由铍铜合金形成的金属环制造技术

本发明专利技术公开了形成具有细且均匀的晶粒结构的铍铜金属环的方法。对粗铍铜铸件进行预锻并车削以形成铍铜坯料。使铍铜坯料经过多种热处理和冷却的循环以获得/保持有利的材料性质的组合。大体上，对铍铜坯料进行预热、经锻造的热加工、再次加热、经环轧再次热加工后进行空冷、固溶退火后淬火，以及最后一次加热后进行空冷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由铍铜合金形成的金属环相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月17日提交的美国临时专利申请序列号62/587,533的优先权，其全部内容通过引用并入在本文中。
技术介绍
本公开涉及用于铸造非晶态金属的金属边缘(metalrim)或金属环。特别地，本公开的环由铍铜合金制成。公开了制作该环的方法，并且将特别参考该环对该方法进行描述。铍铜(Beryllium-copper，“BeCu”)合金以其兼具出色的导热性、强度、韧性、冲击功(impactenergy)和耐腐蚀性而著称。铍铜合金的其他优点包括相对较高的电导率、超声可检查性(ultrasonicinspectability)和良好的热管理(thermalmanagement)。这些性质的组合使铍铜合金成为广泛应用的理想之选。然而，需要寻求更经济的铍铜合金加工方法。常规的金属环存在与表面质量寿命、延展性、可成形性、超声可检查性、导电性和缺乏粒度细化有关的问题。本文公开的金属环解决了这些问题，同时简化了产品制造并降低了成本。
技术实现思路
本公开涉及具有细且均匀的晶粒结构的铍铜金属环以及形成其的方法。将粗铍铜铸件预锻并车削以形成铍铜坯料(billet)。通常，进行热处理和冷却的循环能实现使环长时间保持表面质量这一材料性质，同时使客户能够从每次铸环获得更高的生产率。宽泛地讲，对铍铜坯料进行预热、经锻造(forging)的热加工(hotworking)、再次加热、经环轧(ringrolling)再次热加工后进行空冷(aircooling)、固溶退火(solutionannealing)后淬火(quenching)，以及最后一次加热后进行空冷。在本文的多个实施方案中公开了制作金属环的方法，该方法包括提供由铍铜合金制成的坯料。在约800℃至约850℃(包括约820℃)的温度下，将坯料进行预热至少8小时的时间。然后通过在约750℃至约850℃的温度下将坯料锻造成环形预制件来对坯料进行热加工。锻造可包括压锻(pressforging)和冲孔(piercing)，以产生环形坯料。接下来，在约815℃至约835℃(包括约820℃)的温度下，将预制件进行均热(soaking)。该均热可以进行至少2小时或至少8小时的时间。在一些特定的实施方案中，如果预制件已冷却至约600℃或更低的温度，则将预制件均热至少8小时的时间。然后，经由在约750℃至约850℃的温度下对预制件进行环轧而再次热加工该预制件，以形成具有一壁厚的环，合乎期望地，该壁厚在绕环的圆周上是大致均一的。环轧后，将环进行空冷。然后在约780℃至约800℃的温度下将环进行固溶退火至少1.5小时的时间。固溶退火后，立即在淬火介质(例如水)中将环进行淬火。通常，淬火介质在淬火之前的最高温度为约40℃，而在淬火之后的最高温度为约50℃。然后通过在约385℃至约400℃的温度下热处理约3小时的时间来使环时效硬化。在特定的实施方案中，该约3小时的时间始于约393℃的温度，并且升温至约400℃。然后在剩余的时间内保持400℃的温度。热处理后，将环进行空冷。在一些实施方案中，可以对环进行机械加工以获得最终的期望形状。用于制作金属环的铍铜合金的铍含量为约1.6wt％至约2.0wt％，包含约1.8wt％至约2.0wt％和约1.6wt％至约1.85wt％。在一些特定的实施方案中，铍铜合金的铍含量为约1.8wt％至约1.9wt％。铍铜合金的余量通常是铜。在一些实施方案中，铍铜合金还包含约0.2wt％至约0.3wt％的钴；或者还包含约0.2wt％至约0.6wt％的铅；或者还包含一定量的镍、钴和可选的铁，使得(镍+钴)的总和为约0.2wt％或高于0.2wt％，并且(镍+钴+铁)的总和为约0.6wt％或低于0.6wt％。在一些实施方案中，通过环轧实现的热加工将壁厚减小至少50％。在另一些实施方案中，在整个方法(即所有的方法步骤)中，壁厚总共减小至少70％或更多。对于大约每25毫米(mm)的环壁厚，可以进行约30分钟的固溶退火。在本文另外的实施方案中公开了通过上述方法制成的金属环。金属环由铍铜合金制成，该铍铜合金的铍含量为约1.6wt％至约2.0wt％，包含约1.8wt％至约2.0wt％和约1.8wt％至约1.9wt％，余量基本上是铜。铍铜金属环还具有至少760MPa的0.2％残余变形屈服强度(0.2％offsetyieldstrength)；至少27HRC的洛氏C硬度(RockwellChardness)；至少6％的百分比伸长率(percentelongation)；至少25％IACS的电导率；和/或小于0.1mm的平均粒度(grainsize)。下面更具体地公开本公开的这些和另一些非限制性特征。附图说明以下是附图的简要描述，给出这些附图是为了说明本文公开的示例性实施方案，而不是为了对其进行限制。图1是用铍铜(“BeCu”)合金制作金属环的第一示例性方法的流程图，该方法包括多种热处理和冷却步骤。图2是用铍铜合金制作金属环的第二示例性方法的流程图，该方法包括多种热处理和冷却步骤。图3是轧制操作的图示，该轧制操作使用了示例性的环轧机，用于形成本文公开的铍铜金属环。图4是通过本文公开的方法形成的示例性铍铜金属环预制件的剖面图。