TWI495731B - 用來減少在合金物件中平坦度偏差之方法 - Google Patents

用來減少在合金物件中平坦度偏差之方法 Download PDF

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Description

用來減少在合金物件中平坦度偏差之方法
本發明係關於用來減少金屬及合金物件-諸如(例如)金屬及合金板及薄片-中平坦度偏差的方法。
以鐵為主之合金(例如鋼)可分類為(例如)鐵磁體、鐵磁體奧氏體(雙重)，奧氏體或基於該等合金之晶體結構的麻田散體。鐵磁體合金具有一體心立方體(BCC)晶體結構。奧氏體合金具有一面心立方體(FCC)晶體結構。鐵磁體奧氏體(雙重)合金具有奧氏體晶相與鐵磁體晶相的一混合微結構。鐵磁體合金及奧氏體合金具有平衡晶相圖上呈現的穩定晶相。麻田散體合金具有一平衡晶相圖上未呈現的非平衡、亞穩定晶相。
由於母合金晶體結構中的無擴散固態晶相變換因此可形成麻田散體合金(麻田散體合金及晶相與其等母合金及晶相的相對元素組成相同)。晶體結構的改變係由於一母晶相之均勻變形。例如，麻田散體鋼的形成係奧氏體鋼從一FCC晶體結構變成體心四角形(BCT)晶體結構的無擴散固態晶相變換的一結果。當處於一高溫的包括一母晶相之一合金迅速冷卻(淬火)時麻田散體晶相變換可在各種合金中發生。從一合金之一麻田散體變換開始溫度以上之一溫度冷卻至等於或低於該合金之一麻田散體變換開始溫度之一溫度的冷卻(淬火)速率必須足夠快，以避免固態擴散及平衡晶相的形成。
當一合金從該合金之一麻田散體變換開始溫度以上之一溫度迅速冷卻(淬火)時，當溫度達到該合金之麻田散體變換開始溫度時可開始一麻田散體晶相變換。當一冷卻合金溫度減少至麻田散體變換開始溫度以下時一麻田散體晶相變換程度增加。當一冷卻合金溫度達到一麻田散體變換結束溫度時，該合金之晶體結構可從母晶相完全變換為一非平衡、亞穩定麻田散體晶相。若一冷卻合金保持在麻田散體變換開始溫度與麻田散體變換結束溫度之間的一中間溫度，則麻田散體晶相變換程度不隨時間改變。
本文中描述的實施例係關於用來減少在一合金物件中平坦度偏差之方法。合金物件可包括合金薄片、合金板或其他平坦合金產品。根據此類方法的一非限制實施例，一合金物件加熱至一第一溫度。該第一溫度可至少如該合金的一麻田散體變換開始溫度一樣高。在該第一溫度施加一機械力至該合金物件。該機械力趨於抑制該物件之一表面的平坦度偏差。該合金物件冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度的一第二溫度。在該合金物件從該第一溫度冷卻至該第二溫度的至少一部分期間維持機械力在該合金物件上。
應瞭解所揭示本發明不限於發明內容中描述的實施例，本發明欲涵蓋單純由技術方案定義的本發明範圍內的修改及其他標的。
參考附圖可更佳地瞭解所揭示非限制實施例的各種特性。
應瞭解本文中所揭示實施例的某些描述已經過簡化以出於闡明之目的排除其他元件、特徵及態樣而僅闡釋與清楚瞭解所揭示實施例相關的此等元件、特徵及態樣。此技術之一般技術者基於所揭示實施例之當前描述的考慮，可認識到所揭示實施例的一特定實施項或應用項中可能需要其他元件及/或特徵。然而，由於此技術之一般技術者基於所揭示實施例的當前描述之考慮可輕易確定此類其他元件及/或特徵，且對於完全瞭解所揭示實施例而言非必需，因此本文中不提供此類元件及/或特徵的描述。因而，應瞭解本文中陳述的描述僅為實例性及闡釋性揭示實施例且不欲限制單純由申請專利範圍定義的本發明之範圍。
在本發明中，除非另有指示，否則在所有實例中表示數量或特性的所有數字應理解為以術語「大約」為字首並修飾。因此，除非另有指示，否則以下描述中所列之任一數值參數皆可改變，取決於在本發明組成及方法中尋求獲得的所需性質。至少應根據所報告的明確數位的數字及藉由應用普通四捨五入技術而理解當前描述中所描述的各個數字參數，至少不應試圖限制申請專利範圍的等效教義之應用。
同樣，本文中陳述的任何數字範圍欲包含其所包含的全部子範圍。例如「1至10」之一範圍欲包含介於(及包含)述及的最小值1與述及的最大值10之間的所有子範圍，即具有等於或大於1的一最小值及等於或小於10的一最大值。本文中述及的任何最大數字限制欲包含其中包含的所有較低數字限制且本文中述及的任何最小數字欲包含其中包含的所有較高數字限制。相應地，申請者保留修正本發明(包含申請專利範圍)、明確陳述包含在本文中明確述及範圍內的任何子範圍之權利。意欲在本文中隱含揭示所有此類範圍使得明確陳述任何此類子範圍的修正將符合35 U.S.C. § 112第一段及35 U.S.C. § 132(a)的要求。
除非另有指示，否則本文中使用的文法冠詞「一者」、「一」、「一個」及「該」欲包含「至少一個」、「一個或多個」。因此，本文中使用的冠詞係指稱冠詞之一個或多個(即至少一個)文法賓語。例如，「一組件」意為一個或多個組件，且因此可考慮多個組件並在所描述實施例之一實施項中可利用或使用其等。
所說藉由引用而全部或部分併入本文中的任何專利案、公開案或其他發明材料係全部併入本文中，但僅達到所併入材料與本發明中明確陳述之現存定義、陳述或其他發明材料不衝突之程度。因而，且就所需的程度而言，本文中明確陳述之發明代替藉由引用而併入本文中的任何衝突材料。所說藉由引用而併入本文中但與本文中陳述的現存定義、陳述或其他發明材料衝突的任何材料或其部分僅以併入材料與現存發明材料不發生衝突的程度併入。
