应变加工的样品显示出用于生产超细颗粒结构的显著前 景。这个结果是完全未预料到的。
[0062] 在根据本公开的某些非限制性实施方案中，一种用于生产超细颗粒大小的方法包 括以下步骤：1)选择表现出比Ti-6-4合金更慢的有效a相生长动力学的钛合金；2)使所 述钛合金0退火以产生细的稳定的a板条大小；以及3)高应变率MAF(或相似的衍生过 程，如'538申请中公开的多次镦粗和拉伸（MUD)过程）至至少1.0的总应变，或在另一个 实施方案中，至至少1. 〇直至小于3. 5的总应变。如本文所用，用于描述颗粒和板条大小的 词语"细"是指能够实现的最小颗粒和板条大小，其在非限制性实施方案中是近似1um。词 语"稳定的"在本文中用来意指多轴锻造步骤不会使a颗粒大小显著变粗，并且不会使a 颗粒大小增加超过约100%。
[0063]图2中的流程图和图3中的示意性图示说明根据本公开的使用高应变率多轴锻造 (MAF)来细化钛合金的颗粒大小的方法（16)的非限制性实施方案的方面。在多轴锻造（26) 之前，使钛合金工件24 0退火（18)并且冷却（20)。空气冷却在较小工件的情况下是可能 的，例如像4英寸立方体；然而，还可使用水或液体冷却。较快冷却速度产生较细的板条和 a颗粒大小。0退火（18)包括将工件24加热至高于工件24的钛合金的0转变温度并 且保持足以形成工件24中的所有0相的时间。0退火（18)是普通技术人员熟知的过程， 并且因此不在本文中详细地描述。0退火的非限制性实施方案可包括将工件24加热至高 于钛合金的0转变温度的0退火温度（即约50°F(27. 8°C))并且将工件24保持在所述 温度下约1小时。
[0064] 在0退火（18)之后，将工件24冷却（20)至低于工件24的钛合金的0转变温 度的温度。在本公开的非限制性实施方案中，将工件冷却至环境温度。如本文所用，"环境 温度"是指周围环境的温度。例如，在非限制性商业生产情境中，"环境温度"是指工厂周围 环境的温度。在一个非限制性实施方案中，冷却（20)可包括淬火。淬火包括将工件24浸 入水、油、或另一种适合的液体中，并且是冶金领域中的技术人员所理解的过程。在其它非 限制性实施方案中，特别是对于较小大小的工件来说，冷却（20)可包括空气冷却。本领域 技术人员现在或将来已知的冷却钛合金工件24的任何方法在本公开的范围内。此外，在某 些非限制性实施方案中，冷却（20)包括直接冷却至工件锻造温度范围内的工件锻造温度 以用于随后高应变率多轴锻造。
[0065] 在冷却（20)工件之后，使工件经受高应变率多轴锻造（26)。正如本领域的普通技 术人员所理解的那样，多轴锻造（"MAF"）（其还可被称为"A-B-C"锻造）是一种大塑性变 形形式。根据本公开的非限制性实施方案的高应变率多轴锻造（26)包括将包含钛合金的 工件24加热（图2中的步骤22)至工件锻造温度范围内的工件锻造温度，所述温度在钛合 金的a+0相场内，接着使用高应变率的MAF(26)。在冷却步骤（20)包括冷却至工件锻造 温度范围内的温度的一个实施方案中明显的是，加热步骤（22)不是必需的。
[0066] 高应变率在高应变率MAF中用于绝热地加热工件的内部区域。然而，在根据本公 开的非限制性实施方案中，至少在循环中的高应变率MAF的最后A-B-C撞击循环中，钛合 金工件24的内部区域的温度不应超过钛合金工件的0转变温度（Tp)。因此，在这类非限 制性实施方案中，至少对于高应变率MAF的最后A-B-C撞击循环或至少循环的最后撞击来 说，工件锻造温度应加以选择以便确保在高应变率MAF期间工件的内部区域的温度不等于 或超过合金的0-转变温度。例如，在根据本公开的非限制性实施方案中，工件的内部区域 的温度在MAF中的A-B-C撞击的至少最后高应变率循环期间或在至少最后压力锻造撞击期 间、当在工件的至少一个区域中实现至少1. 0或至少1. 0直至小于3. 5范围内的总应变时 不超过合金的0转变温度以下20°F(11. 1°C)，即Tp-20°F(Tp-ll. 1°C)。
