CN108500184A - 用于制作锻造产品和其他加工产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于制作锻造产品和其他加工产品的方法。在一个实施例中，一种方法包括采用增材制造来制作金属预成型件，并且在所述采用步骤后，将所述金属预成型件锻造为锻造成品。可将所述锻造成品可选地退火。

Description

用于制作锻造产品和其他加工产品的方法
本申请是申请日为2014年7月9日，发明名称为“用于制作锻造产品和其他加工产品的方法”的中国专利申请201480039061.7的分案申请。
背景技术
可通过锻造操作使金属产品成形。为了锻造金属产品，每个零件可能用到若干级进模(平模和/或不同形状的模)，其中所述模中第一模的平模或模腔被设计为使锻坯变形为第一形状，该第一形状由该特定模的构型限定，下一个模被成形为执行锻坯的锻造变形中的下一个后续步骤，以此类推，直到最后一个模最终赋予锻件完全变形的形状。参见美国专利No.4,055,975。
发明内容
本专利申请广义地涉及用于制作加工金属产品(例如，锻造金属产品；其他类型的热加工和/或冷加工金属产品)的改进方法。
在一个实施例中，一种方法包括采用增材制造来制作金属预成型件。在该采用步骤后，可将金属预成型件锻造为锻造成品。在一个实施例中，锻造步骤包括单模锻造步骤。在一个实施例中，金属预成型件包含钛、铝、镍、钢和不锈钢中的至少一种。在一个实施例中，金属预成型件可以是钛合金。例如，金属预成型件可包含Ti-6Al-4V合金。在另一个实施例中，金属预成型件可以是铝合金。在又一个实施例中，金属预成型件可以是镍合金。在又一个实施例中，金属预成型件可以是钢和不锈钢中的一种。在另一个实施例中，金属预成型件可以是金属基复合材料。在又一个实施例中，金属预成型件可包含铝化钛。例如，在一个实施例中，钛合金可包含至少48重量％的Ti和至少一种铝化钛相，其中该至少一种铝化钛相选自由Ti3Al、TiAl以及它们的组合组成的组。在另一个实施例中，钛合金包含至少49重量％的Ti。在又一个实施例中，钛合金包含至少50重量％的Ti。在另一个实施例中，钛合金包含5至49重量％的铝。在又一个实施例中，钛合金包含30至49重量％的铝，并且钛合金包含至少一些TiAl。在又一个实施例中，钛合金包含5至30重量％的铝，并且钛合金包含至少一些Ti3Al。
锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度，并且使金属预成型件与锻模接触。在一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少10℉。在另一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少25℉。在又一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少50℉。在另一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少100℉。在又一个实施例中，当接触步骤启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少200℉。
在一个方面，锻造成品为发动机的部件。在一个实施例中，锻造成品为喷气发动机的叶片。在另一个实施例中，如下所述，锻造成品为发动机包容环。
在另一方面，一种方法可包括采用增材制造来制作金属预成型件，并且在所述采用步骤同时或之后，经由以下的至少一种方式将金属预成型件加工为加工成品：(i)轧制，(ii)环轧，(iii)环锻，(iv)成形轧制，(v)挤压，以及(vi)它们的组合。在一个实施例中，加工方式为轧制。在另一个实施例中，加工方式为环轧。在又一个实施例中，加工方式为环锻。在另一个实施例中，加工方式为成形轧制。在又一个实施例中，加工方式为挤压。
当金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金时，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度，并且使金属预成型件与锻模接触。就这一点而言，接触步骤可包括借助锻模使金属预成型件变形。在一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现0.05到1.10的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.10的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.20的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.25的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.30的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现至少0.35的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于1.00的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.90的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.80的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.70的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.60的真应变。