本發明包含各種實施例之描述。應瞭解本文中描述的所有實施例皆為例示性、闡釋性且不具限制性。因此本發明受限於各種例示性、闡釋性且不具限制性的實施例之描述。相反，本發明單純由申請專利範圍定義，該等申請專利範圍可經修正以陳述本發明所明確或隱含描述或者以其他方式由本發明明確或隱含支援的任何特徵。
在各種合金中，當一母晶相經歷一麻田散體晶相變換時，合金材料的比容可能增加。例如，BCT麻田散體鋼與可識別組成之母FCC奧氏體鋼相比較展示一較低密度及一較大的比容。因此，當一母晶相合金自一高溫淬火形成一麻田散體晶相合金時，合金材料的比容可能增加。
當一母晶相合金物件自一高溫淬火形成一麻田散體合金物件時，物件表面及近表面區域可能比物件內部塊體區域更快冷卻。因此形成一合金物件之表面及近表面區域的母晶相材料可能在形成物件內部塊體區域之母晶相材料之前經歷一麻田散體晶相變換。此可能導致包括一內部塊體區域的一中間混合晶相物件，該內部塊體區域包括由一表面及近表面區域圍繞的母晶相，該表面及近表面區域包括麻田散體晶相。當包括母晶相之內部塊體區域稍遲形成一麻田散體晶相時，該內部塊體區域膨脹，藉此拉伸圍繞稍遲形成之麻田散體晶相的較早形成之麻田散體晶相。此可能導致(例如)在一麻田散體晶相變換期間及/或之後合金物件裂開、翹曲、扭曲或其他變形。
圖1A至1C繪示一合金物件10。圖1A繪示處於在該合金之一麻田散體變換開始溫度(TMS )及其以上的一啟始溫度(To )之合金物件。合金物件10包括全部母晶相12。
圖1B繪示合金物件10，其中合金物件10之一表面及近表面區域處於該合金之一麻田散體變換開始溫度(TMS )與該合金之一麻田散體變換結束溫度(TMF )之間的一中間溫度。合金物件10包括形成合金物件10之一內部塊體區域的母晶相12。由於內部塊體區域尚未失去足夠熱量來將該區域內溫度減少至合金之一麻田散體變換開始溫度以下因此內部塊體區域保持在一麻田散體變換開始溫度或其以上。
形成內部塊體區域的母晶相12由形成合金物件10之表面及近表面的一麻田散體晶相14圍繞。合金物件10之表面及近表面已失去足夠熱量來將溫度降低至合金之一麻田散體變換開始溫度以下。導致區域中不同晶體結構的合金物件10之區域間溫差歸因於表面及近表面區域在一物件之內部區域之前失去足夠熱量。
圖1C繪示處於一最終溫度(Tf )的合金物件10，該最終溫度(Tf )在合金之一麻田散體變換結束溫度(TMF )以下。合金物件10包括全部麻田散體晶相14。在麻田散體晶相變換期間形成合金物件10的材料之比容增加，如圖1C中繪示，此導致合金物件10之一扭曲。
例如在合金薄片中、合金板及其他平坦合金物件中的平坦度偏差控制對於高強度及/或高硬度合金產品的使用者而言可能是重要的。本文中使用的一「平坦合金物件」指稱自一合金材料形成且包括欲實質上平坦之至少一個表面的一物件。平坦合金物件包含合金薄片、合金板及具有平坦幾何構形的其他產品形式。欲應用於各種總成、工程結構、所形成或所製造組件及類似者中的平坦合金物件中之平坦度偏差可能造成難以保留相配表面、邊緣及/或自平坦金屬物件形成的組件末端之統一對準。此可能導致需要昂貴的再加工及/或其他校正措施以符合可接受的形狀、尺寸及/或平坦度容許度(例如形成及安裝特性)。
合金物件經歷一麻田散體晶相變換的熱硬化操作可引發經熱處理之合金物件的平坦度偏差。因此，使用空氣或液體淬火操作的硬化加熱處理(例如)可產生展示平坦度偏差的合金物件。本文中描述的各種實施例係關於可在硬化合金物件中降低平坦度之方法(例如經淬火而引發一麻田散體晶相變換)，該等方法可在個別及/或總成合金物件之空間容許度及形狀特性的維持中提供優勢。
本文中描述的實施例係關於用來減少在一合金物件中平坦度偏差的方法。例如，一方法可包括將一合金物件加熱至至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一第一溫度。在第一溫度可施加一機械力至合金物件。機械力可趨於抑制物件之一表面的平坦度偏差。合金物件可冷卻至不高於合金之一麻田散體變換結束溫度的一第二溫度。在合金物件自第一溫度冷卻至第二溫度的至少一部分冷卻期間可維持機械力在合金上。
在各種實施例中，當合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度時機械力可連續維持在合金物件上。在各種其他實施例中，當合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度時可不連續地維持機械力在合金物件上。當合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度時可循序維持機械力在合金物件上。例如，在合金從第一溫度冷卻至第二溫度時期可循環或週期性地施加壓力。在各種實施例中，當合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度時可半連續並循序維持機械力在合金物件上。
