KR101866598B1 - 표면 코팅을 통한 금속 합금의 열간 가공성 개선 - Google Patents

표면 코팅을 통한 금속 합금의 열간 가공성 개선 Download PDF

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Abstract

열적 균열을 감소시키기 위하여 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 처리하는 방법은 유리 재료를 가공물의 표면의 적어도 일부에 부착하는 단계, 유리 재료를 가열하여 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 단계를 일반적으로 포함할 수 있다. 본 개시는 또한 본 명세서에 기재된 방법에 따라 처리된 합금 가공물, 및 상기 방법에 따라 제조된 합금 가공물을 포함하거나 이로부터 제조된 제조물품에 관한 것이다.

Description

표면 코팅을 통한 금속 합금의 열간 가공성 개선 {IMPROVING HOT WORKABILITY OF METAL ALLOYS VIA SURFACE COATING}
기술분야
본 개시는 합금 잉곳(ingot) 및 다른 합금 가공물(workpiece), 상기 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물 처리 방법 및 특히, 표면 코팅을 그 위에 제공하여 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물의 열간 가공성(workability)을 개선하는 방법에 관한 것이다.
배경
다양한 합금이 "균열 감수성(crack sensitive)"임을 특징으로 할 수 있다. 균열 감수성 합금으로 이루어진 잉곳 및 다른 가공물은 열간 가공 작업 동안 표면 및/또는 가장자리를 따라 균열을 형성할 수 있다. 균열 감수성 합금으로부터 물품을 성형하는 것은 문제가 될 수 있는데, 예를 들어, 단조(forging) 또는 다른 열간 가공 작업 동안 형성되는 균열이 연마되거나 그렇지 않으면 제거될 필요가 있을 수 있어, 생산 시간 및 비용을 증가시키고 산출량을 감소시키기 때문이다.
단조 및 압출(extrusion)과 같은 특정한 열간 가공 작업 동안, 다이가 합금 가공물에 힘을 가하여 가공물을 변형시킨다. 다이의 표면과 합금 가공물의 표면 사이의 상호작용은 열 전달, 마찰 및 마모를 수반할 수 있다. 열간 가공 동안 표면 및 가장자리 균열을 감소시키기 위한 종래의 한 기술은 열간 가공 전에 합금 가공물을 금속 합금 캔 안에 포위시키는 것이다. 원통형 가공물의 경우, 예를 들어, 합금 캔의 내경이 가공물의 외경보다 약간 더 클 수 있다. 합금 가공물은 합금 캔이 가공물을 느슨하게 에워싸도록 합금 캔에 삽입될 수 있고, 다이가 합금 캔의 외부 표면과 접촉한다. 합금 캔은 포위된 가공물을 열적으로 절연하고 기계적으로 보호하여, 가공물 상의 균열 형성의 발생을 없애거나 감소시킨다. 합금 캔은 가공물과 합금 캔의 내부 표면 사이의 공기 틈의 작용에 의하여, 또한 합금 가공물이 주위로 열을 복사하는 것을 직접 억제하여 합금 가공물을 열적으로 절연한다.
합금 가공물 캐닝(canning) 작업은 다양한 단점을 초래할 수 있다. 예를 들어, 다이와 합금 캔의 외부 표면 사이의 기계적 접촉이 합금 캔을 파열시킬 수 있다. 한 특정 경우에, 캐닝된 가공물의 업셋-앤드-드로우(upset-and-draw) 단조 동안, 합금 캔이 드로우 조작 동안 파열될 수 있다. 이러한 경우에, 합금 가공물은 다수의 업셋-앤드-드로우 단조 조작의 각 업셋-앤드-드로우 사이클 사이에 다시 캐닝될 필요가 있을 수 있고, 이는 공정 복잡도 및 비용을 증가시킨다. 더욱이, 합금 캔은 작업자가 균열 및 다른 가공-유발된 결함에 대하여 캐닝된 합금 가공물의 표면을 시각적으로 모니터링하는 것을 방해할 수 있다.
앞서 말한 결점을 고려해 볼 때, 더욱 효율적인 및/또는 더욱 비용-효율적인 균열 감수성 합금 열간 가공 방법을 제공하는 것이 이로울 것이다. 더 일반적으로, 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물의 열간 가공성 개선 방법을 제공하는 것이 이로울 것이다.
요약
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물 처리를 위한 방법이 기재된다.
본 명세서에 개시된 다양한 비제한적 구체예는 합금 가공물에 표면 코팅을 제공하여 합금 가공물의 열간 가공성을 개선하는 방법에 관한 것이다. 본 개시에 따른 한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 처리 방법은 다음 단계를 포함한다: 유리 재료를 합금 가공물의 적어도 일부에 부착(depositing)하는 단계; 및 유리 재료를 가열하여 합금 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 합금 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 단계. 상기 방법의 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 재료는 유리 패브릭(fabric), 유리 입자, 및 유리 테이프에서 선택될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 재료를 가공물의 적어도 일부에 부착하는 것은 배치(disposing), 분사(spraying), 도장(painting), 살포(sprinkling), 롤링(rolling), 침지(dipping), 래핑(wrapping), 및 테이핑(taping) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 재료를 가열하는 것은 유리 재료를 1000℉ 내지 2200℉의 온도까지 가열하는 것을 포함한다. 다양한 비제한적 구체예에서, 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금에서 선택되는 재료를 포함한다. 상기 방법의 다양한 비제한적 구체예에서, 가공물은 잉곳, 빌릿(billet), 바(bar), 플레이트(plate), 튜브(tube), 소결된 예비성형품(pre-form) 등을 포함하거나 이들로부터 선택될 수 있다. 상기 방법의 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 유리 재료를 가열하는 단계에 이어, 다음에서 선택되는 하나 이상의 단계를 추가로 포함한다: 다이 및 롤 중 적어도 하나로 가공물에 힘을 가하여 가공물을 변형시키는 단계; 가공물을 열간 가공하는 단계, 여기서 열간 가공은 단조 및 압출 중 적어도 하나를 포함함; 가공물을 냉각하는 단계; 샷 블라스팅(shot blasting), 연삭(grinding), 박리(peeling), 및 터닝(turning) 중 적어도 하나에 의해 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및 이들의 임의의 조합.
본 개시에 따른 추가적 비제한적 구체예에서, 가공물 열간 가공 방법은 다음 단계를 포함한다: 섬유유리 담요를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 배치하는 단계; 섬유유리 담요를 가열하여 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계; 다이 및 롤 중 적어도 하나로 가공물에 힘을 가하여 가공물을 변형시키는 단계, 여기서 다이 및 롤 중 적어도 하나는 가공물의 표면 상의 표면 코팅과 접촉함; 및 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계. 다양한 비제한적 구체예에서, 다이 및 롤 중 적어도 하나는 가공물의 표면 상의 표면 코팅의 적어도 하나의 잔류부(remnant)와 접촉한다. 상기 방법의 다양한 비제한적 구체예에서, 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 소결된 예비성형품 등을 포함하거나 이들로부터 선택될 수 있다.
본 개시에 따른 또 다른 비제한적 구체예는 본 개시의 임의의 방법에 따라 제조 또는 처리된 합금 가공물에 관한 것이다.
본 개시에 따른 또 다른 비제한적 구체예는 본 개시의 임의의 방법에 따라 제조 또는 처리된 합금 가공물로부터 제조되거나 이를 포함하는 제조물품에 관한 것이다. 이러한 제조물품에는, 예를 들어, 제트 엔진 구성부품, 육상용(land based) 터빈 구성부품, 밸브, 엔진 구성부품, 샤프트(shaft), 및 패스너(fastener)가 포함된다.
본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예는 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 방법의 특정한 비제한적 구체예에 따른 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 합금 가공물의 사진이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 그 위에 배치된 섬유유리 담요를 포함하는 도 2의 가공물의 사진이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 표면 코팅을 그 위에 포함하는 도 3의 합금 가공물의 사진이고, 여기서 가공물은 열간 가공되었다.
도 5는 도 6 및 7에 나타나는 표면 코팅이 없는 합금 가공물의 단조 동안 및 도 6 및 7에 나타나는 표면 코팅을 포함하는 가공물의 단조 동안의 시간에 걸친 표면 온도를 도시하는 차트이다.
