使用润滑、热阻且摩擦减小的垫锻造合金的制作方法_3

文档序号:9307714阅读:来源:国知局
程中,从模具传输到塑性变形工件的力引起材料的固态流动。模 具/工件接口处的摩擦条件影响工件内的金属流动、表面形成和内应力、作用于模具上的 应力,W及按压负载和能量要求。图3A和3B说明结合开式模具鐵锻操作的特定摩擦效应。
[0055] 图3A说明在理想无摩擦条件下圆柱形工件20的开式模具鐵锻。图3B说明在高摩 擦条件下相同圆柱形工件20的开式模具鐵锻。上部模具32将工件20从其初始高度(由 虚线展示)按压到经锻造高度H。鐵压力由上部模具32和下部模具30W与工件20相等 的量值且在相反的方向上施加。形成工件20的材料不可压缩,且因此初始工件20W及分 别在图3A和3B所示的最终经锻造工件20a和2化的体积相等。在图3A中说明的无摩擦 条件下,工件20在轴向和径向方向上均一地变形。运由经锻造工件20a的线性构型24a指 示。在图3B中说明的高摩擦条件下,工件20不在轴向和径向方向上均一地变形。运由经 锻造工件20b的弯曲构型24b指示。
[0056]W此方式,经锻造工件2化在高摩擦条件下展现"滚光",而经锻造工件20a在无摩 擦条件下不展现任何滚光。滚光和归因于模具/工件接口摩擦的非均一塑性变形的其它效 应通常是不合需要的。举例来说,在压印模具锻造中,接口摩擦可导致形成其中变形材料未 填充模具中的所有腔的空穴空间。运在其中工件在较严格容限内锻造的净成形或近净成形 (near-net-shape)锻造操作中可能尤其成问题。高摩擦条件还可导致其中工件粘附到模具 的"模具锁定"。"模具锁定"在设及经外形修整(contoured)模具表面的锻造操作中可能 尤其不合需要,其中离屯、定位的工件可发生模具锁定且不能适当变形W呈模具的外形。因 此,可采用锻造润滑剂来减少锻造操作期间模具表面与工件表面之间的接口摩擦。
[0057] 关于用于减小锻造系统的剪切因子的各种装置和/或方法的W下共同拥有美国 专利申请的相应全文W引用的方式并入本文中:
[0058] -标题为"LUBRICATIONPROCESSESFORENHANCEDFORGEABILITY"的美国专利申 请No. 12/814, 591,其作为美国专利申请公布No. 2011/0302978而公布;W及
[0059] -标题为"LUBRICATIONPROCESSESFORENHANCEDFORGEABILITY"的美国专利申 请No. 13/027, 327,其作为美国专利申请公布No. 2011/0802979而公布。
[0060] 根据某些非限制性实施方案,根据本公开的一种对合金铸块或其它合金工件进行 热加工的方法可通常包括在合金铸块或其它合金工件与锻造模具或其它锻造结构之间使 用多层垫W排除或减少合金铸块或其它合金工件的表面断裂。除了排除或减少表面断裂 夕F,根据本公开的多层垫还可在热加工操作期间使合金铸块或其它合金工件的表面润滑。 多层垫可包括至少两层。在各个非限制性实施方案中,多层垫可包括至少=层。在至少一 个非限制性实施方案中,举例来说,多层垫可包括至少一个润滑层W减少合金铸块或其它 合金工件与模具或其它铸造结构之间的摩擦。此外,在至少一个非限制性实施方案中,举例 来说,多层垫可包括至少一个绝缘层W使合金铸块或其它合金工件与模具或其它铸造结构 热绝缘。在各个非限制性实施方案中,多层垫可包括定位在两个润滑层中间的热绝缘层。在 各个非限制性实施方案中,举例来说,绝缘层和润滑层的厚度可取决于工件的材料特性、工 件与锻造模具之间的溫度梯度,W及多层垫的材料。在某些非限制性实施方案中,热绝缘层 可足够厚W使工件与模具热绝缘,且润滑层可足够厚W减少锻造期间工件与模具之间的摩 擦。在各个非限制性实施方案中,举例来说,热绝缘层可厚于润滑层,或反之亦然。
[0061] 现参看图7和8,根据本公开减少热断裂的多层垫100的非限制性实施方案可通常 包括多个层102、104、106。所述多个层的至少一者可例如为润滑层,其可减少合金铸块或其 它合金工件与模具或其它锻造结构之间的摩擦。至少一个层可例如为热绝缘层,其可使合 金铸块或其它合金工件与模具或其它锻造结构热绝缘。在各个非限制性实施方案中,举例 来说,润滑层可形成多层垫100的外层,使得润滑层接触工件和/或模具。在某些非限制性 实施方案中,举例来说,润滑层可形成多层垫100的外层,使得润滑层接触工件和模具或其 它锻造结构两者。在某些非限制性实施方案中,第一外润滑层可包括例如工件接触表面,且 第二外润滑层可包括例如模具接触表面。
