具有均匀强度的经沉淀强化的金属合金制品制造技术

公开了一种金属合金制品，其在制品的横截面面积上具有均匀的机械特性的组合。金属合金是可沉淀硬化的合金，诸如铝、铜、镍、铁或钛合金。在具体的实施方案中，金属合金是标称组成为Cu‑15Ni‑8Sn的铜‑镍‑锡合金。所述制品通过包括固溶退火、冷加工和沉淀硬化的工艺处理步骤进行强化。所述制品沿其长度具有恒定的横截面，横截面上的最小0.2％残余变形屈服强度为约70ksi。

Precipitation-strengthened metal alloy products with uniform strength

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有均匀强度的经沉淀强化的金属合金制品相关申请的交叉引用本申请要求2016年12月15日提交的美国临时专利申请序列号62/434,582的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。
技术介绍
本公开内容涉及具有超过70ksi的屈服强度和非常高且均匀的冲击韧性的机械特性组合的制品，例如大直径的棒和管。现已发现与由经沉淀硬化的合金(诸如包含铜、镍和锡的合金)制成的制品相关的特定应用，并且将特别参考所述制品来进行描述。然而，应当理解，本公开内容也可以适用于另一些可沉淀硬化的合金的其它类似应用。
技术实现思路
根据本公开内容的一方面，公开了强化来自铸造或锻造输入物的金属合金制品的方法。原则上，将进行固溶退火，直到输入物整体达到均匀的温度。接下来，对输入物进行冷加工以获得所需的形状和尺寸，诸如沿其长度具有相对恒定的横截面的输入物。例如，输入物可以是直径为至少3.25英寸，长度为至少30英尺的圆柱体。然后，可以对输入物进行热处理，以获得这样的制品：在制品的横截面上具有均匀的韧性和均匀的屈服强度。根据本公开内容的另一方面，公开了一种来自金属输入物的金属合金制品。所述合金是可沉淀硬化的金属合金，例如含有铜与镍和锡的合金。所述制品沿着该制品的长度具有相对恒定的横截面。金属合金制品在制品的横截面上具有均匀的机械特性。以下更具体地公开了本公开内容的这些特征和另一些非限制性特征。附图说明以下是附图的简要描述，所述附图是为了说明本文公开的示例性实施方案而提供的，而不是为了对其进行限制。图1A是示出了0.2％残余变形屈服强度(offsetyieldstrength,YS)作为根据本公开内容的方法/工艺制造的标称直径为5英寸的成品金属合金棒的位置的函数的图。图1B是示出了0.2％残余变形屈服强度作为根据传统工艺制造的标称直径为7英寸的金属合金棒的位置的函数的图，用于与图1A所示的图进行比较。图2A是示出了洛氏硬度B(RockwellHardnessB,HRB)作为根据本公开内容的方法/工艺制造的标称直径为5英寸的金属合金棒的位置的函数的图。图2B是示出了洛氏硬度B作为根据传统工艺制造的标称直径为7英寸的金属合金棒的位置的函数的图，用于与图2A所示的图进行比较。图3A是示出了极限拉伸强度(ultimatetensilestrength,UTS)作为根据本公开内容的方法/工艺制造的标称直径为5英寸的金属合金棒的位置的函数的图。图3B是示出了极限拉伸强度(UTS)作为根据传统工艺制造的标称直径为7英寸的金属合金棒的位置的函数的图，用于与图3A所示的图进行比较。具体实施方式参考以下对本文包括的期望实施方案和实施例的详细描述，可以更容易地理解本公开内容。在下面的说明书和随后的权利要求中，将引用许多术语，这些术语应被定义为具有以下含义。除非上下文另有明确规定，否则没有数量词修饰的名词和“所述”包括复数个/种指示物。本申请的说明书和权利要求中的数值应该被理解为，包括当减少到相同数目的有效数字时相同的数值，以及与所述值的差小于本申请中描述的确定该值的类型的常规测量技术的实验误差的数值。本文公开的所有范围包含所述端点并且可独立组合(例如，“2克至10克”的范围包含端点2克和10克以及所有中间值)。如本文所使用的，可以应用诸如“约”和“基本上”等近似语言来修饰可以进行变化但不会导致其所涉及的基本功能变化的任何定量表述。修饰语“约”也应该被认为是公开了由两个端点的绝对值限定的范围。例如，表述“从约2到约4”还公开了“从2到4”的范围。术语“约”可以指所示数字的正负10％。术语“室温”是指从20℃到25℃的范围。术语“均匀”用于描述制品的机械特性，诸如0.2％残余变形屈服强度、硬度或韧性。当用于描述机械特性时，术语“均匀”是指在制品横截面上不同位置之间的测量的特性值的一致性。当不同位置之间存在微小偏差时，测量的特性值仍被视为“均匀”。出于本公开内容的目的，如果所有值在平均值的任一方向上为±5ksi，则获得均匀的0.2％残余变形屈服强度。如果所有测量值在平均值的任一方向上为±2HRB或HRC，则获得B级或C级的均匀的洛氏硬度。最后，如果所有值在平均值的任一方向上为±10ft-lbs，则获得均匀的冲击韧性。请注意，这些是绝对值，而不是标准偏差。如本文所使用的，术语“沉淀硬化”和“时效硬化”是可互换的。在这方面，例如，并非所有合金都是可旋节硬化的，但是所有可旋节硬化的合金都是可沉淀硬化的或可时效硬化的。本公开内容提供了制造和强化金属合金制品(诸如棒或管状圆柱体)的方法。所述制品可以来自铸件或锻造模型。有利地，所公开的方法使得可以制造出横截面直径超过至少3.25英寸，同时仍保持机械特性的组合的制品(诸如棒)，所述机械特性在横截面直径上优选是均匀的。在现有的制造和强化工艺中，直径超过约3.25英寸的金属合金棒在实现这种均匀的机械特性的组合上未获成功。特别地，本公开内容可以涉及具有棒或管状圆柱体形状的制品。然而，本文描述的方法/工艺将适用于沿其长度具有恒定的横截面的任何制品，诸如条、板、“L”形模型、星形模型、“X”形模型等。