[0001] 本
申请是申请日为2014年03月07日、申请号为201480002662.0、
发明名称为“用于改进金属合金的热加工性的方法”的发明
专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本公开涉及合金铸
块和其它合金
工件，并且涉及用于处理合金铸块和其它合金工件的方法。
背景技术
[0003] 各种合金可以被表征为是“裂纹敏感的”。由裂纹敏感合金构成的铸块和其它工件在热加工操作期间可能沿它们的表面和/或边缘形成裂纹。由裂纹敏感合金形成制品可能是有问题的，因为，例如，在
锻造或其它热加工操作期间形成的裂纹可能需要磨掉或以其它方式去除，从而增加生产时间和
费用，并且降低产率。
[0004] 在某些热加工操作如锻造和挤出期间，模具将
力施加至合金工件以使合金工件
变形。模具的表面与合金工件的表面之间的相互作用可能涉及热传递、摩擦以及磨损。用于减少热加工期间表面和边缘裂解的一项常规技术是在热加工之前将合金工件封闭在金属罩壳内。在例如圆柱形工件的情况下，金属罩壳的内径可以略大于合金工件的外径。合金工件可以插入到金属罩壳中，以使得金属罩壳松散地围绕但非
冶金地结合至合金工件。模具可以
接触金属罩壳的外表面。金属罩壳使封闭的合金工件热隔离并且机械地保护所述封闭的合金工件，从而消除或降低合金工件上裂纹形成的发生率。金属罩壳通过合金工件与金属罩壳的内表面之间的空气间隙的作用，并同时通过直接抑制合金工件向环境
辐射热量来使合金工件热隔离。
[0005] 合金工件装壳操作可能导致各种缺点。例如，锻造模具与金属罩壳的外表面之间的机械接触可能会使金属罩壳破裂。另外，在装壳工件的镦压-
拉拔锻造(upset-and-draw forging)期间，金属罩壳可能在拉拔操作期间破裂，并且，在这种情况下，合金工件可能需要在多个镦压-拉拔锻造操作的每个镦压和拉拔循环之间重装壳。重装壳增加了工艺复杂性和费用。另外，金属罩壳可能会阻碍操作者视觉监测装壳合金工件的表面的裂纹和其它加工诱导的
缺陷。
[0006] 鉴于以上缺点，将有利的是，提供热加工裂纹敏感合金的更高效和/或更成本有效的方法。更一般而言，将有利的是，提供用于改进合金铸块和其它合金工件的热加工性的方法。
发明内容
[0007] 根据本公开的多个方面涉及处理合金铸块和其它合金工件以改进热加工性的方法。
[0008] 根据本公开的非限制性方面涉及一种处理合金工件以减少热裂解的方法，所述方法包括将金属涂布材料喷射到合金工件的表面的至少一部分上以形成冶金地结合至合金工件的表面涂层。金属表面涂层可以比合金工件更具延展性，并且减少合金工件的
热损失。在所述方法的某些非限制性实施方案中，合金工件在金属涂布材料的喷射期间围绕工件的长轴旋转，所述金属涂布材料沉积在合金工件的周向表面的至少一部分上。
[0009] 根据本公开的另外的非限制性方面涉及一种处理合金工件以减少热裂解的方法，所述方法包括将合金工件插入到金属罩壳中。金属罩壳可以具有比合金更低的
热膨胀系数，并且包括上面至少一部分包含镍-
硼涂层的内表面。将合金工件封装在金属罩壳中以形成装壳组件，并且将气体的至少一部分从装壳组件的内部去除。加热装壳组件以瞬间液相结合合金工件与金属罩壳。
[0010] 根据本公开的另一非限制性方面涉及根据本公开的方法中的任一种制造或处理的合金工件。
[0011] 根据本公开的又另一非限制性方面涉及由根据本公开的方法中的任一种制造或处理的合金工件制成或包括所述合金工件的制品。此类制品包括例如喷气
发动机部件、陆用
涡轮机部件、
阀、发动机部件、轴以及
紧固件。
附图说明
[0012] 通过结合附图考虑下文描述可以更好地理解本文描述的各种非限制性实施方案。
[0013] 图1是根据本文公开的方法的某些非限制性实施方案的
流程图。
[0014] 图2是根据本文公开的各种非限制性实施方案处理合金工件的方法的示意图。
[0015] 图3是根据本文公开的各种非限制性实施方案处理合金工件的方法的示意图。
[0016] 图4是根据本文公开的方法的某些非限制性实施方案的流程图。
[0017] 图5是根据本文公开的各种非限制性实施方案处理合金工件的方法的示意图。
[0018] 读者在考虑下文根据本公开的各种非限制性和非穷举性实施方案的描述后将了解前述细节和其它。
具体实施方式
[0019] 如本文一般使用，术语“基本上由……组成”和“由……组成”以术语“包含”体现。
[0020] 如本文一般使用，除非另外指出，冠词“一个或一种(one)”、“一个”、“一种”和“所述”指代“至少一个”或“一个或更多个”。
[0021] 如本文一般使用，术语“包括”和“具有”意指“包含”。
[0022] 如本文一般使用，术语“
软化点”指代特定材料不再发挥刚性固体作用并在其自身重量作用下开始下垂的最小
温度。
[0023] 如本文一般使用，术语“约”指代考虑到测量的性质或精确度，对于测量的数量可接受的误差程度。典型的示例性误差程度可以是在给定数值或数值范围的20％内、在10％内或在5％内。
[0024] 除非另外指出，本文陈述的所有数字数量应理解成在所有情况下通过术语“约”来
修改。本文公开的数字数量是近似的，并且每个数值旨在意指引用值和那个值上下的功能等效范围两者。在最低限度并且不试图将等同原则的应用限于
权利要求书的范围，每个数值参数均应当至少根据报告的有效数字的数值和通过应用普通四舍五入技术来解读。尽管本文陈述了数字数量的近似值，但应尽可能精确地报告实际测量值的
指定实例中描述的数字数量。
[0025] 本文陈述的所有数字范围包括其中包含的所有子范围。例如，范围“1至10”和“在1与10之间”旨在包括所引用的1的最小值与所引用的10的最大值之间以及包括所述最小值和所述最大值的所有子范围。本文引用的任何最大数字限制旨在包括所有较低数字限制。本文引用的任何最小数字限制旨在包括所有较高数字限制。
[0026] 在下文描述中，将对某些细节进行阐述以提供对本文描述的制品和方法的各种非限制性实施方案的全面理解。本领域普通技术人员将理解，在不存在这些细节的情况下也可以实践本文描述的非限制性实施方案。在其它情况下，与制品和方法相关的熟知的结构和方法可能不被示出或不进行详细描述，以避免不必要地使本文描述的非限制性实施方案的描述变得晦涩。
[0027] 本公开描述了制品和方法的各种非限制性实施方案的各种特征、方面以及优点。然而，应理解，本公开包括众多替代实施方案，所述替代实施方案可以通过将本文描述的各种非限制性实施方案的各种特征、方面以及优点中的任一个组合在本领域普通技术人员可能发现有用的任何组合或子组合中来实现。
[0028] 在热加工操作例如像锻造操作和挤出操作期间，在大于
环境温度的温度如工件的重结晶温度之上的温度下，可以将力施加至合金铸块或其它合金工件以使工件塑性变形。经历加工操作的合金工件的温度可以大于用于将力机械地施加至合金工件的表面的模具或其它结构的温度。由于热量损失到环境空气中所致的合金工件表面的冷却和所述合金工件表面与接触模具或其它结构之间的热梯度偏移，合金工件可以形成温度梯度。在热加工期间，温度梯度可能导致工件的表面裂解。表面裂解在合金工件由裂纹敏感合金形成的情况中特别成问题。
[0029] 根据某些非限制性实施方案，合金工件可以由裂纹敏感合金组成或包含所述裂纹敏感合金。例如，各种镍基合金、
铁基合金、镍-铁基合金、
