KR20160028469A - 단조 제품 및 기타 가공 제품의 제조 방법 - Google Patents

단조 제품 및 기타 가공 제품의 제조 방법 Download PDF

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KR20160028469A
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더스틴 엠 부쉬
에릭 브이 로이그너
에드워드 엘 콜빈
래리 엔 뮐러
로베르토 제이 리오자
브랜든 헨드릭슨 보딜리
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알코아 인코포레이티드
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Abstract

단조 제품 및 기타 가공 제품의 제조 방법이 개시된다. 일 실시 형태에서, 방법은, 적층 제조를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계, 및 사용 단계 후에, 형상화된 금속 예비성형물을 최종 단조 제품으로 단조하는 단계를 포함한다. 최종 단조 제품은 선택적으로 어닐링될 수 있다.

Description

단조 제품 및 기타 가공 제품의 제조 방법{METHODS FOR PRODUCING FORGED PRODUCTS AND OTHER WORKED PRODUCTS}
금속 제품은 단조 작업을 통해 소정 형상으로 성형될 수 있다. 금속 제품을 단조하기 위하여, 몇몇의 연속되는 다이들(편평 다이들 및/또는 상이하게 형상화된 다이들)이 각 부품을 위해 사용될 수 있는데, 이때 첫번째 다이들 내의 편평 다이 또는 다이 공동은 그러한 특정 다이의 구성에 의해 한정되는 제1 형상으로 단조 스톡을 변형시키도록 설계되고, 다음의 다이는 스톡의 단조 변형에 있어서 다음의 연속되는 단계를 수행하도록 형상화되며, 궁극적으로 최종 다이가 완전히 변형된 형상을 단조 부품에 제공할 때까지 계속 그리하게 된다. 예를 들어, 미국 특허 제4,055,975호를 참조한다.
광범위하게, 본원은 가공된 금속 제품(예를 들어, 단조된 금속 제품; 다른 유형의 열간 가공 및/또는 냉간 가공된 금속 제품)을 제조하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다.
일 실시 형태에서, 방법은, 적층 제조(additive manufacturing)를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물(metal shaped-preform)을 생성하는 단계를 포함한다. 사용 단계 후에, 형상화된 금속 예비성형물을 최종 단조 제품으로 단조할 수 있다. 일 실시 형태에서, 단조 단계는 단일 다이 단조 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 금속 예비성형물은 티타늄, 알루미늄, 니켈, 강, 및 스테인리스 강 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄 합금일 수 있다. 예를 들어, 형상화된 금속 예비성형물은 Ti-6Al-4V 합금을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 알루미늄 합금일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 니켈 합금일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 강 및 스테인리스 강 중 하나일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 금속 매트릭스 복합재일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄 알루미나이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 48 중량% 이상의 Ti 및 적어도 하나의 티타늄 알루미나이드 상을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 티타늄 알루미나이드 상은 Ti3Al, TiAl 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 49 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 50 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 5 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 30 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함하고, 티타늄 합금은 적어도 일부의 TiAl을 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 5 내지 30 중량%의 알루미늄을 포함하고, 티타늄 합금은 적어도 일부의 Ti3Al을 포함한다.
단조 단계는 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도(stock temperature)로 가열하는 단계, 및 형상화된 금속 예비성형물을 단조 다이와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 실시 형태에서, 접촉 단계가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 10℉ 이상 더 낮은 온도일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 25℉ 이상 더 낮은 온도이다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 50℉ 이상 더 낮은 온도이다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 100℉ 이상 더 낮은 온도이다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 200℉ 이상 더 낮은 온도이다.
일 태양에서, 최종 단조 제품은 엔진용 구성 요소이다. 일 실시 형태에서, 최종 단조 제품은 제트 엔진용 블레이드(blade)이다. 다른 실시 형태에서, 하기에 기재된 바와 같이, 최종 단조 제품은 엔진 속박 링(engine containment ring)이다.
다른 태양에서, 방법은, 적층 제조를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계, 및 사용 단계와 동시에 또는 그 후에, 형상화된 금속 예비성형물을, (i) 압연, (ii) 링 압연(ring rolling), (iii) 링 단조(ring forging), (iv) 형상 압연(shaped rolling), (v) 압출, 및 (vi) 이들의 조합 중 적어도 하나를 통해, 최종 가공 제품으로 가공(working)하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 가공은 압연이다. 다른 실시 형태에서, 가공은 링 압연이다. 또 다른 실시 형태에서, 가공은 링 단조이다. 다른 실시 형태에서, 가공은 형상 압연이다. 또 다른 실시 형태에서, 가공은 압출이다.
형상화된 금속 예비성형물이 Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 경우, 단조 단계는 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도로 가열하는 단계, 및 형상화된 금속 예비성형물을 단조 다이와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 접촉 단계는, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.05 내지 1.10의 진변형률(true strain)을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.10 이상의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.20 이상의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.25 이상의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.30 이상의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.35 이상의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 1.00 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.90 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.80 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.70 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.60 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.50 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계는 형상화된 금속 예비성형물에서 0.45 이하의 진변형률을 실현하도록, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 상기에 언급된 바와 같이, 단조 단계는 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
일 태양에서, 단조 단계는 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 한 가지 접근법에서, 형상화된 금속 예비성형물은 850℃ 내지 978℃의 스톡 온도로 가열된다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 900℃ 이상의 스톡 온도로 가열된다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 950℃ 이상의 스톡 온도로 가열된다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 960℃ 이상의 스톡 온도로 가열된다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 975℃ 이하의 스톡 온도로 가열된다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 973℃ 이하의 스톡 온도로 가열된다.
일 태양에서, 적층 제조를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계는 적층 제조를 통해 재료를 구축 기재(building substrate)에 부가하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 재료는 제1 강도를 갖는 제1 재료이고, 구축 기재는 제2 강도를 갖는 제2 재료로 구성된다. 제1 재료는 제1 피로 특성을 가질 수 있고, 제2 재료는 제2 피로 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 낮은 강도 및 높은 인성(toughness)을 갖는 제1 재료의 층을, 적층 제조를 통해, 높은 강도 및 낮은 인성을 갖는 제2 재료로 구성된 구축 기재에 부가하여, 예를 들어, 탄도학적 응용에 유용한, 형상화된 금속 예비성형물을 생성할 수 있다.