在各種實施例中，機械力可為一恆定機械力。例如，力可施加於具有一恆定量值及/或處於一恆定方向中的一合金物件。一合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度期間的整個時期內可連續、半連續或不連續地施加一恆定機械力。在一合金從第一溫度冷卻至第二溫度期間的時期內亦可循序施加一恆定機械力。例如，在合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度的時期內，可將一恆定機械力施加至一合金物件之一表面、從該合金物件表面移除、重新施加至該合金物件表面、從該合金物件表面移除等等。亦可在一合金物件的至少一個表面內均勻施加一恆定機械力。可在一合金物件的至少一個表面內非均勻地施加一恆定機械力。例如，可在不施加機械力至該表面之其他區域的情況下將一恆定機械力施加至一合金物件之一表面之各種區域。
在各種實施例中，機械力可為一變化的機械力，例如，可將具有變化量值及/或變化方向的壓力施加至一合金物件。在一合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度的整個時期內可連續、半連續或不連續地施加一變化機械力。在一合金物件從第一溫度冷卻至第二溫度的時期內亦可循序施加一變化機械力。例如，一機械力可施加至一合金之一表面使得合金物件在第一溫度冷卻至第二溫度的時期內所施加壓力量值根據一預定循環波形變化。可在一合金物件的至少一個表面內均勻施加一變化機械力。亦可在一合金物件的至少一個表面內非均勻地施加一變化機械力。例如，可在沒有機械力施加至該表面之其他區域之情況下，施加一變化機械力至一合金之一表面的各種區域。
圖2A至2C繪示一合金物件20，其中圖2A繪示合金物件20處於至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度(TMS )一樣高的一溫度(T)。圖2B繪示合金物件20處於不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度(TMF )的一溫度(T)，而圖2C繪示合金物件20處於等於一周圍溫度(TA )的一溫度(T)。當合金物件20從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度(圖2A)冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度之一溫度(圖2B及2C)時無外力施加至合金物件20。如圖2B及2C中所繪示，合金物件20展示在一麻田散體晶相變換之後一縱向方向內的一平坦度偏差。在一縱向方向中(如圖2B及2C中繪示)及/或一橫向方向(圖2B及2C中未繪示)中可能出現合金物件20的幾何扭曲及平坦度偏差。
一般而言，當物件之隔距(即厚度)減少及物件之長度及/或當寬度(即欲實質上平坦的至少一個表面之實體尺寸)增加時，平坦合金物件更易受扭曲及平坦度偏差影響。
在各種實施例中，施加於一合金物件的一機械力包括壓縮該合金物件的一力。圖3A至3C繪示一合金物件30，其中圖3A繪示處於至少如該合金之麻田散體變換開始溫度(TMS )一樣高的一溫度(T)的該合金物件30。圖3B繪示處於不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度(TMF )的一溫度的該合金物件30，而圖3C繪示處於等於一周圍環境溫度(TA )的一溫度的該合金物件。當合金物件30從至少如該合金的一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度(圖3A)冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度(圖3B)時箭頭35指示的一壓縮力施加於合金物件30。如圖3C所繪示，在一麻田散體晶相變換之後合金物件30展示實質減少的平坦度偏差。在壓縮力被移除且合金物件30達到一周圍環境溫度之後保留平坦度偏差之實質減少。
在各種實施例中，可使用一輥子平坦化操作施加一機械壓縮力。輥子平坦化可在一合金物件處於至少如該合金之麻田散體變換開始溫度一樣高的溫度時開始並在該合金物件已冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度的一溫度時結束。在一輥子平坦化操作期間，當輥子與合金物件表面之間的接觸位置隨時間變化時，輥子可施加一半連續及循序壓力至一合金物件。
在各種實施例中，在一輥子平坦化操作期間，在開始於一麻田散體變換開始溫度或其以上並結束於一麻田散體變換結束溫度或其以下的整個冷卻範圍期間，合金物件可與平坦化輥子接觸。一輥子平坦化操作可包括輥子單次平坦化一合金。該單次可在一合金物件處於至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度時開始且在該合金物件已冷卻至不高於一麻田散體變換結束溫度的一溫度時結束。一輥子平坦化操作可包括輥子多次平坦化一合金物件。第一次可在一合金物件處於至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度時開始且最後一次可在該合金物件已冷卻至不高於一麻田散體變換結束溫度之一溫度時結束。
在各種實施例中，可使用一平台壓力機平坦化操作施加一機械壓縮力。例如，一合金物件可放置於一平台壓力機的二平行面之間。可透過平台壓力機之一機械按壓作用將一壓縮力施加於物件。平台按壓可在一合金物件處於至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度之一溫度時開始且可在該合金物件已冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度之一溫度時結束。