在又一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.50的真应变。在另一个实施例中，接触步骤包括借助锻模使金属预成型件变形，以在金属预成型件中实现不大于0.45的真应变。如上所述，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度。
在一个方面，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度。在一种方法中，金属预成型件被加热至850℃到978℃的锻坯温度。在一个实施例中，金属预成型件被加热至至少900℃的锻坯温度。在另一个实施例中，金属预成型件被加热至至少950℃的锻坯温度。在又一个实施例中，金属预成型件被加热至至少960℃的锻坯温度。在另一个实施例中，金属预成型件被加热至不高于975℃的锻坯温度。在又一个实施例中，金属预成型件被加热至不高于973℃的锻坯温度。
在一个方面，采用增材制造来制作金属预成型件的步骤可包括通过增材制造将材料添加到建造基底中，从而制作金属预成型件。在一个实施例中，该材料为具有第一强度的第一材料，并且其中建造基底由具有第二强度的第二材料构成。第一材料可具有第一疲劳性能，第二材料可具有第二疲劳性能。例如，可通过增材制造将具有低强度和高韧性的一层第一材料添加到由具有高强度和低韧性的第二材料构成的建造基底中，从而制作用于(例如)射击应用的金属预成型件。
在一个实施例中，建造基底包含第一材料的第一环，并且所述采用步骤包括通过增材制造将第二材料添加到第一环中，从而形成第二环，其中第二环与第一环成为一体。就这一点而言，
在另一方面，该方法可包括在锻造步骤之后将锻造成品退火。在一个实施例中，当金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约640℃到约816℃的温度。在另一个实施例中，当金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约670℃到约750℃的温度。在又一个实施例中，当金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约700℃到约740℃的温度。在另一个实施例中，当金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金时，退火步骤可包括将锻造成品加热至约732℃的温度。
附图说明
图1为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图。
图2为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图，其中该方法包括可选的退火步骤。
图3至图4为示出实例1的数据的图表。
图5为制作锻造成品的方法的一个实施例的示意图，其中锻造成品包括一体的建造基底。
图6为制作锻造成品的方法的另一个实施例的示意图，其中锻造成品包括一体的建造基底。
图7为示出圆柱形预成型件的横向取向和纵向取向的图示。
图8为完工的Ti-6Al-4V金属预成型件的一个实施例沿横向截取的显微图。
图9为经过预热的Ti-6Al-4V金属预成型件的一个实施例沿横向截取的显微图。
图10为Ti-6Al-4V锻造成品的一个实施例沿横向截取的显微图。
图11为经过退火的Ti-6Al-4V锻造成品的一个实施例沿横向截取的显微图。
具体实施方式
现在将详细地参考附图，这些附图至少有助于说明本公开所提供的新技术的各种相关实施例。
图1示出了用于制作锻造金属产品的新方法的一个实施例。在图示实施例中，该方法包括通过增材制造来制备(100)金属预成型件，然后将该金属预成型件锻造(200)成锻造成品(例如，终形产品或近终形产品)的步骤。在锻造步骤(200)之后，锻造成品可不需要额外的机械加工或其他加工步骤，因而有利于降低总制造成本。此外，锻造成品可实现改进的性能(例如，相对于纯增材制造的部件而言)。