일 실시 형태에서, 구축 기재는 제1 재료의 제1 링을 포함하고, 사용 단계는 적층 제조를 통해 제2 재료를 제1 링에 부가하여 제2 링을 형성하는 단계를 포함하며, 제2 링은 제1 링과 일체형이다. 이와 관련하여,
다른 태양에서, 방법은, 단조 단계 후에, 최종 단조 제품을 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물이 Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 경우, 어닐링 단계는 최종 단조 제품을 약 640℃ 내지 약 816℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물이 Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 경우, 어닐링 단계는 최종 단조 제품을 약 670℃ 내지 약 750℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물이 Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 경우, 어닐링 단계는 최종 단조 제품을 약 700℃ 내지 약 740℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물이 Ti-6Al-4V 합금을 포함하는 경우, 어닐링 단계는 최종 단조 제품을 약 732℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 최종 단조 제품의 제조 방법의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 2는 선택적인 어닐링 단계를 포함하는, 최종 단조 제품의 제조 방법의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 실시예 1의 데이터를 나타내는 차트이다.
도 5는 최종 단조 제품이 일체형 구축 기재를 포함하는, 최종 단조 제품의 제조 방법의 일 실시 형태의 개략도이다.
도 6은 최종 단조 제품이 일체형 구축 기재를 포함하는, 최종 단조 제품의 제조 방법의 다른 실시 형태의 개략도이다.
도 7은 원통형 예비성형물의 횡 배향(transverse orientation) 및 종 배향(longitudinal orientation)을 나타내는 도면이다.
도 8은 횡 방향에서 촬영한, 완성된(as-built) Ti-6Al-4V 형상화된 금속 예비성형물의 일 실시 형태의 현미경 사진이다.
도 9는 횡 방향에서 촬영한, 예열된 Ti-6Al-4V 형상화된 금속 예비성형물의 일 실시 형태의 현미경 사진이다.
도 10은 횡 방향에서 촬영한, Ti-6Al-4V 최종 단조 제품의 일 실시 형태의 현미경 사진이다.
도 11은 횡 방향에서 촬영한, 어닐링된 Ti-6Al-4V 최종 단조 제품의 일 실시 형태의 현미경 사진이다.
첨부 도면을 상세히 참조할 것이며, 이는 본 발명에 의해 제공되는 새로운 기술의 다양한 관련 실시 형태를 예시하는 데 적어도 도움이 될 것이다.
단조된 금속 제품을 제조하는 새로운 방법의 일 실시 형태가 도 1에 나타나 있다. 예시된 실시 형태에서, 방법은, 적층 제조를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 제조하는 단계(100) 후에, 형상화된 금속 예비성형물을 최종 단조 제품(예를 들어, 망-형상 제품 또는 유사 망-형상 제품)으로 단조하는 단계(200)를 포함한다. 단조 단계(200) 후에, 최종 단조 제품은 추가적인 기계가공 단계 또는 다른 처리 단계를 필요로 하지 않을 수 있으며, 따라서 더 낮은 총 제조 비용을 가능하게 한다. 게다가, 최종 단조 제품은 (예를 들어, 순수 적층 제조 구성 요소에 비해) 개선된 특성을 실현할 수 있다.
적층 제조 단계(100)는 형상화된 금속 예비성형물을 제조한다. 적층 제조 또는 3-D 인쇄는 디지털 인쇄 기술을 사용하여 재료의 층을 차례대로 침착하는 공정이다. 따라서, 정밀 설계된 제품이 생성될 수 있다. 적층 제조 단계(100)에 의해 생성되는 형상화된 금속 예비성형물은, 특히, 예를 들어 티타늄, 알루미늄, 니켈(예를 들어, 인코넬(INCONEL)), 강, 및 스테인리스 강의 금속 또는 합금을 포함하는, 적층 제조 및 단조 둘 모두에 적합한 임의의 금속으로 제조될 수 있다. 티타늄의 합금은 우세한 합금화 원소로서 티타늄을 갖는 합금이다. 알루미늄의 합금은 우세한 합금화 원소로서 알루미늄을 갖는 합금이다. 니켈의 합금은 우세한 합금화 원소로서 니켈을 갖는 합금이다. 강의 합금은 우세한 합금화 원소로서의 철, 및 적어도 일부의 탄소를 갖는 합금이다. 스테인리스 강의 합금은 우세한 합금화 원소로서의 철, 적어도 일부의 탄소, 및 적어도 일부의 크롬을 갖는 합금이다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 제트 엔진용 블레이드로의 전구체 형태의 중간 제품이다.
여전히 도 1을 참조하면, 일단 형상화된 금속 예비성형물이 형성되면, 이 형상화된 금속 예비성형물을 단조한다(200). 일 실시 형태에서, 단조 단계(200)는 단일 블로커(blocker)를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 최종 단조 제품으로 다이 단조한다. 형상화된 금속 예비성형물을 단조(200)함으로써, 최종 단조 제품은, 특히, 개선된 다공성(예를 들어, 더 적은 다공성), 개선된 표면 조도(예를 들어, 더 적은 표면 조도, 즉, 더 매끄러운 표면), 및/또는 더 우수한 기계적 특성(예를 들어, 개선된 표면 경도)과 같은 개선된 특성을 실현할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 일 실시 형태에서, 단조 단계(200) 동안, 단조 공정의 다이 및/또는 도구는 형상화된 금속 예비성형물보다 더 낮은 온도이다. 이와 관련하여, 단조 단계는, 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도(단조 이전의 예비성형물의 목표 온도)로 가열하는 단계(210), 및 형상화된 금속 예비성형물을 단조 다이와 접촉시키는 단계(220)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 10℉ 이상 더 낮은 온도이다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 25℉ 이상 더 낮은 온도이다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 50℉ 이상 더 낮은 온도이다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 100℉ 이상 더 낮은 온도이다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 200℉ 이상 더 낮은 온도이다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 300℉ 이상 더 낮은 온도이다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 400℉ 이상 더 낮은 온도이다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)가 개시될 때, 단조 다이는 스톡 온도보다 500℉ 이상 더 낮은 온도이다.
