CN111132781A - 甩油环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于熔体纺丝设备的甩油环(1)，包括圆柱形的机械成形的基体，该基体由难熔金属或难熔金属基合金组成，并具有沿切线方向(T)延伸的圆周表面(2)，所述圆周表面在轴向方向(A)上由两个端面(3)限定，其特征在于，在所述径向方向(R)上的变形程度大于在所述轴向方向(A)上的变形程度。

Description

甩油环
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的甩油环(Schleuderring)，包括这种甩油环的熔体纺丝设备以及制造具有权利要求9的前序部分的特征的甩油环的方法。
背景技术
在US 6,183,572 B1中公开了一种所述类型的甩油环(也称为淬火轮、纺丝轮、纺丝环、纺丝轮、旋转轮)，包括这种甩油环的熔体纺丝设备以及该类型的方法。
问题在于这样的甩油环的使用寿命以及由此熔体纺丝设备的长期可用性受到裂纹形成的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种所述类型的甩油环，包括这种甩油环的熔体纺丝设备以及一种制造甩油环的方法，其中避免了上述问题。
该目的通过具有权利要求1的特征的甩油环，包括这种甩油环的熔体纺丝设备以及制造具有权利要求9的特征的甩油环的方法来实现。本发明的有利实施方式在从属权利要求中限定。
本发明基于这样的认识，即，多个切向延伸的晶界促进了上述的裂纹形成。如现有技术中那样，轴向的主形成方向导致更大的裂纹形成，尤其是沿着切线方向，优选在圆周表面上。将主形成方向重新定位在径向方向上减少了圆周表面上切线方向上的晶界数目，从而趋于形成裂纹。
为了本发明的目的，术语难熔金属是指金属钨和钼。难熔金属基合金是基于一种或多种上述难熔金属的合金，其中一种或多种难熔金属的比例大于50at％，优选地大于80at％，更优选地大于95at％。不言而喻，难熔金属或难熔金属基合金也可以包含通常的杂质，这些杂质源于原材料或经由生产过程引入。
特别优选由钼基合金组成的甩油环。
进一步优选由包含≥99at％的钼的钼基合金，或MHC或TZM组成的甩油环。术语MHC是指包含约1.2重量％的铪和0.05至0.12重量％的碳的钼基合金。术语TZM是指包含0.4至0.55重量％的钛，0.06至0.12重量％的锆和0.01至0.04重量％的碳的钼基合金。
TZM作为根据本发明的甩油环的合金的特殊适用性可以归因于许多影响因素。首先，由于所使用的合金元素，合金TZM具有特别有利的机械性能和改善的高温性能，其次，通过在径向方向上的大于轴向方向上的变形程度建立了有利的微观结构。此外，与钼相比，TZM的增加的晶界强度是特别有利的。
MHC同样具有改善的机械性能，这部分地归因于借助于铪的钼的混晶强化。与TZM相比，MHC还具有改善的高温性能。
微观结构的晶粒的伸展程度可以通过晶粒长宽比来描述，晶粒长宽比表示晶粒的长度与晶粒的宽度之比。
如下所述，在圆周表面上的平面视图中获得平均圆周-侧晶粒长宽比(kU)，在端面上的平面视图中获得平均端-面-侧晶粒长宽比(kS)。
根据本发明，优选的是(其中kU总是小于kS)：
1＜kU＜1.7，优选地1＜kU＜1.4；
kS≥1.5，优选地kS≥1.8。
由于在径向方向上的更大变形，在主元件的端面的区域中可能存在更多的晶界，但这与甩油环的使用寿命无关。
本发明还对平均晶粒尺寸(dmean)具有有利影响，该平均晶粒尺寸通过基于ASTM E112的方法，通过样线截取法测量，并且其在圆周表面上例如小于500μm，优选地小于200μm，特别优选地小于100μm。
已经发现，主元件可以具有垂直于圆周表面的择优取向<111>和/或<100>。不存在垂直于圆周表面的<101>择优取向是有利的。
进一步优选垂直于圆周表面，在<111>方向上的择优取向，其强度大于基础强度的1.5倍。
晶体取向，也称为择优取向或形成织构，优选通过SEM(扫描电子显微镜)和EBSD(电子背散射衍射)确定。为此，将样本(垂直于圆周表面)倾斜70°角。入射的初级电子束非弹性地散射在样本的原子上。当一些电子以满足布拉格条件的方式以此方式撞击晶格面时，就会发生相长干涉。这种增强作用发生在晶体的所有晶格面上，因此所得的衍射图样(电子背散射图样，也称为菊池图样)涵盖了晶体中的所有角度关系，因此也包含了晶体对称性。在以下条件下进行测量：
-加速电压：20kV，
-孔口120μm，
-工作距离15mm
