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用于增强可锻性的润滑方法

阅读：777发布：2020-05-13

IPRDB可以提供用于增强可锻性的润滑方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了多种锻造润滑方法。将固体润滑剂(38)薄片安置在锻造设备中的工件(30)与模具(34、36)之间。用模具(34、36)向工件(30)施加力以使工件塑性变形。固体润滑剂薄片(38)减小了锻造系统的剪切因子，并且减少了锁模的发生。，下面是用于增强可锻性的润滑方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种锻造润滑方法，其包括：

将由石墨和残留杂质组成的固体石墨薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间，所述工件包括钛、钛合金、锆或锆合金；及用所述模具向所述工件施加力以使所述工件塑性变形，其中所述工件在变形期间处于大于1000°F的温度下，并且在变形期间所述模具与所述工件之间的剪切因子小于0.50。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述工件在变形期间处于1000°F至1600°F范围内的温度下，并且在变形期间所述模具与所述工件之间的剪切因子在0.09至0.20的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其中将固体石墨薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间包括：将所述固体石墨薄片安置在下部模具的顶表面上；及将所述工件安置在所述固体石墨薄片上，

其中所述固体石墨薄片安置在所述锻造设备中的所述工件的底表面与所述下部模具的顶表面之间。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括将附加的固体石墨薄片安置在所述工件的顶表面上。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述固体石墨薄片安置在所述锻造设备中的工件与所述模具之间之前，加热所述模具。

6.如权利要求1所述的方法，其中在选自由以下组成的组的锻造方法中使所述工件塑性变形：开模锻造、闭模锻造、正向挤压、反向挤压、径向锻造、顶部锻造以及拉拔式锻造。

7.如权利要求1所述的方法，其中在近净形锻造方法和净形锻造方法中使所述工件塑性变形。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述工件塑性变形后，将残留固体石墨从所述工件中去除。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述固体石墨薄片防止所述工件锁模至所述模具。

10.如权利要求1所述的方法，其中锻造设备包括闭模锻造设备，其中固体石墨薄片包括预先形成的形状，以匹配模具的至少一个区域的轮廓。

11.如权利要求10所述的方法，其中将固体石墨薄片安置在闭模锻造设备中的工件与模具之间包括：将固体石墨薄片插入模具中的模具空腔中，其中固体石墨薄片的预先形成的形状匹配模具空腔中的模具的至少一个区域的轮廓；及将工件插入模具空腔中和固体石墨薄片上；

其中固体石墨薄片安置在工件的底表面和模具空腔中的模具的顶表面之间。

12.如权利要求10所述的方法，其中将固体石墨薄片安置在闭模锻造设备中的工件与模具之间包括：将第一固体石墨薄片插入闭模锻造设备中的模具空腔中，其中第一固体石墨薄片包括预先形成的形状以匹配模具空腔中的下部模具的至少一个区域的轮廓；

将工件插入模具空腔中和第一固体石墨薄片上；及

将第二固体石墨薄片安置在工件的顶表面和闭模锻造设备中的上部模具的底表面之间。

13.一种锻造润滑方法，其包括：

将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间，其中所述固体润滑剂薄片由至少一种固态润滑剂材料和残留杂质组成，其中所述至少一种固态润滑剂材料选自由以下组成的组：石墨、二硫化钼、二硫化钨以及氮化硼；及用所述模具向所述工件施加力以使所述工件塑性变形，其中在变形期间所述模具与所述工件之间的剪切因子小于0.50。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述固体润滑剂薄片是固体石墨薄片。

15.如权利要求13所述的方法，其中将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间包括：将所述固体润滑剂薄片安置在下部模具的顶表面上；及将所述工件安置在所述固体润滑剂薄片上，

其中所述固体润滑剂薄片安置在所述锻造设备中的所述工件的底表面与所述下部模具的顶表面之间。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括将附加的固体润滑剂薄片安置在所述工件的顶表面上。

17.如权利要求13所述的方法，进一步包括在所述固体润滑剂薄片安置在所述锻造设备中的工件与所述模具之间之前，加热所述模具。

18.如权利要求13所述的方法，其中所述工件在变形期间处于1000°F至2000°F范围内的温度下，并且在变形期间所述模具与所述工件之间的剪切因子在0.05至0.50的范围内。

19.如权利要求13所述的方法，其中在变形期间所述工件是在1000°F至1600°F的范围内的温度下，并且在变形期间所述模具与所述工件之间的剪切摩擦因子是在0.09至0.20的范围内。

20.如权利要求13所述的方法，其中在选自由以下组成的组的锻造方法中使所述工件塑性变形：开模锻造、闭模锻造、正向挤压、反向挤压、径向锻造、顶部锻造以及拉拔式锻造。

21.如权利要求13所述的方法，其中在近净形锻造方法和净形锻造方法中使所述工件塑性变形。

22.如权利要求13所述的方法，其中所述工件包括钛合金。

23.如权利要求13所述的方法，其中所述工件包括锆合金。

24.如权利要求13所述的方法，进一步包括在所述工件塑性变形后，将残留固体润滑剂从所述工件中去除。

25.如权利要求13所述的方法，其中所述固体润滑剂薄片防止所述工件锁模至所述模具。

26.如权利要求13所述的方法，其中锻造设备包括闭模锻造设备，其中固体润滑剂薄片包括预先形成的形状，以匹配模具的至少一个区域的轮廓。

27.如权利要求26所述的方法，其中在近净形锻造方法和净形锻造方法中使所述工件塑性变形。

28.如权利要求26所述的方法，其中将固体润滑剂薄片安置在闭模锻造设备中的工件与模具之间包括：将固体润滑剂薄片插入模具中的模具空腔中，其中固体润滑剂薄片的预先形成的形状匹配模具空腔中的模具的至少一个区域的轮廓；及将工件插入模具空腔中和固体润滑剂薄片上；

其中固体润滑剂薄片安置在工件的底表面和模具空腔中的模具的顶表面之间。

29.如权利要求26所述的方法，其中将固体润滑剂薄片安置在闭模锻造设备中的工件与模具之间包括：将第一固体润滑剂薄片插入闭模锻造设备中的模具空腔中，其中第一固体润滑剂薄片包括预先形成的形状以匹配模具空腔中的下部模具的至少一个区域的轮廓；

将工件插入模具空腔中和第一固体润滑剂薄片上；及将第二固体润滑剂薄片安置在闭模锻造设备中的工件的顶表面和上部模具的底表面之间。

说明书全文

用于增强可锻性的润滑方法

[0001] 关于联邦赞助的研发的陈述

[0002] 本发明是在美国政府支持下以高新技术项目基金会(AdvancedTechnology Program Award)编号70NANB7H7038进行研发的，其由美国商务部的美国国家标准与技术研究院(NIST)授予。美国政府对本发明可以具有一定的权力。