일 태양에서, 단조 단계(200) 후에 최종 단조 제품은 선택적으로 어닐링될 수 있다(300). 어닐링 단계(300)는 단조 단계(200)로 인한 형상화된 금속 예비성형물 내의 잔류 응력의 해소를 촉진할 수 있다. 한 가지 접근법에서, 형상화된 금속 예비성형물은 Ti-6Al-4V 합금을 포함하고 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 640℃(1184℉) 내지 약 816℃(1500℉)의 온도로, 약 0.5시간 내지 약 5시간의 시간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 640℃(1184℉) 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 670℃(1238℉) 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 700℃(1292℉) 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 760℃(1400℉) 이하의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 750℃(1382℉) 이하의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 740℃(1364℉) 이하의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 시간은 약 1시간 이상이다. 다른 실시 형태에서, 시간은 약 2시간 이상이다. 또 다른 실시 형태에서, 시간은 약 4시간 이하이다. 다른 실시 형태에서, 시간은 약 3시간 이하이다. 또 다른 실시 형태에서, 어닐링 단계(300)는 최종 단조 제품을 약 732℃(1350℉)의 온도로, 약 2시간의 시간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
접촉 단계(220)는 형상화된 금속 예비성형물에서 미리 선택된 양의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 충분한 힘을 가하는 단계는, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 "진변형률"(ε진)은 하기 식으로 주어진다:
ε진 = ln(L/L0)
여기서, L0은 재료의 초기 길이이고 L은 재료의 최종 길이이다. 일 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 약 0.05 내지 약 1.10의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.10 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.20 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.25 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.30 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.35 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 1.00 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.90 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.80 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.70 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.60 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.50 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 0.45 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 접촉 단계(220)는, 형상화된 금속 예비성형물에서 약 0.40의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을, 단조 다이를 통해, 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 낮은 연성(low ductility) 재료, 예를 들어, 금속 매트릭스 복합재 또는 금속간(intermetallic) 재료이다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄 알루미나이드이다. 본 명세서에 개시된 새로운 공정의 사용은, 그러한 낮은 연성 재료로부터의 최종 단조 제품의 더 경제적인 제조를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 낮은 연성 재료는 낮은 연성 재료보다 더 낮은 온도인 다이 및/또는 도구를 사용하여 단조될 수 있다. 따라서, 일 실시 형태에서, 단조에는 등온 단조가 부재하며(즉, 단조 공정은 등온 단조를 포함하지 않음), 따라서 상기 단락에서 언급된 스톡 온도 대 다이 온도의 차이 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄(Ti) 합금이며, 따라서 티타늄을 우세한 합금화 원소로서 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 48 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 49 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 티타늄 합금은 50 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 하나 이상의 티타늄 알루미나이드 상을 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 알루미나이드 상(들)은 Ti3Al 및 TiAl 중 하나 이상이다. 티타늄 알루미나이드가 존재하는 경우, 티타늄 합금은 5 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 티타늄 알루미나이드 상(들)은 TiAl을 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 30 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함하고, 티타늄 합금은 적어도 일부의 TiAl을 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 알루미나이드 상(들)은 Ti3Al을 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 5 내지 30 중량%의 알루미늄을 포함하고, 티타늄 합금은 적어도 일부의 Ti3Al을 포함한다. 일 실시 형태에서, 티타늄 합금은 알루미늄 및 바나듐을 포함한다.
일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물은 Ti-6Al-4V 합금(약 6 중량%의 알루미늄 및 약 4 중량%의 바나듐을 갖는 티타늄 합금)을 포함한다. 이와 관련하여, Ti-6Al-4V 예비성형물은 약 850℃(1562℉) 내지 약 978℃(1792℉)의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 일 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 900℃(1652℉) 이상의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 다른 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 925℃(1697℉) 이상의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 다른 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 950℃(1742℉) 이상의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 960℃(1760℉) 이상의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 다른 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 975℃(1787℉) 이하의 스톡 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, Ti-6Al-4V 예비성형물은 973℃(1783℉) 이하의 스톡 온도로 가열될 수 있다.
최종 단조 제품은, 예를 들어, 항공우주 산업, 항공기 산업, 또는 의료 산업에서 사용될 수 있다. 최종 단조 제품은, 예를 들어, 터빈 또는 블레이드일 수 있다. 일 실시 형태에서, 최종 단조 제품은 제트 엔진용 블레이드이다.
상기에 언급된 바와 같이, 적층 제조 단계(100) 후에, 형상화된 금속 예비성형물을 단조하여(200), 최종 단조 제품을 생성할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 적층 제조 단계(100) 후에, 형상화된 금속 예비성형물을 다른 형태의 가공(예를 들어, 열간 가공)을 통해 처리하여 최종 가공 제품을 생성할 수 있다. 예를 들어, 형상화된 금속 예비성형물의 가공은 또한 또는 대안적으로 압연, 링 압연, 링 단조, 형상 압연, 및/또는 압출을 포함하여, 최종 가공 제품을 생성할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 최종 가공 제품은, 특히, 개선된 다공성(예를 들어, 더 적은 다공성), 개선된 표면 조도(예를 들어, 더 적은 표면 조도, 즉, 더 매끄러운 표면), 및/또는 더 우수한 기계적 특성(예를 들어, 개선된 표면 경도)과 같은 개선된 특성을 실현할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 최종 가공 제품은 미리 결정된 형상을 실현할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물을 링 압연, 링 단조 및/또는 압출하여(예를 들어, 다이를 통해 단조하여) 중공 최종 가공 제품을 생성할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물을 압연하여, 개선된 다공성을 실현하는 최종 가공 제품을 생성할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물을 형상 압연하여, 미리 결정된 형상(예를 들어, 명시된 반경을 갖는 곡면)을 실현하는 최종 가공 제품을 생성할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "링 압연"은, 더 작은 직경의 링(예를 들어, 제1 직경을 갖는 제1 링)을, 2개의 회전 롤러, 즉, 링의 내경에 위치되는 제1 롤러와 제1 롤러의 바로 반대편에서 링의 외경 상에 위치되는 제2 롤러를 사용하여, 선택적으로 변경된 단면적(예를 들어, 제2 링의 단면적은 제1 링의 단면적과 상이함)을 갖는 더 큰 직경의 링(예를 들어, 제1 직경보다 더 큰 제2 직경을 갖는 제2 링)으로 압연하는 공정을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "링 단조"는, 더 작은 직경의 링(예를 들어, 제1 직경을 갖는 제1 링)을, 2개의 도구들 또는 다이들, 즉, 링의 내경 상에 있는 하나의 도구 또는 다이와 바로 반대편에서 링의 외경 상에 있는 다른 하나의 도구 또는 다이 사이에서 링을 스퀴징(squeezing)함으로써, 선택적으로 변경된 단면적(예를 들어, 제2 링의 단면적은 제1 링의 단면적과 상이함)을 갖는 더 큰 직경의 링(예를 들어, 제1 직경보다 더 큰 제2 직경을 갖는 제2 링)으로 단조하는 공정을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "형상 압연"은 작업편(즉, 형상화된 금속 예비성형물)을, 프로파일링될(profiled) 수 있거나 프로파일링되지 않을 수 있는 2개 이상의 롤러들 사이에서 가공하여 작업편(즉, 형상화된 금속 예비성형물)에 굴곡 또는 형상을 부여함으로써 형상화 또는 성형하는 공정을 의미한다.