在各種實施例中，在一平台壓力機平坦化操作期間，在一合金物件從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高之一溫度至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度之一溫度的至少一部分冷卻期間可維持一機械壓縮力在該合金物件上。在開始於一麻田散體變換開始溫度或其以上並結束於一麻田散體變換結束溫度或其以下的整個冷卻範圍期間，合金物件可連續或半連續地與至少一個平台面接觸。當一合金物件從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度的一溫度時，可由一平台壓力機之平台連續或半連續地維持一恆定或變化的壓縮力在該合金物件上。
在各種實施例中，施加於一合金物件的一機械力可包括拉伸合金物件的一力。圖4A至4C繪示一合金物件40，其中圖4A繪示合金物件40處於至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度(TMS )一樣高的一溫度(T)。圖4B繪示合金物件40處於不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度(TMF )的一溫度(T)，而圖4C繪示合金物件40處於等於一周圍環境溫度(TA )的一溫度(T)。當合金物件40從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度(圖4A)冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度(圖4B)時，箭頭45指示的一拉力施加於合金物件40。如圖4C中所繪示，在一麻田散體晶相變換之後合金物件40展示實質減少的平坦度偏差。在拉力被移除且合金物件40達到一周圍環境溫度之後保留平坦度偏差之實質減少。
在各種實施例中，可使用一拉伸操作施加一拉力。使用一拉伸操作的一拉力施加可在一合金物體處於至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高之一溫度時開始且在該合金物件已冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度之一溫度時結束。
在各種實施例中，在一拉伸操作期間，在一合金物件從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高之一溫度至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度之一溫度的至少一部分冷卻期間，可藉由將該合金物件同時向相反方向拉而在該合金物件上維持一拉伸拉力。當一合金物件從至少如該合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度冷卻至不高於該合金之一麻田散體變換結束溫度的一溫度時，可連續或不連續地維持一恆定或變化的壓縮力在該合金物件上。
在各種實施例中，一合金物件可包括一合金薄片、一合金板或其他平坦合金物件。在各種實施例中，一合金物件可包括一含鐵麻田散體合金或一不含鐵麻田散體合金。例如，根據本文中揭示的方法處理的合金物件可包含(但不限於)：基於鈦之麻田散體合金物件、基於鈷之麻田散體合金物件及其他不含鐵麻田散體合金物件。
在各種實施例中，一合金物件可包括一麻田散體鋼物件或一麻田散體不鏽鋼物件。在各種實施例中，一合金物件可包括一沈澱硬化鋼物件或一沈澱硬化不鏽鋼物件。根據本文中揭示之方法處理的合金物件可包含(但不限於)：400系列不鏽鋼物件、500系列低合金鋼物件及600系列不鏽鋼物件。例如，一合金可包括一403型不鏽鋼、410型不鏽鋼、416型不鏽鋼、419型不鏽鋼、420型不鏽鋼、440型不鏽鋼、522型低合金鋼、529型低合金鋼、13-8不鏽鋼、15-5不鏽鋼、15-7不鏽鋼、17-4不鏽鋼或17-7不鏽鋼。在各種實施例中，一合金物件可包括一不鏽鋼，該不鏽鋼包括如表1或表2中指定的一標稱化學組成。
在各種實施例中，一合金物件可包括一合金薄片、一合金板或包括一空氣可硬化高強度及/或高硬度鋼合金的其他平坦合金物件。例如，在各種實施例中，一合金物件可包括一鋼，該鋼包括如表3或表4中指定的一標稱化學組成。
在各種實施例中，根據本文中描述之一方法處理的一合金物件可包括一合金，該合金包括(以重量百分比為單位)：0.22至0.32之碳、3.50至4.00之鎳、1.60至2.00之鉻、0.22至0.37之鉬、0.80至1.20之錳及0.25至0.45之矽。在各種實施例中，根據本文中描述之一方法處理的一合金物件可包括一合金，該合金包括(以重量百分比為單位)：0.42至0.52之碳、3.75至4.25之鎳、1.00至1.50之鉻、0.22至0.37之鉬、0.20至1.00之錳及0.20至0.50之矽。