[0062] 仍参看图7和8,在本公开的示例性实施方案中,层102和104可为润滑层,其可减 小工件与模具之间的摩擦。此外,层106可为热绝缘层,其可使工件与模具热绝缘。在各个 非限制性实施方案中,绝缘层106可定位在润滑层102与104之间。在各个非限制性实施 方案中,多层垫100可包含额外层。举例来说,多层垫可包含外润滑层之间的多个绝缘层。 在其它非限制性实施方案中,举例来说,多层垫可包含多个交替绝缘层和润滑层。
[0063] 在各个非限制性实施方案中,多层垫的所述各层可固定或固持在一起。举例来说, 现参看图9和10,U形钉118可将多层垫110的至少两层112、114、116固定在一起。在某 些非限制性实施方案中,举例来说,多层垫110可包括夹在两个润滑层112、114(图9)之间 的热绝缘层116。举例来说,U形钉118可刺穿润滑层112和114W形成套筒或囊。在各 个非限制性实施方案中,热绝缘层116可在通过接合或钉住的外润滑层112和114形成的 套筒内滑动或W其它方式定位在所述套筒内。在各个非限制性实施方案中,成行的U形钉 118可沿着多层垫110延伸。举例来说,成行的U形钉118可沿着多层垫110的两个横向侧 延伸。举例来说,绝缘层116可滑动穿过多层垫110的非钉住侧和/或部分。在各个非限 制性实施方案中,至少一个U形钉118可刺穿内绝缘层116。举例来说,绝缘层116可定位 在外润滑层112、114之间,且U形钉118可例如经由外层和内层112、114和116施加。在 此类非限制性实施方案中,举例来说,U形钉118可将内绝缘层116相对于外润滑层112和 114固持。
[0064] 参看图11和12,缝合128 (图12)可将多层垫120的层122、124、126固定在一起。 在某些非限制性实施方案中,举例来说,多层垫120可包括夹在两个润滑层122和124之间 的热绝缘层126。在各个非限制性实施方案中,润滑外层122和124可由一片润滑材料形 成。该片润滑材料可例如沿着线127折叠W形成套管或囊,且缝合可将外润滑层122与124 固持在一起。在某些非限制性实施方案中,缝合128可在多层垫110的周长的至少一部分 周围延伸。举例来说,缝合可沿着多层垫120的非折叠边缘延伸。在各个非限制性实施方 案中,热绝缘层126可在外润滑层122和124形成的套管内滑动或W其它方式定位在所述 套管内。在某些非限制性实施方案中,缝合128的至少一部分可延伸穿过内热绝缘层126。 在此非限制性实施方案中,缝合128可将内热绝缘层126相对于外润滑层122和124固持。
[0065] 在各个非限制性实施方案中,根据本公开用于使工件与锻造模具热绝缘的热绝缘 层可包括多个陶瓷纤维。根据某些非限制性实施方案,所述多个陶瓷纤维可包括捆、条或 束、织物和/或板。如本文通常使用,术语"织物"指可编织、针织、粘结或烙合的材料、非 编织材料,或原本由纤维构成的材料。在某些非限制性实施方案中,织物可包括粘合剂W 将所述多个纤维固持在一起。在某些非限制性实施方案中,织物可包括纱线、毛毯、垫子、 纸张、毛拉等中的一或多者。在某些非限制性实施方案中,热绝缘层可包括陶瓷织物,例如 包括耐火粘±纤维的陶瓷织物。举例来说,热绝缘层可包括KA0W(X)L织物,其是一般技术 人员已知的材料且其包括侣娃耐火粘±。在各个实施方案中,热绝缘层可足够耐热W保 护经热加工工件免受较冷模具影响和/或防止或显著减少两个主体之间的热传递。举例 来说,绝缘层的热阻可大于多层垫的润滑层的热阻。在各个非限制性实施方案中,举例来 说,对于1500°F与2000°F(816°C与1093°C)之间的溫度,绝缘层的热导率的范围可从 1. 45BTU?in/化r?ft2?。巧到2. 09BTU?in/化r?f?。巧。
[0066]多层垫的绝缘层的厚度可根据织物的热导率变化。在某些非限制性实施方案中, 织物可具有例如0. 5"、1. 0"或2"的厚度。此外,多层垫的所述一或多个热绝缘层的形状和 厚度可考虑合金可进行热加工的溫度范围,例如在待加工的特定合金中起始断裂时所处的 溫度。在针对热加工操作的给定开始溫度下,由于在合金中起始断裂时所处的溫度的差异, 一些合金可在比其它合金大的溫度范围上有效热加工。对于具有相对小的热加工溫度范围 的合金(即,合金可进行热加工的最低溫度与起始断裂时所处的溫度之间的差),所述一或 多个热绝缘层的厚度W及因此多层垫的厚度可相对较大W抑制或防止工件冷却到起始断 裂的脆弱溫度范围。同样,对于具有相对大的热加工溫度范围的合金,所述一或多个热绝缘 层的厚度W
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