專利名稱：難熔金屬罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由難熔金屬或難熔金屬合金制成的板、罐和包含或基于這種罐的產(chǎn)品。
背景歷史上，通過反復(fù)試驗(yàn)開發(fā)用于利用深拉制造金屬罐的工具。通常，這需要若干次反復(fù)和試驗(yàn)。對(duì)于貴重材料如難熔金屬，例如鉭，這種試驗(yàn)中消耗的材料成本可以高得驚人。而且，普通方法產(chǎn)生具有差的晶粒結(jié)構(gòu)的罐。常規(guī)制備的金屬罐由標(biāo)準(zhǔn)級(jí)錠得到的板制成。這些板以它們粗糙和不均勻的晶粒以及不均勻的結(jié)晶學(xué)織構(gòu)而出名，尤其是鉭和鈮。不幸地是，這些板不適用于作為濺射靶中的部件。
出于上述原因，希望開發(fā)更好的制造罐的方法，其中這種罐具有適合于用作濺射靶的性質(zhì)，并且在開發(fā)和生產(chǎn)兩方面都更節(jié)約成本。
附圖描述參照下面的描述和附加的權(quán)利要求，將能更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1顯示了圖示可在成形的罐中導(dǎo)致有害缺陷如折痕的板工件中瑕疵類型和大小的圖，和圖2-9顯示了預(yù)測(cè)的事件順序；和圖10為顯示如果未按照本發(fā)明設(shè)計(jì)模具時(shí)成形的罐側(cè)壁所發(fā)生的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像側(cè)壁未被“卡住”，它的內(nèi)徑因此不能被精確控制。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制造罐的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造(forging back)退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行，從而利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸，因而步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及罐。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及板。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種濺射靶，包括(a)具有難熔金屬成分的罐；和(b)附著到罐上的環(huán)，其中罐按照上述方法制造。
在另一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種開發(fā)用于以有效和成本節(jié)約的方式制造罐的金屬成形工藝的方法。
描述除了在操作例中或其它指明的地方，在說明書和權(quán)利要求書中使用的所有涉及成分?jǐn)?shù)量、反應(yīng)條件等的數(shù)字或表達(dá)式在所有情況下都應(yīng)被理解為用術(shù)語“約”修飾。本專利申請(qǐng)中公開了各種數(shù)值范圍。由于這些范圍是連續(xù)的，因此它們包括在最小和最大值之間的每一個(gè)值。除非另外專門指明，本申請(qǐng)中指定的各種數(shù)值范圍都是近似值。
本發(fā)明涉及一種制造罐的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行，從而利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸，因而步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。
該方法包括通過任何合適的方法將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件。例如，可用帶鋸切削錠。
錠的形狀和尺寸可變化，取決于應(yīng)用。在一種實(shí)施方案中，錠為圓柱狀，其具有150mm-400mm的直徑。錠由難熔金屬或難熔金屬合金制成。難熔金屬成分通常選自(a)鈮、(b)鉭、(c)鈮合金、(f)鉭合金、鉬、鉬合金、鎢、鎢合金和它們的組合。
錠可具有適合于所需應(yīng)用的任何純度。在一種實(shí)施方案中，可按照Clark等“Effect of Processing Variables on Texture andTexture Gradients in Tantalum”(Metallurgical TransactionsA，1991年9月)和Kumar等“Corrosion Resistant Properties ofTantalum”，Paper 253 Corrosion 95，NAC International AnnualConference and Corrosion Show(1995)中描述的方法制造錠，本文全文引入它們作為參考。在另一種實(shí)施方案中，可按照美國(guó)專利申請(qǐng)公布2002/0112789或U.S.S.N 09/906208中描述的方法制造錠，本文全文引入它們作為參考。因而錠的純度可變化。在一種實(shí)施方案中，錠為不包括填隙雜質(zhì)的具有至少99.95％、優(yōu)選至少99.999％純度的鉭錠。也可得到99.9999％的純度。純度不包括填隙雜質(zhì)。