根據本文中描述之方法的各種實施例處理的一合金物件可包括一平坦合金物件，該平坦合金物件具有在0.030英吋至5.000英吋之範圍內的一厚度。在各種實施例中，根據本文中描述之方法處理的一平坦合金物件可具有在0.030英吋至2.000英吋範圍內的一厚度。
在各種實施例中，從處於一合金之一麻田散體變換開始溫度或其以上之一溫度至處於一合金之一麻田散體變換結束溫度或其以下之一溫度的冷卻可以0.0001℉/sec至1000℉/sec之一估計溫度降低速率進行。所使用的實際溫度降低速率將取決於一合金之麻田散體變換開始溫度、一合金之麻田散體變換結束溫度、一力啟始施加於一合金物件的溫度、任何處理設備接觸一合金物件的溫度、合金物件周圍的環境溫度、合金物件的幾何尺寸及形狀以及形成該物件之特定合金的化學組成。
在各種實施例中，從處於一合金之一麻田散體變換開始溫度或其以上之一溫度至處於一合金之一麻田散體變換結束溫度或其以下之一溫度的冷卻可使用空氣冷卻進行。根據本文中描述的方法處理的一物件可藉由在該物件上流過的受壓空氣流而進行對流空氣冷卻，或者一物件可不需要受壓空氣流動而在一周圍環境的空氣環境中進行對流空氣冷卻。根據本文中描述之方法處理的一物件可藉由來自物件透過與一合金物件接觸的任何處理設備表面的熱量傳送而傳導冷卻。在各種實施例中，根據本發明描述之方法處理的一物件可藉由透過與該合金物件接觸之處理設備表面的熱傳送而進行對流空氣冷卻及傳導冷卻。
在一拉伸操作中，例如一合金物件相對末端及/或靠近相對末端處可能與處理設備接觸，且合金物件的大部分主平坦表面可能與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。圖5繪示經歷一拉伸操作的一合金物件50，在該拉伸操作中箭頭55指示的一拉力透過處理設備53施加至合金物件50。處理設備53在合金物件50的相對末端及靠近相對末端處的區域51內與合金物件50接觸。合金物件50之主平坦表面之主體與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。以此方式，熱量可從接觸空氣的主平坦表面對流傳送且熱量可透過處理設備53傳導傳送。
在一輥子平坦化操作中，例如，一合金物件之主平坦表面區域可接觸輥子表面，且主平坦表面之其他區域可接觸受壓空氣或周圍環境空氣。圖6繪示經歷一輥子平坦化操作的一合金物件60，在該輥子平坦化操作中由箭頭65指示的一壓縮力透過輥子63施加至合金物件60。輥子63在合金物件60之主平坦表面上之區域61內與合金物件60接觸。合金物件60之主平坦表面的大部分與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。以此方式，熱量可從接觸空氣的平坦表面對流傳送且熱量可透過輥子63傳導傳送。隨著輥子在合金物件60之主平坦表面上行進，可從合金物件60透過輥子63傳送額外的熱量。
在一平台壓力機平坦化操作中，例如一合金物件的主平坦表面之區域可與一個或多個平台接觸，且該主平坦表面之其他區域可與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。或者，在一平台壓力機平坦化操作中，一合金物件的整個主平坦表面可與一個或多個平台接觸，且無主平坦表面之區域可能與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。圖7繪示一合金物件70經歷一平台壓力機平坦化操作，在該平台壓力機平坦化操作中由箭頭75指示的一壓縮力透過平台73施加至合金物件70。平台73在區域71中與合金物件70接觸，該等區域71形成合金物件70的整個主平坦表面。合金物件70的主平坦表面71不與受壓空氣或周圍環境空氣接觸。以此方式，熱量可從接觸平台73的主平坦表面71傳導傳送。熱量亦可從接觸空氣的合金物件70之側面及末端表面對流傳送。
根據各種實施例，對於分別經歷一拉伸操作、一輥子平坦化操作及一平台壓力機平坦化操作的三個相同合金物件而言，可預期在平台壓力機平坦化操作中獲得的冷卻速率大於一輥子平坦化操作中獲得的冷卻速率，而在輥子平坦化操作中獲得的冷卻速率大於一拉伸操作中獲得的冷卻速率，但條件為全部其他溫度變量相同(即周圍環境空氣溫度、接觸表面的處理設備溫度及類似者)。
在各種實施例中，所施加的一機械力之量值可等於或高於在處理溫度範圍內(即從至少如合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一開始溫度至不高於合金之麻田散體變換結束溫度的一結束溫度)之溫度點合金物件的屈服強度(分別為壓縮或拉伸)。以此方式，所施加之力的量值及/或方向可取決於合金物件的處理溫度範圍、合金的特定化學組成及/或合金物件的幾何形狀及尺寸。
所施加之力的量值及/或方向亦可取決於用來施加該力的特定操作(例如拉伸、輥子平坦化及平台壓力機平坦化)而變化。在各種實施例中，所施加之力可具有接近力施加溫度處最終拉伸強度的一量值。在各種實施例中，所施加之力可具有大約等於合金物件之屈服強度(分別為壓縮或拉伸)的一量值。在各種實施例中，所施加之力可具有在施加力操作期間不減少合金物件厚度的一量值。在各種實施例中，所施加之力可具有少於合金物件之屈服強度(分別為壓縮或拉伸)的一量值。
在各種實施例中，一輥子平坦化操作將力施加至與輥子接觸區域內的一平坦合金物件之主平坦表面。為施加相對均勻的一壓縮力，合金物件以一連續及循序方式引入輥子之接觸區域，其中輥子將一相對恆定之力施加至合金物件之主平坦表面。以此方式，主平坦表面的鄰接區域在相同條件下循序經受相同的力。