도 6 및 7은 표면 코팅이 없는 단조된 합금 가공물(각 사진에서 오른쪽 가공물) 및 표면 코팅을 포함하는 도 4의 단조된 가공물(각 사진에서 왼쪽 가공물)의 사진이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 표면 코팅이 없는 합금 가공물 ("공기 냉각") 및 그 위에 표면 코팅을 포함하는 합금 가공물의 냉각 동안의 시간에 걸친 온도를 도시하는 차트이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 그 위에 표면 코팅을 포함하는 합금 가공물의 사진이다.
도 10은 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 표면 코팅이 없는 부분 및 그 위에 표면 코팅을 포함하는 부분을 포함하는 열간 단조된 합금 가공물의 사진이다.
도 11은 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부를 제거한 후 도 10의 가공물의 영역의 사진이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 그 위에 표면 코팅을 가지는 합금 가공물의 사진이다.
도 13은 본 명세서에 개시된 비제한적 구체예에 따른, 그 위에 배치된 유리 테이프를 포함하는 합금 가공물의 사진이다.
특정한 비제한적 구체예의 상세한 설명
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "필수적으로 구성되는(essentially consisting of)" 및 "구성되는(consisting of)"은 용어 "포함하는(comprising)"에 포함된다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 관사 "one", "a", "an", 및 "the"는 달리 명시되지 않으면 "최소 하나" 또는 "하나 이상"을 지칭한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "포함하는(including)" 및 "가지는(having)"은 "포함하는(comprising)"을 의미한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "연화점"은 특정 유리 재료가 더 이상 굳은 고체로 거동하지 않고 스스로의 무게로 인해 처지기 시작하는 최저 온도를 지칭한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "약"은 측정의 본질 또는 정확성을 고려하여 측정된 양에 대하여 허용 가능한 오차 정도를 지칭한다. 전형적인 대표적 오차 정도는 주어진 값 또는 값의 범위의 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내일 수 있다.
본 명세서에서 언급된 모든 수치 양은, 달리 명시되지 않으면, 모든 사례에서 용어 "약"에 의하여 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 수치 양은 근사적이고, 각 수치 값은 언급된 값 및 상기 값 주위의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하도록 의도된다. 최소한, 그리고 청구의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 각각의 수치 값은 적어도 기록된 유효숫자의 개수에 비추어 그리고 통상의 반올림 기술을 적용하여 해석되어야 한다. 본 명세서에 언급된 수치 양의 근사에도 불구하고, 실제로 측정된 값의 특정 실시예에 기재된 수치 양은 가능한 한 정확하게 기록된다.
본 명세서에 언급된 모든 수치 범위는 그 안에 포함되는 모든 하위-범위를 포함한다. 예를 들어, "1 내지 10" 및 "1과 10 사이"라는 범위는 언급된 1의 최소 값 및 언급된 10의 최대 값 사이 그리고 이를 포함하는 모든 하위-범위를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최대 수치 한계는 모든 더 낮은 수치 한계를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최소 수치 한계는 모든 더 높은 수치 한계를 포함하도록 의도된다.
다음 상세한 설명에서, 본 명세서에 기재된 물품 및 방법의 다양한 비제한적 구체예의 완전한 이해를 제공하도록 특정한 구체적 내용이 제시된다. 당해 분야의 숙련가는 본 명세서에 기재된 비제한적 구체예가 이러한 구체적 내용 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 사례에서, 본 명세서에 기재된 비제한적 구체예의 기재를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위하여, 상기 물품 및 방법과 관련하여 공지된 구조 및 방법이 상세하게 나타나거나 기재되지 않을 수 있다.
본 개시는 물품 및 방법의 다양한 비제한적 구체예의 다양한 특징, 양태 및 장점을 기술한다. 그러나 본 명세서에 기재된 다양한 임의의 비제한적 구체예의 다양한 특징, 양태, 및 장점을, 당해 분야의 숙련가가 유용함을 발견할 수 있는 임의의 조합 또는 부조합으로 조합하여 성취될 수 있는 수많은 대안의 구체예를 본 개시가 포함하는 것으로 이해된다.
예를 들어, 단조 조작 및 압출 작업과 같은 열간 가공 작업 동안, 가공물을 소성으로 변형시키도록 주위 온도보다 높은 온도, 예컨대 가공물의 재결정 온도 위에서 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물에 힘이 가해질 수 있다. 가공 작업을 거치는 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물의 온도는 가공물의 표면에 기계적으로 힘을 가하도록 사용되는 다이 또는 다른 구조물의 온도보다 높을 수 있다. 가공물은 주위 공기로의 열 손실에 의한 가공물의 표면 냉각 및 접촉하는 다이 또는 다른 구조물과 가공물의 표면 사이의 열 구배 오프-셋(off-set)으로 인한 온도 구배를 형성할 수 있다. 온도 구배는 열간 가공 동안 가공물의 표면 균열에 기여할 수 있다. 표면 균열은 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물이 균열 감수성 합금으로부터 성형되는 상황에서 특히 문제이다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 합금 가공물은 균열 감수성 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 코발트계 합금, 및 초합금, 예컨대 니켈계 초합금은 특히 열간 가공 작업 동안 균열 감수성일 수 있다. 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 이러한 균열 감수성 합금 및 초합금으로부터 성형될 수 있다. 예를 들어, 균열 감수성 합금 가공물은, 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금에서 선택되지만 이에 제한되지 않는 합금 또는 초합금으로부터 성형될 수 있다. 비록 본 명세서에 기재된 방법이 균열 감수성 합금과 관련하여 사용하기에 이롭지만, 상기 방법은 또한, 예를 들어, 열간 가공 온도에서 비교적 낮은 연성을 특징으로 하는 합금, 1000℉ 내지 2200℉의 온도에서 열간 가공된 합금, 및 일반적으로 균열이 일어나기 쉽지 않은 합금을 포함하는 임의의 합금에 일반적으로 적용 가능함이 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "합금"은 종래의 합금 및 초합금을 포함한다. 당해 분야의 숙련가가 이해하는 바와 같이, 초합금은 고온에서 비교적 우수한 표면 안정성, 내부식성 및 내산화성, 고 강도, 및 고 내크리프성을 나타낸다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 소결된 예비성형품 등을 포함하거나 이들로부터 선택될 수 있다.