钛基合金、钛-镍基合金、钴基合金和超合金如镍基超合金尤其是在热加工操作期间可能对裂解敏感。合金铸块或其它合金工件可以由此类裂纹敏感合金和超合金形成。例如，裂纹敏感合金工件可以由合金或超合金形成，所述合金或超合金选自但不限于合金718(UNS No.N07718)、合金720(UNS No.N07720)、Rene 41TM合金(UNS No.N07041)、Rene 88TM合金、 合金(UNS No.N07001)以及 100合金。
[0030] 虽然本文描述的方法可有利地结合裂纹敏感合金一起使用，但将理解，所述方法通常还适用于任何合金，包括，例如，在热加工温度下表征为相对低的延展性的合金、在1000℉至2200℉的温度下热加工的合金以及通常不易裂解的合金。因此，如本文所使用，术语“合金”包括常规的合金和超合金。如本领域普通技术人员所理解，超合金展现出相对良好的表面
稳定性、抗
腐蚀性和抗
氧化性、高强度以及高温下的高抗蠕变性。在各种非限制性实施方案中，合金工件可以包括或选自铸块、坯件、坯条、坯板、坯管、
烧结预制件(a sintered pre-form)等。
[0031] 可以使
用例如常规的冶金技术或
粉末冶金技术来形成合金铸块或其它合金工件。例如，在各种非限制性实施方案中，可以通过已知为VIM-VAR操作的
真空感应
熔化(VIM)和真空
电弧再熔(VAR)的组合来形成合金铸块或其它合金工件。在各种非限制性实施方案中，可以通过三
重熔化技术来形成合金工件，其中
电渣重熔(ESR)操作在VIM操作与VAR操作之间进行，从而提供VIM-ESR-VAR(即，三重熔化)顺序。在其它非限制性实施方案中，可以使用粉末冶金操作来形成合金工件，所述粉末冶金操作包括熔融合金的雾化和所得冶金粉末的收集以及所述所得冶金粉末至合金工件的固结。
[0032] 在某些非限制性实施方案中，可以使用喷射成型操作来形成合金铸块或其它合金工件。例如，VIM可以用于从原料制备
基础合金组合物。ESR操作可以任选地在VIM之后使用。熔融合金可以从VIM或ESR熔化池提取，并且雾化以形成熔融液滴。可以使用例如冷壁感应导引件(CIG)从熔化池提取熔融金属。合金可以使用喷射成型操作沉积为熔融或半熔融材料以形成
固化合金工件。
[0033] 在某些非限制性实施方案中，可以使用热
等静压(HIP)来形成合金铸块或其它合金工件。HIP通常指代均衡应用高压和高压气体例如像氩气以将粉末材料
压实和固结成单块预制件。粉末可以通过密闭容器与高压和高压气体分离，所述密闭容器用作气体与被压实和固结的粉末之间的压力屏障。密闭容器可以塑性变形以压实粉末，并且高温可以有效地将单独的粉末颗粒烧结在一起以形成单块预制件。可以在所有粉末上施加均匀的压实压力，并且可以在预制件中实现均匀的
密度分布。例如，可以将近等
原子镍-钛合金粉末装载到金属罩壳例如像
钢质罩壳中，并且对所述合金粉末除气以去除
吸附的湿气和夹带的空气。可以在真空下例如像通过
焊接使含有近等原子镍-钛合金粉末的容器密闭。之后可以在一定温度下并在足以在容器中实现镍-钛合金粉末的完全致密化的压力下对密封的容器进行HIP，从而形成完全致密的近等原子镍-钛合金预制件。
[0034] 在根据本公开的某些非限制性实施方案中，参考图1，处理合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括10围绕合金工件的长轴旋转合金工件；以及15将金属涂布材料喷射到合金工件的周向表面的至少一部分上，以形成冶金地结合至合金工件、减少合金工件的热损失的表面涂层。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以是大体圆柱形合金工件，并且金属涂层可以沉积在例如合金工件的周向表面上。然而，将理解，合金工件可以具有不同的形状。此外，虽然图1示意性地描绘了其中合金工件围绕轴旋转的实施方案，但将理解，可以采用任何替代方法，其中喷射装置相对于合金工件平移，或反之亦然，以使得金属涂布材料可以围绕合金工件的表面分布并且沉积在所述表面上。
[0035] 在某些非限制性实施方案中，根据本公开的方法可以包括将金属涂布材料喷射到合金工件的纵向端部的至少一部分上，以形成冶金地结合至合金工件、减少合金工件的热损失的金属表面涂层。在某些非限制性实施方案中，方法可以包括在完成合金工件的至少一次旋转之后，沿工件的长轴移动合金工件；将金属涂布材料喷射到合金工件的外周向表面的至少后续部分上；以及重复移动和喷射直到实现所需的涂层厚度。然而，再次，将理解，可以使用任何替代操作，以使得在喷射装置与合金工件之间实现相对运动，从而使得金属涂布材料可以围绕合金工件的表面分布并且沉积在所述表面上。
[0036] 在某些非限制性实施方案中，金属涂层的材料可以比合金工件更具延展性和/或韧性。在各种非限制性实施方案中，形成在合金工件上的金属涂层可以在宽温度范围例如像68℉至2300℉和1500℉至2250℉内具有延展性。金属涂层和合金工件的延展性可以测量为拉拔测试中的区域的伸长或缩短。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括比合金工件的伸长率更大的伸长率(在室温下2英寸的％)。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括至少15％、至少20％、至少30％、至少40％、大于20％、大于25％、大于30％、大于35、大于40％、大于45％、15％至45％、20％至40％或25％至40％的伸长率(在室温下2英寸的％)。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以包括至多15％、至多20％或至多30％的伸长率(在室温下2英寸的％)。
[0037] 在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料可以包含在加工合金工件时有待使用的特定加工温度下具有比合金工件的合金更大韧度和/或更低硬度的金属材料。硬度可以根据洛氏测试(Rockwell test)来测量。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括比合金工件的洛氏硬度更小的洛氏硬度。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括88至95的洛氏B硬度，并且合金工件可以包括92至100的洛氏B硬度。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括82至88的洛氏B硬度，并且合金工件可以包括92至100的洛氏B硬度。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括88的洛氏B硬度，并且合金工件可以包括92的洛氏B硬度。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包括25的洛氏C硬度，并且合金工件可以包括38的洛氏C硬度。金属涂层和合金工件的韧度可以通过在室温下对
退火材料进行夏比V形缺口冲击测试(Charpy V-notch impact testing)来测量。在某些非限制性实施方案中，金属涂层的材料可以包含比合金工件的夏比V形缺口冲击
