Изделия, системы и способы для ковки сплавов

Изделия, системы и способы для ковки сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к слиткам и другим заготовкам из сплава. Более конкретно, настоящее изобретение относится к изделиям, системам и способам обработки слитков и других заготовок из сплава.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Термин "ковка" относится к обработке и/или формированию твердого материала путем пластического деформирования. Ковка отличается от других основных операций обработки твердого материала, т.е., механической обработки (формирования заготовки, разрезания, размалывания или иного удаления материал из заготовки) и литья (формования жидкого материала, который отверждают для придания ему форму литейной изложницы). Термин "способность деформироваться при ковке" относится к свойству материала пластически деформироваться без разрушения. Способность деформироваться при ковке зависит от ряда факторов, включая, например, условия ковки (например, температуру заготовки, температуру штампа и скорость деформации) и характеристики материала (например, состав, микроструктуру и поверхностную структуру). Другим фактором, который влияет на способность деформироваться при ковке данной заготовки, является трение взаимодействующих поверхностей штампа и поверхностей заготовки. Взаимодействие между поверхностями штампа и поверхностями заготовки во время операции ковки включает теплопередачу, трение и износ. Также, на способность деформироваться при ковке могут влиять теплоизоляция и/или смазка между заготовкой и ковочными штампами.

[0003] Некоторые сплавы могут быть охарактеризованы как являющиеся "чувствительными к образованию трещин". Слитки и другие заготовки, сформированные из чувствительных к образованию трещин сплавов, могут формировать трещины вдоль своей поверхности и/или краев или внутри во время операций ковки, если материал в поверхностных областях и внутри смещается с различными скоростями. Формирование изделий из чувствительных к образованию трещин сплавов может быть проблематичным, поскольку, например, трещины, образованные во время ковки или других операций горячей обработки, должны быть удалены из обработанного изделия, что увеличивает время изготовления и затраты с одновременным снижением выпуска продукции.

[0004] Известно, что трение во время операций ковки может быть снижено путем использования смазок. Ненадлежащая или несоответствующая смазка при ковке может привести к неоднородному пластическому деформированию заготовки, что в целом является нежелательным. Например, неоднородное пластическое деформирование может привести к "бочкообразности" заготовки и/или формированию полостей в заготовке во время операций ковки. Однако известные смазочные материалы для ковки могут иметь различные недостатки, которые приводят к изготовлению кованых изделий, не отвечающих требованиям стандартов.

[0005] Исходя из недостатков известных способов ковки, задача настоящего изобретения предпочтительно состоит в создании более эффективного и/или более рентабельного способа ковки сплавов, особенно тех, которые являются чувствительными к образованию трещин. Другая задача настоящего изобретения предпочтительно состоит в снижении трения между штампами и заготовками во время операций ковки. В более общем смысле, задача настоящего изобретения предпочтительно состоит в создании усовершенствованного способа ковки слитков и других заготовок из сплава.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации предложены изделия, системы и способы обработки слитков и других заготовок из сплава.

[0007] Различные неограничивающие варианты реализации настоящего изобретения относятся к системе для ковки заготовки. Система может содержать штамп, заготовку из сплава и прокладку, расположенную между по меньшей мере частью штампа и заготовкой из сплава. Прокладка может содержать множество слоев, включая первый слой, имеющий первую теплостойкость и первый коэффициент трения, и второй слой, имеющий вторую теплостойкость и второй коэффициент трения. Первая теплостойкость может быть больше, чем вторая теплостойкость, и первый коэффициент трения может быть больше, чем второй коэффициент трения. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации первый слой содержит материал KOAWOOL, и второй слой содержит стекловолокно.