第一工件的形狀和尺寸可變化，取決于應(yīng)用。在一種實(shí)施方案中，第一工件具有等于錠直徑的直徑，長(zhǎng)度對(duì)直徑比為約1.5∶1至3∶1。對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，形成第二工件。第二工件的形狀和尺寸可變化，取決于應(yīng)用。在一種實(shí)施方案中，第二工件的長(zhǎng)度為其初始長(zhǎng)度的約50％至其初始長(zhǎng)度的約70％。
然后在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到至少約1000℃(或至少1200℃或1300℃)的第一溫度，從而形成至少部分再結(jié)晶的第二工件。
通過減小第二工件的直徑回煅退火的第二工件，由此形成第三工件。使用平?；虍愋文Ｔ阱憠簷C(jī)上完成。
在一種實(shí)施方案中，第三工件的直徑為第一工件直徑的約60％至第一工件直徑的約120％。
第三工件的形狀和尺寸可變化，取決于應(yīng)用。對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，形成第四工件。
第四工件的形狀和尺寸可變化，取決于應(yīng)用。在一種實(shí)施方案中，第四工件的長(zhǎng)度為第二工件長(zhǎng)度的約80％至第二工件長(zhǎng)度的約120％。
通過減小第四工件的直徑回煅第四工件，由此形成第五工件。使用平?；虍愋文Ｔ阱憠簷C(jī)上完成。在一種實(shí)施方案中，第五工件的直徑為第一工件直徑的約60％至第一工件直徑的約120％。
使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至充分使第五工件再結(jié)晶的溫度。在一種實(shí)施方案中，在約1000℃-約1300℃、優(yōu)選約1200℃的溫度下進(jìn)行第二退火步驟。對(duì)充分再結(jié)晶的第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件。優(yōu)選鐓鍛坯料(第五工件)而不是放下平鍛，因?yàn)?a)它保持工件為圓形，如果工件被制成矩形或由它切削圓盤的話，這樣幾乎消除了可能出現(xiàn)的損耗，和(b)當(dāng)坯料被鐓鍛而不是平鍛時(shí)，板中存在的整體厚度織構(gòu)梯度弱得多。
在一種實(shí)施方案中，用壓鍛機(jī)在平模之間進(jìn)行鐓鍛步驟。在另一實(shí)施方案中，在第一階段和第二階段進(jìn)行鐓鍛步驟，用平模進(jìn)行第一階段，使用薄板坯模利用多個(gè)沖頭進(jìn)行第二階段，從而工件在沖頭之間被車削合適的角度如90°。薄板坯模為與它們的加工面有微小凸曲率的模。
對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件。在一種實(shí)施方案中，在約800℃-約1200℃的溫度下進(jìn)行第三退火步驟。優(yōu)選地，在約1065℃的溫度下進(jìn)行第三退火步驟，并優(yōu)選達(dá)到完全再結(jié)晶。第六工件的長(zhǎng)度對(duì)直徑比可變化，取決于應(yīng)用。通常，長(zhǎng)度對(duì)直徑比至多為約1∶2。在一種實(shí)施方案中，第六工件的長(zhǎng)度對(duì)直徑比為約1∶2至約1∶5。
對(duì)退火的第六工件進(jìn)行軋制，并通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將其制成板；從而退火的第六工件在每個(gè)道次后都經(jīng)歷厚度減少，并且退火的第六工件在例如每?jī)蓚€(gè)道次之間被車削，因而由此形成板。第六工件被軋制成合適厚度的板。每個(gè)道次都實(shí)現(xiàn)大至足以使在該道次中帶來的應(yīng)變?cè)谡麄€(gè)厚度上基本均勻的厚度減少量。厚度減少量(測(cè)量為該道次前厚度的百分比)對(duì)于每個(gè)道次基本相同。在一種實(shí)施方案中，每個(gè)道次優(yōu)選達(dá)到15％的厚度減少量。在一種實(shí)施方案中，在道次之間工件被車削90°，除了經(jīng)過一半程序時(shí)車削(只一次)45°。對(duì)于最后少數(shù)道次，可根據(jù)在這些最后少數(shù)道次前直接測(cè)量的每個(gè)工件的確切尺寸調(diào)整車削角度和厚度減少量。優(yōu)選選擇軋制程序使得(a)板完成時(shí)基本為圓形，(b)控制“凸起”效果(其中板在中部比在邊緣厚)以便獲得中心厚度對(duì)邊緣厚度的最佳比例，和(c)使周邊點(diǎn)到點(diǎn)的厚度變化最小。
板的尺寸可變化。在一種實(shí)施方案中，板具有從約500mm到約1m的直徑，和約6mm到約15mm的厚度。
優(yōu)選對(duì)板進(jìn)行深拉，從而由板形成罐?？赏ㄟ^能使技術(shù)人員形成根據(jù)本發(fā)明的罐的任何方法將板成形為罐。