합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은, 예를 들어, 종래의 야금 기술 또는 분말 야금 기술을 이용하여 성형될 수 있다. 예를 들어, 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 VIM-VAR 작업으로 알려진 진공 유도 용융(vacuum induction melting, VIM) 및 진공 아크 재용융(vacuum arc remelting, VAR)의 조합에 의하여 성형될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 삼중 용융 기술에 의하여 성형될 수 있고, 여기서 전기슬래그 재용융(electroslag remelting, ESR) 작업이 VIM 작업과 VAR 작업 중간에 수행되어, VIM-ESR-VAR (즉, 삼중 용융) 시퀀스를 제공한다. 다른 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 용융된 합금의 무화(atomization) 및 합금 가공물로 결과로 얻은 야금학적 분말의 수집(collection) 및 압밀(consolidation)을 포함하는 분말 야금 작업을 이용하여 성형될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 분무 성형 작업을 이용하여 성형될 수 있다. 예를 들어, VIM은 공급원료로부터 베이스 합금 조성물을 제조하기 위하여 이용될 수 있다. ESR 작업이 VIM 후에 선택적으로 이용될 수 있다. 용융된 합금은 VIM 또는 ESR 용융물 풀(melt pool)로부터 추출되고, 용융된 액적을 형성하도록 무화될 수 있다. 용융된 합금은 예를 들어 냉벽 유도 가이드(cold wall induction guide, CIG)를 이용하여 용융물 풀로부터 추출될 수 있다. 용융된 합금 액적은 분무 성형 작업을 이용하여 부착되어 고화된 합금 가공물을 성형할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 열간 등방압 가압법(hot isostatic pressing, HIP)을 이용하여 성형될 수 있다. HIP는 분말 재료를 일체형(monolithic) 예비성형품으로 압축하고 압밀하기 위한, 예를 들어 아르곤과 같은 고압 및 고온 가스의 등방 적용을 일반적으로 지칭한다. 분말은 압축되고 압밀된 분말과 가스 사이의 압력 장벽으로 기능하는 밀봉된 용기에 의하여 고압 및 고온 가스와 격리될 수 있다. 밀봉된 용기는 소성으로 변형하여 분말을 압축할 수 있고, 상승된 온도는 개별적인 분말 입자를 함께 효과적으로 소결하여 일체형 예비성형품을 성형할 수 있다. 균일한 압축 압력이 분말 전체에 걸쳐 가해질 수 있고, 균질한 밀도 분포가 예비성형품에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 근-등원자(near-equiatomic) 니켈-티타늄 합금 분말이, 예를 들어 스틸 캔과 같은 금속 용기에 넣어지고, 흡수된 습기 및 포획된 가스를 제거하도록 탈기될 수 있다. 근-등원자 니켈-티타늄 합금 분말을 수용하는 용기는, 예를 들어, 용접에 의한 것과 같이 진공하에 밀봉될 수 있다. 봉해진 용기는 이후 용기 내 니켈-티타늄 합금 분말의 완전한 고밀화(densification)를 달성하기에 충분한 온도 및 압력에서 HIP되어, 완전히-고밀화된 근-등원자 니켈-티타늄 합금 예비성형품을 형성할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 무기 재료를 합금 가공물의 적어도 일부에 부착하는 것 및 무기 재료를 가열하여 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 무기 재료는, 예를 들어, 섬유, 입자, 및 테이프에서 선택되는 재료를 포함하는 하나 이상의 열적으로 절연하는 재료를 포함할 수 있다. 무기 재료는 예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 실리콘 다이옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 소듐 옥사이드, 리튬 옥사이드, 포타슘 옥사이드, 보론 옥사이드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 무기 재료는 예를 들어, 500℉ 내지 2500℉ 및 1000℉ 내지 2200℉와 같은 500℉ 이상의 용융점 또는 연화점을 가질 수 있다. 상기 방법은, 예를 들어, 무기 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 부착하는 것 및 무기 재료를 가열하여 표면 코팅을 가공물에 형성하고 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 무기 재료를 가열하는 것은 무기 재료를 1000℉ 내지 2200℉와 같은 단조 온도까지 가열하는 것을 포함한다. 무기 재료의 조성 및 형태는 단조 온도에서 점성 표면 코팅을 형성하도록 선택될 수 있다. 표면 코팅은 합금 가공물의 표면에 접착될 수 있다. 표면 코팅은 접착성 표면 코팅임을 특징으로 할 수 있다. 표면 균열 제거 또는 감소 이외에도, 본 개시에 따른 표면 코팅은 또한 열간 가공 작업 동안 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물의 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른, 열적 균열을 감소시키는 합금 가공물 처리 방법의 비제한적 구체예는 무기 유리 재료를 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물의 일부에 부착하는 것 및 유리 재료를 가열하여 가공물에 표면 코팅을 형성하고 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 유리 재료는 유리 섬유, 유리 입자, 및 유리 테이프 중 하나 이상을 포함하는 열적으로 절연하는 재료를 포함할 수 있다. 가공물에 제공된 유리 재료는 유리 재료가 적절한 온도까지 가열될 때 가공물에 점성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 유리 재료의 조성 및 형태는 단조 온도에서 점성 표면 코팅을 형성하도록 선택될 수 있다. 유리 재료 표면 코팅은 가공물의 표면에 접착할 수 있고, 열간 가공까지 및 열간 가공 동안 표면에 유지될 수 있다. 유리 재료 표면 코팅은 접착성 표면 코팅임을 특징으로 할 수 있다. 유리 재료를 가열하여 제공된 유리 재료 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열 손실을 감소시킬 수 있고, 이러한 표면 코팅이 없는 다른 동일한 합금 가공물과 비교하여 합금 가공물의 단조, 압출, 또는 다른 작업으로부터 초래되는 표면 균열의 발생을 제거하거나 감소시킬 수 있다. 표면 균열 제거 또는 감소 이외에도, 본 개시에 따른 유리 재료 표면 코팅은 또한 열간 가공 작업 동안 합금 가공물의 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 무기 섬유는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 유리 섬유는 연속 섬유 및/또는 불연속 섬유를 포함할 수 있다. 불연속 섬유는 연속 섬유를, 예를 들어, 커팅(cutting) 또는 초핑(chopping)하여 제조될 수 있다. 유리 섬유는, 예를 들어, SiO2, Al2O3, 및 MgO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 유리 섬유는, 예를 들어, 마그네슘 알루미노실리케이트 섬유를 포함할 수 있다. 유리 섬유는, 예를 들어, E-유리 섬유, S-유리 섬유, S2-유리 섬유, 및 R-유리 섬유로 이루어진 군에서 선택된 마그네슘 알루미노실리케이트 섬유를 포함할 수 있다. E-유리 섬유는 SiO2, Al2O3, B2O3, CaO, MgO, 및 다른 옥사이드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. S-유리 섬유 및 S2-유리 섬유는 SiO2, Al2O3, MgO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. R-유리 섬유는 SiO2, Al2O3, CaO, 및 MgO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 무기 섬유는 내화성 세라믹 섬유를 포함할 수 있다. 내화성 세라믹 섬유는 비정질일 수 있고, SiO2, Al2O3, 및 ZrO2 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 복수의 유리 섬유는 번들(bundle), 스트립(strip) 또는 토우(tow), 패브릭, 및 보드(board) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "패브릭"은 직조(woven), 편조(knitted), 펠트(felted), 융합(fused), 또는 비-직조(non-woven) 재료일 수 있거나 그렇지 않으면 섬유로 구성된 재료를 지칭한다. 패브릭은 복수의 섬유를 함께 붙잡을 바인더를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 얀(yarn), 담요(blanket), 매트(mat), 페이퍼(paper), 펠트(felt) 등을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 유리 섬유는 유리 담요를 포함할 수 있다. 유리 담요는, 예를 들어, E-유리 섬유를 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 구체예에서 유용한 E-유리 섬유를 포함하는 대표적인 유리 담요는 상품명 "Style 412" 및 "Style 412B"로 Anchor Industrial Sales, Inc.(노스캐롤라이나 주, 커너스빌)로부터 상용화되어 구입 가능한 0.062 인치의 두께를 가지는 섬유, 24 oz./yd2의 중량 및 1000℉의 온도 정격(temperature rating)을 가지는 E-유리 섬유를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 유리 패브릭은 예를 들어 섬유유리 담요, 예컨대 E-유리 담요를 포함할 수 있다. 패브릭은 가공물의 적어도 일부를 덮는 임의의 적절한 폭 및 길이를 가질 수 있다. 패브릭의 폭 및 길이는 가공물의 크기 및/또는 형태에 따라 변할 수 있다. 패브릭의 두께는 패브릭의 열전도율에 따라 변할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 1-25 mm, 예컨대 5-20 mm 또는 8-16 mm의 두께를 가질 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 무기 입자는 유리 입자를 포함할 수 있다. 유리 입자는 "프리트(frit)" 또는 "필러(filler)"로 지칭될 수 있다. 유리 입자는, 예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 실리콘 다이옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 소듐 및 소듐 옥사이드, 리튬 옥사이드, 포타슘 옥사이드, 보론 옥사이드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 유리 입자는, 예를 들어, 납이 없거나 단지 미량 수준의 납을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 유리 입자는, 예를 들어, 1400-1850℉, 1850-2050℉, 1850-2100℉, 또는 1900-2300℉와 같은 1400-2300℉의 금속 열간-가공 범위를 가진다. 본 개시에 따른 구체예에서 유용한 대표적인 유리 입자는 상품명 "Oxylub-327", "Oxylub-811", "Oxylub-709", 및 "Oxylub-921"로 Advance Technical Products(오하이오 주, 신시내티)로부터 상용화되어 구입 가능한 재료를 포함한다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 무기 테이프는 유리 테이프를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 유리 테이프는 유리 배킹(backing) 및 접착제를 포함할 수 있다. 유리 배킹은, 예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 실리콘 다이옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 소듐 및 소듐 옥사이드, 리튬 옥사이드, 포타슘 옥사이드, 보론 옥사이드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 유리 배킹은 유리 섬유, 예컨대 유리 얀, 유리 패브릭, 및 유리 클로스(cloth)를 포함할 수 있다. 