技术领域

[0003] 本公开针对用于减少锻造操作期间模具与工件之间的摩擦并且增加工件(例如，金属、合金锭和钢坯)的可锻性的方法。

[0004] 背景

[0005] “锻造”是指固态材料通过塑性变形的作业和/或成形。锻造不同于其它主要类别的固态材料成型操作，也就是不同于机械加工(通过切割、研磨或以其它方式将材料从工件上去除的工件成形方式)以及浇铸(模制液体材料凝固后可保持模具形状)。可锻性是材料在不发生损坏的情况下进行塑性变形的相对能力。可锻性取决于许多因素，包括例如锻造条件(例如，工件温度、模具温度以及变形率)以及材料特征(例如，组成、微结构以及表面结构)。影响给定工件的可锻性的另一个因素是相互作用的模具表面与工件表面的摩擦学相关因素。

[0006] 在锻造操作中模具表面与工件表面之间的相互作用包括热传递、摩擦以及磨损。这样一来，工件与锻造模具之间的绝缘和润滑是影响可锻性的因素。在锻造操作中，通过使用润滑剂来减少摩擦。然而，现有的锻造润滑剂存在多种缺陷，特别是在热锻钛合金和超耐热合金的情况下。本公开针对用于减少锻造操作期间模具与工件之间的摩擦的润滑方法，所述方法克服了现有锻造润滑方法的多种缺陷。

[0007] 概述

[0008] 本文所公开的实施方案针对锻造润滑方法，所述方法包括将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间。模具向工件施加力以使工件发生塑性变形。在锻造过程中模具与工件之间的剪切因子小于0.20。

[0009] 本文所公开的其它实施方案针对锻造润滑方法，所述方法包括将固体石墨薄片安置在锻造设备中的钛或钛合金工件与模具之间。模具向工件施加力以使工件在范围为1000°F至2000°F的温度下发生塑性变形。在锻造过程中模具与工件之间的剪切因子小于
0.20。

[0010] 应理解的是，本文所公开和描述的本发明并不限于本概述中公开的实施方案。

[0011] 附图简述

[0012] 通过参考附图，可以更好地理解本文所公开和描述的某些非限制性实施方案的多种特征，其中：

[0013] 图1A是示出无摩擦条件下工件的开模顶部锻造的截面示意图，并且图1B是示出大摩擦条件下相同工件的开模顶部锻造的截面示意图；

[0014] 图2A、图2B以及图2C是包裹在固体润滑剂薄片中的圆筒形工件的透视图；

[0015] 图3A和图3C是示出不具有固体润滑剂薄片情况下开模锻造操作的截面示意图，并且图3B和图3D是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同开模锻造操作的截面示意图；

[0016] 图4A、图4C以及图4E是示出不具有固体润滑剂薄片情况下开模锻造操作的截面示意图，并且图4B、图4D以及图4F是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同开模锻造操作的截面示意图；

[0017] 图5A是示出不具有固体润滑剂薄片情况下径向锻造操作的截面示意图，并且图5B是根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同径向锻造操作的截面示意图；

[0018] 图6A和图6C是示出不具有固体润滑剂薄片情况下闭模锻造操作的截面示意图，并且图6B和图6D是示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同闭模锻造操作的截面示意图；

[0019] 图7A、图7B、图7C以及图7D是示出固体润滑剂薄片以及绝缘薄片相对于锻造设备中的工件和模具的各种配置的截面示意图；

[0020] 图8是示出圆环压缩试验的一般设置的截面示意图；

[0021] 图9是示出圆环压缩试验中在多种摩擦条件下压缩的环的形状的截面示意图；

[0022] 图10A是圆环压缩试验中环试样压缩之前的透视截面视图，图10B是圆环压缩试验中环试样以相对较小摩擦下压缩之后的透视截面视图，并且图10C是圆环压缩试验中环试样以相对较大摩擦压缩之后的透视截面视图；

[0023] 图11A是圆环压缩试验中环试样压缩之前的俯视图，并且图11B是圆环压缩试验中环试样压缩之前的侧视图；并且

[0024] 图12是针对Ti-6Al-4V合金的圆环压缩试验的压缩后的内径与剪切因子之间的相关性的曲线图；

[0025] 在考虑根据本公开的多种非限制性实施方案的以下详细描述之后，读者将理解前述细节以及其它细节。在实施或使用本文所描述的实施方案之后，读者还会领会附加细节。

[0026] 非限制性实施方案的详细描述

[0027] 应理解的是，已对所公开的实施方案的描述进行了简化，以便仅说明与清楚理解所公开的实施方案相关的那些特点和特征，同时为了清晰起见，去除了其它特点和特征。本领域的普通技术人员在考虑所公开的实施方案的这些描述之后，将认识到其它特点和特征在所公开的实施方案的具体实施或应用中会是合意的。然而，由于在本领域的普通技术人员在考虑所公开的实施方案的这些描述之后可以容易地确定和实施这类其它特点和特征，因此，对于所公开的实施方案的完整理解来说，这类其它特点和特征是不必要的，因而本文未提供这类特点、特征等的描述。这样一来，应理解的是本文给出的描述仅仅是所公开的实施方案的示例性和说明性描述，且并不意在限制权利要求书所限定的本发明的范围。

[0028] 在本公开中，除非另外指明，否则所有的数值参数应理解成在所有的情况下数值参数之前都带有修饰术语“约”，其中数值参数拥有用于测定参数数值的基本测量技术的固有可变性特征。至少且并不尝试将等效物原则的应用限制于权利要求书的范围，本说明书中描述的每个数值参数应至少根据记录的有效位数目并且通过应用常见的舍入技术来进行分析。

[0029] 同样地，本文引用的任何数值范围意在包括所引用范围内包含的所有子范围。举例来说，“1至10”的范围意在包括在引用的最小值1与引用的最大值10(含1及10)之间的所有子范围，也就是，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。本文引用的任何最大数值限制意在包括纳入本文的所有较小数值限制，且本文引用的任何最小数值限制意在包括纳入本文的所有较大数值限制。因此，本申请人保留修正本公开(包括权利要求书)的权力，以便明确引用纳入本文所明确引用的范围内的任何子范围。所有这类范围意在在本文中以固有方式公开，以使得修正以明确引用任何这类子范围将符合美国法典35篇112条的第一段和美国法典35篇132条(a)款的要求。

[0030] 除非另外指明，否则本文使用的语法修饰词“一个(种)(one)”、“一个(种)(a)”、“一个(种)(an)”以及“所述(the)”意在包括“至少一个(种)”或“一个或多个(一种或多种)”。因此，这类修饰词在本文中用来指代修饰词的语法宾语中的一个或一个以上(也就是，指代“至少一个”)的。借助实施例说明，“一个部件”意指一个或多个部件，因此可能涵盖了一个以上的部件，并且所描述的实施方案的实施中可能采用或使用了所述一个以上的部件。