[0008] Дополнительные неограничивающие варианты реализации настоящего изобретения относятся к многослойной прокладке для использования во время операции ковки, причем многослойная прокладка содержит первый смазочный слой, второй смазочный слой и первый изолирующий слой, расположенный между первым и вторым смазочными слоями. Первый смазочный слой может дополнительно содержать контактирующую с заготовкой поверхность, и второй смазочный слой может дополнительно содержать контактирующую со штампом поверхность. По меньшей мере один из первого и второго смазочных слоев может содержать стекловолокно, и первый изолирующий слой может содержать керамические волокна. Коэффициент трения первого и второго смазочных слоев может быть меньше, чем коэффициент трения первого изолирующего слоя, и/или удельная теплопроводность первого изолирующего слоя может быть меньше, чем удельная теплопроводность первого и второго смазочных слоев. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации многослойная прокладка может содержать крепежную деталь для скрепления по меньшей мере первого и второго смазочных слоев друг с другом. Кроме того, согласно различным неограничивающим вариантам реализации первый и второй смазочные слои могут формировать втулку, в которой расположен изолирующий слой.

[0009] Согласно другим неограничивающим вариантам реализации настоящее изобретение относится к способу горячей обработки заготовки, включающему этапы, согласно которым: нагревают заготовку из сплава до температуры выше комнатной температуры, размещают многослойную прокладку между заготовкой из сплава и штампом, причем многослойная прокладка содержит смазочный слой и теплостойкий слой, и выполняют горячую обработку заготовки из сплава. Горячая обработка заготовки из сплава может включать приложение силы штампом к заготовке из сплава для пластического деформирования заготовки из сплава. Приложение силы штампом к заготовке из сплава для пластического деформирования заготовки из сплава может включать ковку осадкой заготовки из сплава. Способ может дополнительно включать размещение множества многослойных прокладок между заготовкой из сплава и по меньшей мере одним штампом, подготовку заготовки из сплава и/или изготовление изделия из подвергнутой горячей обработке заготовки из сплава. Подвергание заготовки действию температур выше комнатной температуры может включать нагревание заготовки из сплава до температуры выше температуры рекристаллизации сплава и ниже температуры точки плавления сплава.

[0010] Дополнительные неограничивающие варианты реализации настоящего изобретения относятся к заготовкам из сплава, выполненным или обработанным согласно любому из способов согласно настоящему изобретению.

[0011] Другие дополнительные неограничивающие варианты реализации настоящего изобретения относятся к промышленным изделиям, изготовленным из заготовок из сплава, выполненных или обработанных согласно любому из способов настоящего изобретения, или содержащим такие заготовки. Такие промышленные изделия включают, например, компоненты реактивного двигателя, компоненты наземных турбин, клапаны, компоненты двигателя, валы и крепежные детали.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Различные неограничивающие описанные в настоящей заявке варианты реализации могут быть лучше поняты из рассмотрения следующего ниже подробного описания со ссылкой на фигуры сопроводительных чертежей, на которых:

[0013] на ФИГ. 1А-1С в разрезе схематически показаны диаграммы, показывающие способ ковки осадкой с использованием матричного штампа для формирования головки крепежной детали;

[0014] на ФИГ. 2А показан вид сбоку головки крепежной детали, сформированной способом ковки осадкой на матричном штампе, показанном на ФИГ. 1А-1С;

[0015] на ФИГ. 2В показан увеличенный вид сбоку головки крепежной детали, показанной на ФИГ. 2А;

[0016] на ФИГ. 3А в разрезе схематически показана система для ковки осадкой в открытом штампе, работающая в условиях без трения;

[0017] на ФИГ. 3В в разрезе схематически показана система для ковки осадкой в открытом штампе, работающая в условиях высокого трения;

[0018] на ФИГ. 4А и 4В схематически в разрезе показаны диаграммы, показывающие операцию ковки осадкой в открытом штампе с многослойной прокладкой, расположенной между открытым штампом и заготовкой, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0019] на ФИГ. 5 схематически показана система для ковки осадкой в матричном штампе с многослойной прокладкой, расположенной между матричным штампом и заготовкой, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0020] на ФИГ. 6А показан вид сбоку головки крепежной детали, сформированной посредством системы для ковки осадкой в матричном штампе, показанной на ФИГ. 5, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0021] На ФИГ. 6В показан увеличенный вид сбоку головки крепежной детали, показанной на ФИГ. 6А, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0022] на ФИГ. 7 показан перспективный вид многослойной прокладки для использования в операции ковки согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0023] на ФИГ. 8 показан вид сбоку многослойной прокладки, показанной на ФИГ. 7, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0024] на ФИГ. 9 в разрезе показан вид сбоку многослойной прокладки для использования в операции ковки согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0025] на ФИГ. 10 показан вид сверху многослойной прокладки, показанной на ФИГ. 9, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения;