유리 배킹은 유리 필라멘트를 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 테이프는 섬유유리 필라멘트 강화된 포장 테이프를 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 테이프는 유리 클로스 배킹을 포함하는 접착 테이프, 또는 유리 얀 또는 필라멘트가 함입된(impregnated) 테이프를 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 테이프는 연속 유리 얀으로 강화된 폴리프로필렌 배킹을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 유리 테이프는 다음을 포함하는 특징을 가질 수 있다: ASTM 시험 방법 D-3330에 따른 약 55 oz./in. 폭 (60 N/100 mm 폭)의 스틸에 대한 접착력; ASTM 시험 방법 D-3759에 따른 약 300 Ibs./in. 폭(5250 N/100 mm 폭)의 인장 강도; ASTM 시험 방법 D-3759에 따른 약 4.5%의 파단 시 연신율; 및/또는 ASTM 시험 방법 D-3652에 따른 약 6.0 mil(0.15 mm)의 총 두께. 대표적인 본 개시에 따른 구체예에서 유용한 대표적인 유리 테이프는 상품명 SCOTCH® Filament Tape 893으로 3M Company (미네소타 주, 세인트폴)로부터 상용화되어 구입 가능하다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열간 가공 동안 열적 균열을 감소시키는 방식으로 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 처리하는 방법은 유리 패브릭을 가공물 표면의 적어도 일부에 배치하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 가공물 표면의 상당 부분에 배치될 수 있다. 합금 가공물의 표면은, 예를 들어, 원주방향(circumferential) 표면 및 원주방향 표면의 각 말단에 배치된 두 측방향(lateral) 표면을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 원통형 합금 가공물의 원주방향 표면의 상당 부분에 배치될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 원통형 가공물의 원주방향 표면 및 원통형 가공물의 적어도 하나의 측방향 표면에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 비제한적 구체예에서, 유리 담요는 원통형 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부 및 원통형 가공물의 적어도 하나의 측방향 표면에 배치될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 하나 초과의 유리 패브릭, 예컨대 둘, 셋, 또는 그 이상이 원통형 가공물의 표면의 적어도 일부 및/또는 원통형 가공물의 적어도 하나의 측방향 표면에 각각 배치될 수 있다. 패브릭은 예를 들어, 가공물의 원주방향 표면 주위에 패브릭을 가로로 래핑하여 배치될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 특정한 비제한적 구체예에서 유리 패브릭이 접착제 및/또는 기계적 패스너, 예를 들어 유리 테이프 및 묶음용 와이어를 이용하여 가공물에 고정될 수 있음을 이해할 것이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 열간 가공 동안 열적 균열을 감소시키도록 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 처리하는 방법은 유리 패브릭을 가공물 표면의 적어도 일부에 배치하는 것을 반복하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패브릭은 적어도 한 번, 두 번, 세 번, 네 번, 또는 네 번 초과로 가공물 주위에 래핑될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 패브릭은 소정의 두께가 달성될 때까지 가공물 주위에 래핑될 수 있다. 대안으로, 하나 초과의 유리 패브릭이 소정의 두께가 달성될 때까지 원통형 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부 및 원통형 가공물의 각 측방향 표면 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 예를 들어, 소정의 두께는 1 mm 내지 50 mm, 예컨대 10 mm 내지 40 mm일 수 있다. 적어도 하나의 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 제1 유리 패브릭을 가공물 표면의 적어도 일부에 배치하고, 제2 유리 패브릭을 제1 유리 패브릭 및 가공물 표면의 적어도 일부 중 적어도 하나에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 제1 유리 패브릭 및 제2 유리 패브릭은 동일하거나 상이한 무기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리 패브릭은 제1 E-유리 담요를 포함할 수 있고, 제2 유리 패브릭은 제2 E-유리 패브릭을 포함할 수 있다. 하나의 비제한적 구체예에서, 제1 유리 패브릭은 E-유리 담요를 포함할 수 있고, 제2 유리 패브릭은 예를 들어, 알루미나-실리카 내화 점토로부터 제조된 재료인 KAOWOOL 담요와 같은 세라믹 담요를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시기키 위한 가공물 처리 방법은 유리 입자를 가공물 표면의 적어도 일부에 부착하는 것을 일반적으로 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 입자는 가공물 표면의 상당 부분에 부착될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 입자는 원통형 가공물의 원주방향 표면 및/또는 원통형 가공물의 적어도 하나의 측방향 표면에 부착될 수 있다. 입자를 가공물의 표면에 부착하는 것은, 예를 들어, 롤링, 침지, 분사, 붓도장(brushing), 및 살포 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 방법은 입자를 부착하기 전에 가공물을 소정의 온도까지 가열하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가공물은 단조 온도, 예컨대 1000℉ 내지 2000℉, 및 1500℉까지 가열되고, 유리 입자가 가공물의 표면에 부착하도록 유리 입자의 층에서 롤링될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 유리 테이프를 가공물 표면의 적어도 일부에 배치하는 것을 일반적으로 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 테이프는 가공물 표면의 상당 부분에 배치될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 테이프는 원통형 가공물의 원주방향 표면 및/또는 가공물의 적어도 하나의 측방향 표면에 배치될 수 있다. 테이프를 가공물의 표면에 배치하는 것은, 예를 들어, 래핑 및 테이핑 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 예를 들어, 테이프는 테이프를 가공물의 원주방향 표면 주위에 가로로 래핑하여 배치될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 테이프는 테이프를 가공물의 표면에 접착하여 표면에 배치될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 테이프는 원통형 합금 가공물의 표면의 적어도 일부 및/또는 유리 담요의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도 13은, 예를 들어, 합금 잉곳 형태의 합금 가공물의 사진이고, 상기 가공물은 가공물의 원주방향 표면 및 가공물의 마주보는 말단 또는 면에 배치된 유리 테이프를 포함한다.
특정한 비제한적 구체예에서, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 유리 테이프를 가공물 표면의 적어도 일부에 배치하는 것을 한 번 이상 반복하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 테이프는 적어도 한 번, 두 번, 세 번, 네 번, 또는 네 번 초과로 가공물 주위에 래핑될 수 있다. 적어도 하나의 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 제1 유리 테이프를 가공물의 표면의 적어도 일부에 래핑하고, 제2 유리 테이프를 제1 유리 테이프 및 가공물의 테이핑되지 않은 표면의 적어도 일부 중 적어도 하나에 래핑하는 것을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 제1 유리 테이프를 가공물 표면의 적어도 일부에 테이핑하고, 제2 유리 테이프를 제1 유리 테이프 및 가공물의 테이핑되지 않은 표면의 적어도 일부 중 적어도 하나에 테이핑하는 것을 포함할 수 있다. 제1 유리 테이프 및 제2 유리 테이프는 동일하거나 상이한 무기 재료를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 테이프는 소정의 두께가 달성될 때까지 합금 가공물에 배치될 수 있다. 대안으로, 하나 초과의 유리 테이프가 소정의 두께가 달성될 때까지 원통형 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부 및 원통형 가공물의 각 측방향 표면 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 소정의 두께는, 예를 들어, 1 mm 미만 내지 50 mm, 예컨대 10 mm 내지 40 mm일 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 합금 가공물에 제공된 유리 재료는 유리 재료 가열 시 가공물에 점성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 유리 재료를 그 위에 포함하는 가공물은 용융로(furnace)에서 가열될 수 있다. 유리 재료의 조성은 단조 온도에서 점성 표면 코팅을 형성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 유리 재료를 포함하는 옥사이드는 소정의 온도, 예컨대 단조 온도에서 용융점 또는 연화점을 가지는 유리 재료를 제공하도록 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 유리 재료의 형태, 즉, 섬유, 입자, 테이프 및 이들의 임의의 조합은, 소정의 온도, 예컨대, 단조 온도에서 점성 표면 코팅을 형성하도록 선택될 수 있다. 가공물의 표면에 제공된 유리 패브릭은, 예를 들어, 1900℉ 내지 2100℉의 온도의 용융로에서, 유리 재료가 가열될 때 가공물에 점성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 가공물의 표면에 제공된 유리 입자는, 예를 들어, 1450℉ 내지 1550℉의 온도의 용융로에서, 유리 재료가 가열될 때 가공물에 점성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 가공물의 표면에 제공된 유리 테이프는, 예를 들어, 1900℉ 내지 2100℉의 온도의 용융로에서, 유리 재료가 가열될 때 가공물에 점성 표면 코팅을 형성할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물의 표면에 제공된 표면 코팅은 접착성 표면 코팅임을 특징으로 할 수 있다. 점성 표면 코팅은 표면 코팅 냉각 시 접착성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 예를 들어, 점성 표면 코팅은 표면 코팅을 포함하는 가공물이 용융로에서 제거될 때 접착성 표면 코팅을 형성할 수 있다. 표면 코팅은, 표면 코팅이 가공물 표면에서 즉시 흘러내리지 않을 경우, "접착성"인 것으로 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 다양한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물이 용융로에서 제거될 때 코팅이 표면으로부터 즉시 흘러내리지 않을 경우 "접착성"인 것으로 간주될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다양한 비제한적 구체예에서, 세로축 및 원주방향 표면을 가지는 합금 가공물의 원주방향 표면 상의 표면 코팅은, 세로축이 예를 들어, 수평 표면에 대하여 45° 내지 135°와 같이 수직으로 배향되도록 가공물이 배치될 경우 코팅이 원주방향 표면으로부터 즉시 흘러내리지 않을 때 "접착성"인 것으로 간주될 수 있다. 표면 코팅은 가공물이 용융로에서 제거될 때 표면 코팅이 가공물의 표면으로부터 즉시 흘러내릴 경우 "비-접착성" 표면 코팅으로 특징지어질 수 있다.