在一種實(shí)施方案中，將板深拉成用于制造濺射靶的中空陰極部件的形狀。這可通過使用沖壓機(jī)和沖模和合適的鍛壓機(jī)(500噸負(fù)荷容量足夠)完成。成形的特定特征包括沖壓機(jī)，其外部形狀與工件所需內(nèi)部形狀近似。因此，可使加工離開內(nèi)表面需要的材料量最小。
模通常包括作為上部的定位板的梯級(jí)和中部。中部可為具有合適角度的圓錐形截面，例如45°圓錐形截面，其用寬大半徑連接到上部和下部，允許工件平穩(wěn)滑動(dòng)到下部?jī)?nèi)，將下部形成所需尺寸，從而在罐壁的整個(gè)高度上，工件能被卡在下部和沖壓機(jī)之間，沒有任何間隙。優(yōu)選地，在模下部尺寸形成過程中考慮成形中工件的厚度變化。
優(yōu)選使用預(yù)成形沖壓機(jī)。設(shè)計(jì)預(yù)成形沖壓機(jī)，使得如果在成形過程早期階段中形成任何扣，就通過擠壓它頂住45°圓錐形截面將它再次變平。這樣，可避免有害的折痕的形成。優(yōu)選在模和工件之間潤(rùn)滑模。否則模可能會(huì)被損壞。任選地，在工件上進(jìn)行進(jìn)一步成形操作，其中頂部(例如頂2″)被鐓鍛形成較厚的邊，邊可形成凸緣或可形成能焊接環(huán)形成完整凸緣的部分凸緣。
在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行第四退火步驟。在一種實(shí)施方案中，在約800℃-約1200℃的溫度下進(jìn)行第四退火步驟。
有利地，罐在其整個(gè)體積內(nèi)具有均勻的晶粒尺寸(均勻的晶粒結(jié)構(gòu))。均勻性使得任何顯微鏡視域的平均晶粒尺寸在按ASTM E112精確測(cè)量時(shí)優(yōu)選在平均晶粒尺寸的0.5ASTM點(diǎn)內(nèi)。例如，如果檢查從板邊緣切削的樣品整個(gè)厚度上的4個(gè)顯微鏡視域，可在ASTM 4.9、ASTM4.7、ASTM 4.7和ASTM 5.2處測(cè)量它們。如果檢查從相同板中心切削的樣品整個(gè)厚度上的4個(gè)顯微鏡視域，可在ASTM 5.2、ASTM 4.3、ASTM4.9和ASTM 4.8處測(cè)量它們。這樣所有視域都在ASTM 4.8平均值的0.5內(nèi)。在板上測(cè)量晶粒尺寸，因?yàn)樵诔尚芜^程中，晶粒變形，使得它們的尺寸難以在成形后測(cè)量。如果在成形操作后進(jìn)行最后退火，則可在成形的工件上測(cè)量晶粒尺寸。在一種實(shí)施方案中，晶粒尺寸為約ASTM4到約ASTM 6，如ASTM標(biāo)準(zhǔn)E112中定義。
另外，按照本發(fā)明制造的罐具有各種織構(gòu)特征。優(yōu)選地，織構(gòu)表現(xiàn)出(a)沒有條帶，即相鄰之間沒有彼此織構(gòu)明顯不同的帶，和(b)混合織構(gòu)，其中[100]平行于板法線的晶粒和[111]平行于板法線的晶粒為兩個(gè)最強(qiáng)的分量。在一種實(shí)施方案中，將獲得的織構(gòu)描述為面積的百分比，如表1表1
罐的尺寸可變化。在一種實(shí)施方案中，罐具有約150mm-約500mm的高度和約100mm-約500mm的直徑。
該方法使工件經(jīng)歷有利的真實(shí)應(yīng)變。在一種實(shí)施方案中，在第一退火步驟前，使第一工件經(jīng)歷約0.25-約0.5的真實(shí)應(yīng)變。在另一實(shí)施方案中，在進(jìn)行第二退火步驟前，使工件經(jīng)歷大于約1和小于約2的應(yīng)變。在另一實(shí)施方案中，在進(jìn)行第二退火步驟前，使步驟(d)、(e)和(f)中各自的第二、第三和第四工件經(jīng)歷大于約1和小于約2的真實(shí)應(yīng)變。和在另一實(shí)施方案中，在進(jìn)行第四退火步驟前，使板或罐經(jīng)歷大于約1的應(yīng)變。優(yōu)選地，該段落中所有鍛造步驟都被實(shí)施。使工件經(jīng)歷這種真實(shí)應(yīng)變是有利的，因?yàn)樗塬@得所需的晶粒結(jié)構(gòu)和織構(gòu)。
制造罐(或板)的方法還包括用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸。有限元模型的使用有助于設(shè)計(jì)模實(shí)現(xiàn)上述的工件卡住。有限元模型的使用可幫助開發(fā)能避免制造具有不可接受尺寸的成品塊的工藝步驟。有限元模型的使用還可避免浪費(fèi)材料和時(shí)間。例如，通過使用有限元模型分析成形過程，可精確估計(jì)過程中成形的工件的增厚，于是可重新設(shè)計(jì)模確保只使用那些能產(chǎn)生所需罐的工件。另外，有限元模型的使用可幫助限定在過程中使用的板或工件中瑕疵的類型和大小，這些瑕疵會(huì)在成形的罐中導(dǎo)致有害的缺陷如折痕?？衫檬惺圮浖鏒EFORM 3D、SFTC、Columbus、OH實(shí)現(xiàn)有限元模型。
