落鍛。在各種非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括在工件上形成表面涂層后，經(jīng)鍛造對(duì)工件進(jìn)行熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括在工件上形成表面涂層后，通過(guò)在1500 T至2500 T的溫度下鍛造而對(duì)工件進(jìn)行熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括在工件上形成表面涂層后，經(jīng)擠壓對(duì)工件進(jìn)行熱加工。在各種非限制性實(shí)施方案中，該方法可包括在工件上形成表面涂層后，通過(guò)在1500 T至2500 °?的溫度下擠壓而對(duì)工件進(jìn)行熱加工。
[0061]鐓鍛和落鍛的鍛造操作可包括鐓鍛操作的一個(gè)或多個(gè)序列以及落鍛操作的一個(gè)或多個(gè)序列。在鐓鍛操作中，工件的端面可與對(duì)工件施加壓縮工件長(zhǎng)度并增加工件橫截面的力量的鍛造模具相接觸。在落鍛操作中，側(cè)表面(例如，圓柱形工件的圓周表面)可與對(duì)工件施加壓縮工件橫截面并增加工件長(zhǎng)度的力量的鍛造模具相接觸。
[0062]在各種非限制性實(shí)施方案中，具有沉積在工件表面的至少一個(gè)區(qū)域上的表面涂層的合金錠或其他合金工件可進(jìn)行一次或多次鐓鍛和落鍛的鍛造操作。例如，在三重鐓鍛和落鍛的鍛造操作中，工件可先進(jìn)行鐓鍛，然后再進(jìn)行落鍛。對(duì)于總數(shù)為3次的連續(xù)鐓鍛和落鍛的鍛造操作，可將鐓鍛和落鍛的序列再重復(fù)兩次。在各種非限制性實(shí)施方案中，具有沉積在工件表面的至少一個(gè)區(qū)域上的表面涂層的工件可進(jìn)行一次或多次擠壓操作。例如，在擠壓操作中，可通過(guò)圓形模具對(duì)圓柱形工件用力，從而減小直徑并增加工件的長(zhǎng)度。其他熱加工技術(shù)對(duì)于普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，且根據(jù)本發(fā)明的方法可適于使用這種其他技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)而無(wú)需過(guò)度試驗(yàn)。
[0063]在各種非限制性實(shí)施方案中，本文所述方法可用于從以鑄造、加固或噴射成形的錠為形式的合金錠生產(chǎn)熟坯。與之前的工件相比，錠至坯或其他加工制品的鍛造轉(zhuǎn)換或擠壓轉(zhuǎn)換可能會(huì)在制品中產(chǎn)生更細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)。本文所述的方法和工藝可能會(huì)提高從工件至鍛造或擠壓的產(chǎn)品(如，例如，坯)的產(chǎn)量，因?yàn)楸砻嫱繉涌稍阱懺旌?或擠壓操作中減少工件表面開(kāi)裂的發(fā)生率。例如，已觀察到在工件表面至少一個(gè)區(qū)域上提供的根據(jù)本發(fā)明的表面涂層可更容易地容忍加工模具所導(dǎo)致的張力。已經(jīng)觀察到的還有，在合金工件表面至少一部分上提供的根據(jù)本發(fā)明的表面涂層也可更容易地容忍在熱加工過(guò)程中加工模具和工件之間的溫度差。這樣，已觀察到根據(jù)本發(fā)明的表面涂層在下方的工件于加工中防止或減少表面裂紋開(kāi)裂時(shí)可表現(xiàn)出零或輕微的表面開(kāi)裂。
[0064]在各種非限制性實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的具有表面涂層的錠或各種合金制得的其他工件可進(jìn)行熱加工以形成可用于制造各種制品的產(chǎn)品。例如，本文所述的工藝可用于從鎳基合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦-鎳基合金、鈷基合金、鎳基超合金及其他超合金形成坯。通過(guò)對(duì)錠或其他合金工件進(jìn)行熱加工而形成的坯或其他產(chǎn)品可用于制造制品，其包括但不限于渦輪機(jī)組件，如，例如，用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和各種基于陸地的渦輪機(jī)的圓盤(pán)和圓環(huán)。由根據(jù)本文所述的各種非限制性實(shí)施方案加工的合金錠或其他合金工件所制得的其他制品可包括但不限于閥、發(fā)動(dòng)機(jī)組件、軸和緊固件。