增材制造步骤(100)制备金属预成型件。增材制造(或三维打印)是一种采用数字打印技术来将若干材料层相继沉积的工艺。因此，可制作精确设计的产品。由增材制造步骤(100)制作的金属预成型件可由任何适用于增材制造和锻造两者的金属制成，这些金属包括例如钛、铝、镍(例如，铬镍铁合金)、钢以及不锈钢等的金属或合金。钛合金是以钛作为主要合金元素的合金。铝合金是以铝作为主要合金元素的合金。镍合金是以镍作为主要合金元素的合金。钢合金是以铁作为主要合金元素的合金，并且含有至少一些碳。不锈钢合金是以铁作为主要合金元素的合金，并且含有至少一些碳和至少一些铬。在一个实施例中，金属预成型件为呈喷气发动机叶片前体形式的半成品。
仍然参考图1，一旦形成金属预成型件，就对该金属预成型件进行锻造(200)。在一个实施例中，锻造步骤(200)使用单个预锻模来将金属预成型件模锻成锻造成品。通过锻造(200)金属预成型件，锻造成品可实现改进的性能，诸如改进的孔隙度(例如，孔隙度更低)、改进的表面粗糙度(例如，表面粗糙度更低，即表面更光滑)，以及/或者更好的机械性能(例如，表面硬度提高)等。
现在参考图2，在一个实施例中，在锻造步骤(200)期间，锻造工艺的模和/或模具的温度低于金属预成型件的温度。就这一点而言，锻造步骤可包括将金属预成型件加热至锻坯温度(预成型件在锻造之前的目标温度)(210)，并使金属预成型件与锻模接触(220)。在一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少10℉。在另一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少25℉。在又一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少50℉。在另一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少100℉。在又一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少200℉。在另一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少300℉。在又一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少400℉。在另一个实施例中，当接触步骤(220)启动时，锻模的温度比锻坯温度低至少500℉。
在一个方面，在锻造步骤(200)之后，可将锻造成品可选地退火(300)。退火步骤(300)可有利于消除金属预成型件中由于锻造步骤(200)而产生的残余应力。在一种方法中，金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至约640℃(1184℉)到约816℃(1500℉)的温度，加热时间为约0.5小时到约5小时。在一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至至少约640℃(1184℉)的温度。在另一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至至少约670℃(1238℉)的温度。在又一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至至少约700℃(1292℉)的温度。在另一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至不高于约760℃(1400℉)的温度。在又一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至不高于约750℃(1382℉)的温度。在另一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至不高于约740℃(1364℉)的温度。在又一个实施例中，加热时间为至少约1小时。在另一个实施例中，加热时间为至少约2小时。在又一个实施例中，加热时间为不超过约4小时。在另一个实施例中，加热时间为不超过约3小时。在又一个实施例中，退火步骤(300)可包括将锻造成品加热至约732℃(1350℉)的温度，加热时间为约2小时。
接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现预先选定的真应变量。在一个实施例中，施加足够的力这一步骤可包括借助锻模使金属预成型件变形。如本文所用，“真应变”(ε真)由以下公式给出：
ε真＝ln(L/L0)
