用于制作锻造产品和其他加工产品的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ] 可通过锻造操作使金属产品成形。为了锻造金属产品，每个零件可能用到若干级进模(平模和/或不同形状的模)，其中所述模中第一模的平模或模腔被设计为使锻坯变形为第一形状，该第一形状由该特定模的构型限定，下一个模被成形为执行锻坯的锻造变形中的下一个后续步骤，以此类推，直到最后一个模最终赋予锻件完全变形的形状。参见美国专利 N0.4，055，975。
【发明内容】
[0002]本专利申请广义地涉及用于制作加工金属产品(例如，锻造金属产品；其他类型的热加工和/或冷加工金属产品)的改进方法。
[0003]在一个实施例中，一种方法包括采用增材制造来制作金属预成型件。在该采用步骤后，可将金属预成型件锻造为锻造成品。在一个实施例中，锻造步骤包括单模锻造步骤。在一个实施例中，金属预成型件包含钛、铝、镍、钢和不锈钢中的至少一种。在一个实施例中，金属预成型件可以是钛合金。例如，金属预成型件可包含T1-6A1-4V合金。在另一个实施例中，金属预成型件可以是铝合金。在又一个实施例中，金属预成型件可以是镍合金。在又一个实施例中，金属预成型件可以是钢和不锈钢中的一种。在另一个实施例中，金属预成型件可以是金属基复合材料。在又一个实施例中，金属预成型件可包含铝化钛。例如，在一个实施例中，钛合金可包含至少48重量％的Ti和至少一种铝化钛相，其中该至少一种铝化钛相选自由Ti3Al、TiAl以及它们的组合组成的组。在另一个实施例中，钛合金包含至少49重量％的打。在又一个实施例中，钛合金包含至少50重量％的11。在另一个实施例中，钛合金包含5至49重量%的铝。在又一个实施例中，钛合金包含30至49重量%的铝，并且钛合金包含至少一些TiAl。在又一个实施例中，钛合金包含5至30重量％的铝，并且钛合金包含至少一些Ti3Al。
[0004]锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度，并且使金属预成型件与锻模接触。在一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少10 °F。在另一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少25 °F。在又一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少50 °F。在另一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少100 °F。在又一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少200 °F。
[0005]在一个方面，锻造成品为发动机的部件。在一个实施例中，锻造成品为喷气发动机的叶片。在另一个实施例中，如下所述，锻造成品为发动机包容环。
[0006]在另一方面，一种方法可包括采用增材制造来制作金属预成型件，并且在所述采用步骤同时或之后，经由以下的至少一种方式将金属预成型件加工为加工成品:(i)乳制，(?)环乳，(iii)环锻，(iv)成形乳制，(v)挤压，以及(vi)它们的组合。在一个实施例中，加工方式为乳制。在另一个实施例中，加工方式为环乳。在又一个实施例中，加工方式为环锻。在另一个实施例中，加工方式为成形乳制。在又一个实施例中，加工方式为挤压。
[0007]当金属预成型件包含T1-6A1_4V合金时，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度，并且使金属预成型件与锻模接触。就这一点而言，接触步骤可包括借助锻模使金属预成型件变形。在一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现0.05到1.10的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.10的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.20的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.25的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.30的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.35的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于1.00的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.90的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.80的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.70的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.60的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.50的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.45的真应变。如上所述，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度。
[0008]在一个方面，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度。在一种方法中，金属预成型件被加热至850°C到978°C的锻坯温度。在一个实施例中，金属预成型件被加热至至少900°C的锻坯温度。在另一个实施例中，金属预成型件被加热至至少950°C的锻坯温度。在又一个实施例中，金属预成型件被加热至至少960°C的锻坯温度。在另一个实施例中，金属预成型件被加热至不高于975°C的锻坯温度。在又一个实施例中，金属预成型件被加热至不高于973°C的锻坯温度。
[0009]在一个方面，采用增材制造来制作金属预成型件的步骤可包括通过增材制造将材料添加到建造基底中，从而制作金属预成型件。在一个实施例中，该材料为具有第一强度的第一材料，并且其中建造基底由具有第二强度的第二材料构成。第一材料可具有第一疲劳性能，第二材料可具有第二疲劳性能。例如，可通过增材制造将具有低强度和高韧性的一层第一材料添加到由具有高强度和低韧性的第二材料构成的建造基底中，从而制作用于(例如)射击应用的金属预成型件。
[0010]在一个实施例中，建造基底包含第一材料的第一环，并且所述采用步骤包括通过增材制造将第二材料添加到第一环中，从而形成第二环，其中第二环与第一环成为一体。就这一点而言，
[0011]在另一方面，该方法可包括在锻造步骤之后将锻造成品退火。在一个实施例中，当金属预成型件包含T1-6A1-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约640°C到约816°C的温度。在另一个实施例中，当金属预成型件包含T1-6A1-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约670°C到约750°C的温度。在又一个实施例中，当金属预成型件包含T1-6A1-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约700°C到约740°C的温度。在另一个实施例中，当金属预成型件包含T1-6A1-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约732 °C的温度。
【附图说明】
[0012]图1为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图。
[0013]图2为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图，其中该方法包括可选的退火步骤。
[0014]图3至图4为示出实例1的数据的图表。
[0015]图5为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图，其中锻造成品包括一体的建造基底。
[0016]图6为制作锻造成品的方法的另一个实施例的示意图，其中锻造成品包括一体的建造基底。
[0017]图7为示出圆柱形预成型件的横向取向和纵向取向的图示。
[0018]图8为完工的T1-6A1_4V金属预成型件的一个实施例沿横向截取的显微图。
[0019]图9为经过预热的T1-6A1_4V金属预成型件的一个实施例沿横向截取的显微图。
[0020]图10为T1-6A1_4V锻造成品的一个实施例沿横向截取的显微图。
[0021]图11为经过退火的T1-6A1_4V锻造成品的一个实施例沿横向截取的显微图。
【具体实施方式】
[0022]现在将详细地参考附图，这些附图至少有助于说明本公开所提供的新技术的各种相关实施例。
[0023]图1示出了用于制作锻造金属产品的新方法的一个实施例。在图示实施例中，该方法包括通过增材制造来制备(100)金属预成型件，然后将该金属预成型件锻造(200)成锻造成品(例如，终形产品或近终形产品)的步骤。在锻造步骤(200)之后，锻造成品可不需要额外的机械加工或其他加工步骤，因而有利于降低总制造成本。此外，锻造成品可实现改进的性能(例如，相对于纯增材制造的部件而言)。
[0024]增材制造步骤(100)制备金属预成型件。增材制造(或三维打印)是一种采用数字打印技术来将若干材料层相继沉积的工艺。因此，可制作精确设计的产品。由增材制造步骤(100)制作的金属预成型件可由任何适用于增材制造和锻造两者的金属制成，这些金属包括例如钛、铝、镍(例如，铬