적층 제조(100)를 통해 형상화된 금속 예비성형물을 제조하는 단계는 구축 기재를 형상화된 금속 예비성형물에 일체화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이제 도 5를 참조하면, 구축 기재(400)를 형상화된 금속 예비성형물(500)에 일체화시키는 단계의 일 실시 형태가 나타나 있다. 예시된 실시 형태에서, 적층 제조(100)를 통해 재료(450)를 구축 기재(400)에 부가하여, 형상화된 금속 예비성형물(500)을 생성한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "구축 기재" 등은 형상화된 금속 예비성형물에 일체화될 수 있는 고체 재료를 의미한다. 구축 기재(400)를 포함하는 형상화된 금속 예비성형물(500)을 최종 단조 제품(600)으로 단조할 수 있다(200). 따라서, 최종 단조 제품(600)은 구축 기재(400)를 일체화된 부분으로서 포함할 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 최종 단조 제품은 접촉 단계(220)로 인해 소정의 양(예를 들어, 미리 선택된 양)의 진변형률을 실현할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 최종 단조 제품에 의해 실현되는 변형률은, 예를 들어, 단조 다이의 형상 및/또는 형상화된 금속 예비성형물의 형상으로 인해, 최종 단조 제품 전반에서 불균일할 수 있다. 따라서, 최종 단조 제품은 저변형률 영역 및/또는 고변형률 영역을 실현할 수 있다. 따라서, 단조 후에, 구축 기재가 최종 단조 제품의 미리 결정된 저변형률 영역에 위치되도록, 구축 기재를 형상화된 금속 예비성형물의 미리 결정된 영역에 위치시킬 수 있다. 저변형률 영역은 예측 모델링 또는 경험적 시험에 기초하여 미리 결정될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 구축 기재(410)를 형상화된 금속 예비성형물(510)에 일체화시키는 단계의 다른 실시 형태가 나타나 있다. 예시된 실시 형태에서, 적층 제조(100)를 통해 재료를 구축 기재(410)에 부가하여, 형상화된 금속 예비성형물(510)을 생성한다. 형상화된 금속 예비성형물(510)을 최종 단조 제품(610)으로 단조할 수 있다(200). 최종 단조 제품(610)은 구축 기재(410)를 일체화된 부분으로서 포함한다.
구축 기재는 미리 결정된 형상 및/또는 미리 결정된 기계적 특성(몇 가지만 예를 들면, 강도, 인성)을 가질 수 있다. 일 실시 형태에서, 구축 기재는 사전 가공된 베이스 플레이트일 수 있다. 일 실시 형태에서, 구축 기재의 형상은 저변형률 영역의 형상에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 일 실시 형태에서, 구축 기재의 기계적 특성은 형상화된 금속 예비성형물에 의해 실현되는 평균 진변형률 및/또는 저변형률 영역 내에서 실현되는 진변형률에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 일 실시 형태에서, 둘 이상의 구축 기재가 형상화된 금속 예비성형물에 일체화될 수 있다. 일 실시 형태에서, 구축 기재는 사전 가공된 베이스 플레이트를 포함한다.
구축 기재는, 특히, 예를 들어 티타늄, 알루미늄, 니켈(예를 들어, 인코넬), 강, 및 스테인리스 강의 금속 또는 합금을 포함하는, 적층 제조 및 단조 둘 모두에 적합한 임의의 금속으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 구축 기재는 형상화된 금속 예비성형물의 나머지와 동일한 재료(들)로 구성된다. 일 실시 형태에서, 형상화된 금속 예비성형물에 부가되는 재료는 제1 재료일 수 있는 반면, 구축 기재는 제2 재료로 구성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1 재료는 제1 강도를 가질 수 있고, 제2 재료는 제2 강도를 가질 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1 재료는 제1 피로 특성을 가질 수 있고, 제2 재료는 제2 피로 특성을 가질 수 있다. 일례로, 구축 기재는 제1 재료의 제1 링일 수 있다. 적층 제조를 통해, 제2 재료를 상기 링에 부가하여, 제1 링과 일체형인, 제2 재료의 제2 링을 형성할 수 있다. 따라서 2가지 상이한 재료를 포함하는 링-형상의 형상화된 금속 예비성형물을 생성할 수 있다. 이어서, 링-형상의 형상화된 금속 예비성형물을, 2가지 상이한 재료를 포함하는 링-형상의 최종 단조 제품으로 단조할 수 있다. 일 실시 형태에서, 상기에 기재된 방법에 의해 하나 이상의 엔진 속박 링(예를 들어, 하나 이상의 항공우주 엔진 속박 링)을 형성할 수 있다. 예를 들어 구축 기재는 높은 인성을 실현하는 재료의 제1 링을 포함할 수 있다. 적층 제조를 통해, 높은 강도를 실현하는 제2 재료의 제2 링을 제1 링에 부가하여, 형상화된 금속 예비성형물을 형성할 수 있다. 이어서, 형상화된 금속 예비성형물을, 높은 인성의 내측 링 및 높은 강도의 외측 링을 갖는 엔진 속박 링으로 단조할 수 있다.