沿其存在恒定的横截面的长度不一定等于整个制品的长度。例如，制品可以包含具有不同横截面尺寸的多个部分。例如，可以设想一种狗骨形制品，其中该制品的端部部分具有较大的外径，而中心部分具有小于端部部分的较大外径的外径。在这样的实施例中，由于在较小直径的中心部分中进行了集中的均匀冷加工，所以较小直径的中心部分相对于较大外径的端部部分可以表现出增强的机械特性。最初，合金制品来自输入物。所述输入物可以是坯料或工件。在这方面，应该注意，术语“合金”是指材料本身，而术语“输入物”是指由熔融合金制成并且根据本公开内容的方法加工的固化结构。术语“坯料”用于指连续的或静态的铸件，其先前未被加工(即，原始的)。“工件”是指随后机械成形的坯料。“棒”是实心的，而“管”在其整个长度上具有中空通道。术语“输入物”还用于指进入本公开内容的工艺的初始金属片，而术语“制品”用于指离开本公开内容的工艺或通过本公开内容的工艺获得的最终金属片。用于制造所公开的制品的金属合金可以是铜基合金。可选地，用于制造所公开的制品的金属合金可以是铝(Al)、镍(Ni)、铁(Fe)或钛(Ti)合金。合金的50wt％以上是所列元素。例如，可以使用可沉淀硬化的铜-镍-锡(CuNiSn)合金。本文公开的铜-镍-锡合金包含约5wt％至约20wt％的镍、约5wt％至约10wt％的锡，以及余量的铜。更优选地，铜-镍-锡合金包含约14wt％至约16wt％的镍，包含约15wt％的镍；约7wt％至约9wt％的锡，包含约8wt％的锡；以及余量的铜，不包含杂质和少量添加剂。在另外其它的优选实施方案中，铜-镍-锡合金包含约8wt％至约10wt％的镍和约5wt％至约7wt％的锡，以及余量的铜，不包含杂质和少量添加剂。少量添加剂包括硼、锆、铁和铌，这些添加剂进一步促进了等轴晶体的形成，并且还降低了固溶热处理期间基质中Ni和Sn的扩散速率的相异性。其它少量添加剂包括镁和锰，所述镁和锰可用作脱氧剂和/或可以对成品状态下的合金的机械特性产生影响。还可以存在其它元素。杂质包括铍、钴、硅、铝、锌、铬、铅、镓或钛。出于本公开内容的目的，应当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由输入物制备制品的方法，所述输入物为铸件或锻造模型，所述方法包括：使所述输入物固溶退火直到整个所述输入物达到均匀的温度；冷加工所述输入物直到减少约5％至约40％的横截面面积；以及沉淀硬化所述输入物以获得所述制品，其中所述制品沿其长度具有恒定的横截面，并且在所述横截面上具有约70ksi或更大的均匀的0.2％残余变形屈服强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.15 US 62/434,5821.一种由输入物制备制品的方法，所述输入物为铸件或锻造模型，所述方法包括：使所述输入物固溶退火直到整个所述输入物达到均匀的温度；冷加工所述输入物直到减少约5％至约40％的横截面面积；以及沉淀硬化所述输入物以获得所述制品，其中所述制品沿其长度具有恒定的横截面，并且在所述横截面上具有约70ksi或更大的均匀的0.2％残余变形屈服强度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述冷加工期间减少至少20％的横截面面积。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入物由铜合金制成，并且所述固溶退火在约1350℉至约1650℉的温度下进行约60秒至约5小时的时间段。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固溶退火在约800℉至约2450℉的温度下进行约60秒至约5小时的时间段。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品是直径大于3.25英寸，或直径高达10英寸，或直径为约1英寸至约10英寸的棒或管。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品的长度为约30英尺或更长。7.根据权利要求1所述的方法，其中，铜合金的所述沉淀硬化在约400℉至约1000℉的温度下进行约10分钟至约10小时的时间段。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉淀硬化在约200℉至约2080℉的温度下进行约10分钟至约10小时的时间段。9.根据权利要求1所述的方法，其中，当根据ASTME23-16b利用夏氏V形缺口试验在室温下进行测量时，所述制品在所述横截面上具有约25ft-lbs至约100ft-lbs或更大的均匀的CVN冲击韧性。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品的所述均匀的0.2％残余变形屈服强度为约70ksi至约180ksi。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品在所述横截面上具有约HRB90至约HRB100的均匀的洛氏B硬度，或者在所述横截面上具有约HRC20至约HRC40的均匀的洛氏C硬度。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述坯料由铜、铝、镍、铁或钛合金制成。13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述固溶退火之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·达姆施罗德，W·雷蒙德·克里布，
申请(专利权)人：美题隆公司，
类型：发明
国别省市：美国,US