參考圖，圖1顯示了圖示可在成形的罐中導(dǎo)致有害缺陷如折痕的板工件中瑕疵類型和大小的圖。圖2-9顯示了預(yù)測(cè)的事件順序。更特別地，深拉一側(cè)突出平面的板，模擬圖1(變形為.25″深)。預(yù)測(cè)的事件順序顯示在圖2-9中。為了計(jì)算沖壓機(jī)的英寸沖程，步數(shù)除以50。有利地，有限元模型的使用幫助設(shè)計(jì)模實(shí)現(xiàn)工件的卡住。圖10為顯示如果未按照本發(fā)明設(shè)計(jì)模具時(shí)成形的罐側(cè)壁所發(fā)生的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像側(cè)壁未被“卡住”，它的內(nèi)徑因此不能被精確控制。通過使用有限元模型分析成形過程，可精確估計(jì)成形過程中工件的增厚，于是可重新設(shè)計(jì)模來卡住工件和確保其內(nèi)表面在成形沖程結(jié)束全部緊緊擠壓頂住沖頭。
在一種實(shí)施方案中，當(dāng)使用有限元模型時(shí)，步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于通過計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。或者，在另一實(shí)施方案中，方法還包括利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定不適合加工成罐的至少一個(gè)工件或板的缺陷類型和大小的步驟，從而步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板不會(huì)有用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法測(cè)定的會(huì)導(dǎo)致不能接受產(chǎn)品的至少一個(gè)缺陷。
按照本發(fā)明制造的罐可用于若干應(yīng)用。在一種應(yīng)用中，例如，罐可用于制備濺射靶。通常，通過附著環(huán)(或凸緣)到罐沿上制備濺射靶。這種濺射靶通常包括(a)具有難熔金屬成分的罐；和(b)附著到罐上的環(huán)，罐通過包括以下的方法來制造(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到至少約1200℃的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件充分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛條件，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在例如每?jī)蓚€(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行?？赏ㄟ^任何合適的技術(shù)附著環(huán)到罐上。在一種實(shí)施方案中，環(huán)被焊接到罐上。
環(huán)可由任何合適的材料制成。在一種實(shí)施方案中，環(huán)由難熔金屬成分或可被焊接到罐材料上的金屬制成，以至于得到無裂紋的接縫。在一種實(shí)施方案中，環(huán)由選自(a)鈮、(b)鉭、(c)鈮合金、(f)鉭合金和它們的組合中的難熔金屬成分制成。
為了制備濺射靶，然后對(duì)含環(huán)的罐進(jìn)行精加工，其一般包括但不限于完全CNC加工，并對(duì)環(huán)增加緊固和密封特征。
在另一實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明制造的罐可用于制造坩堝。罐的用途還包括在高溫下要求耐液體材料腐蝕的應(yīng)用、在濕電容器中含酸的容器、和通過蒸發(fā)的物理氣相沉積中的金屬源。
本發(fā)明包括用于制造上述罐的板以及用于制造這種板的方法。因而，本發(fā)明的一種實(shí)施方案包括制造板的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到至少約1200℃的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件充分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛條件，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在例如每?jī)蓚€(gè)道次之間車削退火的第六工件，(i)對(duì)板進(jìn)行第四退火步驟，由此形成板。
用于制造板的如上所述的第四退火步驟可在約950℃-約1200℃的溫度下進(jìn)行。
另外，本發(fā)明包括“平面”濺射靶，其包括根據(jù)上面段落中描述的方法制造的板和附著到板上的背襯板。為了制造濺射靶，于是對(duì)板和背襯板進(jìn)行精加工，其包括但不限于緊固和密封特征的CNC加工。
本發(fā)明提供了以前不能得到的優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明通過使用計(jì)算機(jī)模型和不太昂貴的金屬減少了開發(fā)金屬成形工具的成本和時(shí)間。本發(fā)明還能使技術(shù)人員從具有類似性能的板開始產(chǎn)生具有均勻織構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的罐。這意味著本發(fā)明能使技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)較低的開發(fā)成本、較短的開發(fā)周期、具有更均勻晶粒尺寸的罐、具有更均勻結(jié)晶學(xué)織構(gòu)的罐。而且，可以開發(fā)具有所需晶粒尺寸和所需織構(gòu)的罐。