합금이 열간 가공될 수 있는 온도 범위는 합금에서 균열이 개시되는 온도 및 무기 재료의 조성과 형태를 고려해야 할 것이다. 열간 가공 작업을 위하여 주어진 출발 온도에서, 일부 합금은 합금에서 균열이 개시되는 온도의 차이로 인해 다른 합금보다 더 큰 온도 범위에 걸쳐 효과적으로 열간 가공될 수 있다. 비교적 작은 열간 가공 온도 범위(즉, 합금이 열간 가공될 수 있는 최저 온도와 균열이 개시되는 온도의 차이)를 가지는 합금에 있어서, 아래에 놓인 가공물이 균열이 개시되는 취성 온도 범위로 냉각되는 것을 억제 또는 방지하기 위한 무기 재료의 두께는 비교적 더 클 수 있다. 유사하게, 비교적 더 큰 열간 가공 온도 범위를 가지는 합금에 있어서, 아래에 놓인 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물이 균열이 개시되는 취성 온도 범위로 냉각되는 것을 억제 또는 방지하기 위한 무기 재료의 두께는 비교적 더 작을 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시키기 위하여 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 처리하는 방법은 무기 재료를 가열하여 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 표면 코팅을 형성하도록 무기 재료를 가열하는 것은, 예를 들어, 무기 재료를 예를 들어, 500-1500℉, 1000-2000℉, 1500℉-2000℉, 또는 2000-2500℉와 같은 500-2500℉의 온도까지 가열하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 무기 섬유, 예컨대 유리 담요 및 유리 테이프는 2000-2500℉의 온도까지 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 무기 입자, 예컨대 유리 입자는, 1500-2000℉의 온도까지 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 온도는 무기 재료의 용융점보다 더 높을 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 온도는 무기 재료의 온도 정격보다 더 높을 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 온도는 유리 패브릭, 유리 입자, 및/또는 유리 테이프의 용융점보다 더 높을 수 있다. 한 비제한적 구체예에서, 온도는 유리 담요의 용융점보다 더 높을 수 있다. 당해 분야의 숙련가가 숙지하는 바와 같이, 무기 재료는 특이적인 용융점을 가지지 않을 수 있고 "연화점"을 특징으로 할 수 있다. ASTM 시험 방법 C338 - 93(2008)은, 예를 들어, 유리의 연화점 결정을 위한 표준 시험 방법을 제공한다. 이렇게, 특정한 비제한적 구체예에서, 무기 재료는 최소한 무기 재료의 연화점인 온도까지 가열될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 가공물 표면의 상당 부분에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 가공물 표면을 완전히 덮을 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 합금 가공물의 원주방향 표면에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 가공물의 원주방향 표면 및 가공물의 적어도 하나의 측방향 면에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 가공물의 원주방향 표면 및 가공물의 각 측방향 면에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 무기 재료가 없는 가공물 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 무기 재료는 가공물 표면의 일부에 부착될 수 있다. 무기 재료는 가열 시 용융될 수 있다. 용융된 무기 재료는 무기 재료가 부착되지 않은 가공물 표면의 일부로 흐를 수 있다.
무기 재료는 가열 시 그 위에 표면 코팅을 형성하기에 충분한 두께까지 부착될 수 있고, 여기서 표면 코팅은 접촉하는 다이의 표면으로부터 아래에 놓인 가공물 표면을 절연하여, 아래에 놓인 가공물 표면이 열간 가공 동안 더 쉽게 균열을 일으키는 온도까지 냉각되는 것을 억제 또는 방지한다. 이러한 방식으로, 더 높은 열간 가공 온도가 더 두꺼운 표면 코팅 두께에 대한 선호와 일반적으로 관련될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 가공물로부터의 열 손실을 감소시키기에 적절한 두께를 가질 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 예를 들어, 0.5 mm 내지 1.5 mm, 및 약 1 mm와 같은 0.1 mm 내지 2 mm의 두께를 가질 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 의도하는 것은 아니지만, 표면 코팅은 열간 가공 동안 합금 가공물의 열 손실을 감소시키고 및/또는 다이 또는 다른 접촉하는 표면에 대한 가공물의 미끄러짐을 증가시킬 수 있다. 표면 코팅은 대류, 전도, 및/또는 복사를 통한 가공물로부터의 열 손실에 대한 열 장벽 역할을 할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅은 합금 가공물의 표면 마찰을 감소시키고 윤활제로 작용하여 열간 가공 작업, 예를 들어, 단조 및 압출 동안 가공물의 미끄러짐을 증가시킬 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 무기 재료는 열간 가공 작업 동안 가공물을 매끄럽게 하기에 충분한 두께까지 부착될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 표면 코팅을 포함하는 가공물을 냉각하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 냉각은 표면 코팅을 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 냉각하는 것은 가공물을 공기 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 냉각하는 것은, 예를 들어, KAOWOOL 담요와 같은 세라믹 담요를, 표면 코팅 및 가공물 표면의 적어도 일부 중 적어도 하나에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물의 표면은 실온까지 냉각될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부 및/또는 표면 코팅의 잔류부 중 적어도 하나를 제거하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 열간 가공 후, 가공물 열간 가공에 의하여 성형된 제품으로부터 표면 코팅의 일부 및/또는 표면 코팅의 잔류부 중 적어도 하나를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 표면 코팅 또는 잔류부를 제거하는 것은, 예를 들어, 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 및 터닝 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 열간 가공된 가공물을 박리하는 것는 선삭(lathe-turning)을 포함할 수 있다.
초기의 가공물 성형 후, 그러나 무기 재료를 부착하기 전 및/또는 합금 가공물의 열간 가공에 이어, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리의 비제한적 방법은 가공물을 가열하는 것 및/또는 가공물 표면을 컨디셔닝(conditioning)하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 합금 조성 및 가공물의 미세구조를 균질화하도록 고온에 노출될 수 있다. 상기 고온은 합금의 재결정 온도 위, 그러나 합금의 용융점 온도 아래일 수 있다. 예를 들어, 가공물은 단조 온도까지 가열될 수 있고, 무기 재료가 그 위에 부착될 수 있고, 가공물이 재가열되어 그 위에 표면 코팅을 형성할 수 있다. 가공물은 가공물이 해당 온도로 되기에 필요한 용융로 시간을 감소시키기 위하여 무기 재료를 부착하기 전에 가열될 수 있다. 합금 가공물은, 예를 들어, 가공물 표면을 연삭 및/또는 박리하여 표면 컨디셔닝될 수 있다. 가공물은 또한 샌딩(sanding) 및/또는 버핑(buffing)될 수 있다. 표면 컨디셔닝 작업은, 예를 들어, 고온에서의 균질화와 같은 임의의 선택적인 열 처리 전 및/또는 후에 수행될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 처리 방법은 가공물을 열간 가공하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 가공물을 열간 가공하는 것은 가공물에 힘을 가하여 가공물을 변형시키는 것을 포함할 수 있다. 힘은, 예를 들어, 다이 및/또는 롤을 사용하여 가해질 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 열간 가공하는 것은 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가공물을 열간 가공하는 것은 단조 조작 및/또는 압출 작업을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가공물의 표면의 적어도 일부에 부착된 표면 코팅을 가지는 가공물은 업셋 단조 및/또는 드로우 단조될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 가공물에 표면 코팅을 형성한 후, 단조에 의해 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 가공물에 표면 코팅을 형성한 후, 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 단조에 의해 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 가공물에 표면 코팅을 형성한 후, 압출에 의해 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 가공물에 표면 코팅을 형성한 후, 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 압출에 의해 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다.