在各種實施例中，二個或更多個平坦合金物件可堆疊使得合金物件之主平坦表面進行接觸，且一力施加至該堆疊。例如，圖8繪示經歷一輥子平坦化操作的二平坦合金物件80之一堆疊，在該輥子平坦化操作中箭頭85指示的一壓縮力透過輥子83施加至合金物件80之堆疊。輥子83在頂部合金物件80之頂部主平坦表面上及底部合金物件80之底部主平坦表面之區域81中與合金物件80之堆疊接觸。雖然圖8僅繪示經歷一合金平坦化操作的二個合金物件，但應瞭解可以相同方式堆疊二個以上合金物件，且根據本文中描述的各種實施例二個或多個堆疊合金物件可經歷一平台壓力機平坦化操作或一拉伸操作。
在各種實施例中，本文中描述的方法結合一硬化熱處理及一麻田散體及/或沈澱硬化合金之隨後冷卻，以自一母晶相合金形成一麻田散體晶相及/或沈澱硬化合金。在各種實施例中，本文中描述的方法可應用至先前處理的合金物件以修正先前處理期間及/或之後產生的平坦度偏差。例如，展示平坦度偏差的一麻田散體合金物件重新加熱至至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度、或者低於麻田散體變換開始溫度的一溫度或低於麻田散體變換結束溫度的一溫度，並且根據本文中描述的各種實施例而受處理。然而，由於將修正處理之前與修正處理之後的合金物件進行比較根據本文中描述之各種實施例的糾正處理可能對合金物件具有各種影響因此必須小心，該等影響包含(但不必然限於)引起結晶粒度的冶金偏差、韌性、強度、硬度、抗腐蝕性、抗彈性及類似者。
以下例示性且不具限制性的實例欲在不限制本文中呈現的實施例之範圍的情況下進一步描述該等實施例。此技術之一般技術者將瞭解到在單純由申請專利範圍定義的本發明之範圍內的實例之變動可行。除非另有指示否則所有部分及百分比係以重量指示。
實施例 實例1
0.250×101×252英吋的一合金板具有由表5中指定的一標稱組成之一高強度鋼合金製備。
鋼合金板放置於一熔爐中且經加熱至高於鋼合金之麻田散體變換開始溫度的一溫度。使用包括七(7)次經過該等輥子的一輥子平坦化操作將一機械力施加至該板。該機械力在516℉的一溫度啟始(即第一次)。當該板達到217℉的一溫度時機械力施加結束(即第七次)。在輥子平坦化操作期間該板在周圍環境空氣中冷卻。表6中提供該板之冷卻分析。
第一次開始與第七次結束之間總共消耗19分鐘。從第一次直至第五次連續輥壓板。在第五次與第六次之間中斷輥壓以容許該板在不施加力的情況下冷卻。在第六次及第七次連續輥壓板。在第七次之後容許該板在不施加力的情況下冷卻至周圍環境溫度(大約70℉)。
處於周圍環境溫度之板使用一平坦度桌測試平坦度偏差。圖9A及9B繪示具有一止檔98的一平坦度桌97。如圖9A中所繪示，一板90抵著止檔98定位於桌97表面的周邊內。一邊緣直條99定位於板90表面的各個位置上。在各個位置，以空隙值(在圖9B中由箭頭96指示)量測的板平坦度偏差按條99之下綠與板表面之間的最大距離量測。
平坦度桌及板係清潔且無碎片。0.250×101×252英吋之板定位於桌表面周邊內。一個板邊緣頂著沿桌之一個側面的止檔。將一9英呎的鋁製邊緣直條用於全部平坦度偏差量測。該9英呎的邊緣直條如圖9A中所繪示定位。在各個位置，條之下綠與板表面之間的最大平坦度偏差沿條之9英呎長度的三個位置量測。
0.250×101×252英吋鋼板具有3/32英吋(0.09375")的一最大縱向平坦度偏差(邊緣直條平行於253英吋方向而定位)，以及1/4英吋(0.25")的一最大橫向平坦度偏差(邊緣直條平行於101英吋方向而定位)。在0.250×101×252英吋的高強度鋼板內的平坦度偏差之最大容許度為併入本文中的軋製結構鋼板材、型材和薄板梉通用技術要求之標準規格的每個ASTM A6/A6M-08為2英吋。雖然ASTM A6/A6M-08提供以12英呎片段量測的容許度值，但此處使用9英呎之一條量測的平坦度偏差具有代表性且不應本質區別於使用給定明顯低量值之量測平坦度偏差的12英呎之一條所進行的量測。
實例2
0.200×102×296英吋的一合金板係由具有表5中指定的一標稱組成之一高強度鋼合金製備。鋼合金板定位於一熔爐中且經加熱至高於該鋼合金之麻田散體變換開始溫度的一溫度。使用包括九(9)次經過輥子的一輥子平坦化操作而將一機械力施加至該板。機械力在585℉之一溫度開始(即第一次)。當達板達到233℉之一溫度時機械力施加結束(即第九次)。在輥子平坦化操作期間板在周圍環境空氣中冷卻。表7中提供板之冷卻分析。
在第九次之後容許板冷卻至周圍環境溫度(大約70℉)。使用結合實例1描述的一平坦度桌測試處於周圍環境溫度的板之平坦度偏差。
0.200×102×296英吋的鋼板具有1/16英吋(0.0625")的一最大縱向平坦度偏差(平行於296英吋方向定位的邊緣直條)，以及7/32英吋(0.21875")的一最大橫向平坦度偏差(平行於102英吋方向而定位的邊緣直條)。在0.200×102×296英吋高強度鋼板內的平坦度偏差之最大容許度為每個ASTM A6/A6M-08為2又3/8英吋(2.375")。
實例3