-高电流模式–已激活
-扫描面积：1690x 1690μm2，
-索引步长：2μm。
附图说明
将借助于附图讨论本发明的工作示例。附图示出：
图1是根据本发明的甩油环的示意图。
图2是根据本发明的熔体纺丝设备的示意图。
图3a和图3b是本发明构思的示意图，
a)现有技术，
b)根据本发明的甩油环，微观结构部分(立方体)的边长为500μm。
图4是根据本发明的光学显微断面(圆周表面，蚀刻的)。
图5是根据现有技术的光学显微断面(圆周表面，蚀刻的)。
图6a至图6f描述了本发明所讨论的各种机械成形工艺。
图7a和图7b为用于金相研究的样本取样的示意图。
图8a和图8b是本发明的参考示例，其示出了圆周表面(a)和端面(b)，包括用于量化评估微观结构的网格图样。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的甩油环1，已经绘出其轴向方向A，径向方向R和切线方向T。甩油环1具有圆柱形的主元件，该主元件的圆周表面2由两个端面3限定。在所示的工作示例中，甩油环1被构造为空心圆柱体，以节省材料。用于驱动甩油环1的驱动装置可以接合在内部空腔中。如图所示，在甩油环端面上的晶粒伸长主要在切线方向T上延伸。
图2示出了根据本发明的熔体纺丝设备的示意图。在此，图1中所示的甩油环连接到驱动单元(为简单起见未示出)，该驱动单元引起甩油环1绕其旋转对称轴线旋转。甩油环1借助于冷却装置(为简单起见未示出)冷却。甩油环的这种冷却例如可以通过空气冷却，水冷或通过不同的介质来实现，所述介质或者被引入到甩油环的圆周表面2或者被引入到其内部。借助于用于施加熔体20的装置5将熔体20施加至甩油环1的圆周表面2。在该示例中，这是通过将熔体20引入用于施加熔体20的装置5的内部并随后在熔体20上施加压缩力P，从而使熔体20通过施加喷嘴21离开用于施加熔体20的装置5。由于熔体将热传递至冷甩油环1，熔体20通过热传递而固化，并且熔体被甩油环携带，直到熔体20被甩油环1的离心力甩出。
图3a和图3b示出了发明构思，其中图3a示出了根据现有技术的甩油环的微观结构，图3b示出了根据本发明的甩油环的微观结构。在每种情况下，都描述了一个边长为500μm的立方体形微观结构部分。微观结构部分相对于甩油环中方向的位置通过坐标系表示。
在现有技术中，主要变形是在轴向方向A上。建立的微观结构显示出沿切线方向T延伸的多个晶界，参见图3a。这种微观结构特征促进了在甩油环的圆周表面处的裂纹形成。
当主形成方向转移到径向方向R上时，圆周表面上切线方向T上的晶界数目减少，从而减小了形成裂纹的趋势。在图3b中示出了根据本发明的甩油环中的微观结构的这种构造。
由于甩油环1的主元件是通过机械成形工艺制成的，其主成形方向H已选择为使其沿制成的甩油环1的径向方向R延伸，因此该甩油环1的圆周表面2具有比现有技术少得多的晶界。比较图4和图5可以很好地看出这一点。
两个图均示出了蚀刻断面的光学显微照片，其是根据本发明(图4)或根据现有技术(图5)的甩油环1的圆周表面2拍摄的。在本发明的情况下，可以看出，在圆周表面上存在的晶界要少得多，这使得沿着晶界的裂纹形成更加困难(特别是由于撞击的熔体引起的热应力)。
通过金相抛光断面的光学显微评估来确定平均圆周-侧和端-面-侧晶粒长宽比ku和ks，以及平均晶粒尺寸dmean。
图7a和图7b示出了用于对甩油环1进行金相研究的样本取样的位置。
图7a示出了平行于端面3的断面，以指示样本厚度在2至5mm的范围内，而图7b示出了甩油环1的垂直于切线方向T的横截面。
用于光学显微研究的样本取自圆周表面2，其长度为环高度的0.25到0.75倍(图7b)，以便尽可能避免材料外围区域的边缘效应。采样区域由“样本”表示。样本的制备和检查在样本的径向内侧进行。观察方向在图7b中用字母B表示。
金相样本的制备如下进行：
-在180℃的温度和20kN的力下嵌入
Figure BDA0002337526100000051
的电木体中
-在SiC纸上使用120、320、600、800、1500、2400晶粒尺寸分别湿磨30秒
-抛光：
o抛光布上的3μm金刚石悬浮液
o抛光布上喷涂1μm金刚石
o 0.1μm OPS抛光布
o接触压力10N，持续时间30分钟，转速30rpm
在LEICA光学显微镜(例如LEICA DMI 5000M)下检查制备的抛光断面。为了检查晶粒尺寸和伸长率，通过村上(Murakami)蚀刻溶液对抛光后的样本进行了晶界蚀刻。村上蚀刻溶液由氢氧化钾KOH和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]组成。