업셋-앤드-드로우 단조 조작은 하나 이상의 업셋 단조 조작 시퀀스 및 하나 이상의 드로우 단조 조작 시퀀스를 포함할 수 있다. 업셋 작업 동안, 가공물의 말단 표면은 가공물에 힘을 가하는 단조 다이와 접촉될 수 있고, 이는 가공물의 길이를 압축하고 가공물의 횡단면을 증가시킨다. 드로우 작업 동안, 옆 표면(예를 들어, 원통형 가공물의 원주방향 표면)은 가공물에 힘을 가하는 단조 다이와 접촉될 수 있고, 이는 가공물의 횡단면을 압축하고 가공물의 길이를 증가시킨다.
다양한 비제한적 구체예에서, 가공물의 표면의 적어도 일부에 부착된 표면 코팅을 가지는 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 하나 이상의 업셋-앤드-드로우 단조 조작을 거칠 수 있다. 예를 들어, 삼중 업셋-앤드-드로우 단조 조작에서, 가공물은 먼저 업셋 단조된 다음 드로우 단조될 수 있다. 업셋 및 드로우 시퀀스는 총 세 번의 연속 업셋 및 드로우 단조 조작을 위하여 두 번 더 반복될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 가공물의 표면의 적어도 일부에 부착된 표면 코팅을 가지는 가공물은 하나 이상의 압출 작업을 거칠 수 있다. 예를 들어, 압출 작업에서, 원통형 가공물은 원형 다이를 통하여 단조될 수 있고, 이에 의하여 가공물의 직경이 감소하고 길이가 증가한다. 다른 열간 가공 기술이 당해 분야의 숙련가에 자명할 것이고, 본 개시에 따른 방법은 과도한 실험의 필요 없이 한 가지 이상의 이러한 다른 기술과 함께 이용되도록 적합화될 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 압밀, 또는 분사 성형된 잉곳 형태인 합금 잉곳으로부터 단련(wrought) 빌릿을 생산하기 위하여 이용될 수 있다. 빌릿 또는 다른 가공된 물품으로의 잉곳의 단조 전환 또는 압출 전환은 이전의 가공물과 비교하여 물품에서 더 미세한 결정립 구조를 발생시킬 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법 및 처리는, 표면 코팅이 단조 및/또는 압출 작업 동안 가공물의 표면 균열의 발생을 감소시킬 수 있기 때문에, 가공물로부터 단조 또는 압출된 제품(예를 들어, 빌릿)의 산출량을 개선할 수 있다. 예를 들어, 가공물의 표면의 적어도 일부에 제공된 본 개시에 따른 표면 코팅이 가공 다이에 의해 유발된 변형(strain)을 더욱 쉽게 견딜 수 있음이 관찰되었다. 또한 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 제공된 본 개시에 따른 표면 코팅이 열간 가공 동안 가공 다이와 가공물 사이의 온도 차이를 더 쉽게 견딜 수 있음이 관찰되었다. 이러한 방식으로, 가공 동안 아래에 놓인 가공물에서 표면 균열 개시가 방지 또는 감소되는 한편 본 개시에 따른 표면 코팅이 무(zero) 또는 미소한 표면 균열을 나타낼 수 있음이 관찰되었다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 표면 코팅을 가지는 다양한 합금의 잉곳 또는 다른 가공물이 열간 가공되어 다양한 물품 제작에 이용될 수 있는 제품을 성형할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 처리는 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 코발트계 합금, 니켈계 초합금, 및 다른 초합금으로부터 빌릿을 성형하기 위하여 이용될 수 있다. 열간 가공된 잉곳 또는 다른 합금 가공물로부터 성형된 빌릿 또는 다른 제품은, 예를 들어, 터빈 엔진을 위한 디스크 및 링과 같은 터빈 구성부품 및 다양한 육상용 터빈을 포함하지만 이에 제한되지 않는 물품을 제작하기 위하여 이용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예에 따라 처리된 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물로부터 제작된 다른 물품은 밸브, 엔진 구성부품, 샤프트, 및 패스너를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서의 다양한 구체예에 따라 처리될 수 있는 합금 가공물은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 예를 들어, 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 소결된 예비성형품 등을 포함하거나 이러한 형태일 수 있다.
본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예는 다음의 대표적인 실시예와 함께 독해할 경우 더 잘 이해될 것이다. 다음의 실시예는 설명의 목적으로 포함되고 제한이 아니다.
실시예 1
도 2-8을 참고하면, 본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 원통형 합금 잉곳을 포함할 수 있다. 도 2에 일반적으로 나타나는 바와 같이 10⅜ 인치의 길이 및 6 인치의 폭을 가지는 잉곳 형태의 두 개의 대체로 원통형인 가공물을 2100℉에서 3 시간 동안 열처리했다. 각각의 가공물을 KAOWOOL 세라믹 담요로 래핑하고 냉각되도록 두었다. KAOWOOL 세라믹 담요를 제거했다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 한 가공물을 이중층의 E-유리 담요로 래핑했다. E-유리 담요를 묶음용 와이어를 이용하여 가공물에 고정했다. ATP-610 재료(오하이오 주, 신시내티 소재의 Advanced Technical Products로부터 구입 가능)를 포함하는 무기 슬러리를 담요의 외부 표면에 붓도장했다. 두 번째 가공물은 어떤 재료로도 덮지 않았다. 두 가공물 각각을 2040℉ 용융로에 약 17 시간 동안 두었다. 이후 각 가공물을 온도에서 5 인치 X 4.5 인치 횡단면을 가지는 가공물로 단조했다. 도 4는 단조 동안 표면 코팅을 포함하는 가공물의 사진이다.
도 5는 코팅된 가공물 및 코팅되지 않은 가공물의 단조 동안의 시간에 걸친 가공물 표면 온도를 도시한다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 단조 동안 코팅된 가공물("래핑됨")의 표면 온도는 코팅되지 않은 가공물("래핑되지 않음")보다 일반적으로 약 50℃ 더 높았다. 표면 온도는 적외선 고온계를 이용하여 측정되었다. 도 6 및 7은 단조된 코팅된 가공물(두 사진 중 왼쪽) 및 단조된 코팅되지 않은 가공물(두 사진 중 오른쪽)의 사진이다. 도 6에서, 표면 코팅의 고화된 잔류부가 코팅된 가공물의 표면 상에 보인다. 한편 도 7은 샷 블라스팅에 의하여 제거된 후의 코팅된 가공물을 나타낸다. 도 6 및 7의 고려는 비록 단조된 코팅된 가공물이 약간의 균열을 나타내기는 하지만, 심각한 균열의 발생이 단조된 코팅되지 않은 가공물에 대한 것보다는 현저하게 덜함을 보여준다. E-유리 담요가 묶음용 와이어에 의해 가공물에 고정될 경우 단조된 코팅된 가공물 상의 균열이 발생했고, 단조 힘이 가해질 때 묶음용 와이어가 가공물에 응력(stress)을 가할 수 있어, 이는 균열의 형성을 야기할 수 있는 것으로 생각된다. 표면 코팅이 없는 단조된 가공물의 더 높은 균열 감수성이 표면에서 가시적이다.
실시예 2
도 8은 단조 조작 동안 세 개의 6 인치 직경의 합금 718 잉곳 가공물의 냉각 동안 시간에 따른 온도를 도시한 차트이다. 각 가공물을 주위 공기에서 냉각되도록 했다. 각 가공물의 온도를 내포된 열전쌍을 이용하여 측정했다. 온도를 각 가공물 상의 다음 위치에서 평가했다: 가공물 중심의 표면 상; 가공물 왼쪽 영역 상 표면의 0.5 인치 아래; 및 가공물 오른쪽 영역 상 표면의 0.5 인치 아래. 세 가공물 중 제1 가공물을 묶음용 와이어를 이용하여 가공물에 고정된 E-유리 담요 내에 래핑했다. ATP-790 재료(오하이오 주, 신시내티 소재의 Advanced Technical Products로부터 구입 가능)를 포함하는 무기 슬러리를 E-유리 담요의 외부 표면에 붓도장했다. 제2 가공물의 표면의 일부를 E-유리 담요 및 1 인치 두께의 KAOWOOL 세라믹 담요 내에 래핑했다. 제3 가공물은 덮지 않은 채로 두었다. 가공물을 단조 온도까지 가열했고, 제1 및 제2 가공물 상의 E-유리 담요/무기 슬러리 및 E-유리 담요/KAOWOOL 담요 각각이, 가공물 표면에 접착된 가공물 상의 표면 코팅을 형성했다.
