[发明专利]用于制备晶粒尺寸均匀的热加工亚稳合金的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年3月15日的序列号为61/793,690的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用完全并入本文。

背景技术

本公开涉及一种制备晶粒尺寸均匀的热加工Cu-Ni-Sn亚稳合金(spinodal alloys)的方法。通常，所述方法可用于产生没有开裂的晶粒尺寸均匀的亚稳合金而无需进行匀质化步骤。代替匀质化步骤的是，铸态(as-cast)金属合金经特定的热处理步骤而产生晶粒尺寸均匀的亚稳合金。

传统上，用于产生晶粒尺寸均匀的金属合金的方法包括与其他热处理和/或冷加工步骤组合的匀质化步骤。匀质化是通用术语，通常用来描述旨在纠正存在于界面处的溶质元素分布和金属间结构改变方面的微观缺陷的热处理。匀质化处理的一个可以接受的结果是，铸态金属的元素分布变得更加均匀。另一个结果包括形成大的金属间颗粒，其在铸造过程中形成并可在加热过程中被破碎和除去。

在进行冷轧或其他热加工工序之前，通常需要进行匀质化工序以将金属转化成更可用的形式和/或改善轧制产品的最终性能。进行匀质化以使微观浓度梯度均衡。通常通过如下方式进行匀质化：加热铸件至高温(高于转变温度，通常接近其熔点)达几小时至几天，不对铸件进行机械加工，然后冷却回到环境温度。

由于在铸造产品中发现了由凝固的早期阶段或最终阶段而导致的微观组织缺陷，因此需要均质化步骤。这类缺陷包括晶粒大小不均匀和化学偏析。凝固后的开裂由铸造过程中产生的宏观应力引起，其导致在凝固完成前开裂以穿晶方式形成。凝固前的开裂也是由铸造过程中产生的宏观应力所导致的。

生产均匀晶粒尺寸的传统方法具有公认的局限性。主要地，它们通常需要匀质化步骤，这会引起促进开裂的不需要的宏观应力。

希望提供在不进行匀质化步骤的情况下制备晶粒尺寸均匀的亚稳合金的方法。这种方法将是有利的，因为它们减少了在亚稳合金中出现宏观应力和开裂的机会。

发明内容

本公开涉及将铸态亚稳合金转变为晶粒尺寸均匀的锻造产品的方法。通常，不需要匀质化步骤。概括而言，加热所述合金的铸件，然后热加工，接着空气冷却至室温。所述加热—热加工—空气冷却是重复进行的。所得工件具有均匀的晶粒尺寸。意想不到的是，发现具有高溶质含量的合金不需要单独的热匀质化处理，并且还发现在较高的温度下进行机械加工之前，在较低的温度下进行机械加工产生了均匀的晶粒结构。

本文的多种实施方案公开了用于制备制品的方法，依次包括：加热铸件至约1100°F至约1400°F的第一温度持续约10小时至约14小时的第一时间，所述铸件包括亚稳合金；进行所述铸件的第一热加工压缩(hot work reduction)；空气冷却所述铸件至第一环境温度；加热所述铸件到至少1600°F的第二温度持续第二时间；使所述铸件暴露于第三温度下持续第三时间；进行所述铸件的第二热加工压缩；以及空气冷却所述铸件至最终环境温度以产生制品。无需匀质化步骤。

在某些实施方案中，所述第三温度比所述第二温度高至少约50°F，且所述第三时间为约2小时至约6小时。

在其他实施方案中，所述第三温度比所述第二温度低至少约50°F，且所述第三时间为约2小时至约6小时，并且将所述铸件从所述第二温度空气冷却降至所述第三温度。

所述第二温度可为1600°F至约1800°F。所述第二时间可为约12小时至约48小时。

所述第三温度可为约1600°F至约1750°F。所述第三时间可为约4小时。

所述第一环境温度和所述第二环境温度通常是室温，即23℃-25℃。

所述铸态亚稳合金通常是铜-镍-锡合金。所述铜-镍-锡合金可包含约8至约20重量％的镍和约5至约11重量％的锡，余量为铜。在更具体的实施方案中，所述铜-镍-锡铸态亚稳合金包含约8至约10重量％的镍和约5至约8重量％的锡。

所述第一热加工压缩可将铸件面积减小至少30％。相似的，所述第二热加工压缩可将铸件面积减小至少30％。

所述第一温度可为约1200°F至约1350°F。所述第二温度可为约1650°F至约1750°F。

在特定实施方案中，所述第一时间为约12小时；所述第一温度为约1350°F。在其他实施方案中，所述第二时间为约24小时；所述第二温度为约1700°F。