通过基于根据ASTM E112的样线截取法的步骤进行平均晶粒尺寸的定量评估。为此，当测量涉及圆周表面和ku的确定时，拍摄了200倍放大的照片，并且计数了在轴向和切线方向上的晶界数量，而当测量涉及一个端面和ks的确定时，则计数了径向和切线方向上的晶界数量。沿等距1500μm长的线计数晶界，该线沿着跨越像平面的两个方向(圆周表面：轴向和切向，或端面：径向和切向)在像平面中以至少100μm的间隔绘制。为了获得令人满意的统计数据，可以减少每个抛光断面图像的图像放大，还可以增加每个样本的抛光断面图像的数量。
圆周表面的(方向无关的)晶粒长宽比ku或端面的晶粒长宽比ks由确定的较大的晶界数量除以较小的晶界数量之比得出。在所描述的评估方法中，必须确保将具有较大晶界数量的方向的值除以具有较小晶界数量的方向的值。
使用基于ASTM E112的评估方法的方法，通过在每个测量方向上的两个平均晶粒尺寸的平均值来给出平均晶粒尺寸dmean。
图8a显示了用于评估圆周表面的参考示例：
o水平线＝轴向方向：
27个晶界
平均晶粒尺寸55.6μm
o垂直线＝切线方向：
25个晶界
平均晶粒尺寸60.0μm
o晶粒伸长率ku＝27:25＝1.08
o平均晶粒尺寸dmean＝(55.6μm+60.0μm)/2＝57.7μm
图8b显示了用于评估端面的参考示例：
o水平线＝切线方向：
21个晶界
平均晶粒尺寸71.4μm(根据ASTM E112的样线截取法)
o垂直线＝径向方向：
47个晶界
平均晶粒尺寸31.9μm(根据ASTM E112的样线截取法)
o晶粒伸长率ks＝47:21＝2.24
o平均晶粒尺寸dmean＝(71.4μm+31.9μm)/2＝44.1μm
图6a至图6f示出了本发明所讨论的各种机械成形工艺的图示。
图6a示出了径向锻造方法，径向管锻造为可选项。径向锻造表示自由成形，以使杆或如图6a所示的金属制成的管的横截面变窄。在该方法中，这里的起始工件10由两个或更多个工具段6加工，这些工具段全部或仅部分地围绕待加工的横截面。工具段6具有逐渐变细的形状。起始工件10在锻造过程中绕其自身的轴线旋转，并沿其纵向方向执行前进运动，如箭头所示。工具段6由于沿径向执行振动运动而执行“锤击”运动，同样如箭头所示。“锤击”运动借助于工具段6使起始工件10变形，以提供具有较小横截面面积的工件7。所示的心轴8确保了在此加工的工件7的期望的内径。可以通过随后的定尺剪切工艺(例如通过锯切或车削)进一步加工该管，以形成甩油环1。可以容易地看出主成形方向H如何与径向方向R相对应。
图6b示出了挤出方法。在此，通过冲头11将起始工件10挤压通过模具9，该模具的横截面对应于待生产的工件7的横截面。在制造管(在此具体地构造为旋转对称的管)中，可以使用心轴8，该心轴8与冲头11连接或与冲头11一体成型。在挤出过程之后，可以通过定尺剪切工艺进一步加工该管，以产生根据本发明的甩油环1。主成形方向H对应于径向方向R，由此实现了根据本发明的甩油环的特征。
图6c示出了轧制方法，其中通过辊12的布置使在管上产生的沿径向方向预成形的扁平轧制板19变为管状。然后，可选地通过冶金结合，强制锁定(formschlüssig)或摩擦连接(例如，通过焊接、软钎焊、粘接)将端部彼此连接，并且可以通过定尺剪切进一步加工管，以产生根据本发明的抛油环1。在此，主成形方向H也对应于金属板19的径向方向R。
在如图6d所示的管轧制中，使起始工件10在两个进行共转运动的辊13之间通过。这些辊13的旋转轴线相对于工件7的旋转轴线成一定角度。结果，实现了工件7相对于辊13的反向旋转以及起始工件10的塑性变形以得到最终的工件7。如这里所示，可以提供心轴8。随后可以通过定尺剪切来进一步加工工件7或管，以产生根据本发明的甩油环1。可以容易地看出，主成形方向H如何与径向方向R相对应，以便制造出根据本发明的甩油环。
图6e示出了环锻方法。在此，将环形的起始工件10放置在心轴14上。借助于锻造压力机/锻锤15将压缩力施加在工件7上，从而引起变形。在从工件7上释放压力之后，将工件进一步旋转一个选定的角度，并通过锻造压力机/锻锤15再次向工件施加压缩力。这里，主成形方向H也对应于径向方向R，如在根据本发明的甩油环1中所要求的。
图6f示出了环轧方法。在此，起始工件10已经作为环存在。该工件7借助于心轴辊16和主辊17在径向方向上变形。可以通过轴向辊18控制工件7在轴向方向上的变形。该过程主要作为热成形进行。在环轧过程之后，工件7，根据本发明的甩油环1，可以通过切削加工技术(例如车削)进一步加工。在此，主成形方向H对应于径向方向R。