[0031] 除非另外指明，否则以引用方式并入本文的任何专利、公开案或其它公开材料应理解成其全部内容并入本文，但仅以以下程度并入：所并入的材料并不与本说明书中明确给出的现有定义、陈述或其它公开材料冲突。这样一来，在必要程度上，本文给出的明确公开取代以引用方式并入本文的任何冲突材料。应理解的是，以引用方式并入本文但与本文给出的现有定义、陈述或其它公开材料冲突的任何材料或其部分仅以以下程度并入：所并入的材料与现有公开材料之间不会发生冲突。本申请人保留修正本公开的权力，以便明确引用以引用方式并入本文的任何标的或其部分。

[0032] 本公开包括各个实施方案的描述。应理解的是，本文描述的各个实施方案是示例性的、说明性的以及非限制性的。因此，本公开并不受限于各个示例性、说明性以及非限制性实施方案的描述。事实上，本发明由权利要求书限定，所述权利要求书可经修正以引用本公开中明确地或固有地描述的、或本公开以其它方式明确地或固有地支持的任何特点或特征。另外，本申请人保留修正权利要求书的权力，以便断然地放弃现有技术中可能存在的特点或特征。因此，任何这类修正都将符合美国法典35篇112条的第一段和美国法典35篇132条(a)款的要求。本文公开和描述的各个实施方案可包括本文多方面描述的特点和特征、由本文多方面描述的特点和特征组成、或基本上由本文多方面描述的特点和特征组成。

[0033] 在锻造操作中，工件表面与模具表面之间的界面摩擦可定量表达为摩擦剪切应力。摩擦剪切应力(τ)可表达为变形材料的固体流动应力(σ)与剪切因子(m)的函数，公式如下：

[0034]

[0035] 剪切因子的值为锻造系统提供润滑性的定量测量。举例来说，在未用润滑剂锻造钛合金工件时，剪切因子可在0.6至1.0的范围内，而在用某些熔融润滑剂热锻造钛合金工件时，剪切因子可在0.1至0.3的范围内。

[0036] 举例来说，针对锻造操作的相对较高的剪切因子值所表征的不充分的锻造润滑会具有许多不利影响。在锻造过程中，材料的固态流动是由从模具传递到塑性变形工件的力引起的。模具/工件界面处的摩擦条件影响金属流动、表面变形和工件内的内部应力、作用在模具上的应力以及挤压载荷和能量要求。图1A和图1B结合开模顶部锻造操作示出某些摩擦作用。

[0037] 图1A示出在理论上无摩擦的条件下圆筒形工件10的开模顶部锻造。图1B示出在大摩擦的条件下相同的圆筒形工件10的开模顶部锻造。上部模具14将工件10从其初始高度(以虚线示出)挤压到锻造高度H。上部模具14和下部模具16以相等大小并在相对方向上向工件10施加顶部锻造力。形成工件10的材料是不可压缩的，因此，初始工件10和锻造后工件10a与10b的体积是相等的。在图1A中所示的无摩擦条件下，工件10在轴向和径向方向上均匀地变形。锻造后工件10a的线性轮廓12a表示出所述变形。在图1B中所示的大摩擦条件下，工件10在轴向和径向方向上未均匀地变形。锻造后工件10b的曲线轮廓12b表示出所述变形。

[0038] 这样一来，锻造后工件10b展示出在大摩擦条件下的“滚磨”，而锻造后工件10a未展示出在无摩擦条件下的任何滚磨。在锻造过程中模具/工件界面摩擦所引起的非均匀塑性变形的滚磨和其它影响通常都是不良的。举例来说，在闭模锻造中，界面摩擦可导致孔隙空间的形成，在所述孔隙空间中，变形材料并未填充模具中的所有空腔。这在工件以较紧密的公差进行锻造的净形(net-shape)或近净形(near-net-shape)锻造操作中会特别成问题。因此，在锻造操作期间可以采用锻造润滑剂来减小模具表面与工件表面之间的界面摩擦。

[0039] 在各个实施方案中，一种锻造润滑方法包括将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的工件与模具之间。如本文所使用的，“固体润滑剂薄片”是相对较薄的材料片，所述材料片包含可减小金属表面之间摩擦的固态润滑剂。固态润滑剂在环境条件下呈固态，并且在锻造条件下(例如，在高温下)仍保持固态。固体润滑剂薄片在锻造期间可将模具与工件之间的剪切因子减小到0.20以下(不含0.20)。固体润滑剂薄片可包含选自由以下组成的组的固态润滑材料：石墨、二硫化钼、二硫化钨以及氮化硼。

[0040] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可包含固态润滑剂，所述固态润滑剂具有在室温下小于或等于0.3的摩擦系数和/或大于或等于1500°F的熔点温度。可用于本文所公开的固体润滑剂薄片中的固态润滑剂的特征还可在于(例如)：高达且包括材料的剪切流动应力值的的20％的剪切流动应力值，所述材料用包含所述固态润滑剂的固体润滑剂薄片锻造。在各个实施方案中，包含固体润滑剂薄片的固态润滑剂的表征可在于大于或等于500％的剪切延性。可用于本文所公开的固体润滑剂薄片中的固态润滑剂拥有在具有或不具有适合粘合剂或粘结剂的情况下加工成薄片形式的能力。

[0041] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可以是柔性的，并且能够安置在锻造模具和/或工件的空腔中，以及造型和非平面表面上。在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可以是刚性的并且在安置在锻造设备中的模具与工件之间时维持预先形成的形状或造型。

[0042] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可由固态润滑化合物(例如，石墨、二硫化钼、二硫化钨和/或氮化硼)和残留杂质(例如，灰)组成，并且不含有粘合剂、填充剂或其它添加剂。或者，在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可包含固态润滑剂和粘合剂、填充剂和/或其它添加剂。举例来说，固体润滑剂薄片可含有允许其在含氧环境(例如，环境空气或高温空气)中在高温下持续或重复使用的抗氧化剂。

[0043] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可包含粘结至纤维薄片的固态润滑剂的层压材料。举例来说，固态润滑剂能够以粘附方式粘合或热粘合至陶瓷纤维薄片、玻璃纤维薄片、碳纤维薄片或聚合物纤维薄片。适合的纤维薄片包括编织的和非编织的纤维薄片。固体润滑剂薄片可包含粘合至纤维薄片的一侧或两侧的固态润滑剂的层压材料。举例来说，美国专利号4,961,991描述了粘合至柔性纤维薄片的柔性石墨薄片的层压材料的实施例，其可用作本文所公开的方法中的固体润滑剂薄片，所述专利以引用方式并入本文。