[0067] 在根据本公开的高应变率MAF的非限制性实施方案中，工件锻造温度包括工件锻 造温度范围内的温度。在一个非限制性实施方案中，工件锻造温度范围是低于工件的钛合 金的0转变温度（Tp) 100°F(55. 6°C)至低于钛合金的0转变温度700°F(388. 9°C)。 在仍然另一个非限制性实施方案中，工件锻造温度范围是低于钛合金的0转变温度 300°F(166. 7°C)至低于钛合金的0转变温度625°F(347°C)。在非限制性实施方案中， 工件锻造温度范围的下端是a+0相场中的温度，在所述相场中工件表面在锻造撞击期间 未发生损伤，例如像裂纹形成和刨削。
[0068] 在应用于具有约1820°F(996°C)的0转变温度（Tp)的Ti-6-2-4-2合金的 图2中所示的非限制性方法实施方案中，工件锻造温度范围可以是1120°F(604. 4°C) 至1720°F(937. 8 °C)，或在另一个实施方案中可以是1195°F(646. 1°C)至 1520°F(826.7°C)。在应用于具有约 1720°F(940°C)的 0 转变温度（Tp)的Ti-6-2-4-6 合 金的图2中所示的非限制性方法实施方案中，工件锻造温度范围可以是1020°F(548. 9°C) 至1620°F(882. 2 °C)，或在另一个实施方案中可以是1095°F(590. 6°C)至 1420°F(771. 1°C)。在另一个非限制性实施方案中，在将图2中所示的实施方案应用于还可 被称为"Ti-4Al-2. 5V"合金并且具有约1780°F(971. 1°C)的0转变温度（Tp)的ATI4251? 合金（UNSR54250)时，工件锻造温度范围可以是1080°F(582. 2°C)至1680°F(915. 6°C)， 或在另一个实施方案中可以是1155°F(623. 9°C)至1480°F(804. 4°C)。在另一个非限制 性实施方案中，在将图2的本公开的实施方案应用于还可被称为"Ti-6-6-2"合金并且具有 约 1735°F(946. 1°C)的 0 转变温度（Tp)的Ti-6Al-6V-2Sn合金（UNS56620)时，工件 锻造温度范围可以是1035°F(527.2°C)至1635°F(890.6°C)，或在另一个实施方案中可 以是1115°F(601. 7°C)至1435°F(779. 4°C)。本公开涉及施加高应变率多轴锻造及其衍 生物，如' 538申请中公开的针对钛合金的MUD方法，所述钛合金具有比Ti-6-4合金更慢的 有效a沉淀和生长动力学。
[0069] 再次参见图2和3,当钛合金工件24在工件锻造温度下时，工件24经受高应变率 MAF(26)。在根据本公开的非限制性实施方案中，MAF(26)包括使用足以绝热地加热工件， 或至少绝热地加热工件的内部区域，并且使工件24塑性变形的应变率、在工件的第一正交 轴30的方向（A)上在工件锻造温度下压力锻造（步骤28,在图3(a)中示出）工件24。
[0070] 在根据本公开的高应变率MAF的非限制性实施方案中，高应变率和快速冲压速度 用于绝热地加热工件的内部区域。在根据本公开的非限制性实施方案中，术语"高应变率" 是指约0. 2^至约0. 8s-1范围内的应变率。在根据本公开的另一个非限制性实施方案中， 术语"高应变率"是指约0. 2s_i至约0. 4s范围内的应变率。