自然也可以想到其他制造方法。因此，也可以通过深冲压轧制金属板或通过挤压或压制来加工该板，以确保起始金属板材料的主成形方向H沿根据本发明的甩油环1的所得径向方向R延伸，从而由轧制金属板制成本发明的甩油环。在挤压或压制之后，必须将最终工件的底部分离或可以将其分离以获得轮。
附图标记列表：
1 甩油环
2 甩油环的圆周表面
3 甩油环的端面
4 熔体纺丝设备
5 用于供应熔体的装置
6 工具段
7 工件
8 心轴
9 模具
10 起始工件
11 冲头
12 辊
13 辊
14 心轴
15 锻造压力机/锻锤
16 心轴辊
17 主辊
18 轴向辊
19 金属板
20 熔体
21 施加喷嘴
A 轴向方向
R 径向方向
T 切线方向
H 主成形方向
B 观察方向
P 压缩力
ku 晶粒长宽比，圆周-侧
ks 晶粒长宽比，端-面-侧
dmean 平均晶粒尺寸

Claims (14)

1.用于熔体纺丝设备的甩油环(1)，包括圆柱形的机械成形的主元件，所述主元件由难熔金属或难熔金属基合金组成，并具有沿切线方向(T)延伸的圆周表面(2)，所述表面在轴向方向(A)上由两个端面(3)限定，其特征在于，在所述径向方向(R)上的变形程度大于在所述轴向方向(A)上的变形程度。
2.根据权利要求1所述的甩油环(1)，其中，在所述圆周表面(2)上的平面视图中获得的平均圆周-侧晶粒长宽比(kU)小于平均端-面-侧晶粒长宽比(kS)，所述端-面-侧晶粒长宽比在一个所述端面(3)上的平面视图中获得。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，在所述圆周表面(2)上的平面视图中的平均圆周-侧晶粒长宽比(kU)在1＜kU＜1.7的范围内。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，在一个所述端面(3)上的平面视图中获得的端-面-侧晶粒长宽比(kS)在1.5≤kS的范围内。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，通过样线截取法在所述圆周侧上确定的平均晶粒尺寸(dmean)小于500μm。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，所述主元件(2)具有垂直于所述圆周表面(2)的择优取向<111>和/或<100>。
7.根据权利要求6所述的甩油环，其中，所述主元件(2)在垂直于圆周表面(2)的<111>方向上具有择优取向，所述择优取向的强度大于或等于的基础强度的1.5倍。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，所述甩油环由钼基合金组成。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环，其中，所述甩油环由包含≥99at％的钼的钼基合金、MHC或TZM组成。
10.熔体纺丝设备(4)，特别用于生产稀土磁体，包括至少一个根据前述权利要求中至少一项所述的甩油环(1)，用于驱动所述至少一个甩油环(1)的驱动装置，以及用于向所述至少一个甩油环(1)的圆周表面(2)供应熔体的装置(5)。
11.制造甩油环的方法，特别是制造根据权利要求1至9中至少一项所述的甩油环(1)，其中，由难熔金属或难熔金属基合金构成的坯料，特别是烧结坯料，是机械成形的，其特征在于，在所述径向方向(R)上的变形程度大于在所述轴向方向上的变形程度。
12.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述机械成形是通过以下方法中的一个进行的：
-径向锻造，优选地径向管锻造
-环轧
-挤出
-环锻
-管轧制。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述机械成形是通过以下进行的：
-环轧或
-环锻。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述机械成形是通过以下进行的：
-金属板的轧制，所述金属板的卷起和所述金属板末端的连接，或者
-通过对优选地轧制的金属板的深冲或挤压，优选地将深冲或挤出的和可选地轧制的金属板的底部分离来进行。
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