具体实施方式通过参考附图，可以获得对本文公开的组件和方法的更完整的理解。这些图仅仅是为了便利和容易地说明本公开的示意性表示，并且因此不旨在指示设备或其组件的相对大小和尺寸，和/或不旨在限定或限制示例性实施方案的范围。尽管为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语旨在仅指代用于附图中的说明而选择的实施方案的特定结构，而不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下面的描述中，应当理解，相似的数字标号表示相同功能的部件。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”修饰的名词包括单数和复数个/种指示物。如说明书和权利要求书中使用的，术语“包括/包含”可以包括“由……组成”和“基本上由……组成”的实施方案。本文所用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“可”、“含有”及其变体是指需要存在指定组分/步骤并允许存在其他组分/步骤的开放式过渡短语、术语或词语。然而，这种描述应被解释为还将组成或方法描述为“由”和“基本上由”所列举的组分/步骤组成，这允许仅存在指定组分/步骤以及可能由此产生的任何杂质，并且排除其他组分/步骤。本申请的说明书和权利要求书中的数值应当理解为包括当减少到相同数目的有效数字时相同的数值和与所述值相差小于本申请中描述类型的用于确定所述值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括所指端点并且可独立组合(例如，“2克至10克”的范围包括端点2克和10克，以及所有中间值)。术语“约”可用于包括可在不改变该值的基本功能的情况下变化的任何数值。当与范围一起使用时，“约”还公开了由两个端点的绝对值定义的范围，例如“约2至约4”也公开了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用铍铜合金制作金属环的方法，所述方法包括：/n在约800℃至约850℃的温度下对铍铜合金坯料进行预热；/n在约750℃至约850℃的温度下将所述坯料锻造成环形预制件；/n在约815℃至约835℃的温度下对所述预制件进行均热；/n在约750℃至约850℃的温度下对所述预制件进行环轧以形成具有一壁厚的环；/n在约780℃至约800℃的温度下对所述环进行固溶退火，随后立即对所述环进行淬火；以及/n在约385℃至约400℃的温度下对所述环进行热处理。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 US 62/587,5331.一种用铍铜合金制作金属环的方法，所述方法包括：
在约800℃至约850℃的温度下对铍铜合金坯料进行预热；
在约750℃至约850℃的温度下将所述坯料锻造成环形预制件；
在约815℃至约835℃的温度下对所述预制件进行均热；
在约750℃至约850℃的温度下对所述预制件进行环轧以形成具有一壁厚的环；
在约780℃至约800℃的温度下对所述环进行固溶退火，随后立即对所述环进行淬火；以及
在约385℃至约400℃的温度下对所述环进行热处理。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预热持续至少8小时的时间。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述均热持续最少2小时的时间。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述预制件已冷却至约600℃或更低的温度，则所述均热进行至少8小时的时间。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固溶退火持续至少1.5小时的时间。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理持续约3小时的时间。


7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在约393℃的温度下起始所述约3小时的时间，升温至约400℃，以及在约400℃的温度下对所述环进行热处理持续剩余的时间。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预热和均热均在约820℃的温度下进行。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环轧将壁厚减小至少50％。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，对于大约每25mm的环壁厚，进行约30分钟的所述固溶退火。


11.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述环轧和所述热处理之后对所述环进行空冷。


12.一种金属环，包含：
铍铜合金，其包含约1.6wt％至约2.0wt％的铍，其中，所述铍铜合金具有：
至少760MPa的0.2％残余变形屈服强度；
至少27HRC的洛氏C硬度；和
至少6％的百分比伸长...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·M·希姆，克里斯托弗·W·达姆施罗德，爱德华·B·隆恩伯格，杰弗里·A·麦克布莱德，
申请(专利权)人：美题隆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US