[0071] 在根据本公开的非限制性实施方案中，使用如在上文中定义的高应变率，钛合 金工件的内部区域可绝热地加热至高于工件锻造温度约200°F(111.rc)。在另一个 非限制性实施方案中，在压力锻造期间，将内部区域绝热地加热至高于工件锻造温度约 100°F(55. 6°C)至约300°F(166. 7°C)范围内的温度。在另一个非限制性实施方案中， 在压力锻造期间，将内部区域绝热地加热至高于工件锻造温度约150°F(83. 3°C)至约 250°F(138. 9°C)范围内的温度。如以上提及，在非限制性实施方案中，在高应变率A-B-C MAF撞击的最后循环期间或在正交轴上最后撞击期间，没有一部分的工件应加热至高于钛 合金的转变温度。
[0072] 在非限制性实施方案中，在压力锻造（28)期间，工件24塑性变形至高度或另一 种尺寸减少20%至50%的范围，S卩，所述尺寸减少所述范围内的百分比。在另一个非限制 性实施方案中，在压力锻造（28)期间，工件24塑性变形至高度或另一种尺寸减少30%至 40 %的范围。
[0073] 已知的超慢应变率（0.OOlf或更慢）多轴锻造过程示意性地描绘于图4中。通 常，多轴锻造的方面为在通过锻造设备（其可以是例如开式锻造模）每三次冲击（即，"三 次撞击"）之后，工件的形状和大小接近正好在所述三次撞击循环的第一撞击之前的工件的 形状和大小。例如，在5英寸侧面的立方体形状的工件最初在"a"轴方向上以第一"撞击" 来锻造、旋转90°并且在正交"b"轴方向上以第二撞击来锻造、并且然后旋转90°并在正 交"c"轴方向上以第三撞击来锻造之后，工件将类似于起始立方体并且包括大约5英寸侧 面。换言之，虽然三次撞击循环使立方体在三个步骤中沿所述立方体的三个正交轴变形，但 是由于工件在单独撞击之间重新定位并且在每次撞击期间减少的选择，三次锻造变形的总 结果是使立方体返回至大约其初始形状和大小。
[0074] 在根据本公开的另一个非限制性实施方案中，在图2(a)中示出的在本文中还称 为"第一撞击"的第一压力锻造步骤（28)可包括在工件处于工件锻造温度范围内的温度下 的同时自顶向下压力锻造工件至预定间隔物高度。如本文所使用，术语"间隔物高度"是指 在完成特定压力锻造减少时工件的尺寸。例如，对于5英寸的间隔物高度来说，工件被锻造 至约5英寸的尺寸。在本公开的方法的具体非限制性实施方案中，间隔物高度是例如5英 寸。在另一个非限制性实施方案中，间隔物高度是3. 25英寸。例如像小于5英寸、约4英 寸、约3英寸、大于5英寸或5英寸直至30英寸的其它间隔物高度在本文中的实施方案的 范围内，但是不应被认为限制本公开的范围。间隔物高度仅受锻造能力限制，并且任选地如 将在本文中所见，受根据本公开的非限制性实施方案的热管理系统的能力限制以便将工件 维持在工件锻造温度下。小于3英寸的间隔物高度也在本文所公开的实施方案的范围内， 并且这类相对小的间隔物高度仅受成品的所需特性限制。使用约30英寸的间隔物高度（例 如在根据本公开的方法中）允许生产具有细颗粒大小、极细颗粒大小或超细颗粒大小的小 钢坯大小（例如30英寸侧面）的立方体形状的钛合金形式。小钢坯大小的立方体形状形 式的常规合金已用作被锻造成例如用于航空或陆基涡轮机的盘、环和罩零件的工件。
[0075] 应在根据本公开的方法的各种非限制性实施方案中采用的预定间隔物高度可由 本领域的普通技术人员确定而无需关于考虑本公开的过度实