[0026] на ФИГ. 11 показан вид сверху многослойной прокладки для использования в операции ковки, показывающий многослойную прокладку в частично собранной конфигурации, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения; и

[0027] на ФИГ. 12 показан вид сверху многослойной прокладки, показанной на ФИГ. 11, показывающий многослойную прокладку в собранной конфигурации, согласно различным неограничивающим вариантам реализации настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Следует понимать, что некоторые описания представленных в настоящей заявке вариантов реализации упрощены для объяснения только тех элементов, особенностей и аспектов, которые непосредственно относятся к ясному пониманию описанных вариантов реализации, в то время как в целях ясности описание других элементов, особенностей и аспектов опущено. Специалисты после рассмотрения настоящего описания представленных вариантов реализации, согласятся, что для конкретного выполнения или применения описанных вариантов реализации могут оказаться предпочтительными другие элементы и/или особенности. Однако, поскольку такие другие элементы и/или особенности могут быть легко установлены и осуществлены специалистами после рассмотрения настоящего описания представленных вариантов реализации и, таким образом, не являются необходимыми для полного понимания описанных вариантов реализации, описание таких элементов и/или особенностей не представлено в настоящей заявке. Также, следует понимать, что описание, приведенное в настоящей заявке, является просто примером, иллюстрирует описанные варианты реализации и не предназначено для ограничения объема защиты настоящего изобретения, определенного исключительно пунктами приложенной формулы.

[0029] В настоящем описании неограничивающих вариантов реализации, в отличие от рабочих примеров или ситуаций, в которых указано иное, все числа, выражающие количества или характеристики, должны пониматься как изменяемые во всех случаях термином "примерно". Соответственно, если не указано обратное, любые числовые параметры, сформулированные в следующем описании, являются приближениями, которые могут быть изменены в зависимости от требуемых свойств, которые необходимо получить с использованием способов согласно настоящему изобретению. Например, термин "примерно" может относиться до приемлемой степени ошибки к измеренному количеству с учетом природы или точности измерения. Типичные примерные степени ошибки могут находиться в пределах 20%, 10% или 5% данного значения или диапазона значений. По крайней мере, но не в качестве попытки ограничения применения доктрины эквивалентов к объему защиты, определенному в пунктах приложенной формулы, каждый числовой параметр должен быть рассмотрен по меньшей мере в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных способов округления.

[0030] Кроме того, любой числовой диапазон, указанный в настоящей заявке, включает все поддиапазоны, отнесенные к его категории. Например, диапазон "1-10" предназначен для содержания всех поддиапазонов между (и включая) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, т.е., имеющих минимальное значение, которое равно или больше, чем 1, и максимальное значение, которое равно или меньше, чем 10. Любое максимальное числовое ограничение, указанное в настоящей заявке, содержит все более низкие числовые ограничения, включенные в его категорию, и любое минимальное числовое ограничение, указанное в настоящей заявке, содержит все более высокие числовые ограничения, включенные в его категорию. Соответственно, Заявители резервируют право на исправление настоящего изобретения, включая пункты приложенной формулы, для явного указания любого поддиапазона, включенного в категорию диапазонов, явно указанных в настоящей заявке. Все такие диапазоны предназначены для имманентного раскрытия в настоящей заявке таким образом, что исправление для явного обозначения любых таких поддиапазонов отвечает требованиям Закона 35 Свода законов США, § 112, Статья первая, и Закона 35 Свода законов США, § 132(a).