도 8에 나타나는 바와 같이, 표면 코팅의 존재는 코팅된 가공물의 냉각 속도를 현저하게 감소시켰다. 냉각 속도 감소는 단조, 압출, 또는 다른 열간 가공 작업 동안 가공물에서 표면 균열의 발생을 감소시킬 수 있는 것으로 생각된다. 표면 코팅이 없는 가공물은 표면 코팅을 포함하는 가공물보다 현저하게 더 빠르게 냉각되었다. 코팅되지 않은 가공물은 3 시간 미만 동안 단조 온도(대략 1950℉)로부터 (온도 측정 부위에 따라) 300℉ 내지 600℉까지 냉각되었다. 도 9는 E-유리 담요/KAOWOOL 표면 코팅을 포함하는 가공물의 사진이다. E-유리 담요/ATP-790 무기 슬러리 표면 코팅을 포함하는 가공물은 E-유리 담요/세라믹 담요 표면 코팅을 포함하는 가공물보다 더 빨리 냉각된다. E-유리 담요/ATP-790 무기 슬러리 표면을 포함하는 가공물은 약 5 내지 6 시간에 걸쳐 단조 온도로부터 (온도 측정 부위에 따라) 400℉ 내지 600℉까지 냉각되었다. E-유리 담요/세라믹 담요 표면 코팅을 포함하는 가공물은 12 시간 초과하는 시간에 걸쳐 단조 온도로부터 400℉ 내지 600℉까지 냉각되었다.
실시예 3
718Plus® 합금 (UNS No. N07818)의 대체로 원통형인 코팅되지 않은 잉곳 형태인 합금 가공물을 20 인치의 직경으로부터 14 인치의 직경까지 열간 단조했다. 가공물은 단조 조작 동안 심한 표면 균열을 나타냈다. 단조된 가공물을 표면 균열을 제거하기 위하여 12 인치 직경까지 터닝했다. 이후 터닝된 가공물을 12 인치로부터 10 인치까지 열간 단조했고, 가공물의 한 말단이 단조 동안 심하게 균열되었다. 이후 가공물을 샷 블라스팅에 의해 표면 컨디셔닝하고, 가공물의 제1 말단을 10 인치로부터 6 인치까지 열간 단조했다. E-유리 담요가 단조된 가공물의 제2 말단 주위에 래핑되고 이에 고정되고, 가공물을 1950℉의 온도의 용융로에 두고 가열했다. E-유리 담요는 가열 시 제2 말단에 표면 코팅을 형성했다. 도 10은 가공물이 용융로에서 제거된 후 부분적으로 단조되고 부분적으로 코팅된 가공물의 사진이다. 표면 코팅을 포함하는 말단을 12 인치로부터 6 인치까지 단조하고, 냉각되도록 한 다음, 샷 블라스팅하여 표면 코팅을 제거했다. 표면 코팅은 단조 조작 동안 가공물의 제2 말단의 표면에 접착했고, 제2 말단으로부터 열 손실을 감소시켰다. 도 11은 샷 블라스팅 후 가공물의 단조된 코팅되지 않은 말단(왼쪽 사진) 및 가공물의 단조된 코팅된 말단(오른쪽 사진)을 보여주는 사진이다. 샷 블라스팅 후 단조된 코팅된 가공물의 표면의 검정색 반점이 표면 코팅의 잔류부이다. 단조로부터 유래한 표면 균열의 현저한 발생이 도 11의 단조된 코팅되지 않은 가공물의 사진에서 분명하다. 대조적으로, 코팅된 가공물 말단의 균열 발생의 현저한 감소(즉, 현저하게 감소된 균열 감수성)가 도 11의 단조된 코팅된 가공물의 사진에서 분명하다. 따라서, 무기 코팅이 단조 동안 표면 균열의 발생을 현저하게 감소시킨 것으로 생각된다.
실시예 4
1.5 인치 직경의 대체로 원통형인 티타늄 Ti-6AI-4V 합금 (UNS No. R56400) 잉곳 형태의 합금 가공물을 1500℉의 온도의 용융로에서 1.5 시간 동안 가열했다. 가열된 가공물을 1400-1850℉의 금속 열간-가공 범위를 가지는 Oxylub-327 재료 (오하이오 주, 신시내티 소재의 Advance Technical Products로부터 구입 가능)를 포함하는 유리 입자 내에서 롤링했다. 이후 가공물을 용융로에 추가 30 분 동안 두었고, 유리 입자가 가열 작업 동안 가공물에 표면 코팅을 형성했다. 이후 코팅된 가공물을 독립적인 세 방향으로 세 번 단조했다. 도 12는 단조 후 가공물의 사진이고, 접착성 표면 코팅이 사진에서 명백하다. 표면 코팅은 단조 조작 동안 가공물의 표면에 접착했고 가공물로부터 열 손실을 감소시켰다.
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비록 본 발명의 특정한 비제한적 구체예가 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 다른 변화 및 변경이 행해질 수 있음이 당해 분야의 숙련가에게 분명할 것이다. 그러므로 첨부한 청구범위에서 본 발명의 범위 안에 있는 이러한 모든 변화 및 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (79)

  1. 열적 균열을 감소시키기 위한 합금 가공물 처리 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향(circumferential) 표면 주위로 래핑하는 단계;
    유리 입자를 상기 유리 패브릭의 적어도 일부에 부착(depositing)하는 단계; 및
    상기 유리 패브릭과 유리 입자를 가열하여 상기 합금 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 합금 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭은 유리 섬유 패브릭을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭은 1000℉ 내지 2100℉의 온도 정격(temperature rating)을 가지는 E-유리 패브릭(fabric)인 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 E-유리 패브릭을 상기 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 것은 E-유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 및 합금 가공물의 적어도 하나의 측방향(lateral) 면 주위로 래핑하는 것을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유리 입자를 부착하는 단계는 분사(spraying), 붓도장(brushing), 흐름 코팅(flow coating), 살포(sprinkling), 롤링(rolling), 및 침지(dipping) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 1000℉ 내지 2200℉의 온도까지 가열하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 부착하는 단계 전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 합금 가공물을 단조 온도까지 가열하는 단계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 부착하는 단계 전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 합금 가공물을 단조 온도까지 가열하는 단계; 및
    상기 합금 가공물의 표면을 컨디셔닝(conditioning)하는 단계.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 가열한 후, 상기 합금 가공물을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 가열한 후, 샷 블라스팅(shot blasting), 연삭(grinding), 박리(peeling), 및 터닝(turning)하는 것 중 적어도 하나에 의해 상기 합금 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳(ingot), 빌릿(billet), 바(bar), 플레이트(plate), 튜브(tube), 및 소결된 예비성형품(pre-form) 중 하나를 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하고 상기 유리 패브릭은 E-유리 패브릭을 포함하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 유리 패브릭과 유리 입자를 가열하여 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계 후, 다이 및 롤 중 적어도 하나로 상기 합금 가공물에 힘을 가하여 합금 가공물을 변형시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계 후, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 합금 가공물은 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 열간 가공되는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 열간 가공된 가공물로부터 물품을 제작하는 단계, 상기 물품은 제트 엔진 구성부품, 육상용(land based) 터빈 구성부품, 밸브, 엔진 구성부품, 샤프트(shaft), 및 패스너(fastener)로 이루어진 군에서 선택됨.
  20. 제1항에 있어서, 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계 후, 단조에 의해 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 합금 가공물은 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 열간 가공되는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계 후, 압출에 의해 상기 가공물을 열간 가공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 합금 가공물 처리 방법에 있어서, 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하고, 상기 방법은 다음의 단계를 포함함:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는것에 의해 유리 패브릭을 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 직접적으로 배치하는 단계;
    유리 입자를 유리 패브릭의 적어도 일부에 부착하는 단계; 및
    상기 유리 패브릭과 유리 입자를 가열하여 상기 합금 가공물로부터 열 손실을 감소시키는 합금 가공물 상의 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계.