[0065]可根據(jù)本文所述各種實(shí)施方案加工的合金工件可采用任何適當(dāng)?shù)男问?。例如，在特定非限制性?shí)施方案中，合金工件可包括錠、坯、棒、板、管、燒結(jié)預(yù)成型件等或以其為形式。
[0066]當(dāng)結(jié)合下列代表性實(shí)例閱讀時(shí)，可更好地理解本文所述的各種非限制性實(shí)施方案。下列實(shí)例是為了用于說(shuō)明而非限制。
[0067]實(shí)例I
[0068]參照?qǐng)D2-8，在根據(jù)本發(fā)明的某些非限制性實(shí)施方案中，合金工件可包括圓柱形合金錠。通常如圖2所示，在2100 T的溫度下，對(duì)以長(zhǎng)度為103/8英寸和寬度為6英寸的錠為形式的兩個(gè)大體上圓柱形工件進(jìn)行熱處理3小時(shí)。對(duì)每個(gè)工件使用KAOWOOL陶瓷毯進(jìn)行包裹并允許對(duì)其進(jìn)行冷卻。移除KAOWOOL陶瓷毯。如圖3所示，使用E-玻璃毯以雙層包裹一個(gè)工件。使用捆線將E-玻璃毯固定至工件。將包括ATP-610材料(可從Advanced TechnicalProducts, Cincinnati, OH購(gòu)得)的無(wú)機(jī)衆(zhòng)料刷涂至毪的外表面上。第二工件未覆蓋有任何材料。將兩個(gè)工件中的每一個(gè)放入2040 °F的爐中約17小時(shí)。然后，在該溫度下將每個(gè)工件鍛造成橫截面為5英寸X4.5英寸的工件。圖4為鍛造中包括表面涂層的工件的照片。
[0069]圖5繪制在涂覆和未涂覆工件的鍛造中工件表面溫度隨時(shí)間的變化。如圖5所示，涂覆工件(“包裹的”)在鍛造中的表面溫度一般高于未涂覆工件(“未包裹的“)工件50°C。使用紅外線高溫計(jì)測(cè)量表面溫度。圖6和7為鍛造的涂覆工件(兩幅圖的左側(cè))和鍛造的未涂覆工件(兩幅圖的右側(cè))的照片。在圖6中，表面涂層的固化的剩余部分在涂覆工件的表面上是可見(jiàn)的。而圖7示出在已通過(guò)噴丸移除涂層剩余部分后的涂覆工件。對(duì)圖6和7的考慮顯示盡管鍛造的涂覆工件顯示有一些開(kāi)裂，但其嚴(yán)重開(kāi)裂的發(fā)生率卻顯著低于鍛造的未涂覆工件。在鍛造的涂覆工件的通過(guò)捆線將E-玻璃毯固定至其的上面發(fā)生開(kāi)裂，但據(jù)認(rèn)為，在施加鍛造力時(shí)捆線可能已將應(yīng)力施加至工件，這可能已導(dǎo)致裂紋的形成。不具有表面涂層的鍛造工件的較高的裂紋敏感性在表面上是可見(jiàn)的。
[0070]實(shí)例2
[0071]圖8為繪制鍛造操作中三個(gè)直徑為6英寸的合金718錠工件在冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的圖。每個(gè)工件都允許在周圍空氣中冷卻。使用嵌入式的熱電偶測(cè)量每個(gè)工件的溫度。在每個(gè)工件的下列位置中評(píng)估溫度:在工件中心的表面上；在工件左區(qū)表面下方的0.5英寸處；以及在工件右區(qū)表面下方的0.5英寸處。將三個(gè)工件中的第一個(gè)包裹在經(jīng)捆線被固定至工件的E-玻璃毯中。將包括ATP-790材料(可從Advanced TechnicalProducts, Cincinnati, OH購(gòu)得)的無(wú)機(jī)衆(zhòng)料刷涂至E-玻璃毪的外表面上。將第二工件表面的一部分包裹在E-玻璃毯以及I英寸厚的KAOWOOL陶瓷毯中。留下第三工件不進(jìn)行覆蓋。將工件加熱到鍛造溫度， 且位于第一和第二工件上的E-玻璃毯/無(wú)機(jī)漿料和E-玻璃毯/KAOWOOL毯分別形成被粘至工件的表面的位于工件上的表面涂層。
[0072]如圖8所示，表面涂層的存在顯著地降低涂覆工件的冷卻速率。據(jù)認(rèn)為，降低冷卻速率可減少在鍛造、擠壓或其他熱加工操作中工件中表面開(kāi)裂的發(fā)生率。不具有表面涂層的工件的冷卻顯著快于包括表面涂層的工件。在小于3小時(shí)的期間將未涂覆的工件從鍛造溫度(約1950 °F)冷卻至300 °?至600 0F (取決于溫度測(cè)量位置)。圖9為包括E-玻璃毯/KAOffOOL表面涂層的工件的照片。包括E-玻璃毯/ATP-790無(wú)機(jī)漿料表面涂層的工件的冷卻快于包括E-玻璃毯/陶瓷毯表面涂層的工件。在約5至6小時(shí)的期間將包括E-玻璃毯/ATP-790無(wú)機(jī)漿料表面的工件從鍛造溫度冷卻至400 T至600 T (取決于溫度測(cè)量位置)。在超過(guò)12小時(shí)的期間將包括E-玻璃毯/陶瓷毯表面涂層的工件從鍛造溫度冷卻至400 T至 600 0F。
[0073]實(shí)例3