其中L0为材料的初始长度，L为材料的最终长度。在一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现约0.05到约1.10的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现至少0.10的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现至少0.20的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现至少0.25的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现至少0.30的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现至少0.35的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于1.00的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.90的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.80的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.70的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.60的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.50的真应变。在另一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现不大于0.45的真应变。在又一个实施例中，接触步骤(220)可包括通过锻模向金属预成型件施加足够的力，以在金属预成型件中实现约0.40的真应变。
在一个实施例中，金属预成型件为低延展性材料，诸如金属基复合材料或金属间化合材料。在一个实施例中，金属预成型件为铝化钛。采用本文所公开的新工艺可有利于更经济地用这类低延展性材料制作锻造成品。例如，可使用温度低于低延展性材料温度的模和/或模具来锻造低延展性材料。因此，在一个实施例中，所述锻造不涉及等温锻造(即，锻造工艺不包括等温锻造)，因此可包括上文所述的锻坯温度与模温度之间的任何温差。
在一个方面，金属预成型件为钛(Ti)合金，因此包含钛作为主要合金元素。在一个实施例中，钛合金包含至少48重量％的Ti。在另一个实施例中，钛合金包含至少49重量％的Ti。在又一个实施例中，钛合金包含至少50重量％的Ti。在一个实施例中，钛合金包含一种或多种铝化钛相。在一个实施例中，所述一种或多种铝化钛相为Ti3Al和TiAl中的一者或多者。当存在铝化钛时，钛合金可包含5至49重量％的铝。在一个实施例中，所述一种或多种铝化钛相包括TiAl。在一个实施例中，钛合金包含30至49重量％的铝，并且钛合金包含至少一些TiAl。在一个实施例中，所述一种或多种铝化钛相包括Ti3Al。在一个实施例中，钛合金包含5至30重量％的铝，并且钛合金包含至少一些Ti3Al。在一个实施例中，钛合金包含铝和钒。
在一个实施例中，金属预成型件包含Ti-6Al-4V合金(具有约6重量％的铝和约4重量％的钒的钛合金)。就这一点而言，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至约850℃(1562℉)到约978℃(1792℉)的锻坯温度。在一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至至少900℃(1652℉)的锻坯温度。在另一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至至少925℃(1697℉)的锻坯温度。在另一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至至少950℃(1742℉)的锻坯温度。在又一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至至少960℃(1760℉)的锻坯温度。在另一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至不高于975℃(1787℉)的锻坯温度。在又一个实施例中，Ti-6Al-4V预成型件可被加热至不高于973℃(1783℉)的锻坯温度。
锻造成品可用于例如航天、航空或医药行业中。锻造成品可以是例如涡轮或叶片。在一个实施例中，锻造成品为喷气发动机的叶片。
如上所述，在增材制造步骤(100)之后，可将金属预成型件锻造(200)以形成锻造成品。在其他实施例中，在增材制造步骤(100)之后，可通过其他形式的加工(例如，热加工)来处理金属预成型件，从而形成加工成品。例如，金属预成型件的加工还可包括或另选地包括轧制、环轧、环锻、成形轧制和/或挤压，以形成加工成品。在一些实施例中，加工成品可实现改进的性能，诸如改进的孔隙度(例如，孔隙度更低)、改进的表面粗糙度(例如，表面粗糙度更低，即表面更光滑)，以及/或者更好的机械性能(例如，表面硬度提高)等。在一些实施例中，加工成品可实现预定的形状。在一些实施例中，可将金属预成型件环轧、环锻和/或挤压(例如，通过模施加力)，从而形成中空的加工成品。在一些实施例中，可将金属预成型件轧制以制作实现改进的孔隙度的加工成品。在一些实施例中，可将金属预成型件成形轧制来制作实现预定的形状(例如，具有特定半径的弯曲形状)的加工成品。