能量更大的夏比V形缺口冲击能量。在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以包含75℉下65至80英尺-磅的夏比V形缺口冲击能量。
[0038] 在某些非限制性实施方案中，金属涂层可以使合金工件的表面与接触模具的表面热隔离。在这种情况下，金属涂层抑制或限制底层合金工件对环境和/或接触涂布工件的锻造或
挤出模具的表面辐射热量。金属涂层的热隔离效果可以防止或抑制底层合金工件的表面冷却至表面在热加工期间可能更容易裂解的脆化温度。在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料可以比合金工件更抗氧。
[0039] 在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料可以包含金属颗粒，所述金属颗粒喷射到工件表面上。金属颗粒可以是例如
不锈钢颗粒、镍基合金颗粒、铁基合金颗粒、镍-铁基合金颗粒、钛基合金颗粒以及钴基合金颗粒中的一种或更多种。在某些非限制性实施方案中，金属颗粒可以选自不锈钢颗粒和镍基合金颗粒。在某些非限制性实施方案中，不锈钢颗粒可以包括奥氏体不锈钢颗粒。在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料可以包括选自由以下组成的组的奥氏体不锈钢颗粒：Type 304不锈钢(UNS No.S30400)颗粒、Type 304L不锈钢(UNS No.S30403)颗粒、Type 316不锈钢(UNS No.S31600)颗粒以及Type316L不锈钢(UNS No.S31603)颗粒。在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料可以包含选自由以下组成的组的镍基合金颗粒：合金600(UNS N06600)颗粒和合金625(UNS N06625)颗粒。
[0040] 在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料和合金工件可以包含选自由钴、铁以及镍组成的组的基础金属。在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料的基础金属可以与合金工件的基础金属相同。例如，金属涂布材料可以包含选自合金600(UNS No.N06600)和合金625(UNS No.N06625)的镍基合金，并且合金工件可以包含选自合金720(UNS No.N07720)、Rene 88TM合金以及 合金(UNS No.N07001)的镍基合金。在某些非限制性实施方案中，金属涂布材料的基础金属和合金工件的基础金属可以有所不同。例如，金属涂布材料可以包含选自Type 304不锈钢(UNS S30400)和Type 316不锈钢(UNS S31600)的铁基合金，并且合金工件可以包含选自合金720(UNS No.N07720)、Rene 88TM合金以及 合金(UNS No.N07001)的镍基合金。
[0041] 在某些非限制性实施方案中，处理合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括将金属涂布材料热喷射到合金工件的周向表面的至少一部分上，以形成冶金地结合至合金工件的金属表面涂层，其中金属表面涂层减少合金工件的热损失。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以包括大体圆柱形合金工件。如本领域普通技术人员所理解，热喷射可以包括将金属涂布材料喷射到表面上，同时金属涂布材料处于比金属涂布材料的熔点更大或与之相等的温度，以使得所喷射的金属涂布材料包含半熔融金属颗粒和/或熔融金属液滴。常规的热喷射技术包括，例如，
等离子体、高速氧
燃料(HVOF)、电弧以及气体火焰热喷射技术。若干常规的热喷射技术中的任一项无需费力就可以适用于与根据本公开的方法一起使用。
[0042] 在某些非限制性实施方案中，在将包含半熔融金属颗粒和/或熔融金属液滴的金属涂布材料热喷射到合金工件的表面上之前，可以将合金工件的表面的至少一部分加热至至少1100℉例如像1100℉至2000℉的温度。例如，可以将大体圆柱形合金工件的周向表面的至少一部分加热至大于2000℉的温度，并且之后可以将包含半熔融金属颗粒和/或熔融金属液滴的金属涂布材料热喷射到合金工件的加热表面的至少一部分上。
[0043] 在某些非限制性实施方案中，参考图2，热喷射系统100通常可以包括用于将金属涂布材料保持处于熔融状态的器皿105如中间罐。器皿105可以包括底壁，所述底壁具有允许熔融材料从器皿105流动的开口。器皿105可以从钢包(ladle)或熔炉107接收熔融材料。
喷嘴110可以邻近器皿105的底壁以从开口接收熔融金属涂布材料的出口流。
雾化器120可以与喷嘴110连通以使离开喷嘴110的熔融金属涂布材料雾化。雾化器120可以用
流体流如液体、空气或惰性气体流撞击熔融材料的出口流，以使出口流分裂为形成喷雾锥125的熔融液滴。包含喷雾锥125的喷射物可以处于比金属涂布材料的熔点和/或软化温度更大或与之相等的温度。包含喷雾锥125的喷射物可以包括熔融材料和/或半熔融材料。在考虑本公开的各种实施方案的这种描述之后，可以结合本文描述的这种和其它非限制性实施方案一起使用的雾化器120和喷射系统的替代设计对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
[0044] 参考图2中所示的非限制性实施方案，合金工件130可以平行于合金工件130的长轴移动和旋转穿过旋转
密封件140而进入喷射腔室150中。感应线圈或抗热线圈160可以
定位在工件130的周边周围，以允许对工件130和/或喷雾锥125的表面加热。在某些非限制性实施方案中，加热线圈160可以将工件表面加热至1850℉。可以通过使喷雾锥125撞击合金工件130并旋转合金工件130来将热喷射金属表面涂层135形成在大体圆柱形合金工件130的周向表面的至少一部分上。合金工件130可以在喷雾锥125下方经过并且穿过所述喷雾锥125。虽然图1示意性地描绘了其中合金工件围绕轴旋转的实施方案，但将理解，可以采用任何替代方法，其中喷射装置相对于合金工件平移，或反之亦然，以使得金属涂布材料可以围绕合金工件的表面分布并且沉积在所述表面上。
[0045] 任选地，合金工件130在离开喷射腔室150和/或在离开喷射腔室150之后可以接触一个或更多个辊(未示出)。在热喷射以及任选地辊涂之后，可以从喷射腔室150去除合金工件。熔融涂布材料的任何过度喷射物可以固化为粉末以收集在腔室基部155中并且进行回收。
[0046] 在某些非限制性实施方案中，根据本公开的一种方法可以包括在热喷射之后，辊涂合金工件以使热喷射金属表面涂层固结或致密化。无意受限于任何特定理论，相信半熔融金属颗粒和/或熔融金属液滴可以在形成期间和在飞溅时氧化，并且形成孔隙。所得热喷射金属表面涂层可以包括开孔孔隙率，所述开孔孔隙率可能干扰涂布合金工件的后续热加工。在某些非限制性实施方案中，本发明方法可以包括在热喷射之后，在喷射腔室中辊涂合金工件以去除或减小热喷射金属表面涂层中的开孔孔隙率。在某些非限制性实施方案中，所述方法可以包括在热喷射之后，对涂布合金工件重加热，并且辊涂合金工件以去除或减小热喷射金属表面涂层中的开孔孔隙率。在某些非限制性实施方案中，并且不具有限制性，辊涂过程可以使用至多17座辊，例如像2至8座，并且以至多100吨/小时的速率处理材料。在某些其它非限制性实施方案中，根据本公开的方法可以包括通过对涂布工件进行
