高压扭转设备及使用该设备改变工件的材料性能的方法技术

提供了高压扭转设备及使用该设备改变工件的材料性能的方法。一种高压扭转设备(100)，包括工作轴线(102)、第一台砧(110)、第二台砧(120)和环形主体(130)。环形主体包括第一全损对流冷却器(140)、第二全损对流冷却器(150)和加热器(160)。第一全损对流冷却器(140)和第二全损对流冷却器(150)中的每者可在第一台砧(110)和第二台砧(120)之间沿着工作轴线(102)平移，构造成与工件(190)热对流地耦接，并构造成选择性地冷却工件(190)。加热器(160)沿着工作轴线(102)定位在第一全损对流冷却器(140)和第二全损对流冷却器(150)之间，可在第一台砧(110)和第二台砧(120)之间沿着工作轴线(102)平移，并构造成选择性地加热工件(190)。

High pressure torsion equipment and method for changing material properties of workpieces with the equipment

【技术实现步骤摘要】
高压扭转设备及使用该设备改变工件的材料性能的方法
本公开涉及一种高压扭转设备及使用该设备改变工件的材料性能的方法。
技术介绍
高压扭转是一种用于控制工件中的晶粒结构的技术。然而，对高压和高扭矩的需要将该技术限制于具有特定几何形状约束的工件，例如，具有大约1毫米或更小的厚度的盘。如果存在任何这样的工件，则其具有有限的实际应用。此外，缩放工件尺寸被证实是困难的。已经提出了对伸长工件的增量处理，但是尚未成功实现。
技术实现思路
因此，将发现旨在解决至少上文所限定的问题的设备和方法有用。以下是本文所公开的主题的可要求保护或可不要求保护的示例的非穷举性列表。本文所公开的主题的一个示例涉及一种高压扭转设备，包括工作轴线、第一台砧、第二台砧和环形主体。第二台砧面对第一台砧并沿着工作轴线与第一台砧间隔开。第一台砧和第二台砧可相对于彼此沿着工作轴线平移。第一台砧和第二台砧可相对于彼此围绕工作轴线旋转。环形主体包括第一全损对流冷却器、第二全损对流冷却器和加热器。第一全损对流冷却器可在第一台砧和第二台砧之间沿着工作轴线平移。第一全损对流冷却器构造成与工件热对流地耦接并构造成选择性地冷却工件。第二全损对流冷却器可在第一台砧和第二台砧之间沿着工作轴线平移。第二全损对流冷却器构造成与工件热对流地耦接并构造成选择性地冷却工件。加热器沿着工作轴线定位在第一全损对流冷却器和第二全损对流冷却器之间。加热器可在第一台砧和第二台砧之间沿着工作轴线平移并构造成选择性地加热工件。高压扭转设备构造成通过在加热工件的一部分的同时将压缩和扭矩施加到工件的该加热部分来加工工件。通过仅加热工件的一部分，而不是同时加热并加工整个工件，将全部高压扭转变形仅限制在狭窄的加热层，赋予细晶粒形成所需要的高应变。压缩和扭矩的这种减小转变为不那么复杂且成本更低的高压扭转设备的设计。此外，压缩和扭矩的这种减小导致更精确地控制工艺参数，诸如，温度、压缩载荷、扭矩、加工持续时间等。因此，工件的材料微观结构是更特定的且受控的。例如，超细晶粒材料相对于较粗晶粒材料提供了呈现更高强度及更好延展性的实质优点。最后，高压扭转设备能够加工具有比如果同时加工整个工件则将可能具有的尺寸大得多的尺寸(例如，沿着高压扭转设备的工作轴线延伸的长度)的工件。第一全损对流冷却器、加热器和第二全损对流冷却器的堆叠布置允许控制工件的每个加工部分的尺寸和位置。加工部分通常对应于至少部分地由加热器相对于工件的位置及加热器的热输出限定的加热部分。在压缩和扭矩施加到整个工件的同时，材料性能的改变主要发生在加热部分中。更具体地，改变发生在具有处于期望加工范围内的温度的加工部分中，该加工部分限定为操作温度区。操作温度区的各种示例在图4A-图4C中示出。当第一全损对流冷却器和/或第二全损对流冷却器操作时，工件的加热部分邻近第一冷却部分和/或第二冷却部分。第一冷却部分至少部分地由第一全损对流冷却器相对于工件的位置及第一全损对流冷却器的冷却输出限定。第二冷却部分至少部分地由第二全损对流冷却器相对于工件的位置及第二全损对流冷却器的冷却输出限定。在图4A-图4C中示出，第一冷却部分和/或第二冷却部分用于控制工件中的内部热传递，从而控制加工部分的一些特征及操作温度区的形状。第一全损对流冷却器、加热器和第二全损对流冷却器可沿着工作轴线平移，以沿着限定工件的长度的工件的中心轴线加工工件的不同部分。因此，相对于传统的压力扭转技术，例如当加工整个工件时，高压扭转设备构造成加工具有大长度的工件。本文所公开的主题的另一示例涉及一种高压扭转设备，包括工作轴线、第一台砧、第二台砧和加热器。第二台砧面对第一台砧并沿着工作轴线与第一台砧间隔开。第一台砧和第二台砧可相对于彼此沿着工作轴线平移。第一台砧和第二台砧可相对于彼此围绕工作轴线旋转。