盡管參考特定優(yōu)選的形式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但其它變化也是可以的。因此，附加權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)限制于其中所含形式的說明。
權(quán)利要求
1.一種制造罐的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行，其中利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸，因而步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中第一溫度為至少約1200℃。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述難熔金屬成分選自(a)鈮、(b)鉭、(c)鈮合金、(f)鉭合金和它們的組合。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述錠為純度為至少99.99％的鉭錠。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述錠為純度為至少99.999％的鉭錠。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述錠為純度為至少99.9999％的鉭錠。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述鐓鍛步驟(h)利用壓力機(jī)在平模之間進(jìn)行。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述鐓鍛步驟(h)在第一階段和第二階段中進(jìn)行，其中用平模進(jìn)行第一階段，使用薄板坯模利用多個(gè)沖頭進(jìn)行第二階段，其中工件在沖頭之間被車削合適的角度。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一退火步驟溫度超過約1300℃。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述罐具有均勻晶粒尺寸，其中任何顯微鏡視域的平均晶粒尺寸在總體平均晶粒尺寸的0.5ASTM點(diǎn)內(nèi)。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述罐具有均勻晶粒尺寸，其中任何顯微鏡視域的平均晶粒尺寸在總體平均晶粒尺寸的1ASTM點(diǎn)內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的方法，其中平均晶粒尺寸在ASTM Standard E112定義的約ASTM 4到約ASTM 6的范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述錠為圓柱狀，并具有150mm-400mm的直徑。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一工件具有等于錠直徑的直徑，長(zhǎng)度對(duì)直徑比為約1.5∶1至約3∶1。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二工件的長(zhǎng)度為其初始長(zhǎng)度的約50％至其初始長(zhǎng)度的約70％。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述第三工件的直徑為第一工件直徑的約60％至第一工件直徑的約120％。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述第四工件的長(zhǎng)度為第二工件長(zhǎng)度的約80％至第二工件長(zhǎng)度的約120％。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述第五工件的直徑為第一工件直徑的約60％至第一工件直徑的約120％。
19.權(quán)利要求1的方法，其中所述第六工件的長(zhǎng)度對(duì)直徑比為約1∶2至約1∶5。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述板具有約500mm-約1m的直徑，約6mm-約15mm的厚度。
21.權(quán)利要求1的方法，其中所述罐具有約150mm-約500mm的高度和約100mm-約500mm的直徑。
22.權(quán)利要求1的方法，其中在第一退火步驟前第一工件經(jīng)受約0.25-0.5的真實(shí)應(yīng)變，第一退火步驟在至少約1300℃的溫度下進(jìn)行。
23.權(quán)利要求1的方法，其中在第五次經(jīng)過第二退火步驟前第二工件在步驟(d)、(e)和(f)中經(jīng)受大于約1和小于約2的應(yīng)變。