热等静压来使金属表面涂层固结或致密化以去除或减小热喷射金属表面涂层中的开孔孔隙率。
[0047] 在某些非限制性实施方案中，热喷射表面涂层的特征可以与处理条件相关，所述处理条件包括但不限于温度、压力、间距(喷射喷嘴与合金工件的目标表面之间的距离)、喷射速率以及沉积产率。在某些非限制性实施方案中，由热喷射装置产生的金属涂布材料喷射物的压力可以是1MPa、至多1MPa、小于1MPa、0.5至1MPa或0.7至1MPa。在某些非限制性实施方案中，由热喷射装置产生的金属涂布材料喷射物的温度可以是1000℉至2700℉、1500℉至2500℉或2250℉至2700℉。在某些非限制性实施方案中，由热喷射装置产生的金属涂布材料的喷射速率可以是1磅/分钟至100磅/分钟、30磅/分钟至100磅/分钟、25磅/分钟至75磅/分钟或50磅/分钟。在某些非限制性实施方案中，热喷射装置与合金工件的目标表面之间的间隔距离可以是1英寸至72英寸、12英寸至72英寸、24英寸至36英寸、36英寸至72英寸、或36英寸。在某些非限制性实施方案中，热喷射工艺的沉积产率可以是至多95％、至多
80％、至多75％、至多70％、10％至95％、20％至80％、25％至75％、30％至60％或50％。如本文一般使用，术语“沉积产率”指代热喷射金属涂布材料中粘附至合金工件的百分比。
[0048] 在某些非限制性实施方案中，合金工件上热喷射金属表面涂层的厚度可以是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25至2英寸、0.5至1英寸或1至2英寸。在某些非限制性实施方案中，热喷射金属表面涂层在辊涂之后可以具有的厚度是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25至2英寸、0.5至1英寸、1至2英寸、0.25至0.5英寸、0.1至0.5英寸或0.1至0.25英寸。在某些非限制性实施方案中，热喷射金属表面的厚度可以与合金工件的横穿速度和/或旋转速度相关。
[0049] 在某些非限制性实施方案中，处理合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括将金属涂布材料冷喷射到合金工件的表面的至少一部分上，以形成冶金地结合至合金工件的金属表面涂层，其中金属表面涂层减少合金工件的热损失。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以是大体圆柱形合金工件，并且金属涂层可以沉积在例如合金工件的周向表面上。然而，将理解，合金工件可以具有不同的形状。如本领域普通技术人员所理解，冷喷射可以包括将金属涂布材料喷射到表面上，同时金属涂布材料处于比金属涂布材料的熔点更低的温度，以使得所喷射的金属涂布材料包含金属涂布材料的固体颗粒。
[0050] 在某些非限制性实施方案中，参考图3，冷喷射系统200通常可以包括用于保持固体微粒金属涂布材料的器皿205。器皿205可以包括底壁，所述底壁具有允许固体微粒材料从器皿200流动的开口。喷嘴210如收敛-扩散(拉瓦尔)型喷嘴可以与器皿200连通以从开口接收固体微粒材料。喷嘴210可以使流体流如空气、氮气、氦气、氩气或其混合物
加速至超声速。可以从器皿200将固体微粒材料进给为流体流以变成为夹带于流中，并且使所述流体流加速至高速度，从而形成喷雾锥225。可以在喷嘴210的上游或在喷嘴210的出口处从器皿200将固体微粒材料进给为流体流。可以将流体流加热至小于固体微粒材料的熔点和/或软化温度的温度。在某些非限制性实施方案中，在固体微粒材料实现足够的速度以在冲击工件205时塑性变形的喷嘴210的入口之前，可能并不
对流体流加热。在考虑本发明的实施方案的现有描述之后，可以结合本文描述的这个和其它非限制性实施方案一起使用的合适的喷嘴和冷喷射装置对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
[0051] 参考图3中所示的非限制性实施方案，合金工件230可以平行于合金工件230的长轴移动和旋转穿过旋转密封件240而进入喷射腔室250中。可以通过使喷雾锥225撞击合金工件230并旋转合金工件230来将冷喷射表面涂层235形成在合金工件230的周向表面的至少一部分上。合金工件230可以在喷雾锥225下方经过并且穿过所述喷雾锥225。固体金属涂布材料的任何过度喷射物可以收集在腔室基部255中并且进行回收。虽然图3示意性地描绘了其中合金工件围绕轴旋转的实施方案，但将理解，可以采用任何替代方法，其中喷射装置相对于合金工件平移，或反之亦然，以使得金属涂布材料可以围绕合金工件的表面分布并且沉积在所述表面上。
[0052] 可以在相对低的温度，低于微粒状金属涂布材料和合金工件的熔点的温度下执行冷喷射。相对低的温度可以防止金属涂布材料的高温氧化、
蒸发、熔化、重结晶和/或气体放出，这可以提供优于热喷射涂布方法的优点。在某些非限制性实施方案中，固体金属涂布材料的原始结构和特性当在合金工件上沉积为涂层时可以保存下来，而不存在可能另外与高温涂布工艺例如像等离子体、HVOF、电弧、气体火焰喷射或其它热喷射工艺相关联的
相变。无意受限于任何特定理论，相信冷喷射涂布材料在飞溅期间可能不氧化，并且可以在合金工件上提供金属涂层，所述金属涂层具有比各种热喷射涂层更高的密度和/或更低的热导率。
[0053] 例如在美国专利号5,302,414中大体描述了冷喷射的基本原理、设备以及方法。无意受限于任何特定理论，相信冷喷射表面涂层可能因颗粒撞击工件的表面而形成。固体金属颗粒对合金工件的影响可以使固体金属颗粒塑性变形。颗粒/颗粒界面和/或颗粒/工件界面处的剪切可以使颗粒和/或合金工件上的表面氧化物膜分裂，从而引发金属对金属接触，并且在各个金属涂布颗粒之间并在金属涂布颗粒与合金工件表面之间形成强冶金结合。冷喷射工艺的结合可以取决于颗粒变形过程，并且因此硬而脆的材料可能不利于冷喷射，因为它们塑性变形的能力有限。
[0054] 在某些非限制性实施方案中，冷喷射表面涂层的特征可以与处理条件相关，所述处理条件包括但不限于温度、压力、合金工件的横穿速度、间距(喷嘴与合金工件的表面之间的距离)、喷射速率以及沉积产率。在某些非限制性实施方案中，由冷喷射装置产生的喷射物的压力可以是0.5至5MPa、0.7至5MPa、1至5MPa、1至4MPa、0.3至1MPa、0.5至1MPa或0.7至1MPa。在某些非限制性实施方案中，由冷喷射装置产生的喷射物的温度可以是100℃至1000℃、100℃至600℃、250℃至600℃、300℃至1000℃、400℃至600℃、500℃至1000℃或
500℃至800℃。在某些非限制性实施方案中，冷喷射装置的喷射速率可以是1至200克/分钟、10至100克/分钟或0.1至1克/分钟。在某些非限制性实施方案中，冷喷射装置与合金工件的目标表面之间的间隔距离可以是1至72英寸、12至72英寸、24至36英寸、36至72英寸或