[0031] Грамматические термины "один" и "некоторый", если используются в настоящем описании, предназначены для толкования во включительном смысле: "по меньшей мере один" или "один или большее количество", если не указано иное. Таким образом, данные термины использованы в настоящей спецификации для обозначения по меньшей мере одного, не только одного (т.е., "по меньшей мере одного") из грамматических объектов термина. Например, термин "компонент" обозначает один или большее количество элементов, и, таким образом, большее количество, чем один элемент, могут быть рассмотрены и могут быть использованы или осуществлены при осуществлении описанных вариантов реализации.

[0032] Любой патент, публикация или другой опубликованный материал, указанный в настоящей заявке, по ссылке полностью включен в настоящую заявку, если не указано иное, но только до степени, в которой указанный включенный материал не противоречит существующим определениям, утверждениям или другим материалам раскрытия, явно сформулированным в настоящей заявке. Также, до необходимой степени положительно выраженное раскрытие, сформулированное в настоящей заявке, заменяет любой противоречивый материал, включенный по ссылке в настоящую заявку. Любой материал или его часть, которая указана как включенная по ссылке в настоящую заявку, но которая находится в противоречии с существующими определениями, утверждениями или другим материалами раскрытия, сформулированного в настоящей заявке, включены в настоящую заявку до степени, при которой не возникает конфликт между этим включенным материалом и существующим материалом раскрытия. Заявитель резервирует за собой право на исправление настоящего изобретения для явного описания любого предмета или его части, включенных по ссылке в настоящую заявку.

[0033] Настоящее изобретение содержит описания различных вариантов реализации. Следует понимать, что все описанные в настоящей заявке варианты реализации представляют собой примеры и являются иллюстративными и неограничивающими. Таким образом, изобретение не ограничено представленным описанием различных примеров, а также иллюстративных и неограничивающих вариантов реализации. Скорее, изобретение ограничено исключительно пунктами приложенной формулы, которые могут быть исправлены для представления любых особенностей, явно или имманентно описанных в настоящей заявке или иначе явно или имманентно поддержанных настоящим изобретением. Таким образом, любые такие изменения отвечают требованиям Закона 35 Свода законов США, § 112, Статья первая, и Закона 35 Свода законов США, § 132(a).

[0034] Различные неограничивающие варианты реализации, описанные и показанные в настоящей заявке, могут включать особенности, аспекты, характеристики, ограничения, и т.п., по-разному описанные в настоящей заявке, состоять из таких особенностей, аспектов, характеристик, ограничений и т.п., или состоять по существу из таких особенностей, аспектов, характеристик, ограничений и т.п. Различные неограничивающие варианты реализации, описанные и показанные в настоящей заявке, также могут включать дополнительные или опциональные аспекты, характеристики, ограничения и т.п., которые являются известными или которые могут иным способом содержаться в различных неограничивающих вариантах реализации как осуществленные на практике.

[0035] Используемый в настоящей заявке термин "горячая обработка" относится к применению силы к твердой заготовке при любой температуре, которая больше, чем комнатная температура, причем приложенная сила пластически деформирует заготовку.

[0036] Во время операций горячей обработки, таких как, например, операции ковки и операции прессования, к слитку или другой заготовке из сплава может быть приложена сила при температуре, которая больше, чем комнатная температура, такая как температура выше температуры рекристаллизации заготовки, для пластического деформирования заготовки. Температура слитка или другой заготовки из сплава, подвергнутых операции горячей обработки, может быть больше, чем температура штампов или других конструкций, используемых для механического приложения силы к поверхности заготовки. В слитке или другой заготовке из сплава могут формироваться температурные градиенты по причине охлаждения поверхности заготовки за счет тепловых потерь при контакте с окружающей атмосферой и смещения температурного градиента между контактными поверхностями заготовки и штампа или других конструкций. Результирующее смещение температурного градиента между поверхностями заготовки и внутренними частями заготовки может привести к растрескиванию слитка вдоль его поверхностей и/или краев во время горячей обработки. Поверхностное растрескивание является особенно проблематичным в ситуациях, в которых слитки или другие заготовки сформированы из чувствительных к образованию трещин сплавов.