加热器沿着工作轴线定位在第一全损对流冷却器和第二全损对流冷却器之间。加热器可在第一台砧和第二台砧之间沿着工作轴线移动并构造成选择性地加热工件。高压扭转设备构造成通过在加热工件的一部分的同时将压缩和扭矩施加到工件的该加热部分来加工工件。通过仅加热工件的一部分，而不是同时加热并加工整个工件，将全部高压扭转变形仅限制在狭窄的加热层，赋予细晶粒形成所需要的高应变。压缩和扭矩的这种减小转变为不那么复杂且成本更低的高压扭转设备的设计。此外，压缩和扭矩的这种减小导致更精确地控制工艺参数，诸如，温度、压缩载荷、扭矩、加工持续时间等。因此，工件的材料微观结构是更特定的且受控的。例如，超细晶粒材料相对于较粗晶粒材料提供了呈现更高强度及更好延展性的实质优点。最后，高压扭转设备能够加工具有比如果同时加工整个工件则将可能具有的尺寸大得多的尺寸(例如，沿着高压扭转设备的工作轴线延伸的长度)的工件。具体地，加热器可沿着工作轴线移动。本文所公开的主题的另一示例涉及一种使用高压扭转设备改变工件的材料性能的方法，该高压扭转设备包括工作轴线、第一台砧、第二台砧和环形主体。高压扭转设备的环形主体包括第一全损对流冷却器、第二全损对流冷却器和沿着工作轴线定位在第一全损对流冷却器和第二全损对流冷却器之间的加热器。该方法包括沿着工件的中心轴线压缩工件，并且在沿着中心轴线压缩工件的同时，使工件围绕中心轴线扭曲。该方法进一步包括，在沿着中心轴线压缩工件并使工件围绕中心轴线扭曲的同时，使环形主体沿着高压扭转设备的与工件的中心轴线共线的工作轴线平移，并且用加热器加热工件。方法利用了施加到工件的一部分、而不是整个工件的压缩、扭矩和热量的结合。通过仅加热工件的一部分，而不是同时加热并加工整个工件，将全部的高压扭转变形仅限制在狭窄的加热层，赋予细晶粒形成所需要的高应变。压缩和扭矩的这种减小转变为不那么复杂且成本更低的高压扭转设备的设计。此外，压缩和扭矩的这种减小导致更精确地控制工艺参数，诸如，温度、压缩载荷、扭矩、加工持续时间等。因此，工件的材料微观结构是更特定的且受控的。例如，超细晶粒材料相对于较粗晶粒材料提供了呈现更高的强度及更好的延展性的实质优点。最后，高压扭转设备能够加工具有比如果同时加工整个工件则将可能具有的尺寸大得多的尺寸(例如，沿着高压扭转设备的工作轴线延伸的长度)的工件。加工部分通常对应于至少部分地由加热器相对于工件的位置及加热器的热输出限定的加热部分。在压缩和扭矩施加到整个工件的同时，材料性能的改变主要发生在加热部分中。更具体地，改变发生在具有处于期望加工范围内的温度的加工部分中，该加工部分限定为操作温度区。操作温度区的各种示例在图4A-图4C中示出。附图说明因此已经以一般术语描述了本公开的一个或多个示例，现在将参考并非必须按比例绘制的附图进行描述，并且其中，贯穿若干视图，相同的参考标号表示相同或相似的部分，并且其中：图1A和图1B共同是根据本公开的一个或多个示例的高压扭转设备的方框图；图2A是根据本公开的一个或多个示例的示出了具有工件的图1A和图1B的高压扭转设备的示意图；图2B和图2C是根据本公开的一个或多个示例的示出了其中工件的第一端部与第一台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压扭转设备(100)，包括：/n工作轴线(102)；/n第一台砧(110)；/n第二台砧(120)，面对所述第一台砧(110)并沿着所述工作轴线(102)与所述第一台砧(110)间隔开，并且其中：/n所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)能相对于彼此沿着所述工作轴线(102)平移，并且/n所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)能相对于彼此围绕所述工作轴线(102)旋转；以及/n环形主体(130)，包括：/n第一全损对流冷却器(140)，所述第一全损对流冷却器：/n能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；/n构造成与工件(190)热对流地耦接；并且/n构造成选择性地冷却所述工件(190)；/n第二全损对流冷却器(150)，所述第二全损对流冷却器：/n能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；/n构造成与所述工件(190)热对流地耦接；并且/n构造成选择性地冷却所述工件(190)；以及/n加热器(160)，所述加热器：/n沿着所述工作轴线(102)定位在所述第一全损对流冷却器(140)和所述第二全损对流冷却器(150)之间；/n能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；并且/n构造成选择性地加热所述工件(190)。/n...