如本文所用，“环轧”意指将直径较小的环(例如，具有第一直径的第一环)轧制成直径较大的环(例如，具有第二直径的第二环，其中第二直径大于第一直径)的工艺，可选地，该工艺通过使用两个旋转辊来改变横截面(例如，第二环的横截面积不同于第一环的横截面积)，其中第一旋转辊置于环的内径中，第二旋转辊置于环的外径上与第一旋转辊正对的位置。如本文所用，“环锻”意指将直径较小的环(例如，具有第一直径的第一环)锻造成直径较大的环(例如，具有第二直径的第二环，其中第二直径大于第一直径)的工艺，可选地，该工艺通过将环在两个模具或模之间挤压来改变横截面(例如，第二环的横截面积不同于第一环的横截面积)，其中一个模具或模处于内径上，另一个模具或模处于环的外径上与前述模具或模位正对的位置。如本文所用，“成形轧制”意指一种成形或成型的工艺，该工艺通过加工两个或多个辊之间的工件(即，金属预成型件，它们可能经过了或可能没有经过成型)来赋予工件(即，金属预成型件)曲率或形状。
通过增材制造(100)来制备金属预成型件的步骤可包括将建造基底结合到金属预成型件中。现在参考图5，它示出了将建造基底(400)结合到金属预成型件(500)中的一个实施例。在图示实施例中，通过增材制造(100)将材料(450)添加到建造基底(400)，以制作金属预成型件(500)。如本文所用，“建造基底”等意指可结合到金属预成型件中的固体材料。可将包括建造基底(400)的金属预成型件(500)锻造(200)成锻造成品(600)。因此，锻造成品(600)可包括建造基底(400)作为一体件。
如上所述，锻造成品可实现由接触步骤220所产生的真应变量(例如，预先选定的量)。在一些实施例中，由于(例如)锻模的形状和/或金属预成型件的形状的原因，锻造成品所实现的应变在整个锻造成品中可能不均匀。这样，锻造成品可具有低应变区域和/或高应变区域。因此，建造基底可位于金属预成型件的预定区域，使得在锻造之后，建造基底位于锻造成品的预定低应变区域。可在预测建模或实证检验的基础上预先确定低应变区域。
现在参考图6，它示出了将建造基底(410)结合到金属预成型件(510)中的另一个实施例。在图示实施例中，通过增材制造(100)将材料添加到建造基底(410)，以制作金属预成型件(510)。可将金属预成型件(510)锻造(200)成锻造成品(610)。锻造成品(610)包括建造基底(410)作为一体件。
建造基底可具有预定的形状和/或预定的机械性能(例如，强度、韧性，等等)。在一个实施例中，建造基底可以是预锻制的基板。在一个实施例中，可根据低应变区域的形状预先确定建造基底的形状。在一个实施例中，可根据金属预成型件所实现的平均真应变和/或根据在低应变区域所实现的真应变来预先确定建造基底的机械性能。在一个实施例中，可将两个或更多个建造基底结合到金属预成型件中。在一个实施例中，建造基底包括预锻制的基板。
建造基底可由任何适用于增材制造和锻造两者的金属制成，这些金属包括例如钛、铝、镍(例如，铬镍铁合金)、钢以及不锈钢等的金属或合金。在一个实施例中，建造基底由与金属预成型件的其余部分相同的材料制成。在一个实施例中，添加到金属预成型件的材料可以是第一材料，而建造基底可由第二材料制成。在一个实施例中，第一材料可具有第一强度，第二材料可具有第二强度。在一个实施例中，第一材料可具有第一疲劳性能，第二材料可具有第二疲劳性能。在一个例子中，建造基底可以是第一材料的第一环。可通过增材制造将第二材料添加到该环，从而形成第二材料的第二环，该第二环与第一环成为一体。这样，可制作出包含两种不同材料的环形金属预成型件。然后，可将该环形金属预成型件锻造成包含两种不同材料的环形锻造成品。在一个实施例中，可通过上述方法形成一个或多个发动机包容环(例如，一个或多个航天发动机包容环)。例如，建造基底可包括实现高韧性的材料的第一环。可通过增材制造将实现高强度的第二材料的第二环添加到第一环，从而形成金属预成型件。然后，可将该金属预成型件锻造成具有高韧性内环和高强度外环的发动机包容环。
实例1-Ti-6Al-4V
通过增材制造制作了若干Ti-6Al-4V预成型件。具体地讲，利用EOSINT M 280直接金属激光烧结(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)增材制造系统制作了圆柱形Ti-6Al-4V预成型件，该增材制造系统可得自EOS GmbH(Robert-Stirling-Ring 1,82152Krailling/Munich,Germany)。按照该制造商推荐的关于钛的标准操作条件制作了Ti-6Al-4V预成型件。然后将预成型件加热至约958℃(1756℉)或约972℃(1782℉)的锻坯温度。接着，在不同真应变量下，使用约390℃至400℃(734℉至752℉)的模温度对其中一些圆柱形预成型件进行锻造，以制作圆柱形锻造成品。在平行于圆柱轴线的方向将真应变施加到圆柱形预成型件。其余的预成型件保持未锻造状态。然后在约732℃(1350℉)的温度下将其中一些锻造成品退火大约2小时，以制作经过退火的锻造成品。然后测试未锻造预成型件、锻造成品、以及经过退火的锻造成品的机械性能，包括抗拉屈服强度(TYS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率，所有测试均在L方向进行，其结果在图3至图4中示出。针对各个应变水平，测试了多个样本，结果取平均值。根据ASTM E8测试了机械性能，包括TYS、UTS和伸长率。