[0037] Различные сплавы могут быть охарактеризованы как чувствительные к образованию трещин. Чувствительные к образованию трещин сплавы имеют тенденцию к формированию трещин во время операций обработки. В слитках из чувствительных к образованию трещин сплавов, например, могут формироваться трещины во время операций горячей обработки, используемых для изготовления изделий из слитков из чувствительного к образованию трещин сплава. Например, болванки из сплава могут быть сформированы из слитков из сплава с использованием преобразования ковкой. Другие изделия из сплава могут быть сформированы из болванок или слитков из сплава с использованием прессования или других операций обработки. Выход продукции изделий из сплава (например, болванок из сплава), сформированных из слитков чувствительного к образованию трещин сплава с использованием операций горячей обработки, может быть снижен из-за эффекта поверхностного растрескивания слитков из сплава во время горячей обработки (например, во время ковки или прессования). Выходы продукции могут быть уменьшены по причине необходимости стачивания или удаления иным способом поверхностных трещин из обработанного слитка.

[0038] Согласно различным неограничивающим вариантам реализации различные сплавы на основе никеля, железа, никель-железные сплавы, сплавы основания титана, никель-титановые сплавы, сплавы на основе кобальта и суперсплавы, такие как суперсплавы на основе никеля, могут быть чувствительными к образованию трещин, особенно во время операций горячей обработки. Слиток или другая заготовка из сплава могут быть сформированы из таких чувствительных к образованию трещин сплавов и суперсплавов. Например, заготовка из чувствительного к образованию трещин сплава может быть сформирована из сплавов или суперсплавов, выбранных помимо прочего из сплавов: 718 (UNS №N07718), 720 (UNS №N07720), Rene 41 (UNS №N07041), Rene 65, Rene 88, Waspaloy^® (UNS №N07001) и Inconel^® 100.

[0039] На ФИГ. 1A-1C показан способ горячей обработки путем ковки осадкой, при которой формируют головку крепежной детали. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации матричный штамп 10 и пуансон 12 могут быть использованы для ковки осадкой части заготовки, такой как, например, проволочный прут или металлический прут 20. Проволока 20 может быть нагрета, например, до температуры выше комнатной температуры, в то время как штамп 10 и/или пуансон 12 остаются при комнатной температуре и/или ниже. Как показано на ФИГ. 1А, проволока 20 может быть удержана в штампе 10 и может проходить в отверстие или полость 16 в штампе 10. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации пуансон 12 может быть перемещен в направлении "X" к штампу 10. Например, пуансон 12 может быть перемещен в отверстие 16 в штампе 10 и может входить в контакт с проволокой 20 и прикладывать силу к проволоке 20. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации сила, приложенная к проволоке 20 пуансоном 12, может деформировать проволоку 20 для формирования головки 22 (как показано на ФИГ. 1В). Иными словами, головка 22 может быть сформирована между контактной поверхностью пуансона 12 и контактной поверхностью штампа 10. Как показано на ФИГ. 1С, пуансон 12 может быть удален из отверстия 16, и проволока 20 может быть перемещена сквозь штамп 10. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации лезвие 14 может отрезать проволоку 20 таким образом, что сформированная крепежная деталь 24 (показанный на ФИГ. 2А) высвобождается из ковочного штампа 10.