[0074]將以718Plu.SK alloy(UNS號(hào):N07818)制成的大體上為圓柱形的未涂覆錠的形式存在的合金工件從20英寸的直徑熱鍛造成14英寸的直徑。在鍛造操作中工件擴(kuò)展出大量的表面裂紋。將鍛造工件車削至12英寸的直徑以移除表面裂紋。然后，將車削的工件從12英寸熱鍛造成10英寸，且工件的一端在鍛造中大規(guī)模地開(kāi)裂。然后，通過(guò)噴丸對(duì)工件進(jìn)行表面調(diào)節(jié)，且將工件的第一端從10英寸熱鍛造成6英寸。將E-玻璃毯包裹在周圍并固定至鍛造工件的第二端，并將工件放入溫度為1950 0F的爐中并進(jìn)行加熱。E-玻璃毯在加熱時(shí)在第二端形成表面涂層。圖10為從爐中移除工件后部分鍛造和部分涂覆的工件的照片。將包括表面涂層的一端從12英寸鍛造成6英寸，允許對(duì)其進(jìn)行冷卻，并且然后進(jìn)行噴丸以移除表面涂層。在鍛造操作中將表面涂層粘至工件第二端的表面，從而減少源自第二端的熱損失。圖11為顯示噴丸后工件的鍛造未涂覆端(左照片)和工件的鍛造涂覆端(右照片)的照片。噴丸后在鍛造涂覆工件表面上的黑點(diǎn)為表面涂層的剩余部分。在圖11中鍛造未涂覆工件的照片中可明顯地看出因鍛造導(dǎo)致的表面開(kāi)裂的顯著發(fā)生率。與此相反，從圖11中鍛造涂覆工件的圖片可明顯地看出涂覆工件的開(kāi)裂發(fā)生率有顯著降低(即，顯著降低的裂紋敏感性)。因此，認(rèn)為無(wú)機(jī)涂層顯著地降低了鍛造中表面開(kāi)裂的發(fā)生率。
[0075]實(shí)例4
[0076]在溫度為1500 °F的爐中對(duì)以直徑為1.5英寸的大體上為圓柱形的鈦Ti_6AI_4V合金(UNS號(hào):R56400)錠為形式的合金工件加熱1.5小時(shí)。在包括金屬熱加工范圍為1400-1850 T 的 Oxylub-327 材料(可從 Advance Technical Products, Cincinnati, OH 購(gòu)得)的玻璃顆粒中對(duì)加熱的工件進(jìn)行滾軋。然后，再將工件放在爐中30分鐘，且玻璃顆粒在加熱操作中于工件上形成表面涂層。然后，在三個(gè)獨(dú)立方向?qū)ν扛驳墓ぜ懺烊?。圖12為鍛造后工件的照片，且粘附表面涂層在照片中是顯而易見(jiàn)的。表面涂層在鍛造操作中被粘至工件的表面并減少了源自工件的熱損失。
[0077]除另有說(shuō)明外，本文引用的所有文件都通過(guò)引用并入本文。任何文件的引用不得被解釋為承認(rèn)其為關(guān)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)本文中術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義與通過(guò)引用并入的文件中相同術(shù)語(yǔ)的任何含義或定義有一定程度的沖突時(shí)，以本文中術(shù)語(yǔ)的含義或定義為準(zhǔn)。
[0078]雖然已說(shuō)明和描述了本發(fā)明的特定非限制性實(shí)施方案，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，可在不脫`離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種變化和修改。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)意在涵蓋位于本發(fā)明范圍之內(nèi)的所有這種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種加工合金工件以減少熱裂的方法，所述方法包括: 將玻璃材料沉積在合金工件的至少一部分上；以及 加熱所述玻璃材料以在所述合金工件上形成減少源自所述合金工件熱損失的表面涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述玻璃材料為玻璃纖維、玻璃顆粒和玻璃帶中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述玻璃材料為E-玻璃織物，其具有1000 °?