[0044] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可包括粘结至聚合物薄片的固态润滑剂的层压材料。举例来说，固态润滑剂可以粘附方式粘合或热粘合至柔性聚合物薄片的一侧或两侧。在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可包括固态润滑剂的背胶薄片。举例来说，石墨、二硫化钼、二硫化钨和/或氮化硼的薄片可包含涂覆至薄片一侧的粘附剂化合物。举例来说，可在锻造之前将背胶固体润滑剂薄片涂覆并粘附至模具和/或工件表面，以便确保锻造操作期间固体润滑剂薄片的合适安置。包含聚合物材料、粘附剂和/或其它有机材料的固体润滑剂薄片可用于可接受有机燃烧的热锻造操作中。

[0045] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可具有范围为0.005″(0.13mm)至1.000″(25.4mm)或本文中任何子范围的厚度。举例来说，在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可具有以下最小、最大或平均厚度： 0.005″(0.13mm)、0.006″(0.15mm)、0.010″(0.25mm)、0.015″(0.38mm)、0.020″(0.51mm)、0.025″(0.64mm)、0.030″(0.76mm)、0.035″(0.89 mm)、
0.040″(1.02mm)、0.060″(1.52mm)、0.062″(1.57mm)、0.120″(3.05mm)、0.122″(3.10mm)、
0.24″(6.10mm)、0.5″(12.70mm)或0.75″(19.05mm)。以上厚度可以是单个固体润滑剂薄片的厚度或是多个固体润滑剂薄片的堆叠的厚度。

[0046] 用于锻造操作中的固体润滑剂薄片或薄片堆叠的厚度可取决于多种因素，包括锻造温度、锻造时间、工件大小、模具大小、锻造压力、工件变形程度等。举例来说，锻造操作中的工件和模具的温度可影响固体润滑剂薄片的润滑性以及通过固体润滑剂薄片的热传递。由于固态润滑剂会出现(例如)压缩、结块和/或氧化现象，所以在较高温度和/或较长锻造时间下可使用较厚的薄片或薄片堆叠。在各个实施方案中，本文所公开的固体润滑剂薄片在锻造操作期间可能会比工件和／或模具的表面薄，因此，较厚的薄片或薄片堆叠对于工件增加的变形来说可能是有用的。

[0047] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可以是固体石墨薄片。固体石墨薄片可具有以石墨薄片的重量计至少95％的石墨碳含量。举例来说，固体石墨薄片可具有以石墨薄片的重量计至少96％、97％、98％、98.2％、99.5％或99.8％的石墨碳含量。适于本文所公开的方法的固体石墨薄片包括，例如，可从GrafTech Intemational，Lakewood，Ohio，USA得到的不同等级的柔性石墨材料；可从HP MaterialsSolutions，Inc，Woodland Hills，Cal而mia，USA得到的不同等级的石墨箔片、薄片、毡垫圈等；可从Garlock Sealing Technologies，Palmyra，New York，USA得到的不同等级的石墨材料：可从Thermoseal，Inc．，Sidney,Ohio，USA得到的不同等级的柔性石墨；以及可从DAR Industrial Products，Inc.，West Conshohocken，Pennsylvania，USA得到的不同等级的石墨薄片产品。

[0048] 在各个实施方案中，可将固体润滑剂薄片可安置在锻造设备中的模具的工作表面上，并且将工件安置在模具上的固体润滑剂薄片上。如本文所使用，模具的“工作表面”是在锻造操作期间确实或可能接触工件的表面。举例来说，可将固体润滑剂薄片安置在压力锻造设备的下部模具上，并且将工件安置在固体润滑剂薄片上，这样一来固体润滑剂薄片就处于工件底表面与下部模具之间的插入位置。在将工件安置在下部模具的固体润滑剂薄片上之前或之后，可将另一固体润滑剂薄片安置在工件的顶表面上。或者或此外，可将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的上部模具上。这样一来，可将至少一个其它固体润滑剂薄片插入在工件顶表面与上部模具之间。然后可向模具之间的工件施力，以便使工件发生塑性变形，且模具与工件之间减小的摩擦减少了不良的摩擦作用。

[0049] 在各个实施方案中，固体润滑剂薄片可以是柔性或刚性薄片，所述薄片可经弯曲、成型或造型以匹配锻造操作中模具和/或工件的形状。固体润滑剂薄片可在安置在锻造设备中的工件和/或模具上之前经弯曲、成型或造型，也就是，预先形成预定的形状或造型。举例来说，预先形成的形状可包括固体润滑剂薄片中的一个或多个褶皱(例如，近似135°的轴向弯曲，以便辅助沿着工件的纵向轴将薄片放置在圆筒形工件的上部曲面上，或一个或多个近似90°的弯曲，以便辅助将薄片放置在矩形工件上)。或者，可将固体润滑剂薄片形成柔性或刚性套管、管件、空心圆筒或其它几何形状，这样就可在锻造之前进行定位并且将固体润滑剂薄片以机械方式固定在模具或工件表面上。

[0050] 在将固体润滑剂薄片插入到锻造设备中的模具与工件之间时，固体润滑剂薄片可在模具与工件之间提供固态障碍物。这样一来，模具通过固体润滑剂薄片直接接触工件，从而减小了模具与工件之间的摩擦。固体润滑剂薄片的固态润滑剂的特征可在于相对小的剪切流动应力值和相对大的剪切延性值，从而允许固体润滑剂薄片在锻造过程中作为连续的薄膜沿着模具-工件界面流动。举例来说，在各个实施方案中，可用于本文所公开的固体润滑剂薄片中的固态润滑剂的特征可在于(例如)：大于或等于500％的剪切延性以及高达且包括材料的剪切流动应力值的20％的剪切流动应力值，所述材料用包含所述固态润滑剂的固体润滑剂薄片锻造。

[0051] 借助实施例说明，石墨固态润滑剂由堆叠式石墨烯层组成。石墨烯层是共价键碳的单原子厚的层。石墨中石墨烯层之间的剪切力很小，因此，石墨烯层可以很小的阻力相对于彼此滑动。这样一来，石墨展示出相对小的剪切流动应力和相对大的剪切延性，从而允许石墨薄片在锻造过程中作为连续的薄膜沿着模具-工件界面流动。六方氮化硼、二硫化钼以及二硫化钨具有晶格层之间剪切力很小的类似晶格结构，这使得滑动表面之间的阻力最小化，从而展示出类似的干润滑性特性。

[0052] 在锻造操作期间，由于固体润滑剂薄片被压缩在模具与工件之间并且在剪切中流动以便维持润滑性时，固体润滑剂薄片可以机械方式粘附到模具和工件的表面，这是因为固体润滑剂薄片压紧了施加锻造压力所处的位置。在各个实施方案中，在后续的锻造操作或其它操作之前，可将任何压紧的或“结块的”固体润滑剂薄片保留在工件或模具上或者将其从模具或工件上去除。