[0040] Согласно различным неограничивающим вариантам реализации проволока 20 может состоять из чувствительного к образованию трещин сплава. Например, проволока 20 может быть изготовлена из чувствительного к образованию трещин сплава, выбранного из сплавов: 718, 720, Rene 41, Rene 65, Rene 88, Waspaloy^® и Inconel^® 100. В таких вариантах реализации смещение температурного градиента между проволокой 20 и поверхностями штампа 10 и/или пуансона 12, которые входят в контакт с проволокой 20, может привести к растрескиванию вдоль поверхности и/или края сформированной крепежной детали 24. Как показано на ФИГ. 2А и 2В, пример крепежной детали 24, изготовленной способом горячей обработки путем ковки осадкой, как показано на ФИГ. 1А-1С, может содержать различные трещины вдоль кованых поверхностей детали. Например, как показано прежде всего на ФИГ. 2В, поверхность 28 головки 26 крепежной детали может иметь различные трещины, возникшие вследствие смещения температурного градиента во время ковки головки 26. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации для крепежной детали 24 может потребоваться дополнительная механическая обработка для удаления растрескавшейся части материала с ее поверхности 28.

[0041] Один способ, используемый для уменьшения трещинообразование на поверхностях и краях слитков или других заготовок из сплава во время горячей обработки состоит в размещении слитков в оболочку из сплава перед горячей обработкой. В случае цилиндрических заготовок, например, внутренний диаметр оболочки из сплава немного больше, чем наружный диаметр заготовки, в результате чего обеспечена возможность вставления заготовки в оболочку. Оболочка свободно окружает заготовку с образованием воздушного зазора между внутренними поверхностями оболочки и заготовкой. Во время операций горячей обработки штамп взаимодействует с наружной оболочкой, и оболочка термически изолирует заготовку благодаря действию воздушных зазоров и также непосредственно препятствует передаче лучистого тепла от заготовки в окружающую среду. Таким образом, оболочка может термически изолировать и механически защищать поверхности заготовки, в результате чего может быть уменьшена интенсивность растрескивания поверхностей заготовки во время обработки.

[0042] Операция размещения в оболочке заготовки может быть сопряжена с различными недостатками. Например, механический контакт между штампами и наружными поверхностями оболочки может разломить оболочку на части. В одном конкретном случае во время повторной ковки осадкой размещенной в оболочке заготовки сплав может разломиться на части между операциями ковки осадкой. В таком случае заготовка, возможно, должна быть повторно размещена в оболочке между операциями ковки осадкой, что увеличивает сложность способа и затраты. В другом конкретном случае во время ковки осадкой и вытяжкой размещенной в оболочке заготовки указанная оболочка может разломиться на части во время операции вытяжки. В таком случае заготовка из сплава, возможно, должна быть повторно размещена в оболочке между каждым циклом осадки и вытяжки при множестве операции ковки осадкой и вытяжкой, что увеличивает сложность способа и затраты. Кроме того, оболочка из сплава может мешать оператору визуально отслеживать поверхность размещенной в оболочке заготовки на наличие трещин и других вызванных обработкой дефектов.

[0043] Ниже перечислены находящиеся в совместном владении патенты и патентные заявки США, относящиеся к различным устройствам и/или способам уменьшения интенсивности поверхностного растрескивания слитка или другой заготовки из сплава во время горячей обработки, которые по ссылке полностью включены в настоящую заявку:

Патент US №8,230,899 под названием "Системы и способы для формирования и обработки слитков из сплава" (SYSTEMS AND METHODS FOR FORMING AND PROCESSING ALLOY INGOTS);

Патентная заявка US №12/700,963 под названием "Системы и способы для обработки слитков из сплава" (SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESSING ALLOY INGOTS), опубликованная как публикация патентной заявки №2011/0195270;

Патентная заявка №13/007,692 под названием "Горячая обработка металлических сплавов с использованием защитного покрытия" (НОТ WORKABILITY OF METAL ALLOYS VIA SURFACE COATING), опубликованная как публикация патентной заявки US №2012/0183708; и

Патентная заявка US №13/533,142 под названием "Системы и способы для формирования и обработки слитков из сплава" (SYSTEMS AND METHODS FOR FORMING AND PROCESSING ALLOY INGOT), опубликованная как публикация патентной заявки US №2012/0279678.