24.權(quán)利要求1的方法，其中在經(jīng)過第三退火步驟前，第六工件經(jīng)歷大于約1和小于約2的真實(shí)應(yīng)變。
25.權(quán)利要求1的方法，其中在經(jīng)過第四退火步驟前，板或罐經(jīng)歷大于約1的應(yīng)變。
26.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法還包括利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定造成不適合加工成罐的至少一個(gè)工件或板的缺陷類型和大小的步驟；其中步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板不會(huì)有用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法測(cè)定為有害的至少一個(gè)缺陷。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法制造的罐。
28.一種濺射靶，包括(a)具有難熔金屬成分的罐；和(b)附著到罐上的環(huán)，其中罐通過包括以下的方法來制造(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行，其中利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸，因而步驟(b)-(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。
29.權(quán)利要求28的濺射靶，其中所述環(huán)被焊接到罐上。
30.權(quán)利要求28的濺射靶，其中所述環(huán)由難熔金屬成分或能被焊接到罐材料上的金屬制成，以至于得到無裂紋的接縫。
31.權(quán)利要求28的濺射靶，其中所述環(huán)由選自(a)鈮、(b)鉭、(c)鈮合金、(f)鉭合金和它們的組合中的難熔金屬成分制成。
32.一種方法，包括利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定不適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的缺陷。
33.一種方法，包括利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸。
34.一種制造板的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法制造的板。
36.權(quán)利要求34的方法，其中所述方法的開發(fā)還包括預(yù)先確定用于深拉的模內(nèi)表面尺寸的步驟，使得工件被卡在沖頭和模之間，它的尺寸因此被精確控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造罐的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的方法，包括(a)將包括難熔金屬成分的錠切削成第一工件；(b)對(duì)第一工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第二工件；(c)在真空或惰性氣體中使第二工件經(jīng)過第一退火步驟到足夠高至使第二工件至少部分再結(jié)晶的第一溫度，由此形成退火的第二工件；(d)通過減小第二工件的直徑向后鍛造退火的第二工件，由此形成第三工件；(e)對(duì)第三工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第四工件；(f)通過減小第四工件的直徑向后鍛造第四工件，由此形成第五工件；(g)使第五工件經(jīng)過第二退火步驟到足夠高至使第五工件至少部分再結(jié)晶的溫度；(h)對(duì)第五工件進(jìn)行鐓鍛，由此形成第六工件；(i)對(duì)第六工件進(jìn)行第三退火步驟，由此形成退火的第六工件；(j)通過使退火的第六工件經(jīng)過多個(gè)軋制道次將退火的第六工件軋制成板；其中退火的第六工件在至少一個(gè)道次后發(fā)生厚度減小，并在至少一個(gè)道次之間車削退火的第六工件，由此形成板；和(k)將板深拉成罐，由此形成罐；其中第四退火步驟在(1)步驟(j)后步驟(k)前或(2)步驟(k)后進(jìn)行。利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法預(yù)先確定適合于加工成罐的至少一個(gè)工件或板的尺寸，因而步驟(b)－(j)中的至少一個(gè)工件或步驟(k)中的板具有基本類似于利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的有限元模型評(píng)價(jià)方法所確定尺寸的尺寸。
文檔編號(hào)C22F1/18GK1957103SQ200580016797
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者P·R·杰普森 申請(qǐng)人:H.C.施塔克公司