[0053] 在各个实施方案中，在将工件安置在锻造设备中之前，可将固体润滑剂薄片安置在工件上。举例来说，工件表面的至少一部分可包裹有固体润滑剂薄片。图2A至图2C示出在锻造之前包裹有固体润滑剂薄片28的圆筒形工件20。图2A示出所有外表面覆盖有固体润滑剂薄片28的工件20。图2B示出仅圆周表面覆盖有固体润滑剂薄片28的工件20。在图2B中，未将固体润滑剂薄片安置在工件20的末端表面上。图2C示出图2B的工件20，其中去除了固体润滑剂薄片28的一部分以便看见工件20的基础圆筒表面21。

[0054] 在各个实施方案中，在将工件安置在锻造设备中之前，可将固体润滑剂薄片安置在锻造设备中的一个或多个模具上。在各个实施方案中，在锻造之前将背胶固体润滑剂薄片安置在工件和/或模具上。或者，可用单独的粘附剂将固体润滑剂薄片固定在工件和/或模具上，以便更好地确保锻造操作期间固体润滑剂薄片的合适安置。在锻造操作包括锻造设备的两个或更多个冲程的实施方案中，可在任何两个冲程之间将附加的固体润滑剂薄片插入到模具表面与工件表面之间。

[0055] 本文所公开的锻造润滑方法可适用于增强的润滑和可锻性将产生有利作用的任何锻造操作。举例来说且并非意在限制，本文所公开的锻造润滑方法可适用于开模锻造、闭模锻造、正向挤压、反向挤压、径向锻造、顶部锻造以及拉拔式锻造。此外，本文所公开的锻造润滑方法可适用于净形和近净形锻造操作。

[0056] 图3A至图3D示出开放式平模挤压锻造操作。图3A和图3C示出在不具有固体润滑剂薄片的情况下的锻造操作，并且图3B和图3D示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同锻造操作。上部模具34将工件30从其初始高度挤压到锻造高度。通过上部模具34和下部模具36向工件30施加挤压力。工件30的材料是不可压缩的，因此，初始工件30和锻造后工件30a与30b的体积是相等的。在不具有润滑剂的情况下，图3C中所示的锻造后工件30a未均匀变形，并且展示出因工件30与模具34和36之间的相对大的摩擦而出现在32a处的滚磨。

[0057] 如图3B中所示，固体润滑剂薄片38分别安置在工件30与上部模具34和下部模具36之间。固体润滑剂薄片38安置在下部模具36上，并且工件30安置在固体润滑剂薄片38上。另一固体润滑剂薄片38安置在工件30的顶表面上。固体润滑剂薄片38是柔性的，并且能够安置成遮盖住工件38。在具有固体润滑剂薄片38的情况下，图3D中示出的锻造后工件30b较均匀地变形，并且展示出因工件30与模具34和36之间减小的摩擦而出现在32b处的较少滚磨。

[0058] 图4A至图4F示出开放式V形模具锻造操作。图4A、图4C以及图4E示出在不具有固体润滑剂薄片的情况下的锻造操作，并且图 4B、图4D以及图4F示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同锻造操作。图4A和图4B示出相对于V形模具空腔以偏心方式安置的工件40。如图4B中所示，固体润滑剂薄片48分别安置在工件40与上部模具44和下部模具46之间。固体润滑剂薄片48安置在下部模具46上，并且工件40安置在固体润滑剂薄片48上。
另一固体润滑剂薄片48安置在工件40的顶表面上。固体润滑剂薄片48是柔性的，并且能够安置成匹配下部模具46的V形空腔的造型并且遮盖住工件48。

[0059] 图4C和图4D示出正与上部模具44接触并且开始经受压力时的工件40。如图4C中所示，在挤压冲程期间，当上部模具44在不存在润滑的情况下接触工件40时，工件40与模具44和46的接触表面之间的大摩擦使得工件粘着到47所表示的模具上。这种可称为“锁模”的现象在包括造型后模具表面的锻造操作中可能是特别不希望的，因为在所述锻造操作中以偏心方式安置的工件可能会锁模并且不会合适地变形以便呈现模具的造型。

[0060] 在不存在润滑的情况下的锻造操作中的挤压冲程期间，工件可能会锁模直到挤压力克服粘着摩擦力。在无润滑式锻造操作中挤压力克服粘着摩擦力时，工件可能会在锻造设备中迅速加速。举例来说，如图4C中所示，然后挤压力克服工件40与模具44和46之间的粘着摩擦力(由47表示)，工件40可迅速地向下加速进入到模具46的V形空腔的中心，如由箭头49表示。

[0061] 工件在锻造设备内的迅速加速可能会损害工件、锻造设备或两者。举例来说，在挤压力大于粘着摩擦力时，工件和/或模具可能会磨损，也就是，材料可能会从锁模期间卡住的局部接触区域(例如，图4C中的区域47)中不当地去除。此外，如果工件在锻造设备内加速，那么锻造后工件可能会被损坏、刮伤、压碎、压裂和/或断裂。锁模还会不利地影响到维持被锻造物品的尺寸控制的能力。此外，锻造设备内的迅速移动可能会引起锻造设备的部件表面的有力碰撞和锻造设备的震动，从而可能会损害锻造设备或以其它方式缩短锻造设备的部件的使用寿命。

[0062] 在具有固体润滑剂薄片的锻造操作中的挤压冲程期间，偏心工件因摩擦减小而不用经历锁模。固体润滑剂薄片显著减小或消除了粘着摩擦，因此未发生不可接受的工件的迅速加速现象。相反，在上部模具接触工件或工件上的润滑薄片时，发生了相对光滑的自定心(self-centering)动作。举例来说，如图4D中所示，在上部模具44接触工件40时，固体润滑剂薄片48显著减小或消除了粘着摩擦，并且减小了滑动摩擦，这样使得工件40光滑地以自定心方式向下进入到模具46的V形空腔中。

[0063] 图4E和图4F分别示出在不具有润滑剂和具有固体润滑剂薄片48的情况下的锻造后工件40a和40b。在不具有润滑剂的情况下，图4E中所示的锻造后工件40a在锻造过程中未均匀变形，并且展示出因工件40与模具44和46之间的相对大的摩擦而出现在42a处的滚磨。在具有固体润滑剂薄片48的情况下，图4F中所示的锻造后工件40b在锻造过程中较均匀地变形，并且展示出因工件40与模具44和46之间减小的摩擦而出现在42b处的较少滚磨。

[0064] 图5A和图5B示出径向锻造操作。图5A示出在不具有固体润滑剂薄片的情况下的径向锻造操作，并且图5B示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同径向锻造操作。模具54和56减小了圆筒形工件50的直径，所述模具54和56相对于工件50在径向方向上移动，而所述工件50相对于模具54和56纵向移动。如图5A中所示，未用润滑剂进行的径向锻造操作可导致不均匀变形，如由52a表示。图5B中所示的径向锻造操作是用根据本文所公开方法的包裹工件50的固体润滑剂薄片58来进行的。举例来说，工件50可包裹有如上文图2A或图2B中示出的固体润滑剂薄片58。如图5B中所示，用固体润滑剂薄片进行的径向锻造操作会可获得较均匀变形，如由52b表示。