36英寸。在某些非限制性实施方案中，冷喷射工艺的沉积产率可以是至多95％、至多80％、至多75％、至多70％、10％至95％、20％至80％、25％至75％、30％至60％或50％。
[0055] 在某些非限制性实施方案中，冷喷射表面涂层的厚度可以是至多2英寸、至多1英寸、至多0.5英寸、至多0.25英寸、0.25英寸至2英寸、0.5英寸至1英寸或1英寸至2英寸。在某些非限制性实施方案中，热喷射金属表面的厚度可以与合金工件的横穿速度和/或旋转速度相关。
[0056] 在根据本公开的某些非限制性实施方案中，在将表面涂层沉积在合金工件的周向或其它表面的区域上之后，可以对合金工件重定位以将沉积的表面涂层和表面的对应区域从喷雾锥移开，并且朝向喷雾锥移动所述表面的第二或后续区域。在对合金工件重定位之后，可以通过在与合金工件的长轴平行的方向上移动合金工件以接触喷雾锥来将金属表面涂层冷喷射到合金工件的表面上。换言之，喷雾锥可以是静止的，同时合金工件平行于合金工件的长轴移动，并且所述合金工件的表面的后续区域在喷雾锥下方经过。
[0057] 可以成功地重复合金工件的相对重定位以及金属表面涂层在与合金工件的长轴平行的方向上在例如大致圆柱形合金工件的周向表面上的沉积，直到所述合金工件的周向表面基本上
覆盖有金属涂层。在某些非限制性实施方案中，可以预先确定和/或主动地控制喷射参数和合金工件定位以在合金工件的周向表面的至少一部分上形成均匀的表面涂层。
[0058] 合金可以热加工的温度范围可以考虑合金中产生裂纹的温度以及通过根据本公开的方法沉积的金属涂布材料的构成和形式。在热加工操作的给定起始温度下，一些合金可以在比其它合金更大的温度范围内有效地热加工，因为合金中产生裂纹的温度存在差异。对于具有相对较小热加工温度范围(即，合金可以热加工所处的最低温度与产生裂纹所处的温度之间的差异)的合金，金属表面涂层的厚度可以相对更大以抑制或防止底层工件冷却至产生裂纹的脆化温度范围。类似地，对于具有相对较大热加工温度范围的合金，金属表面涂层的厚度可以相对更小以抑制或防止底层合金铸块或其它合金工件冷却至产生裂纹的脆化温度范围。
[0059] 在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以形成在合金工件的表面的至少一部分上。在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以形成在工件的表面的相当大一部分上。在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以形成在合金工件的周向表面上。在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以形成在工件的周向表面和工件的至少一个侧面或端面上。在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以形成在工件的周向表面和工件的每个侧面或端面上。
[0060] 根据本文公开的方法提供在合金工件上的金属表面涂层可以沉积具有足以使底层工件表面与接触模具的表面热隔离的厚度，从而抑制或防止底层工件表面冷却至热加工期间底层工件表面可能更容易裂解的温度。以此方式，较大热加工温度通常可以与对较大金属表面涂层厚度的偏好关联。在某些非限制性实施方案中，金属表面涂层可以具有适于减少工件的热损失的厚度。无意受限于任何特定理论，在热加工期间，金属表面涂层可以减少合金工件的热损失和/或增加工件相对于模具或其它接触表面的滑动量。金属表面涂层可以充当工件通过对流、传导和/或辐射产生的热损失的热屏障。
[0061] 根据某些非限制性实施方案，处理合金铸块或其它合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括在加工合金工件之前冷却包括金属表面涂层的合金工件。冷却合金工件可以包括冷却金属表面涂层。在某些非限制性实施方案中，冷却合金工件可以包括空气冷却合金工件。在某些非限制性实施方案中，合金工件的表面可以在加工合金工件之前冷却至室温。
[0062] 在某些非限制性实施方案中，参考图4，根据本公开处理合金工件以减少热裂解的另外的方法通常包括40将合金工件插入到金属罩壳中。金属罩壳的内表面的至少一部分包含镍-硼涂层。将合金工件封装在42金属罩壳中以形成装壳组件。将气体的至少一部分从装壳组件的内部去除44，并且加热装壳组件46以瞬间液相结合合金工件与金属罩壳。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包括金属盖。例如，金属盖可以焊接或以其它方式牢固地附接至金属罩壳的开口端以将合金工件封闭在金属罩壳中并且从而形成装壳组件。在所述方法的各种非限制性实施方案中，可以在金属罩壳和金属盖的一个中提供出口，并且除出口之外可以密封装壳组件。可以通过在出口上产生真空来将气体从装壳组件的内部抽出。
[0063] 在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层可以在装壳组件的加热期间将合金工件冶金地结合至金属罩壳。因此，在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以指代或视作冶金地结合至合金工件的表面涂层。
[0064] 在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包括具有开口端和金属盖的大致圆柱形金属部分，所述开口端和所述金属盖可以焊接或以其它方式附接至金属部分的开口端并且从而将合金工件封装在其中。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包括0.25至1英寸例如像0.25至0.75英寸或大于0.25至0.5英寸的壁厚。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包括比合金工件的外径更大的内径，以使得合金工件可以设置在罩壳内。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包括罩壳的开口端处相对于闭口端处的内径更大的内径。在某些非限制性实施方案中，装壳组件可以包括合金工件与金属罩壳之间的间隙。在某些其它非限制性实施方案中，装壳组件可能缺少合金工件与金属罩壳之间的间隙。在某些非限制性实施方案中，可以将合金工件插入到金属罩壳中以在重力作用下接触金属罩壳。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以在瞬间液相结合和/或均化期间接触其中包括镍-硼涂层的金属罩壳。
[0065] 在某些非限制性实施方案中，合金工件和/或金属罩壳可以呈锥形。锥形金属罩壳可以通