至2100 °F的溫度等級(jí)；以及 沉積所述玻璃材料包括將所述E-玻璃織物布置在所述合金工件表面的至少一部分上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述E-玻璃織物布置在所述合金工件表面的至少一部分上包括將所述E-玻璃織物布置在所述合金工件圓周表面的至少一部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述E-玻璃織物布置在所述合金工件表面的至少一部分上包括將所述E-玻璃織物布置在所述合金工件圓周表面的至少一部分上和所述合金工件的至少一個(gè)側(cè)面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述玻璃材 料是玻璃顆粒且沉積所述玻璃材料包括噴涂、刷涂、流涂、噴淋、滾軋和浸潰中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述玻璃材料是玻璃帶；以及 沉積所述玻璃材料包括將所述玻璃帶布置在所述合金工件表面的至少一部分上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中布置所述玻璃帶包括將所述玻璃帶布置、包裹和捆綁在所述合金工件表面的至少一部分上中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括將所述玻璃材料加熱至1000T至2200 T的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在沉積所述玻璃材料之前:將所述合金工件加熱至鍛造溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在沉積所述玻璃材料之前:將所述合金工件加熱至鍛造溫度；以及 調(diào)節(jié)所述合金工件的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括冷卻所述合金工件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括通過(guò)噴丸、研磨、剝離和車削所述合金工件中的至少一種而將所述表面涂層的至少一部分從所述合金工件移除。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述合金工件包括從由鎳基合金、鎳基超合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦鎳基合金和鈷基合金組成的組中所選的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述合金工件包括從由合金718(UNS號(hào):N07718)、合金 720 (UNS 號(hào):N07720)、Rene41? 合金(UNS 號(hào):N07041)、Rene88? 合金、Waspaloy?合金(UNS號(hào):N0700i)和inconei? ιοο合金組成的組中所選的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述合金工件選自錠、坯、棒、板、管和燒結(jié)預(yù)成型件。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述合金工件包括鎳基超合金以及所述玻璃材料包括E-玻璃織物。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在加熱所述玻璃材料以在所述合金工件上形成表面涂層后，通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)所述合金工件施力以使所述合金工件變形。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述合金工件上形成表面涂層后，對(duì)所述合金工件進(jìn)行熱加工。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述合金工件的熱加工溫度為1500T至2500 0F。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述合金工件上形成表面涂層后，通過(guò)鍛造對(duì)所述合金工件進(jìn)行熱加工。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述合金工件的熱加工溫度為1500T至2500 0F。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述合金工件包括錠、坯、棒、板、管和燒結(jié)預(yù)成型件中的一個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述工件上形成表面涂層后，通過(guò)擠壓對(duì)所述工件進(jìn)行熱加工。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其還包括: 由所述進(jìn)行熱加工的工件制造制品，所述制品選自由噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組件、基于陸地的渦輪機(jī)組件、閥、發(fā)動(dòng)機(jī)組件、軸和緊固件組成的組。