[0065] 图6A至图6D示出闭模挤压锻造操作，所述操作可以是净形或近净形锻造操作。图6A和图6C示出在不具有固体润滑剂薄片的情况下的闭模挤压锻造操作，并且图6B和图6D示出根据本文所公开的方法采用固体润滑剂薄片的相同锻造操作。上部模具或冲压块64将工件60压入到下部模具66的模具空腔中。在不具有润滑剂的情况下，图6C中所示的工件60a在锻造过程中未均匀地变形，并且因工件60与下部模具66之间的相对大的摩擦而未完全填充模具空腔，如由62表示。这对于净形和近净形闭模锻造操作来说会特别成问题，上述操作中希望锻造后工件是完全成型的物品或近似成型的物品而几乎不需要或者不需要后续的锻造或机械加工。

[0066] 如图6B中所示，工件60包裹在固体润滑剂薄片68中。固体润滑剂薄片68是柔性的并且符合工件60的表面。图6D中所示的工件60b因固体润滑剂薄片68引起的减小的摩擦而较均匀地变形，并且完全符合封闭模具64和66的造型表面和空腔。

[0067] 在各个实施方案中，本文所公开的固体润滑剂薄片可与单独的绝缘薄片结合使用。如本文所使用，“绝缘薄片”是意在将工件与锻造设备中模具的工作表面热绝缘的固体材料薄片。举例来说，绝缘薄片可安置在固体润滑剂薄片与工件表面之间，和/或绝缘薄片可安置在固体润滑剂薄片与模具表面之间。此外，绝缘薄片可夹置在两个固体润滑剂薄片之间，并且夹置的薄片可安置在锻造设备中的工件与模具之间。图7A至图7D示出固体润滑剂薄片78和绝缘薄片75相对于锻造设备中的工件70和模具74和76的各种配置。

[0068] 图7A示出安置在下部模具76的工作表面上的固体润滑剂薄片78。工件70安置在下部模具76上的固体润滑剂薄片78上。这样一来，固体润滑剂薄片78就安置在工件70的底表面与下部模具76之间。绝缘薄片75安置在工件70的顶表面上。

[0069] 图7B示出安置在挤压锻造设备中下部模具76的工作表面上的绝缘薄片75。工件70包裹在固体润滑剂薄片78中。经包裹的工件70安置在下部模具76上的绝缘薄片75上。这样一来，固体润滑剂薄片78和绝缘薄片75就安置在工件70的底表面与下部模具76之间。绝缘薄片75安置在固体润滑剂薄片78与下部模具76之间。另一绝缘薄片75安置在工件70顶表面的固体润滑剂薄片78上。这样一来，固体润滑剂薄片78和绝缘薄片75就也安置在工件70的顶表面与上部模具74之间。绝缘薄片75安置在固体润滑剂薄片78与上部模具74之间。

[0070] 图7C示出安置在上部模具74与下部模具76的工作表面上的固体润滑剂薄片78。绝缘薄片75安置在下部模具76的固体润滑剂薄片78上。工件70安置在绝缘薄片75上，这样使得绝缘薄片75和固体润滑剂薄片78都安置在工件与下部模具76之间。另一绝缘薄片75安置在工件70的顶表面上，这样使得绝缘薄片75和固体润滑剂薄片78都安置在工件与上部模具74之间。

[0071] 图7D示出安置在上部模具74与下部模具76的工作表面上的固体润滑剂薄片78。绝缘薄片75安置在下部模具76的固体润滑剂薄片78上。工件70包裹在固体润滑剂薄片78中。工件70安置在绝缘薄片75上，这样使得三个层都安置在工件70与下部模具76之间，也就是，固体润滑剂薄片78、绝缘薄片75以及另一固体润滑剂薄片78都安置在工件70与下部模具76之间。另一绝缘薄片75安置在工件70顶表面的固体润滑剂薄片上，这样使得三个层都安置在工件70与上部模具74之间，也就是，固体润滑剂薄片78、绝缘薄片75以及另一固体润滑剂薄片78都安置在工件70与上部模具74之间。

[0072] 虽然本文描述并说明了与锻造设备中的工件和模具有关的各种构型的固体润滑剂薄片和绝缘薄片，但所公开方法的实施方案并不限于明确公开的构型。这样一来，本公开内容涵盖了与工件和模具有关的各种其它构型的固体润滑剂薄片和绝缘薄片。同样，虽然本文公开了用于安置固体润滑剂薄片和/或绝缘薄片的各种技术和技术的组合 (例如，铺放、覆盖、包裹、粘合等)，但所公开方法并不限于明确公开的安置技术和安置技术的组合。举例来说，在工件安置在锻造设备中之前和/或之后，可使用铺放、覆盖、包裹、粘附等技术的各种其它组合来涂覆和安置与工件和模具有关的固体润滑剂薄片和/或绝缘薄片。

[0073] 绝缘薄片可以是柔性的，并且能够安置在锻造模具和/或工件的空腔中，以及造型和非平面表面上。在各个实施方案中，绝缘薄片可包括编织的或非编织的陶瓷纤维毯、垫、纸、毡等。绝缘薄片可由陶瓷纤维(例如，金属氧化物纤维)和残留杂质组成，并且不含有粘合剂或有机添加剂。举例来说，适合绝缘薄片可包括氧化铝和二氧化硅纤维占大多数而其它氧化物占较少量的共混物。适用于本文所公开的方法的陶瓷纤维绝缘薄片包括，例如，可从Unifrax，Niagara Falls，NewYork，USA得到的各种材料。

[0074] 在各个实施方案中，包括多个固体润滑剂薄片的夹层结构可安置在锻造设备中的工件与模具之间。举例来说，包括两层或更多层的固体润滑剂薄片的夹层结构可安置在锻造设备中的工件与模具之间。夹层结构还可包括一个或多个绝缘薄片。此外，可涂覆多个固体润滑剂薄片来覆盖更大区域。举例来说，可涂覆两个或更多个固体润滑剂薄片至模具和/或工件，以便覆盖比单个固体润滑剂薄片可覆盖的表面积大的表面积。这样一来，可按重叠或非重叠的样式涂覆两个或更多个固体润滑剂薄片至模具和/或工件。

[0075] 本文所公开的润滑方法可用于任何温度下的冷、温以及热锻造操作。举例来说，固体润滑剂薄片可安置在锻造设备中的工件与模具之间，在所述锻造设备中在环境温度下进行锻造。或者，可在固体润滑剂安置在工件与模具之间之前或之后加热工件和/或模具。在各个实施方案中，可在固体润滑剂薄片涂覆至模具之前或之后用焊接灯加热锻造设备中的模具。可在固体润滑剂薄片涂覆至工件之前或之后在加热炉中加热工件。