过冷成型并焊接金属片以配合锥形合金工件来形成。在某些非限制性实施方案中，锥形合金工件和锥形金属罩壳各自可以包括宽端和窄端。在某些非限制性实施方案中，窄端可以包括底端并且宽端可以包括顶端。在某些非限制性实施方案中，锥形合金工件和锥形金属罩壳可以包括1:50至1:200、1:50至1:100、1:200、1:100或1:50的锥形。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以包括锥形圆柱形外表面，并且金属罩壳可以包括互补锥形圆柱形内表面。在某些非限制性实施方案中，锥形表面的互补几何形状可以提供合金工件与包括镍-硼涂层的金属罩壳之间的紧密接触。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以沿合金工件的长轴的整个长度呈锥形。无意受限于任何特定理论，相信相对于非锥形合金工件和/或非锥形金属罩壳，利用锥形工件和具有互补的几何形状的锥形金属罩壳可以改进合金工件与包括镍-硼涂层的金属罩壳之间的接触。
[0066] 在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包含具有比合金工件更低的
热膨胀系数的材料。例如，奥氏体不锈钢可以具有比
碳钢大约30％的热膨胀系数。在某些非限制性实施方案中，在宽温度范围例如像68℉至2000℉内，金属罩壳的热膨胀系数可以比合金工件的热膨胀系数小至少20％。无意受限于任何特定理论，相信提供合金工件与金属罩壳之间的热膨胀性质的这种差异可以产生压
应力以在装壳组件的加热和瞬间液相结合期间维持合金工件与包括镍-硼涂层的金属罩壳之间的接触。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳材料可以包括70℉至200℉下为6.9x10-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下为12.4μm/m·℃)的热膨胀系数。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳材料可以包括70℉至200℉下为9.2x10-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下为16.5μm/m·℃)的热膨胀系数。在某些非限制性实施方案中，合金工件可以包括70℉至200℉下为6.8x10-6英寸/英寸·℉(21℃至93℃下为
12.2μm/m·℃)的热膨胀系数。
[0067] 在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包含选自镍基合金、铁基合金、镍-铁基合金、钴基合金以及不锈钢的材料。铁基合金罩壳可以包含合金902(UNS No.N09902)。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳可以包含Type 430不锈钢(UNS No.S43000)。
[0068] 在某些非限制性实施方案中，合金工件和金属罩壳可以包含选自由钴、铁以及镍组成的组的基础金属。在某些非限制性实施方案中，金属罩壳的基础金属和合金工件的基础金属可以有所不同。例如，金属罩壳可以包含选自合金902(UNS No.N09902)和Type 430不锈钢(UNS No.S43000)的铁基合金，同时合金工件可以包含选自合金720(UNS No.N07720)、Rene 88TM合金以及 合金(UNS No.N07001)的镍基合金。
[0069] 在某些非限制性实施方案中，方法可以包括在将合金工件插入到金属罩壳中之前，将镍-硼涂层沉积在金属罩壳的内表面的至少一部分上。在某些非限制性实施方案中，可以通过化学
镀覆将镍-硼涂层涂覆至金属罩壳的内表面。如本领域普通技术人员所已知，
化学镀覆可以在不使用
电流的情况下将材料沉积在表面上。一般而言，化学镀覆包括在不使用
电能的情况下使溶液中的一种或更多种
金属离子催化还原以将金属沉积在表面上。沉积过程的驱动力可以由溶液中的化学还原剂提供。各种合适的化学镀覆工艺可以用于将镍-硼涂层沉积在金属罩壳的内表面上，并且本领域普通技术人员将能够容易地调整常规的化学镀覆技术以结合本发明方法将合适的镍-硼涂层提供在金属罩壳的内表面上。
[0070] 在某些非限制性实施方案中，将镍-硼涂层沉积在金属罩壳的内表面的至少一部分上通常可以包括：将包含镍-硼材料的镀覆溶液设置在金属罩壳的内部中；将镍-硼材料镀覆到金属罩壳的内表面的至少一部分上；诸如通过出口将镀覆溶液从金属罩壳排出；冲洗金属罩壳；以及例如像通过对金属罩壳加热来干燥金属罩壳。所述过程向金属罩壳的内表面提供了镍-硼涂层。在镀覆过程期间，可以监测和控制镀覆溶液的温度和pH。在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以保持处于恒定温度。在某些非限制性实施方案中，最初可以对镀覆溶液加热以开始催化镀覆过程。在某些非限制性实施方案中，可以选择镀覆时间以产生具有某一所需厚度的涂层。
[0071] 在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以包含
溶剂、还原剂、以及有待镀覆到金属罩壳的内表面上的一种或更多种金属的离子。溶剂可以包括
水和/或醇，例如像甲醇和/或
乙醇。可以使用例如在溶剂中至少部分可溶的金属盐来提供金属离子。在某些非限制性实施方案中，金属盐可以包括镍氯化物、
硫酸镍、
甲酸镍、乙酸镍和/或在溶液中可溶的任何其它合适的镍盐。在某些非限制性实施方案中，盐可以被选择来使得盐的阴离子不会干扰化学镀覆过程或不会产生不需要的涂层性质。在某些非限制性实施方案中，还原剂可以包括N-二甲基胺硼烷、H-二乙基胺硼烷以及硼氢化钠中的一种或更多种。
[0072] 在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以包含一种或更多种添加剂以控制溶液的pH，以使金属离子稳定，以防止金属盐的沉淀，以控制游离金属离子浓度和/或以控制涂层的某些物理特性。在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以包含酸和/或
碱以控制溶液pH。在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以包含络合剂如酸(例如)以控制镀覆溶液的游离镍离子浓度。
[0073] 在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液可以包含固体
润滑剂和/或硬质颗粒以产生某些物理特性。例如，可以选择固体润滑剂和/或硬质颗粒以产生具有某一
摩擦系数或抗磨损性的涂层。在某些非限制性实施方案中，固体润滑剂可以选自聚四氟乙烯、
石墨以及二硫化钼。在某些非限制性实施方案中，镀覆溶液包含选自碳化物(例如，碳化
硅和/或碳化铬)、氮化物、
硼化物、金刚石和/氧化物的硬质颗粒。在某些非限制性实施方案中，固体润滑剂和/或硬质颗粒可以包含悬浮在镀覆溶液中的粉末。在沉积过程期间，可以将一些悬浮材料并入到所得涂层中，从而产生所需的物理特性。在某些非限制性实施方案中，固体润滑剂和/或硬质颗粒按涂层的体积计可以分别构成至多20％。在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层可以具有比合金工件的硬度或抗磨损性更大的硬度和/或抗磨损性。