0.200×102×296英吋的一合金板由具有表5中指定的一標稱組成之一高強度鋼合金製備。鋼合金板放置於一熔爐中且經加熱至高於鋼合金之麻田散體變換開始溫度的一溫度。使用包括九(9)次經過輥子的一輥子平坦化操作而將一機械力施加至板。從第一次直至第九次連續輥壓板。在585℉的一溫度機械力開始(即第一次)。當板達到263℉的一溫度時機械力施加結束(即第九次)。在輥子平坦化期間板在周圍環境空氣中冷卻。表8中提供板之冷卻分析。
在第九次之後容許板在不施加力的情況下冷卻至周圍環境溫度(大約70℉)。使用結合實例1描述的一平坦度桌測試處於周圍環境溫度之板的平坦度偏差。
0.200×103×292英吋的鋼板具有1/16英吋(0.0625")的一最大縱向平坦度偏差(平行於292英吋方向定位的邊緣直條)，以及17/64英吋(0.265625")的一最大橫向平坦度偏差(平行於103英吋方向而定位的邊緣直條)。在0.200×102×296英吋高強度鋼板內的平坦度偏差之最大容許度為每個ASTM A6/A6M-08為2又3/8英吋(2.375")。
本發明已參考各種例示性、闡釋性且不具限制之實施例撰寫。然而，具有此技術之一般技術者將瞭解到可在不脫離由申請專利範圍單純定義的本發明之範圍的情況下進行所揭示實施例(或其部分)之各種取代、修改或組合。因此，應預期及瞭解本發明包含本文中未明確陳述的額外實施例。可例如藉由組合、修改或重組在本文中描述的所揭示步驟、成分、要素、元件、特徵、態樣及類似者的任何者而獲得此類實施例。因此本發明不受各種例示性、闡釋性且不具限制之實施例的描述限制而單純受申請專利範圍限制。以此方式，在執行期間申請者保留修改權利以增添如本文中描述的各種特徵。
10．．．合金物件
12．．．母晶相
14．．．麻田散體晶相
20．．．合金物件
30．．．合金物件
35．．．壓縮力
40．．．合金物件
45．．．拉力
50．．．合金物件
51．．．區域
53．．．處理設備
55．．．拉力
60．．．合金物件
61．．．區域
63．．．輥子
65．．．壓縮力
70．．．合金物件
71．．．區域
73．．．平台
75．．．壓縮力
80．．．合金物件
81．．．區域
83．．．輥子
85．．．箭頭
90．．．板
96．．．箭頭
97．．．桌
98．．．止檔
99．．．邊緣直條
圖1A係處於至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高之一溫度的一合金物件之一示意性側面截面視圖，圖1B係一合金物件的一示意性側面截面視圖，該合金物件之一區域處於一麻田散體變換開始溫度與一麻田散體變換結束溫度之間的一溫度，而圖1C係處於不高於一麻田散體變換結束溫度之一溫度的一合金物件之一示意性截面視圖；
圖2A至2C係一合金物件的示意性側視圖，其繪示當一合金從至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高的一溫度(圖2A)冷卻至不高於一麻田散體變換結束溫度的一溫度(圖2B)且最終冷卻至一環境溫度(圖2C)時一平坦度偏差的發展；
圖3A至3C係一合金物件之示意性側視圖，其繪示用來減少在合金物件中平坦度偏差之一方法的一實施例，其中當合金從至少如一麻田散體變換開始溫度一樣高之一溫度(圖3A)冷卻至不高於一麻田散體變換結束溫度(圖3B)時施加壓縮力至合金物件，並最終冷卻至一周圍環境溫度條件而無壓縮力施加至合金物件(圖3C)；
圖4A至4C係一合金物件的示意性側視圖，其繪示用來減少合金物件中平坦度偏差之一方法的另一實施例，其中當物件從至少如一麻田散體變換開始溫度之一溫度(圖4A)冷卻至不高於一麻田散體變換結束溫度之一溫度(圖4B)時施加一拉力至合金物件，且最終冷卻至一周圍環境溫度條件時無拉力施加至合金物件(圖4C)。
圖5係經歷一拉伸操作的一合金物件之一示意性截面側視圖；
圖6係經歷一輥子平坦化操作的一合金物件之一示意性截面側視圖；
圖7係經歷一平台壓力機平坦化操作的一合金物件之一示意性截面側視圖；
圖8係經歷一輥子平坦化操作的二合金物件之一堆疊的一示意性透視圖；及
圖9A係一平坦度偏差量測表的一示意性頂視圖，其繪示用於量測一合金板中平坦度偏差的一邊緣直條之定位，且圖9B係展示一平坦度偏差並定位於一平坦度偏差量測桌內的一合金板的一示意性截面側視圖，其中一邊緣直條用於量測平坦度偏差。
60．．．合金物件
61．．．區域
63．．．輥子
65．．．壓縮力

Claims (30)

  1. 一種用來減少在一合金物件中平坦度偏差的方法，該方法包括：加熱一合金物件至至少如包含該合金物件之合金之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一第一溫度；在該第一溫度施加機械力至該合金物件，該機械力趨於抑制該合金物件之一表面的平坦度偏差；及將該合金物件空氣冷卻至不高於包含該合金物件之該合金之一麻田散體變換結束溫度的一第二溫度；其中在該合金物件從該第一溫度空氣冷卻至該第二溫度的至少一部分期間，該機械力維持在該合金物件上。
  2. 如請求項1之方法，其包括當該合金物件從該第一溫度冷卻至該第二溫度時該機械力連續或半連續地維持在該合金物件上。
  3. 如請求項2之方法，其中該連續或半連續維持之機械力為一恆定機械力。
  4. 如請求項1之方法，其包括當該合金物件從該第一溫度冷卻至該第二溫度時該機械力循序維持在該合金物件上。
  5. 如請求項1之方法，其中該機械力包括壓縮該合金物件之一力。