[0076] 在各个实施方案中，当工件在大于1000°F的温度下时，工件可能会产生塑性变形，其中固体润滑剂薄片在所述温度下保持润滑性。在各个实施方案中，当工件在1000°F至2000°F的范围内或任何其中的子范围(例如，1000°F至1600°F或1200°F至1500°F)的温度下时，工件可能会塑性变形，其中固体润滑剂薄片在所述温度下保持润滑性。

[0077] 本文所公开的方法提供了一种用于锻造润滑的耐用方法。在各个实施方案中，在初始锻造操作期间，固体润滑剂薄片可将固体润滑剂涂层沉积在模具上。所沉积的固体润滑剂涂层在初始锻造操作和一个或多个后续锻造操作之后仍可留存。留存在模具上的固体润滑剂涂层保持润滑性，并且可在一个或多个附加锻造操作期间对相同的工件和/或不同的工件提供有效的锻造润滑，而无需涂覆附加的固体润滑剂薄片。

[0078] 在各个实施方案中，可在第一锻造操作之前将固体润滑剂薄片安置在工件与模具之间以使固体润滑剂涂层沉积在模具上，并且可在预定数目个锻造操作之后涂覆附加的固体润滑剂薄片。这样一来，可按照锻造操作的数目来确立用于涂覆固体润滑剂薄片的工作循环，这些锻造操作可在并不附加涂覆固体润滑剂薄片的情况下进行，而同时保持可接受的润滑性和锻造润滑。然后可在每个工作循环之后涂覆附加的固体润滑剂薄片。在各个实施方案中，初始固体润滑剂薄片可以是相对厚的，以使初始固体润滑剂涂层沉积在模具上，并且随后涂覆的固体润滑剂薄片可以是相对薄的，以保持所沉积的固体润滑剂涂层。

[0079] 本文所公开的方法适用于锻造不同的金属材料，例如钛、钛合金、锆以及锆合金。此外，本文所公开的方法适用于锻造金属间材料、非金属可变形材料以及多组分体系(例如，金属封装的陶瓷)。本文所公开的方法适用于锻造不同类型的工件，例如铸锭、钢坯、棒材、板材、管、烧结的预成型件等。本文所公开的方法还适用于成型或近似成型物品的净形和近净形锻造。

[0080] 在各个实施方案中，本文所公开的方法的特征可在于剪切摩擦因子(m)小于或等于0.50、小于或等于0.45、小于或等于0.40、小于或等于0.35、小于或等于0.30、小于或等于0.25、小于或等于0.20、小于或等于0.15、或小于或等于0.10。在各个实施方案中，本文所公开的润滑方法的特征可在于剪切因子在0.05至0.50的范围或任何其中的子范围(例如，
0.09至0.15)内。这样一来，本文所公开的润滑方法在锻造操作中大体上减小了模具与工件之间的摩擦力。

[0081] 在各个实施方案中，本文所公开的润滑方法可在锻造操作中减少或消除锁模、黏模和/或工件磨损的发生。当锻造操作中还使用绝缘薄片时，涂覆液体或颗粒状的润滑剂不容易，但是所公开的润滑方法允许同时使用绝缘薄片，这就大体上减少了从工件到模具的热量损失。在每个锻造操作之后，液体或颗粒状的润滑剂还倾向于在模具和工件的表面上变稀薄并且分散，但锻造操作中固体润滑剂薄片可在模具与工件之间产生稳定的障碍物。在锻造条件下，固态润滑剂(例如，石墨、二硫化钼、二硫化钨以及氮化硼)相对于金属模具和工件还通常是化学上惰性的和非磨蚀性的。

[0082] 在各个实施方案中，可在锻造操作期间将在模具和工件上沉积的固体润滑剂从固体润滑剂薄片去除。举例来说，可通过在氧化气氛中(例如，在加热炉中)加热来将沉积的石墨从模具和工件的表面上轻松地去除。还可通过洗涤工序来去除沉积的固体润滑剂。

[0083] 下文的说明性和非限制性实施例旨在进一步在并不限制实施方案的范围的情况下描述各个非限制性实施方案。本领域的普通技术人员将领会到实施例的变化在如由权利要求书所限定的发明范围内是可能的。实施例

[0084] 实施例1

[0085] 使用圆环压缩试验来评估固体石墨薄片作为用于开模挤压锻造Ti-6Al-4V合金(ASTM 5级)的润滑剂的润滑性和其有效性。举例来说，Atlan等人所著的Metal Forming：Fundamentals and Applications中的第6章，Friction in Metal Forming，ASM：1993中大体描述了圆环压缩试验，所述文献以引用的方法并入本文。使用圆环压缩试验来测量被量化为系统的剪切因子(m)的润滑性，在所述试验中将扁平环状的试样压缩到预定减少量的高度。压缩环的内径和外径的变化取决于模具/试样界面上的摩擦力。

[0086] 图8中示出圆环压缩试验的一般设置。环80(以横截面示出)安置在两个模具84与86之间，并且从初始高度轴向地压缩到变形后高度。如果环80与模具84和86之间不存在摩擦力，环80将在材料以恒定速率沿着如由箭头81所指示的轴向方向从中性平面83径向向外流动后变形为固体盘。图9(a)中示出压缩之前的环。在无摩擦的或最小摩擦的压缩的情况下，不发生滚磨(图9(b))。如果摩擦力相对低，压缩后的环的内径增加(图9(c))，并且如果摩擦力相对高，内径减小(图9(d)和图9(e))。图10A示出环试样100压缩之前的截面，图10B示出在相对低的摩擦力条件下压缩之后的环100，并且图10C示出在相对高的摩擦力条件下压缩之后的环100。

[0087] 将压缩环的内径(在滚磨的内凸起顶点之间所测量的)变化与使用不同剪切因子预测出的内径的值相比较。可测定压缩后的内径与剪切因子之间的相关性，例如，使用运算有限元方法(FEM)来模拟对于预定材料在预定的锻造条件下具有滚磨的圆环压缩中的金属流动。这样一来，可测定用于表征摩擦力，并且通过伸展来表征测试系统的润滑性的圆环压缩试验的剪切因子。

[0088] 使用内径为1.25″、外径为2.50″以及高度为1.00″的Ti-6Al-4V合金(ASTM 5级)的环(图11A和图11B进行圆环压缩试验。将环加热至1200°F至1500°F范围内的温度，并且在开模挤压锻造设备中压缩至0.50″的变形后高度。使用可从Scientific Forming Technologies Corporation，Columbus，Ohio，USA得到的DEFORMTM金属成型加工模拟软件来测定压缩后的内径(ID)与剪切因子(m)之间的相关性。图12中所呈现的图形中示出相关性。