26.—種加工合金工件的方法，所述方法包括: 將玻璃材料沉積在合金工件的至少一部分上，所述合金工件包括從由鎳基合金、鎳基超合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦鎳基合金和鈷基合金組成的組中所選的材料； 加熱所述玻璃材料以在所述合金工件上形成減少源自所述合金工件熱損失的表面涂層；以及 對(duì)所述合金工件進(jìn)行熱加工。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述合金工件包括從由合金718(UNS號(hào):N07718)、合金 720 (UNS 號(hào):N07720)、Rene41? 合金(UNS 號(hào):N07041)、Rene88? 合金、Wa^aloy?合金(UNS號(hào):N07001)和Ineonei? 100合金組成的組中所選的材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述合金工件選自錠、坯、棒、板、管和燒結(jié)預(yù)成型件。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中對(duì)所述合金工件進(jìn)行熱加工包括鍛造所述合金工件。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中對(duì)所述合金工件進(jìn)行熱加工包括擠壓所述合金工件。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其還包括: 將所述表面涂層的至少一部分從所述合金工件移除。
32.—種對(duì)合金工件進(jìn)行熱加工的方法，所述方法包括: 將玻璃纖維毯布置在合金工件表面的至少一部分上； 加熱所述玻璃纖維毯以在所述合金工件上形成表面涂層；以及 通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)所述合金工件施力以使所述合金工件變形； 其中所述模具和輥中的至少一個(gè)與所述合金工件表面上的所述表面涂層相接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述合金工件包括從由工件組成的組中所選的材料，所述工件包括從由鎳基合金、鎳基超合金、鐵基合金、鎳-鐵基合金、鈦基合金、鈦鎳基合金和鈷基合金組成的組中所選的材料。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述合金工件包括從由工件組成的組所選的材料，所述工件包括從由合金718 (UNS號(hào):N07718)、合金720 (UNS號(hào):N07720)、Rene41?合金(UNS 號(hào):N07041)、Rene88? 合金、Waspaloy'合金(UNS 號(hào):N07001)和 inecmel? 100 合金組成的組中所選的材料。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述合金工件選自錠、坯、棒、板、管和燒結(jié)預(yù)成型件。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)所述合金工件施力以使所述合金變形包括鍛造所述`合金工件。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中通過(guò)模具和輥中的至少一個(gè)對(duì)所述合金工件施力以使所述合金變形包括擠壓所述合金工件。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其還包括: 將所述表面涂層的至少一部分從所述合金工件移除。
39.一種通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)行加工的合金工件。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的合金工件，其中所述合金工件選自錠、坯、棒、板、管和燒結(jié)預(yù)成型件。
【文檔編號(hào)】B21C23/00GK103732771SQ201280005578
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月17日
【發(fā)明者】R.S.米尼桑德拉姆, R.L.肯尼迪, R.M.福布斯瓊斯 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司