【技术特征摘要】
20181220 US 16/227,5161.一种高压扭转设备(100)，包括：
工作轴线(102)；
第一台砧(110)；
第二台砧(120)，面对所述第一台砧(110)并沿着所述工作轴线(102)与所述第一台砧(110)间隔开，并且其中：
所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)能相对于彼此沿着所述工作轴线(102)平移，并且
所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)能相对于彼此围绕所述工作轴线(102)旋转；以及
环形主体(130)，包括：
第一全损对流冷却器(140)，所述第一全损对流冷却器：
能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；
构造成与工件(190)热对流地耦接；并且
构造成选择性地冷却所述工件(190)；
第二全损对流冷却器(150)，所述第二全损对流冷却器：
能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；
构造成与所述工件(190)热对流地耦接；并且
构造成选择性地冷却所述工件(190)；以及
加热器(160)，所述加热器：
沿着所述工作轴线(102)定位在所述第一全损对流冷却器(140)和所述第二全损对流冷却器(150)之间；
能在所述第一台砧(110)和所述第二台砧(120)之间沿着所述工作轴线(102)平移；并且
构造成选择性地加热所述工件(190)。


2.根据权利要求1所述的高压扭转设备(100)，其中，所述加热器(160)构造成当所述第一全损对流冷却器(140)或所述第二全损对流冷却器(150)中的至少一者冷却所述工件(190)时加热所述工件(190)。


3.根据权利要求1所述的高压扭转设备(100)，其中，所述加热器(160)构造成当所述第一全损对流冷却器(140)或所述第二全损对流冷却器(150)中的至少一者不冷却所述工件(190)时加热所述工件(190)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压扭转设备(100)，其中：
所述第一全损对流冷却器(140)包括第一冷却器通道(143)，所述第一冷却器通道具有第一冷却器通道入口(144)和与所述第一冷却器通道入口(144)间隔开的第一冷却器通道出口(145)；
所述第一冷却器通道出口(145)构造成对准所述工件(190)；
所述第二全损对流冷却器(150)包括第二冷却器通道(153)，所述第二冷却器通道具有第二冷却器通道入口(154)和与所述第二冷却器通道入口(154)间隔开的第二冷却器通道出口(155)；并且
所述第二冷却器通道出口(155)构造成对准所述工件(190)。


5.根据权利要求4所述的高压扭转设备(100)，进一步包括：
第一热密封件(131)，沿着所述工作轴线(102)定位在所述加热器(160)和所述第一全损对流冷却器(140)的所述第一冷却器通道出口(145)之间并构造成与所述工件(190)接触；以及
第二热密封件(132)，沿着所述工作轴线(102)定位在所述加热器(160)和所述第二全损对流冷却器(150)的所述第二冷却器通道出口(155)之间并构造成与所述工件(190)接触。


6.根据权利要求5所述的高压扭转设备(100)，进一步包括：
第一热障件(137)，将所述加热器(160)和所述第一全损对流冷却器(140)彼此热传导地隔离并构造成与所述工件(190)间隔开；以及
第二热障件(138)，将所述加热器(160)和所述第二全损对流冷却器(150)彼此热传导地隔离并构造成与所述工件(190)间隔开；并且
其中：
所述第一热障件(137)与所述第一热密封件(131)接触；并且
所述第二热障件(138)与所述第二热密封件(132)接触。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的高压扭转设备(100)，进一步包括：
第一热障件(137)，将所述加热器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷维·韦马，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US