[0089] 将环在以下情况下压缩：(1)在无润滑剂且在400°F至600°F模具之间，(2)在具有玻璃润滑剂(可从Advanced Technical Products，Cincinnati，Ohio，USA得到的ATP300玻璃料)且在400°F至600°F模具之间，(3)在无润滑剂且在1500°F模具之间，(4)在具有玻璃润滑剂且在1500°F模具之间，以及(5)在具有固体润滑剂薄片(可从DARIndustrial Products，Inc.，West Conshohocken，Pennsylvania，USA得到的B级石墨薄片(以重量计＞98％的石墨))且在400°F至600°F模具之间。当使用玻璃润滑剂时，在加热炉中将环加热至锻造温度之前，通过安置和整平一层玻璃粉来将玻璃润滑剂涂覆至下部模具的顶表面和环的顶表面。当使用固体润滑剂薄片时，将其安置在下部模具与环的底表面之间，并且安置在环的顶表面上。压缩后的内径和对应的剪切因子记录在下表1中。

[0090] 表1

[0091]

[0092] 在条件1和2下压缩后的环的内径减小了62.4％，并且在条件3下压缩后的环的内径减小了59.2％。这表明了环与模具之间的非常高的摩擦力。对于这个系统来说，使用圆环压缩试验难以准确测定大于0.6的剪切因子，因为剪切因子与内径之间的相关性接近超过约m＝0.6的渐近线。然而，在条件1至3下压缩后的环的内径明显减小表明了0.6是针对这些条件的可能的最小剪切因子，并且很可能实际剪切因子大于0.6。

[0093] 在条件4和5下压缩后的环的内径增加表明了对应于约0.1的剪切因子的摩擦力明显降低。固体润滑剂薄片所提供的润滑比得上或优于由玻璃润滑剂提供的润滑。高温下的高润滑性(m＝0.1)是超出预期的和令人惊讶的，因为已知在升高的温度下，石墨的润滑性明显减小。通常，在约700°F以上石墨的摩擦系数(μ)开始迅速增加。这样一来，可以预期的是在1200°F至1500°F范围内的温度下冷模具与环之间，固体石墨薄片的剪切因子(m)将明显大于0.1。

[0094] 固体润滑剂薄片的有效性也很明显，因为当用于锻造操作中时，玻璃润滑剂可能具有许多缺点。举例来说，玻璃润滑剂必须是在熔融状态下，并且具有足够低的粘度以便提供固体表面之间的润滑。这样一来，在低于1500°F的锻造温度下，或当与冷模具相接触时，玻璃润滑剂可能不提供有效的润滑性。用于降低玻璃的玻璃化温度的某些方法采用了有毒金属，例如含有有毒金属的铅玻璃润滑剂可视为不适合作为锻造润滑剂。在加热用于锻造的工件之前，还必须使用特定装置将玻璃润滑剂喷洒在工件上。整个锻造操作中玻璃润滑剂必须保持熔融状态，这就限制了可在锻造之前沉积在工件上的玻璃润滑剂涂层的厚度。

[0095] 此外，高温熔融玻璃妨碍了工件的运输和装卸。举例来说，当热工件从加热炉或润滑剂涂覆装置运输至锻造设备时，用于固持和操纵热工件的手柄经常在用高温玻璃润滑的工件上滑动。另外，在锻造之后玻璃润滑剂会在冷却的物品上固化，并且脆性固化后的玻璃可被施加应力，并且固体玻璃可有力地断裂并且使锻造的物品散裂成片。此外，在锻造之后必须通过机械方法来去除在冷却的物品上固化的残留玻璃润滑剂，这些方法会降低锻造产率，并且会产生受污染的碎料。

[0096] 固体润滑剂薄片克服了玻璃润滑剂的以上问题。整个锻造操作中固体润滑剂薄片保持固态，并且可在加热模具和/或工件之前或之后涂覆。固体润滑剂薄片不需要任何特定的涂覆或装卸技术，并且可手动地安置，这就允许了更受控制的和/或定向的涂覆。可使用加热炉加热和/或洗涤工序来轻松地去除残留的固态润滑剂。可在工件安置在锻造设备中之前将固体润滑剂薄片直接地涂覆至模具。可在工件安置在锻造设备中之后将固体润滑剂薄片直接地涂覆至模具。另外，固体润滑剂可以是柔性的和/或有延性的，因而很明显在锻造之后不太可能从冷却的物品上剥落下来。

[0097] 实施例2

[0098] 在装备有和未装备固体润滑剂薄片的V形模具的1000吨开模挤压锻造炉中，挤压锻造Ti-6Al-4V合金的圆柱形钢坯(ASTM 5级)。在加热炉中将钢坯加热至1300°F。用400°F至600°F的焊接灯将挤压锻造炉的模具预热。用操纵器将钢坯从加热炉去除，并且安置在下部的V形模具上。由于操纵器限制，钢坯相对于下部模具的V形造型以偏心方式安置。对于使用固体润滑剂薄片的锻造操作来说，就在钢坯安置在模具上之前，将HGB级石墨薄片(以重量计99％的石墨，可从HP Materials Solutions，Inc，Woodland Hills，California，USA得到)安置在下部模具上。将第二固体润滑剂薄片安置在钢坯的顶表面上。这样一来，固体润滑剂薄片安置在钢坯与挤压锻造炉中下部模具和上部模具之间。

[0099] 在无润滑剂的情况下挤压锻造钢坯期间，观察到直到挤压产生的力克服了摩擦力，钢坯才锁模至下部模具，此时钢坯迅速地加速进入下部模具的V形造型，从而产生响亮的声音并且整个挤压锻造炉有震动。在有固体润滑剂薄片的情况下挤压锻造钢坯期间，观察到自定心作用，其中钢坯平滑地移动进入下部模具的V形造型而并无锁模、迅速加速、响亮的声音或挤压锻造炉有震动的现象。

[0100] 在初始锻造操作期间，初始固体石墨薄片将固体石墨涂层沉积在下部模具上。所沉积的石墨涂层在初始挤压操作和多个后续挤压操作之后仍可留存。所沉积的石墨涂层保持润滑性，并且可在多个挤压操作期间对钢坯的不同部分提供有效的锻造润滑，而无需涂覆附加的固体石墨薄片。单个初始固体石墨薄片防止了后续挤压操作的锁模。

[0101] 参考各种示例性的、说明性的以及非限制性的实施方案撰写了本公开内容。然而，本领域的普通技术人员将认识到可在不背离本发明的范围内对所公开的实施方案(或其部分)中的任何一个进行各种替换、修改或组合。因此，应预期和理解的是，本公开内容包含了本文没有明确列出的附加实施方案。这类实施方案可通过组合、修改或重新组织本文描述的实施方案的公开的步骤、组分、元件、特性、方面、特征、限制等中的任何一个来获得。这样一来，办理期间本申请人保留修正权利要求书的权利，以便添加本文多方面描述的特征。

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用于增强可锻性的润滑方法-专利编号CN102939174B	2020-05-13	772
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