[0044] В операциях ковки контактное трение между поверхностями заготовки и поверхностями штампа может быть количественно выражено в виде фрикционного напряжения сдвига. Фрикционное напряжение (Т) сдвига может быть выражено в форме функции напряжения течения твердого вещества деформируемого материала (σ) и коэффициента (m) сдвигового трения следующим уравнением:

Значение коэффициента сдвигового трения обеспечивает количественную меру поверхностной смазываемости для ковочной системы. Например, коэффициент сдвигового трения может колебаться от 0,6 до 1,0 при ковке заготовки из сплава титана без смазывающих материалов, в то время как коэффициент сдвигового трения может колебаться от 0,1 до 0,3 при горячей ковке заготовок из сплава титана с использованием некоторых расплавленных смазочных материалов. Смазываемость, количественно определенная как коэффициент (m) сдвигового трения системы, может быть измерена путем выполнения испытания на кольцевое сжатие, при котором плоский кольцевой образец для испытания сжимают до заданного уменьшения высоты. Испытание на кольцевое сжатие известно специалистам и в целом описано, например, в источнике Altan и др., "Обработка металлов давлением: основные принципы и случаи применения" (Metal Forming: Fundamentals and Applications), гл. 6, "Трение при обработке металлов давлением" (Friction in Metal Forming), ASM: 1993, который по ссылке включен в настоящую заявку.

[0045] Ненадлежащая смазка при ковке, охарактеризованная, например, относительно высоким значением коэффициента сдвигового трения при операции ковки, может иметь множество отрицательных эффектов. При ковке пластическое течение твердого материала вызвано силой, переданной от штампа к пластически деформируемой заготовке. Фрикционные условия на границе раздела между штампом и заготовкой влияют на течение металла, формирование поверхностного и внутреннего напряжений в заготовке и напряжения, действующего на штамп, а также на сжимающую нагрузку и потребность в энергии. На ФИГ. 3А и 3В показаны некоторые фрикционные эффекты, связанные с операцией ковки осадкой в открытом штампе.

[0046] На ФИГ. 3А показана ковка осадкой в открытом штампе цилиндрической заготовки 20 при идеальных условиях в отсутствие трения. На ФИГ. 3В показана ковка осадкой в открытом штампе идентичной цилиндрической заготовки 20 при условиях высокого трения. Пуансоны 32 сжимают заготовки 20 от их исходной высоты (показанной штриховыми линиями) до кованой высоты Н. Осадочная сила приложена с равной величиной в противоположном направлении к заготовкам 20 пуансонами 32 и матрицей 30. Материал заготовки 20 является несжимаемым, и, таким образом, объемы исходных заготовок 20 и конечных кованых заготовок 20а и 20b, показанные на ФИГ. 3А и 3В соответственно, равны. При лишенных трения условиях, как показано на ФИГ. 3А, заготовка 20 деформируется однородно в осевом и радиальном направлениях. На это указывает прямолинейный профиль 24а кованой заготовки 20а. При условиях высокого трения, как показано на ФИГ. 3В, заготовка 20 деформируется не однородно в осевом и радиальном направлениях. На это указывает изогнутый профиль 24b кованой заготовки 20b.

[0047] Таким образом, кованая заготовка 20b имеет "бочкообразность" при условиях высокого трения, тогда как кованая заготовка 20а не имеет бочкообразности при лишенных трения условиях. Бочкообразность и другие эффекты неоднородного пластического деформирования по причине трения в поверхности раздела между штампом и заготовкой во время ковки в целом являются нежелательными. Например, при ковке в матричном штампе трение в поверхности раздела может вызвать формирование пустот, в которых деформируемый материал не заполняет все полости в штампе. Это, в частности, может быть проблематичным в операциях ковки до окончательной формы или до формы, близкой к окончательной, когда заготовки куют с более жесткими допусками. Условия высокого трения также могут способствовать "забивке штампа", при которой заготовка прилипает к штампу (или штампам)." Забивка штампа" может быть особенно нежелательной при операции ковки с использованием штампа с контурной поверхностью, в которую заготовка, расположенная со смещением от центра, может заблокировать штамп, и может быть неправильно деформирована без точного соответствия контурам штампа. В связи с этим, для уменьшения трения в поверхности раздела между поверхностями штампа и поверхностями заготовки во время операций ковки могут быть использованы ковочные смазки.