실시예 1 ― Ti -6Al-4V
적층 제조를 통해 몇몇 Ti-6Al-4V 예비성형물을 생성하였다. 구체적으로, 이오에스 게엠베하(EOS GmbH)(독일 82152 뮌헨/크라일링, 로베르트-스털링-링 1 소재)로부터 입수가능한, 에오신트(EOSINT) M 280 다이렉트 메탈 레이저 신터링(Direct Metal Laser Sintering)(DMLS) 적층 제조 시스템을 통해, 원통형 Ti-6Al-4V 예비성형물을 생성하였다. 티타늄에 대한 제조자의 표준 권고 작업 조건에 따라 Ti-6Al-4V 예비성형물을 생성하였다. 이어서, 예비성형물을 약 958℃(1756℉) 또는 약 972℃(1782℉)의 스톡 온도로 가열하였다. 다음으로, 몇몇 원통형 예비성형물을, 다양한 양의 진변형률 하에서 약 390℃ 내지 400℃(734℉ 내지 752℉)의 다이 온도를 사용하여 단조하여, 원통형 최종 단조 제품을 생성하였다. 원통의 축에 평행한 방향에서 원통형 예비성형물에 진변형률을 적용하였다. 나머지 예비성형물은 단조하지 않은 채로 두었다. 이어서, 몇몇 최종 단조 제품을 약 732℃(1350℉)의 온도에서 대략 2시간 동안 어닐링하여, 어닐링된 최종 단조 제품을 생성하였다. 이어서, 인장 항복 강도(TYS), 최대 인장 강도(UTS) 및 연신율을 포함하는, 단조되지 않은 예비성형물, 최종 단조 제품, 및 어닐링된 최종 단조 제품의 기계적 특성을 모두 L 방향에서 시험하였고, 그 결과가 도 3 및 도 4에 나타나 있다. 각각의 수준의 변형률에 대해, 몇몇 샘플을 시험하였고 결과를 평균하였다. ASTM E8에 따라, TYS, UTS, 및 연신율을 포함하는 기계적 특성을 시험하였다.
나타난 바와 같이, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 단조되지 않은 Ti-6Al-4V 예비성형물에 비해 개선된 특성을 성취하였다. 구체적으로, 그리고 도 3을 참조하면, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 단조되지 않은 Ti-6Al-4V 예비성형물에 비해 개선된 최대 인장 강도(UTS)를 성취하였다. 예를 들어, 단조되지 않은 Ti-6Al-4V 예비성형물은 약 140 ksi의 UTS를 성취하였다. 대조적으로, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 개선된 최대 인장 강도를 성취하였는데, 약 0.4의 진변형률로 단조된 후에 약 149 ksi의 UTS를 실현하였다. 게다가, 그리고 도 3에 나타난 바와 같이, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 단조되지 않은 Ti-6Al-4V 예비성형물에 비해 개선된 인장 항복 강도(TYS)를 성취하였다. 예를 들어, 단조되지 않은 Ti-6Al-4V 예비성형물은 약 118 ksi의 TYS를 성취하였다. 대조적으로, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 개선된 인장 항복 강도를 성취하였는데, 약 0.4의 진변형률로 단조된 후에 약 123 ksi의 TYS를 실현하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 단조된 Ti-6Al-4V 제품은 양호한 연신율을 성취하였는데, 단조된 후에 모두 12% 초과의 연신율을 성취하였다.
게다가, 어닐링된 최종 단조 제품은 어닐링되지 않은 최종 단조 제품에 비해 개선된 특성을 성취하였다. 구체적으로, 그리고 도 3을 참조하면, 어닐링된 최종 단조 제품은 어닐링되지 않은 최종 단조 제품에 비해 개선된 인장 항복 강도(TYS)를 성취하였다. 예를 들어 약 0.2의 진변형률로 단조된 어닐링된 최종 단조 제품은 어닐링되지 않은 최종 단조 제품보다 대략 10% 더 큰 TYS를 성취하였다. 게다가, 그리고 도 3에 나타난 바와 같이, 어닐링된 최종 단조 제품은 어닐링되지 않은 최종 단조 제품과 유사한 최대 인장 강도(UTS)를 성취하였다. 따라서, 최종 단조 제품의 어닐링은 UTS의 희생 없이 TYS를 증가시켰다. 도 4에 나타난 바와 같이, 어닐링된 최종 단조 제품은 어닐링되지 않은 최종 단조 제품과 비교하여 개선된 연신율을 성취하였다.
도 8 내지 도 11은 실시예 1의 원통형 예비성형물 및 원통형 최종 단조 제품의 미세구조를 나타내는 현미경 사진이다. 현미경 사진은 모두 횡 배향에서 그리고 원통의 한가운데에서 촬영하였다. 이제 도 7을 참조하면, 원통형 최종 단조 제품의 일 실시 형태가 예시되어 있다. 예시된 실시 형태에서, 최종 단조 제품은 Z 방향으로 단조되어 있다. 도 7에 나타나 있는 X-Y 평면이 횡 배향이고 X-Z 평면이 종 배향이다. 다시 도 8을 참조하면, 적층 제조를 통해 생성된 Ti-6Al-4V 예비성형물의 현미경 사진이 나타나 있다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 미세구조는 종래의 베타 상 결정립(beta phase grain)의 증거를 갖는 변형 베타 상 재료로 이루어진다. 도 9는 약 1750℉의 온도로 예열된, 적층 제조된 Ti-6Al-4V 예비성형물의 현미경 사진이다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 가열 후의 미세구조는, 침형(acicular) 알파 상 재료가 형성 및 성장된 변형 베타 상 재료이다. 일차 알파 상 재료는 관찰되지 않는다. 도 10은, 약 1750℉의 온도로 예열되고, 이어서 약 0.7의 진변형률로 단조된, 적층 제조된 Ti-6Al-4V 예비성형물(예를 들어, 최종 단조 제품)의 현미경 사진이다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 예열 및 단조 단계에 의해, 매트릭스 내에 산재된 일차 알파 상 결정립의 핵형성에 의해 강조되는, 더 정련된 결정립 구조로 이어지게 된다. 이러한 산재된 일차 알파 상 결정립은 작은 백색의 원형 점으로서 관찰된다. 도 11은, 약 1750℉의 온도로 예열되고, 이어서 약 0.7의 진변형률로 단조되고, 이어서 약 1350℉의 온도로 어닐링된, 적층 제조된 Ti-6Al-4V 예비성형물(예를 들어, 어닐링된 최종 단조 제품)의 현미경 사진이다. 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 매트릭스 내에 산재된 일차 알파 상 재료의 작은 원형 결정립에 더하여, 알파 상 재료의 일차 결정립이 또한 형성되어 있다.