[0074] 在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层可以包含镍和1至10重量百分比的硼，例如像，2至7重量百分比的硼，或3至5重量百分比的硼。在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层可以包含镍和3至5重量百分比的硼。镍-硼涂层还可以包含附带的杂质。在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层由或基本上由1至10重量百分比的硼、2至7重量百分比的硼，或3至5重量百分比的硼，镍以及附带的杂质组成。
[0075] 在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层可以包括0.005英寸至0.25英寸，例如像0.005英寸至0.1英寸或0.005英寸至0.01英寸的厚度。
[0076] 在某些非限制性实施方案中，在沉积镍-硼涂层之前，可以例如通过磨削或剥除金属罩壳的内表面来对金属罩壳进行表面调节。在各种非限制性方法实施方案中，可以打磨和/或磨光金属罩壳。在某些非限制性实施方案中，可以将金属罩壳表面磨削至#3至#4
抛光度以改进镍-硼涂层至罩壳的内表面的结合。
[0077] 在某些非限制性实施方案中，可以通过如上所述的热喷射和冷喷射中的一种将镍-硼涂层涂覆至金属罩壳。在利用热喷射将镍-硼涂层涂覆至罩壳的内壁的某些非限制性实施方案中，熔融金属涂布材料可以包括镍-硼合金。在利用冷喷射将镍-硼涂层涂覆至罩壳的内壁的某些非限制性实施方案中，金属涂布材料的固体金属颗粒可以包括镍-硼合金颗粒。在某些非限制性实施方案中，通
过热喷射或冷喷射涂覆的镍-硼合金可以包括镍基合金或构成至多3重量百分比的硼的硼酸处理过的不锈钢。在某些非限制性实施方案中，通过热喷射或冷喷射涂覆的镍-硼合金可以包括构成1.75至2.25重量百分比的硼的Type304B7不锈钢(UNS No.S30467)。
[0078] 在某些非限制性实施方案中，在将镍-硼涂层形成在金属罩壳的内表面的至少一部分上之后，但在插入合金工件之前，可以对金属罩壳加热。例如，在各种实施方案中，金属罩壳可以暴露于高温，例如像，1100℉至2500℉以使金属罩壳膨胀，并且可以将合金工件插入到膨胀的金属罩壳中。金属罩壳可以在金属罩壳冷却时收缩，以使得镍-硼涂层可以被拉成与合金工件紧密接触。
[0079] 在某些非限制性实施方案中，本发明方法可以包括通过将罩壳上提供的出口连接至真空
泵并且施加真空以将气体和/或湿气的至少一部分从装壳组件的内部去除来将气体从装壳组件的内部去除。在某些非限制性实施方案中，真空可以产生空气压缩压力以在瞬间液相结合和/或均化期间使合金工件与金属罩壳之间维持接触。无意受限于任何特定理论，相信对装壳组件加热可能在装壳组件的内部产生气体，所述气体可能不利地影响瞬间液相结合形成和/或冶金结合形成。在某些非限制性实施方案中，方法可以包括同时施加真空以将气体和/或湿气从装壳组件的内部去除，并且将装壳组件加热至瞬间液相结合温度和/或均化温度。
[0080] 在某些非限制性实施方案中，加热装壳组件以瞬间液相结合合金工件结合与金属罩壳可以包括将装壳组件放置在熔炉或烘箱中。在某些非限制性实施方案中，可以将装壳组件加热至瞬间液相结合温度和均化温度中的至少一个。在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合温度可以小于或等于均化温度。在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合温度可以等于或大于镍-硼涂层的熔化温度。在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层的熔化温度可以小于或等于均化温度。在某些非限制性实施方案中，均化温度可以是2100℉至2200℉。在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合温度可以是1800℉至2000℉。在某些非限制性实施方案中，镍-硼涂层的熔化温度可以是1850℉至1930℉。
[0081] 在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合和均化可以同时发生。例如，在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合温度可以与均化温度重叠。无意受限于任何特定理论，相信在瞬间液相结合和/或均化期间，镍-硼涂层可以熔化，并且硼可以扩散进入合金工件和金属罩壳两者中。随着硼从镍-硼涂层扩散，镍-硼涂层的熔点可以增大。当镍-硼涂层重固化时，可以形成将合金工件焊接至金属罩壳的内表面的冶金结合，从而产生瞬间液相结合。在某些非限制性实施方案中，瞬间液相结合可以在均化之前发生。
[0082] 在某些非限制性实施方案中，可以在第一时间段内将装壳组件加热至瞬间液相结合温度，并且在第二时间段内加热至均化温度。在某些非限制性实施方案中，第一时间段和第二时间段可以独立地选自至多72小时、至多48小时、至多36小时、至多24小时、至多12小时、至多5小时、至多4小时以及至多2小时，例如像，24至72小时、36至48小时、6至24小时、1至5小时、2至4小时或2至3小时。在某些非限制性实施方案中，第一时间段可以是至多5小时，例如像，至多4小时、至多2小时、1至5小时、2至4小时或2至3小时。在某些非限制性实施方案中，第二时间段可以是至多72小时，例如像，至多48小时、至多36小时、至多24小时、至多12时、24至72小时、36至48小时或6至24小时。在某些非限制性实施方案中，可以将装壳组件加热至1850℉至1930℉的温度，持续至多两个小时，以使镍-硼涂层熔化，并且导致合金工件与金属罩壳之间的瞬间液相结合，之后将装壳组件加热至2100℉至2200℉的均化温度，持续36至72小时。
[0083] 在某些非限制性实施方案中，可以通过施加第一温度梯度将装壳组件加热以产生合金工件与金属罩壳之间的瞬间液相结合，并且之后通过施加第二温度梯度来加热以使合金工件均化。在某些非限制性实施方案中，第一温度梯度可以是至少0.50℉/分钟，例如像，至少0.75℉/分钟、至少1℉/分钟、至少2℉/分钟、至多3℉/分钟、至多2℉/分钟、至多1.5℉/分钟、至多1℉/分钟、0.5至2℉/分钟或0.6至1.75℉/分钟。在某些非限制性实施方案中，第一温度梯度可以处于在至多两个小时的时间内足以使温度从1850℉至1930℉增加的速率。在某些非限制性实施方案中，第一温度梯度可以是至少0.10℉/分钟，例如像，至少0.2℉/分钟、至少0.5℉/分钟、至少0.75℉/分钟、至多1℉/分钟、至多1℉/分钟、至多0.9℉/分钟、至多0.75℉/分钟、0.1至0.9℉/分钟或0.2至0.5℉/分钟。在某些非限制性实施方案中，第二温度梯度可以处于在36至48小时内足以使温度从2100℉至2200℉增加的速率。
无意受限于任何特定理论，相信使温度梯度减缓接近镍-硼涂层的熔点和/或保持处于镍-硼涂层的熔点可以减少或防止熔化的镍-硼涂层的大范围迁移，并且在合金工件与金属罩壳之间提供更强的冶金结合。在某些非限制性实施方案中，加热可以从1850℉减至1930℉，并且从1900℉至1930℉保持1至2小时。
[0084] 与本文描述的装壳方法相比，常规的装壳技术的特征可以在于较低的保护效率，因为金属壳无法冶金地结合至工件。无意受限于任何特定理论，相信金属罩壳与合金工件之间的瞬间液相结合可以承受重型热加工以有效地保护工件免于因模具急冷效应所致的表面裂解，并且从而改进锻造产率。例如，本
