[发明专利]用于增强可锻性的润滑方法

说明书

关于联邦赞助的研发的陈述

本发明是在美国政府支持下以高新技术项目基金会(AdvancedTechnology Program Award)编号70NANB7H7038进行研发的，其由美国商务部的美国国家标准与技术研究院(NIST)授予。美国政府对本发明可以具有一定的权力。

技术领域

本公开针对用于减少锻造操作期间模具与工件之间的摩擦并且增加工件(例如，金属、合金锭和钢坯)的可锻性的方法。

背景

“锻造”是指固态材料通过塑性变形的作业和/或成形。锻造不同于其它主要类别的固态材料成型操作，也就是不同于机械加工(通过切割、研磨或以其它方式将材料从工件上去除的工件成形方式)以及浇铸(模制液体材料凝固后可保持模具形状)。可锻性是材料在不发生损坏的情况下进行塑性变形的相对能力。可锻性取决于许多因素，包括例如锻造条件(例如，工件温度、模具温度以及变形率)以及材料特征(例如，组成、微结构以及表面结构)。影响给定工件的可锻性的另一个因素是相互作用的模具表面与工件表面的摩擦学相关因素。

在锻造操作中模具表面与工件表面之间的相互作用包括热传递、摩擦以及磨损。这样一来，工件与锻造模具之间的绝缘和润滑是影响可锻性的因素。在锻造操作中，通过使用润滑剂来减少摩擦。然而，现有的锻造润滑剂存在多种缺陷，特别是在热锻钛合金和超耐热合金的情况下。本公开针对用于减少锻造操作期间模具与工件之间的摩擦的润滑方法，所述方法克服了现有锻造润滑方法的多种缺陷。

概述

本文所公开的实施方案针对锻造润滑方法，所述方法包括将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间。模具向工件施加力以使工件发生塑性变形。在锻造过程中模具与工件之间的剪切因子小于0.20。

本文所公开的其它实施方案针对锻造润滑方法，所述方法包括将固体石墨薄片安置在锻造设备中的钛或钛合金工件与模具之间。模具向工件施加力以使工件在范围为1000°F至2000°F的温度下发生塑性变形。在锻造过程中模具与工件之间的剪切因子小于0.20。

应理解的是，本文所公开和描述的本发明并不限于本概述中公开的实施方案。

附图简述

通过参考附图，可以更好地理解本文所公开和描述的某些非限制性实施方案的多种特征，其中：

图1A是示出无摩擦条件下工件的开模顶部锻造的截面示意图，并且图1B是示出大摩擦条件下相同工件的开模顶部锻造的截面示意图；

图2A、图2B以及图2C是包裹在固体润滑剂薄片中的圆筒形工件的透视图；

图3A和图3C是示出不具有固体润滑剂薄片情况下开模锻造操作的截面示意图，并且图3B和图3D是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同开模锻造操作的截面示意图；

图4A、图4C以及图4E是示出不具有固体润滑剂薄片情况下开模锻造操作的截面示意图，并且图4B、图4D以及图4F是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同开模锻造操作的截面示意图；

图5A是示出不具有固体润滑剂薄片情况下径向锻造操作的截面示意图，并且图5B是根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同径向锻造操作的截面示意图；

图6A和图6C是示出不具有固体润滑剂薄片情况下闭模锻造操作的截面示意图，并且图6B和图6D是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同闭模锻造操作的截面示意图；

图7A、图7A、图7B以及图7D是示出固体润滑剂薄片以及绝缘薄片相对于锻造设备中的工件和模具的各种配置的截面示意图；

图8是示出圆环压缩试验的一般设置的截面示意图；

图9是示出圆环压缩试验中在多种摩擦条件下压缩的环的形状的截面示意图；

图10A是圆环压缩试验中环试样压缩之前的透视截面视图，图10B是圆环压缩试验中环试样以相对较小摩擦下压缩之后的透视截面视图，并且图10C是圆环压缩试验中环试样以相对较大摩擦压缩之后的透视截面视图；

图11A是圆环压缩试验中环试样压缩之前的俯视图，并且图11B是圆环压缩试验中环试样压缩之前的侧视图；并且

图12是针对Ti-6Al-4V合金的圆环压缩试验的压缩后的内径与剪切因子之间的相关性的曲线图；

在考虑根据本公开的多种非限制性实施方案的以下详细描述之后，读者将理解前述细节以及其它细节。在实施或使用本文所描述的实施方案之后，读者还会领会附加细节。

非限制性实施方案的详细描述