본 발명의 다양한 실시 형태가 상세하게 설명되었지만, 당업자에게는 이러한 실시 형태의 변경 및 수정이 일어날 것임이 명백하다. 그러나, 그러한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 것으로 명백히 이해되어야 한다.

Claims (58)

  1. (a) 적층 제조를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 사용 단계 (a) 후에, 상기 형상화된 금속 예비성형물을 최종 단조 제품으로 단조하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단조 단계는 단일 다이 단조 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 예비성형물은 티타늄, 알루미늄, 니켈, 강, 및 스테인리스 강 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄 합금인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 알루미늄 합금인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 니켈 합금인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 강 및 스테인리스 강 중 하나인, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 금속 매트릭스 복합재인, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 티타늄 알루미나이드를 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단조 단계는
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 단조 다이와 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 단계가 개시될 때, 상기 단조 다이는 상기 스톡 온도보다 10℉ 이상 더 낮은 온도인, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 단계가 개시될 때, 상기 단조 다이는 상기 스톡 온도보다 25℉ 이상 더 낮은 온도인, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 단계가 개시될 때, 상기 단조 다이는 상기 스톡 온도보다 50℉ 이상 더 낮은 온도인, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 단계가 개시될 때, 상기 단조 다이는 상기 스톡 온도보다 100℉ 이상 더 낮은 온도인, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 단계가 개시될 때, 상기 단조 다이는 상기 스톡 온도보다 200℉ 이상 더 낮은 온도인, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 단조 제품은 제트 엔진용 블레이드인, 방법.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 티타늄 합금은 50 중량% 이상의 Ti 및 하나 이상의 티타늄 알루미나이드 상을 포함하며, 상기 하나 이상의 티타늄 알루미나이드 상은 Ti3Al, TiAl 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 티타늄 합금은 5 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 티타늄 합금은 30 내지 49 중량%의 알루미늄을 포함하고, 상기 티타늄 합금은 적어도 일부의 TiAl을 포함하는, 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 티타늄 합금은 5 내지 30 중량%의 알루미늄을 포함하고, 상기 티타늄 합금은 적어도 일부의 Ti3Al을 포함하는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용 단계 (a)와 동시에 또는 그 후에, 상기 형상화된 금속 예비성형물을, (i) 압연, (ii) 링 압연, (iii) 링 단조, (iv) 형상 압연, (v) 압출, 및 (vi) 이들의 조합 중 하나 이상을 통해, 최종 가공 제품으로 가공하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. (a) 적층 제조를 사용하여, 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 사용 단계 (a) 후에, 상기 형상화된 금속 예비성형물을, (i) 압연, (ii) 링 압연, (iii) 링 단조, (iv) 형상 압연, (v) 압출, 및 (vi) 이들의 조합 중 하나 이상을 통해, 최종 가공 제품으로 가공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 가공은 압연인, 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 가공은 링 압연인, 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 가공은 링 단조인, 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 가공은 형상 압연인, 방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 가공은 압출인, 방법.
  28. 제4항에 있어서,
    상기 티타늄 합금은 Ti-6Al-4V 합금인, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 단조 단계는
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 스톡 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 단조 다이와 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.05 내지 1.10의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.10 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.20 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.25 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.30 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.35 이상의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제30항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 1.00 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.90 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.80 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.70 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.60 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.50 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 형상화된 금속 예비성형물에서 0.45 이하의 진변형률을 실현하기에 충분한 힘을 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물에 가하는 단계를 포함하는, 방법.
  43. 제30항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충분한 힘을 가하는 단계는 상기 단조 다이를 통해 상기 형상화된 금속 예비성형물을 변형시키는 단계를 포함하는, 방법.
  44. 제29항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 850℃ 내지 978℃의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 900℃ 이상의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 950℃ 이상의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 960℃ 이상의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 975℃ 이하의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물을 973℃ 이하의 스톡 온도로 가열하는, 방법.
  50. 제1항에 있어서,
    상기 사용 단계 (a)는 적층 제조를 통해 재료를 구축 기재에 부가하여, 상기 형상화된 금속 예비성형물을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 구축 기재는 제1 재료의 제1 링을 포함하고, 상기 사용 단계 (a)는 적층 제조를 통해 제2 재료를 상기 제1 링에 부가하여 제2 링을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2 링은 상기 제1 링과 일체형인, 방법.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 재료는 제1 강도를 갖는 제1 재료이고, 상기 구축 기재는 제2 강도를 갖는 제2 재료로 구성되는, 방법.
  53. 제50항에 있어서,
    상기 재료는 제1 피로 특성을 갖는 제1 재료이고, 상기 구축 기재는 제2 피로 특성을 갖는 제2 재료로 구성되는, 방법.