  25. 제24항에 있어서, 상기 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군에서 선택된 재료를 포함하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 합금 가공물을 단조하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 합금 가공물을 압출하는 것을 포함하는 방법.
  29. 제24항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물로부터 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계.
  30. 합금 가공물을 열간 가공하는 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    섬유유리 담요를 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 것에 의해 섬유유리 담요를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 배치하는 단계;
    유리 입자를 상기 섬유유리 담요의 적어도 일부에 부착하는 단계;
    상기 섬유유리 담요 및 유리 입자를 가열하여 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    다이 및 롤 중 적어도 하나로 상기 합금 가공물에 힘을 가하여 상기 합금 가공물을 변형시키는 단계;
    여기서 상기 다이 및 롤 중 적어도 하나는 상기 합금 가공물의 표면 상의 표면 코팅과 접촉함.
  31. 제30항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 다이 및 롤 중 적어도 하나로 상기 합금 가공물에 힘을 가하여 상기 합금을 변형시키는 단계는 상기 합금 가공물을 단조하는 것을 포함하는 방법.
  35. 제30항에 있어서, 다이 및 롤 중 적어도 하나로 상기 합금 가공물에 힘을 가하여 상기 합금을 변형시키는 단계는 상기 합금 가공물을 압출하는 것을 포함하는 방법.
  36. 제30항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계.
  37. 다음의 단계를 포함하는, 합금 가공물 처리 방법:
    유리 테이프를 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계; 및
    상기 유리 테이프를 가열하여 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계.
  38. 다음의 단계를 포함하는, 합금 가공물 처리 방법:
    섬유유리 담요를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 직접적으로 배치하는 단계;
    세라믹 담요를 상기 섬유유리 담요 위에 배치하는 단계; 및
    상기 세라믹 담요 및 섬유유리 담요를 가열하여 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계.
  39. 다음의 단계를 포함하는, 합금 가공물 처리 방법:
    원통형 합금 가공물을 1000℉ 초과의 온도로 가열하는 단계;
    상기 가열된 원통형 합금 가공물을 유리 입자 내에서 롤링하여 상기 유리 입자를 원통형 가공물의 표면에 부착하는 단계; 및
    상기 원통형 합금 가공물 및 부착된 유리 입자를 1000℉ 초과의 온도로 가열하여 상기 합금 가공물에 표면 코팅을 형성하는 단계.
  40. 다음 단계를 포함하는, 합금 가공물 처리 방법:
    유리 섬유 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계;
    상기 유리 섬유 패브릭을 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계.
  41. 제40항에 있어서, 유리 섬유 패브릭을 가열하기 전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    유리 입자 슬러리를 상기 합금 가공물 상의 상기 유리 섬유 패브릭에 부착하는 단계;
    여기서 상기 유리 섬유 패브릭 및 상기 유리 입자 슬러리는 가열되어, 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성함.
  42. 제40항에 있어서, 유리 섬유 패브릭을 가열하기 전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    유리 테이프를 상기 합금 가공물 상의 상기 유리 섬유 패브릭의 적어도 일부에 배치하는 단계;
    여기서 상기 유리 섬유 패브릭 및 상기 유리 테이프는 가열되어 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성함.
  43. 제40항에 있어서, 유리 섬유 패브릭을 가열하기 전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    세라믹 섬유 패브릭을 상기 합금 가공물 상의 상기 유리 섬유 패브릭 위에 배치하는 단계; 및
    상기 유리 섬유 패브릭 및 상기 세라믹 섬유 패브릭을 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계.
  44. 제40항에 있어서, 유리 섬유 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계는 원통형 합금 가공물의 원주방향 표면 주위에 상기 유리 섬유 패브릭을 래핑하는 것을 포함하는 방법.
  45. 제40항에 있어서, 유리 섬유 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계는 원통형 합금 가공물의 원주방향 표면 주위에 상기 유리 섬유 패브릭을 래핑하고, 상기 유리 섬유 패브릭을 상기 원통형 합금 가공물의 적어도 하나의 말단 표면 상에 배치하는 것을 포함하는 방법.
  46. 제40항에 있어서, 상기 유리 섬유 패브릭은 1000℉ 내지 2200℉의 온도로 가열되는 방법.
  47. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물은 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 열간 가공되는 방법.
  48. 제40항에 있어서, 상기 열간 가공 단계 이후, 상기 합금 가공물을 실온으로 냉각하는 단계 및 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계는 상기 합금 가공물을 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 또는 터닝하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  50. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 합금을 포함하는 방법.
  51. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하는 방법.
  52. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하고 상기 유리 섬유 패브릭은 E-유리 섬유 패브릭을 포함하는 방법.
  53. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  54. 제40항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 상기 합금 가공물을 단조 또는 압출하는 것을 포함하는 방법.
  55. 다음 단계를 포함하는 합금 가공물 처리 방법:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계, 여기서 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 또는 소결된 예비성형품을 포함함;
    유리 패브릭의 적어도 일부에 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계;
    상기 유리 패브릭과 상기 부착된 유리 입자 슬러리를 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계.
  56. 제55항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계는 분사, 붓도장, 흐름 코팅, 및 침지 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  57. 제55항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하기 전에, 상기 합금 가공물을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  58. 제55항에 있어서, 상기 열간 가공 단계 이후, 상기 합금 가공물을 실온으로 냉각하는 단계 및 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  59. 제58항에 있어서, 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계는 상기 합금 가공물을 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 또는 터닝하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  60. 제55항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하는 방법.
  61. 제55항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 상기 합금 가공물을 단조 또는 압출하는 것을 포함하는 방법.
  62. 다음 단계를 포함하는 합금 가공물 처리 방법:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계;
    유리 패브릭의 적어도 일부에 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계;
    상기 유리 패브릭과 상기 부착된 유리 입자 슬러리를 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계;
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계;
    상기 열간 가공된 합금 가공물을 실온으로 냉각하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 및 터닝하는 것 중 적어도 하나를 사용하여, 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계.
  63. 제62항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계는 분사, 붓도장, 흐름 코팅, 및 침지 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  64. 제62항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하기 전에, 상기 합금 가공물을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  65. 제62항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하는 방법.
  66. 제62항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  67. 제62항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 상기 합금 가공물을 단조 또는 압출하는 것을 포함하는 방법.
  68. 다음 단계를 포함하는 합금 가공물 처리 방법:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계;
    유리 패브릭의 적어도 일부에 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계, 여기서 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함함;
    상기 유리 패브릭과 상기 부착된 유리 입자 슬러리를 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계.
  69. 제68항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계는 분사, 붓도장, 흐름 코팅, 및 침지 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  70. 제68항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하기 전에, 상기 합금 가공물을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  71. 제68항에 있어서, 상기 열간 가공 단계 이후, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 합금 가공물을 실온으로 냉각하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 및 터닝하는 것 중 적어도 하나를 사용하여, 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계.
  72. 제68항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
  73. 제68항에 있어서, 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 상기 합금 가공물을 단조 또는 압출하는 것을 포함하는 방법.
  74. 다음 단계를 포함하는 합금 가공물 처리 방법:
    유리 패브릭을 합금 가공물의 원주방향 표면 주위로 래핑하는 단계;
    유리 패브릭의 적어도 일부에 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계;
    상기 유리 패브릭과 상기 부착된 유리 입자 슬러리를 가열하여 상기 합금 가공물의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 용융된, 접착성 표면 코팅을 형성하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계, 여기서 상기 합금 가공물을 열간 가공하는 단계는 상기 합금 가공물을 단조 또는 압출하는 것을 포함함.
  75. 제74항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하는 단계는 분사, 붓도장, 흐름 코팅, 및 침지 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  76. 제74항에 있어서, 상기 유리 입자 슬러리를 부착하기 전에, 상기 합금 가공물을 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  77. 제74항에 있어서, 상기 열간 가공 단계 이후, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 합금 가공물을 실온으로 냉각하는 단계; 및
    상기 합금 가공물을 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 및 터닝하는 것 중 적어도 하나를 사용하여, 상기 합금 가공물로부터 상기 표면 코팅을 적어도 부분적으로 제거하는 단계.
  78. 제74항에 있어서, 상기 합금 가공물은 니켈계 초합금을 포함하는 방법.
  79. 제74항에 있어서, 상기 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 및 소결된 예비성형품 중 하나를 포함하는 방법.
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