发明人已观察到根据本发明方法产生的瞬间液相结合能够承受非常恶劣的辊涂条件。镍-硼表面涂层可以冶金地结合至合金工件的表面，并且直到热加工以及在热加工期间，金属罩壳可以保持在合金工件的表面上。结合至合金工件的金属罩壳可以减少合金工件的热损失，并且相对于缺少这种结合罩壳的另外相同的合金工件消除或减小合金工件的锻造、挤出或其它加工期间表面裂解的发生率。在旋转锻造以产生锻造坯条和坯件产品之后和/或在辊涂以产生坯条和线圈产品之后，金属罩壳可以仍冶金地结合至合金工件。
[0085] 在某些非限制性实施方案中，参考图5，处理合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括：提供50铸块；磨削52铸块以形成锥形铸块；提供54锥形金属罩壳；通过化学镀覆、喷射成型或冷喷射中的一种将镍-硼涂层沉积56在金属罩壳的内表面的至少一部分上；冲洗58和干燥60金属罩壳的内表面；将合金工件插入到62金属罩壳中；将合金工件封装在64金属罩壳中以形成装壳组件；在真空下将气体和/或湿气的至少一部分从装壳组件的内部去除66；在真空下加热68装壳组件以瞬间液相结合合金工件与金属罩壳的内表面，从而形成
70装壳合金工件。
[0086] 根据某些非限制性实施方案，可以对通过本文公开的方法的实施方案产生的涂布合金工件或装壳合金工件热加工。对涂布或装壳合金工件热加工可以包括将力施加至涂布或装壳工件以使工件变形。可以用例如模具和/或辊施加所述力。在某些非限制性实施方案中，对涂布或装壳合金工件热加工可以包括在1500℉至2500℉的温度下对工件热加工。在某些非限制性实施方案中，对涂布或装壳合金工件热加工可以包括锻造操作和/或挤出操作。例如，可以对具有根据本文公开的方法沉积在工件的表面的至少一个区域上的金属表面涂层的工件，或已如本文公开已装壳的合金工件进行镦压锻造和/或拉拔锻造。在各种非限制性实施方案中，方法可以包括在将金属表面涂层形成在工件上之后，通过锻造来对涂布工件热加工。在各种非限制性实施方案中，方法可以包括在将金属表面涂层形成在工件上之后，通过在1500℉至2500℉的温度下锻造来对涂布合金工件热加工。在各种非限制性实施方案中，方法可以包括在将表面涂层形成在合金工件上之后，通过挤出来对涂布合金工件热加工。在各种非限制性实施方案中，方法可以包括在将金属表面涂层形成在合金工件上之后，通过在1500℉至2500℉的温度下挤出来对涂布合金工件热加工。
[0087] 镦压-拉拔锻造操作可以包括镦压锻造操作的一个或更多个顺序以及拉拔锻造操作的一个或更多个顺序。在镦压锻造操作期间，可以使工件的端表面与锻造模具接触，所述锻造模具将力施加至工件，所述力将压缩工件的长度并且增大工件的截面。在拉拔操作期间，可以使侧表面(例如，圆柱形工件的周向表面)与锻造模具接触，所述锻造模具将力施加至工件，所述力将压缩工件的截面并且增大工件的长度。
[0088] 根据某些非限制性实施方案，处理合金铸块或其它合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括将金属表面涂层的至少一部分和/或表面涂层的剩余物从工件去除。在某些非限制性实施方案中，方法可以包括在对涂布工件热加工之后，将金属表面涂层的至少一部分从通过对工件热加工形成的产品去除。去除表面涂层材料可以包括例如
喷丸清理、磨削、剥除以及旋转中的一种或更多种。在某些非限制性实施方案中，剥除热加工的涂布工件可以包括
车床旋转。
[0089] 根据某些非限制性实施方案，处理合金铸块或其它合金工件以减少热裂解的方法通常可以包括将金属罩壳的至少一部分和/或金属罩壳的剩余物从工件去除。在某些非限制性实施方案中，方法可以包括在对装壳工件热加工之后，将金属罩壳的至少一部分从通过对装壳工件热加工形成的产品去除。去除罩壳材料可以包括例如喷丸清理、磨削、剥除以及旋转中的一种或更多种。在某些非限制性实施方案中，剥除热加工的涂布工件可以包括车床旋转。
[0090] 在各种非限制性实施方案中，已被处理来包括金属表面涂层或已如本文描述已装壳的合金铸块或其它合金工件可以经受一个或更多个镦压-拉拔锻造操作。例如，在三重镦压-拉拔锻造操作中，可以首先对涂布或装壳工件镦压锻造并且之后进行拉拔锻造。针对总共三个顺序镦压-拉拔锻造操作，镦压和拉拔顺序可以重复两次以上。在各种非限制性实施方案中，涂布或装壳工件可以经受一个或更多个挤出操作。例如，在挤出操作中，可以迫使大致圆柱形涂布或装壳工件穿过圆形模具，从而减小工件的直径并且增大所述工件的长度。其它热加工技术对普通技术人员而言将是显而易见的，并且根据本公开的方法可以适合于与此类其它技术中的一种或更多种一起使用，而不需要进行额外的实验。
[0091] 在各种非限制性实施方案中，本文公开的方法可以用于从呈浇铸、固结或喷射成型铸块形式的合金铸块产生锻制坯件。铸块变为坯件或其它加工制品的锻造转化或挤出转化可以在制品中产生与早先工件相比较更为精细的颗粒结构。本文描述用于产生涂布和装壳合金工件的方法和工艺可以改进由工件制成的锻造或挤出产品(例如像，坯件)的产率，因为提供在合金工件的表面上的材料可以减少锻造和/或挤出操作期间工件的表面裂解的发生率。例如，已观察到根据本公开的方法的实施方案提供在合金工件表面的区域上的金属表面涂层可承受由加工模具诱导的应变。还观察到，根据本公开提供的金属表面涂层可更容易地承受热加工期间在加工模具与合金工件之间的温度差异。以此方式，已观察到根据本公开的金属表面涂层可以展现出零或微小的表面裂解，同时防止或减少加工期间在底层合金工件中的表面裂纹引发。
[0092] 在各种非限制性实施方案中，含有各种合金，根据本公开具有表面涂层或进行装壳的铸块或其它工件可以被热加工来形成可以用于制作各种制品的产品。例如，本文描述的工艺可以用于由镍基合金、铁基合金、镍-铁基合金、钛基合金、钛-镍基合金、钴基合金、镍基超合金以及其它超合金形成坯件的过程中。由热加工的铸块或其它合金工件形成的坯件或其它产品可以用于制作制品，所述制品包括但不限于
涡轮机部件，例如像，涡轮发动机的圆盘和环形件以及各种陆用涡轮机。由根据本文描述的各种非限制性实施方案处理的合金铸块或其它合金工件制成的其它制品可以包括但不限于阀、发动机部件、轴以及紧固件。
[0093] 可以根据本文各种实施方案处理的合金工件可以呈任何合适的形式。在特定的非限制性实施方案中，例如，合金工件可以包括或呈以下形式：铸块、坯件、坯条、坯板、坯管、烧结预制件等。
[0094] 除非另外指示，否则本文中引用的所有文献以引用方式并入本文。对任何文献的引用不应解释为承认所述文献是关于本发明的
现有技术。另外，如果本文献中的术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中的相同术语的任何含义或定义相冲突，则将以赋予本文献中的术语的含义或定义为准。
[0095] 虽然已说明和描述了本发明的具体非限制性实施方案，但本领域技术人员将清楚，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种其它变化和修改。因此，在所附权利要求书中意图涵盖处于本发明范围内的所有此类变化和修改。