  54. 제1항에 있어서,
    상기 단조 단계 (b) 후에, 상기 최종 단조 제품을 어닐링하는 단계를 포함하는, 방법.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 형상화된 금속 예비성형물은 Ti-6Al-4V 합금을 포함하고, 상기 어닐링 단계는 상기 최종 단조 제품을 약 640℃ 내지 약 816℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 어닐링 단계는 상기 최종 단조 제품을 약 670℃ 내지 약 750℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 어닐링 단계는 상기 최종 단조 제품을 약 700℃ 내지 약 740℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 어닐링 단계는 상기 최종 단조 제품을 약 732℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10294160B2 (en) * 2013-12-04 2019-05-21 European Space Agency Manufacturing of a ceramic article from a metal preform or metal matrix composite preform provided by 3D-printing or 3D-weaving
FR3020291B1 (fr) * 2014-04-29 2017-04-21 Saint Jean Ind Procede de fabrication de pieces metalliques ou en composite a matrice metallique issues de fabrication additive suivie d'une operation de forgeage desdites pieces
CN107848013B (zh) * 2015-03-13 2020-01-21 奥科宁克公司 生产具有内部通道的锻造产品的方法
JP6646292B2 (ja) * 2015-05-18 2020-02-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 金属積層造形と塑性加工を複合した金属素材の製造方法
US10434557B2 (en) 2015-12-08 2019-10-08 Michael G. Polo Method for hot forming sheets having arcuate shapes
US10767241B2 (en) 2015-12-08 2020-09-08 Michael G. Polo Support fixture for heat treating sheets having complex shapes
CN108472712A (zh) * 2016-01-14 2018-08-31 奥科宁克公司 用于生产锻造产品和其它加工产品的方法
CN108472711A (zh) * 2016-01-14 2018-08-31 奥科宁克公司 用于产生增材制造产品的方法
US9995187B2 (en) 2016-01-26 2018-06-12 Honda Motor Co., Ltd. Intake valve apparatus for use with a combustion engine and methods of use and manufacture thereof
US10704127B2 (en) * 2016-03-21 2020-07-07 Raytheon Technologies Corporation Method of forming aluminum alloy airfoils
CN107234197B (zh) * 2016-03-29 2019-11-05 通用电气公司 近净形制造方法
RU2614294C1 (ru) * 2016-04-04 2017-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" Способ изготовления штамповок лопаток из титановых сплавов
JP6871938B2 (ja) * 2016-04-22 2021-05-19 アーコニック インコーポレイテッドＡｒｃｏｎｉｃ Ｉｎｃ． 押し出されたチタン製品を仕上げる改良された方法
FR3051697B1 (fr) * 2016-05-27 2018-05-11 Saint Jean Industries Procede de fabrication d'une piece constituee au moins partiellement d'un alliage metallique, et methode d'optimisation.
US10279521B1 (en) 2016-08-12 2019-05-07 Smith & Nephew, Inc. Forming of additively manufactured product
GB201616942D0 (en) * 2016-10-05 2016-11-16 Imperial Innovations Limited Method of creating a component using additive manufacturing
FR3059578B1 (fr) 2016-12-07 2019-06-28 Constellium Issoire Procede de fabrication d'un element de structure
WO2018140592A1 (en) * 2017-01-25 2018-08-02 Arconic Inc. Additively manufactured parts and related methods
FR3065178B1 (fr) 2017-04-14 2022-04-29 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
FR3066129B1 (fr) 2017-05-12 2019-06-28 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
US10513076B1 (en) * 2017-06-06 2019-12-24 Anthony Freakes 3D printing devices and methods
EP3431719A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Manufacturing method
CN111148583B (zh) * 2017-09-29 2022-04-01 日立金属株式会社 热锻材的制造方法
US11278953B2 (en) 2017-09-29 2022-03-22 Hitachi Metals, Ltd. Method for producing hot forged material
DE102017221126A1 (de) * 2017-11-27 2019-05-29 Sms Group Gmbh Walzgerüst
FR3077524B1 (fr) 2018-02-08 2021-01-15 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium et de chrome
FR3082763A1 (fr) 2018-06-25 2019-12-27 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d une piece en alliage d aluminium
WO2020002813A1 (fr) 2018-06-25 2020-01-02 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
FR3083479B1 (fr) 2018-07-09 2021-08-13 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
FR3083478B1 (fr) 2018-07-09 2021-08-13 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
CN109175923B (zh) * 2018-08-14 2021-03-05 南通中能机械制造有限公司 一种风机动叶简易模锻的锻模具及动叶创新加工方法
FR3086303B1 (fr) 2018-09-21 2021-07-09 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
FR3086872B1 (fr) 2018-10-05 2022-05-27 C Tec Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
WO2020070453A1 (fr) 2018-10-05 2020-04-09 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
FR3086873B1 (fr) 2018-10-05 2022-05-27 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium
CN109352279A (zh) * 2018-11-14 2019-02-19 中国航发动力股份有限公司 一种tc4钛合金圆-t形锻件的模锻成形方法
EP3663878A1 (en) 2018-12-04 2020-06-10 Siemens Aktiengesellschaft Method of designing an intermediate product, computer pro-gram product, method of additive manufacturing, method of manufacturing a component and a corresponding component
CN109530696B (zh) * 2018-12-28 2020-12-22 天津镭明激光科技有限公司 一种基板作为零件一部分的激光选区熔化成形方法
FR3092119B1 (fr) 2019-01-24 2020-12-25 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du zirconium et du magnésium
WO2020095009A2 (fr) 2019-01-24 2020-05-14 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
WO2020165543A1 (fr) 2019-02-15 2020-08-20 C-Tec Constellium Technology Center Procede de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
FR3092777A1 (fr) 2019-02-15 2020-08-21 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
FR3103123B1 (fr) 2019-11-19 2022-07-01 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
CN111057903B (zh) * 2019-12-09 2021-06-08 湖南湘投金天科技集团有限责任公司 一种大规格钛合金锁紧环及其制备方法
CN111099523B (zh) * 2020-01-15 2021-09-10 岳西县盛宏工贸有限责任公司 一种叉车门架倾斜缸活塞杆端部安装支座及其锻压工艺
FR3110095B1 (fr) 2020-05-13 2022-11-11 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
FR3110097B1 (fr) 2020-05-13 2022-11-18 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
JP7341969B2 (ja) * 2020-09-30 2023-09-11 三菱重工業株式会社 タービンの設計及び製造方法
DE102020214700A1 (de) 2020-11-23 2022-05-25 MTU Aero Engines AG Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einer tial – legierung und entsprechend hergestelltes bauteil
US11786973B2 (en) * 2020-12-18 2023-10-17 General Electric Company Method for manufacturing a component using an additive process
FR3123235A1 (fr) 2021-05-28 2022-12-02 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium mettant en œuvre une technique de fabrication additive avec préchauffage.
