[发明专利]用于钛和钛合金的加工途径

说明书

发明人 

J.R.M.福布斯 

J.V.曼蒂奥尼 

U.J.德索扎 

J-P.托马斯 

R.S.米尼桑德拉姆 

R.L.肯尼迪 

R.M.戴维斯 

关于联邦资助研究或开发的声明 

本发明是在美国政府的支持下、根据美国商务部的国家标准和技术研究所(National Institute of Standards and Technology；NIST)授予的NIST合同号70NANB7H7038来进行的。美国政府可享有本发明的某些权利。 

技术背景

技术领域

本公开针对用于钛和钛合金的锻造方法和进行这些方法的设备。 

技术背景描述 

生产具有粗粒(CG)、细粒(FG)、极细粒(VFG)或超细粒(UFG)微观结构的钛和钛合金的方法涉及使用多个再加热和锻造步骤。锻造步骤可包括在开式压模上的除了拉伸锻造以外的一个或多个镦粗锻造步骤。 

如本文使用，在提及钛和钛合金微观结构时：术语“粗粒”是指400μm至大于约14μm的α颗粒大小；术语“细粒”是指在14μm至大于10μm范围内的α颗粒大小；术语“极细粒”是指10μm至大于4.0μm的α颗粒大小；并且术语“超细粒”是指4.0μm或更小的α颗粒大小。 

锻造钛和钛合金以便产生粗(CG)或细粒(FG)微观结构的已知商业方法通过使用多个再加热和锻造步骤来使用0.03s^-1至0.10s^-1的应变率。 

意图用于制造细(FG)、极细(VFG)或超细粒(UFG)微观结构的已知方法采用0.001s^-1或更慢的超慢应变率下的多轴锻造(MAF)过程(参见G.Salishchev等，Materials Science Forum(材料科学论坛)第584-586卷，第783-788页(2008))。一般MAF过程描述于C.Desrayaud等，Journal of Materials Processing Technology(材料加工技术)172，pp.152-156(2006)。 

超慢应变率MAF过程中的颗粒细化的关键是在由所使用的超慢应变率，即0.001s^-1或更慢的应变率所产生的动态再结晶状况下连续运作的能力。在动态再结晶期间，颗粒同时成核、生长并且积累位移。新成核颗粒内的位移的产生连续地减少颗粒生长的驱动力，并且颗粒成核在能量方面为有利的。超慢应变率MAF过程使用动态再结晶以便在锻造过程期间连续地使颗粒再结晶。 

UFG Ti-6-4合金的相对均匀的立方体可使用超慢应变率MAF过程来生产，但是在商业情形中为了执行MAF所耗费的累积时间可为过度的。另外，常规大规模、可商购开式压模锻造设备可能不具有实现这些实施方案中所需要的超慢应变率的能力，并且因此，可能需要定制锻造设备来用于生产规模超慢应变率MAF。 

因此，开发用于生产具有粗的、细的、极细或超细粒微观结构的钛和钛合金的过程为有利的，所述过程不需要多个再加热且/或顾及较高应变率、减少加工所需时间，并且消除对于定制锻造装备的需要。 

概述