[0048] Ниже перечислены находящиеся в совместном владении патентные заявки США, относящиеся к различным устройствам и/или способам уменьшения влияния сдвига для систем ковки, которые по ссылке полностью включены в настоящую заявку:

Патентная заявка US №12/814,591 под названием "Способы смазки для улучшения деформируемости при ковке" (LUBRICATION PROCESSES FOR ENHANCED FORGEABILITY), опубликованная как публикация патентной заявки US №2011/0302978; и

Патентная заявка US №13/027,327, под названием "Способы смазки для улучшения деформируемости при ковке" (LUBRICATION PROCESSES FOR ENHANCED FORGEABILITY), опубликованная как публикация патентной заявки US №2011/0802979.

[0049] Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации способ горячей обработки слитка или другой заготовка из сплава согласно настоящему изобретению в целом может включать использование многослойной прокладки, размещенной между слитком или другой заготовкой и ковочным штампом или другой ковочной конструкцией, для устранения или уменьшения поверхностного растрескивания слитка или другой заготовки. В дополнение к устранению или уменьшению поверхностного растрескивания многослойная прокладка согласно настоящему изобретению также может смазывать поверхности слитка или другой заготовки во время операций горячей обработки. Многослойная прокладка может содержать по меньшей мере два слоя. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации многослойная прокладка может содержать по меньшей мере три слоя. Согласно по меньшей мере одному неограничивающему варианту реализации многослойная прокладка, например, может содержать по меньшей мере один смазочный слой для уменьшения трения между слитком или другой заготовкой и штампом или другой ковочной конструкцией. Кроме того, по меньшей мере согласно одному неограничивающему варианту реализации многослойная прокладка может содержать, например, по меньшей мере один изолирующий слой для термического изолирования слитка или другой заготовки от штампа или другой ковочной конструкции. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации многослойная прокладка может содержать термически изолирующий слой, расположенный между двумя смазочными слоями. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации толщина изолирующего слоя (или слоев) и смазочного слоя (или слоев) может зависеть, например, от свойств материала заготовки, температурного градиента между заготовкой и ковочным штампом и материала (или материалов) многослойной прокладки. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации термически изолирующий слой (или слои) может быть достаточно толстым для термического изолирования заготовки от штампа, и смазочный слой (или слои) может быть достаточно толстым для уменьшения трения между заготовкой и штампом во время ковки. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации термически изолирующий слой (или слои), например, может быть более толстым, чем смазочный слой (или слои), или наоборот.

[0050] Как показано на ФИГ. 7 и 8, согласно одному неограничивающему варианту реализации многослойная прокладка 100, которая уменьшает образование горячих трещин согласно настоящему изобретению, в целом может содержать множество слоев 102, 104, 106. По меньшей мере один из множества слоев может быть, например, смазочным слоем, который может уменьшить трение между слитком или другой заготовкой и штампом или другой ковочной конструкцией. По меньшей мере один слой может быть, например, термически изолирующим слоем, который может термически изолировать слиток или другую заготовку от штампа или другой ковочной конструкции. Согласно различным неограничивающим вариантам реализации смазочный слой, например, может формировать наружный слой многослойной прокладки 100 таким образом, что смазочный слой входит в контакт с заготовкой и/или штампом. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации смазочный слой может формировать наружные слои многослойной прокладки 100 таким образом, что смазочные слои, например, входят в контакт как с заготовкой, так и с штампом или другой ковочной конструкцией. Согласно некоторым неограничивающим вариантам реализации первый наружный смазочный слой может иметь, например, контактирующую с заготовкой поверхность, и второй наружный смазочный слой, например, может иметь контактирующую с штампом поверхность.

[0051] Как показано на ФИГ. 7 и 8, согласно одному конкретному варианту реализации настоящего изобретения слои 102 и 104 могут быть смазочными слоями, которые могут уменьшать трение между заготов