如图所示，与未经锻造的Ti-6Al-4V预成型件相比，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了改进的性能。具体地讲，参考图3，与未经锻造的Ti-6Al-4V预成型件相比，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了改进的极限抗拉强度(UTS)。例如，未经锻造的Ti-6Al-4V预成型件获得了约140ksi的UTS。相比之下，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了改进的极限抗拉强度，在被锻造至约0.4的真应变之后，其实现了约149ksi的UTS。此外，如图3所示，与未经锻造的Ti-6Al-4V预成型件相比，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了改进的抗拉屈服强度(TYS)。例如，未经锻造的Ti-6Al-4V预成型件获得了约118ksi的TYS。相比之下，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了改进的抗拉屈服强度，在被锻造至约0.4的真应变之后，其实现了约123ksi的TYS。如图4所示，锻造的Ti-6Al-4V产品获得了良好的伸长率，在被锻造之后它们全部都获得了超过12％的伸长率。
此外，与未经退火的锻造成品相比，经过退火的锻造成品获得了改进的性能。具体地讲，参考图3，与未经退火的锻造成品相比，经过退火的锻造成品获得了改进的抗拉屈服强度(TYS)。例如，经过退火的锻造成品(被锻造至约0.2的真应变)获得的TYS比未经退火的锻造成品高大约10％。此外，如图3所示，经过退火的锻造成品获得了与未经退火的锻造成品相似的极限抗拉强度(UTS)。因此，将锻造成品退火增大了TYS，但不影响UTS。如图4所示，与未经退火的锻造成品相比，经过退火的锻造成品获得了改进的伸长率。
图8至图11为实例1的圆柱形预成型件和圆柱形锻造成品的微观结构的显微图。所有显微图均在横向取向以及圆柱的中点截取。现在参考图7，示出了圆柱形锻造成品的一个实施例。在图示实施例中，锻造成品已在Z方向上被锻造。图7所示的X-Y平面为横向取向，X-Z平面为纵向取向。重新参考图8，它示出了通过增材制造所制作的Ti-6Al-4V预成型件的显微图。如图8所示，该微观结构由转变的β相材料构成，其中存在之前的β相晶粒的迹象。图9为增材制造的Ti-6Al-4V预成型件的显微图，该预成型件已预热至约1750℉的温度。如图9所示，加热后的微观结构转变为β相材料，并伴有针状α相材料的形成和生长。没有观察到初生α相材料。图10为增材制造的Ti-6Al-4V预成型件的显微图，该预成型件已预热至约1750℉的温度，并且随后被锻造至约0.7的真应变(例如，锻造成品)。如图10所示，预热和锻造步骤导致产生更多的细化晶粒结构，该结构中不时插入了散置在基体中的初生α相晶粒的晶核形成。观察到这些散置的初生α相晶粒是呈白色的小圆点。图11为增材制造的Ti-6Al-4V预成型件的显微图，该预成型件已预热至约1750℉的温度，随后被锻造至约0.7的真应变，然后在约1350℉的温度下退火(例如，经过退火的锻造成品)。如图11所示，除了散置在基体中的初生α相材料的圆形小晶粒，还形成了α相材料的初生晶粒。
虽然已详细描述本发明的各种实施例，但这些实施例的修改和调整对于本领域的技术人员而言是显而易见的。然而，显然应当理解，此类修改形式和调整属于本公开的精神和范围内。

Claims (6)

1.一种方法，所述方法包括：
(a)采用增材制造来制作金属预成型件；
(b)在所述采用步骤(a)之后，通过以下加工方式中的至少一种将所述金属预成型件锻造成加工成品：(i)轧制，(ii)环轧，(iii)环锻，(iv)成形轧制，(v)挤压，以及(vi)它们的组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工方式为轧制。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工方式为环轧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工方式为环锻。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工方式为成形轧制。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述加工方式为挤压。
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