  6. 如請求項1之方法，其中該機械力包括拉伸該合金物件的一力。
  7. 如請求項1之方法，其包括在該第一溫度開始並在第二 溫度結束的該合金物件輥子平坦化。
  8. 如請求項7之方法，其包括在該第一溫度開始且在該第二溫度結束的該合金物件單次輥子平坦化。
  9. 如請求項7之方法，其包括在該第一溫度開始且在該第二溫度結束的該合金物件多次輥子平坦化。
  10. 如請求項1之方法，其包括在該第一溫度開始且在該第二溫度結束的連續施加一拉伸力至該合金物件。
  11. 如請求項1之方法，其包括在該第一溫度開始且在該第二溫度結束的循序施加一拉伸力至該合金物件。
  12. 如請求項1之方法，其包括將該合金物件放置於一平台壓力機的二個平行面之間並在該第一溫度施加一壓縮力至該合金物件，且在該合金物件從該第一溫度至該第二溫度之至少一部分冷卻期間維持該壓縮力在該合金物件上。
  13. 如請求項12之方法，其包括當該合金物件從該第一溫度冷卻至該第二溫度時連續維持該壓縮力在該合金物件上。
  14. 如請求項12之方法，其中該壓縮力係在該第一溫度開始且在該第二溫度結束的一恆定壓縮力。
  15. 如請求項12之方法，其包括當該合金物件從該第一溫度冷卻至該第二溫度時循序維持該壓縮力在該合金物件上。
  16. 如請求項1之方法，其中該合金物件包括具有一平坦構形的一幾何形狀，且進一步包括一空氣可硬化高強度鋼 合金。
  17. 如請求項1之方法，其中該合金物件為包括一空氣可硬化高強度鋼合金的一板或一薄片。
  18. 如請求項1之方法，其中該合金物件包括0.030英吋至5.000英吋之一厚度。
  19. 如請求項1之方法，其中所施加的該機械力具有等於或大於該合金物件處於該第一溫度與該第二溫度之間之溫度之一屈服強度的一量值。
  20. 如請求項1之方法，其中該空氣冷卻包含在周圍的空氣環境，該合金物件上無受壓空氣流動下冷卻該合金物件。
  21. 如請求項1之方法，其中該空氣冷卻包含利用在該合金物件上之受壓空氣流動冷卻該合金物件。
  22. 如請求項1之方法，其中該合金物件包含具有0.030英吋至2.000英吋之厚度之板或層，及其中該合金係由0.22至0.32wt%碳、3.50至4.00wt%鎳、1.60至2.00wt%鉻、0.22至0.37wt%鉬、0.80至1.20wt%錳、0.25至0.45wt%矽、0至0.020wt%磷、0至0.005wt%硫及其餘的鐵及伴隨的元素組成。
  23. 如請求項1之方法，其中該合金物件包含具有0.030英吋至2.000英吋之厚度之板或層，及其中該合金係由0.42至0.52wt%碳、3.75至4.25wt%鎳、1.00至1.50wt%鉻、0.22至0.37wt%鉬、0.20至1.00wt%錳、0.20至0.50wt%矽、0至0.020wt%磷、0至0.005wt%硫及其餘的鐵及伴隨的元 素組成。
  24. 如請求項1之方法，其中該合金物件係未經液體淬火。
  25. 一種用來抑制自薄片及板選擇的空氣可硬化高強度鋼物件中平坦度偏差之方法，該方法包括：將自一薄片及一板選擇的一空氣可硬化高強度鋼物件加熱至至少如包含該空氣可硬化高強度鋼物件之空氣可硬化高強度鋼之一麻田散體變換開始溫度一樣高的一第一溫度；在該第一溫度施加機械力至該空氣可硬化高強度鋼物件，使用自下列組成之群選擇的一操作而施加該機械力：一輥子平坦化操作，一拉伸平坦化操作及一平台壓力機平坦化操作；及將該空氣可硬化高強度鋼物件從該第一溫度空氣冷卻至不高於包含該空氣可硬化高強度鋼物件之該空氣可硬化高強度鋼之一麻田散體變換結束溫度的一第二溫度；其中該機械力具有等於或大於處於該第一溫度與該第二溫度之間之溫度的該空氣可硬化高強度鋼物件之一屈服強度，且其中在該空氣可硬化高強度鋼物件從該第一溫度空氣冷卻至該第二溫度的至少一部分期間施加該機械力。
  26. 如請求項25之方法，其中該空氣冷卻包含在周圍的空氣環境，該空氣可硬化高強度鋼物件上無受壓空氣流動下冷卻該空氣可硬化高強度鋼物件。
  27. 如請求項25之方法，其中該空氣冷卻包含利用在該空氣 可硬化高強度鋼物件上之受壓空氣流動冷卻該空氣可硬化高強度鋼物件。
  28. 如請求項25之方法，其中該空氣可硬化高強度鋼物件包含具有0.030英吋至2.000英吋之厚度之板或層，及其中包含該空氣可硬化高強度鋼物件之該空氣可硬化高強度鋼係由0.22至0.32wt%碳、3.50至4.00wt%鎳、1.60至2.00wt%鉻、0.22至0.37wt%鉬、0.80至1.20wt%錳、0.25至0.45wt%矽、0至0.020wt%磷、0至0.005wt%硫及其餘的鐵及伴隨的元素組成。
  29. 如請求項25之方法，其中該空氣可硬化高強度鋼物件包含具有0.030英吋至2.000英吋之厚度之板或層，及其中包含該空氣可硬化高強度鋼物件之該空氣可硬化高強度鋼係由0.42至0.52wt%碳、3.75至4.25wt%鎳、1.00至1.50wt%鉻、0.22至0.37wt%鉬、0.20至1.00wt%錳、0.20至0.50wt%矽、0至0.020wt%磷、0至0.005wt%硫及其餘的鐵及伴隨的元素組成。
  30. 如請求項25之方法，其中該空氣可硬化高強度鋼物件係未經液體淬火。
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