CN113927043B (zh) * 2021-10-18 2023-04-18 四川大学 一种制备Ti-55531高强高韧钛合金3D打印-锻造结合件的方法
CN113976659A (zh) * 2021-10-26 2022-01-28 上海工程技术大学 一种基于外场辅助增材制造金属管材的方法
CN114160728A (zh) * 2021-11-18 2022-03-11 王江明 一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺
FR3136390A1 (fr) 2022-06-10 2023-12-15 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium
FR3139018A1 (fr) 2022-08-25 2024-03-01 C-Tec Constellium Technology Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1517283A (en) * 1974-06-28 1978-07-12 Singer Alec Production of metal articles
US4055975A (en) * 1977-04-01 1977-11-01 Lockheed Aircraft Corporation Precision forging of titanium
US4294615A (en) 1979-07-25 1981-10-13 United Technologies Corporation Titanium alloys of the TiAl type
US4839245A (en) * 1985-09-30 1989-06-13 Union Carbide Corporation Zirconium nitride coated article and method for making same
US5118363A (en) 1988-06-07 1992-06-02 Aluminum Company Of America Processing for high performance TI-6A1-4V forgings
US5102451A (en) * 1990-11-08 1992-04-07 Dynamet Technology, Inc. Titanium aluminide/titanium alloy microcomposite material
US5622216A (en) 1994-11-22 1997-04-22 Brown; Stuart B. Method and apparatus for metal solid freeform fabrication utilizing partially solidified metal slurry
CN2247572Y (zh) * 1995-09-13 1997-02-19 胡俊威 钢铁表环烧结复合粉末铜合金双金属材料
EP0852164B1 (en) * 1995-09-13 2002-12-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing titanium alloy turbine blades and titanium alloy turbine blades
US6519500B1 (en) 1999-09-16 2003-02-11 Solidica, Inc. Ultrasonic object consolidation
GB0103752D0 (en) 2001-02-15 2001-04-04 Vantico Ltd Three-Dimensional printing
JPWO2003091468A1 (ja) * 2002-04-26 2005-09-02 Ｊｆｅスチール株式会社 チタン合金の鍛造方法並びにチタン合金鍛造材
US7087109B2 (en) 2002-09-25 2006-08-08 Z Corporation Three dimensional printing material system and method
US6932877B2 (en) * 2002-10-31 2005-08-23 General Electric Company Quasi-isothermal forging of a nickel-base superalloy
GB0317765D0 (en) * 2003-07-30 2003-09-03 Rolls Royce Plc Deformed forging
US20060065330A1 (en) 2004-09-29 2006-03-30 Cooper Khershed P Porous metallic product and method for making same
WO2007084144A2 (en) 2005-01-31 2007-07-26 Materials & Electrochemical Research Corp. Process for the manufacture of titanium alloy structures
US7998287B2 (en) * 2005-02-10 2011-08-16 Cabot Corporation Tantalum sputtering target and method of fabrication
US20070023975A1 (en) 2005-08-01 2007-02-01 Buckley Daniel T Method for making three-dimensional preforms using anaerobic binders
US20070118243A1 (en) 2005-10-14 2007-05-24 Vantus Technology Corporation Personal fit medical implants and orthopedic surgical instruments and methods for making
US8017070B2 (en) 2007-05-17 2011-09-13 The Boeing Company Direct to metal sintering of 17-4PH steel
US20100279007A1 (en) 2007-08-14 2010-11-04 The Penn State Research Foundation 3-D Printing of near net shape products
US20090260724A1 (en) * 2008-04-18 2009-10-22 United Technologies Corporation Heat treatable L12 aluminum alloys
US8512808B2 (en) * 2008-04-28 2013-08-20 The Boeing Company Built-up composite structures with a graded coefficient of thermal expansion for extreme environment applications
GB0819935D0 (en) * 2008-10-30 2008-12-10 Mtt Technologies Ltd Additive manufacturing apparatus and method
WO2010074984A1 (en) 2008-12-23 2010-07-01 Husky Injection Molding Systems Ltd. Hot-runner system having nano-structured material
US8240046B2 (en) 2009-03-24 2012-08-14 General Electric Company Methods for making near net shape airfoil leading edge protection
US20110097213A1 (en) 2009-03-24 2011-04-28 Peretti Michael W Composite airfoils having leading edge protection made using high temperature additive manufacturing methods
US20100242843A1 (en) 2009-03-24 2010-09-30 Peretti Michael W High temperature additive manufacturing systems for making near net shape airfoils leading edge protection, and tooling systems therewith
US8828311B2 (en) * 2009-05-15 2014-09-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Reticulated mesh arrays and dissimilar array monoliths by additive layered manufacturing using electron and laser beam melting
US8728388B2 (en) 2009-12-04 2014-05-20 Honeywell International Inc. Method of fabricating turbine components for engines
EP2465549A1 (en) 2010-11-17 2012-06-20 Zimmer GmbH Porous metal structures made from polymer preforms
RU2450891C1 (ru) * 2010-12-16 2012-05-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ спекания деталей лазерным послойным синтезом
JP5411120B2 (ja) * 2010-12-27 2014-02-12 株式会社日立製作所 チタン合金製タービン翼
WO2012112779A2 (en) 2011-02-16 2012-08-23 Keystone Synergistic Enterprises, Inc. Metal joining and strengthening methods utilizing microstructural enhancement
US9364887B2 (en) * 2011-03-01 2016-06-14 Snecma Process for manufacturing a metal part, such as turbine engine blade reinforcement
CN102179637B (zh) * 2011-05-06 2013-01-02 罗键 不等截面双金属传动件制造方法及设备
US20130039799A1 (en) 2011-08-10 2013-02-14 Summit Materials, Llc Method of Making Near-Net Shapes From Powdered Metals
US8506836B2 (en) * 2011-09-16 2013-08-13 Honeywell International Inc. Methods for manufacturing components from articles formed by additive-manufacturing processes
WO2013087515A1 (en) 2011-12-14 2013-06-20 Alstom Technology Ltd Method for additively manufacturing an article made of a difficult-to-weld material
GB2499669B (en) 2012-02-24 2016-08-10 Malcolm Ward-Close Charles Processing of metal or alloy objects
DE102013106694A1 (de) * 2013-06-26 2015-01-15 Krones Ag Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von Kunststoffvorformlingen zu Kunststoffbehältnissen

Also Published As

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