Производство штамповок дисков из жаропрочных никелевых и титановых сплавов. Неполная горячая объемная штамповка Маркировка и упаковка

(28) Приоритет Госудерствввиый комитет СССРпо делам нзооретекнй н открмтнй(72) Авторы изобретения Производственное объединение "Ленннградскттй металлическийзавод(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВИзобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий иэ жаропрочных сталей и сплавов, например, турбинных лопаток и дисков.Известен способ изготовления изделий иэ жаропрочных сталей и сплавов, включающий нагрев заготовки до температуры горячей деформации, предварительную штамповку, нагрев и окончательную штамповку (в частности,на молоте) со степенью деформации 3 - 10%)11) .Недостатком известного способа (при штамповке на молоте) является невысокое качество изделий ввиду трудности обеспечения эа 15 данного размера аустенитного зерна металла изделия.Целью изобретения является устранение укаэанного недостатка при молотовой штамповке, а именно, повышение качества иэделий за счет обеспечения заданного размера аустенит.ного зерна.Цель достигается тем, что интервалы между ударами молота при окончательной штамповке составляют 0,5 - 10 сек., общая длительностьокончательной штамповки составляет 8 - 35 сек.,а суммарная степень деформации заготовкипри окончательной штамповке превышает диа.назон критических степеней деформации на2 - 15%,Получение заданного размера аустенитногозерна в изделиях, штампованных на молотах,связано с необходимостью обеспечения такихтемпературно-временных параметров 1 дтамповки (различных для различных марок сталейи сплавов), которые бы обеспечили возможность получения суммарной деформации за несколько ударов молота как суммы деформаций за отдельные удары, т.е. чтобы в промежуткахмежду ударами молота, при выбранных температурах деформации, не успевали бы протекать процессы рекристаллиэации обработки,снимающие упрочнение от предшествующейдеформации.Нижний и верхний пределы временного ин.тервала между ударами определяются величиной йревышения температуры деформируемойзаготовки в интервал времени между удара.3ми относительно порога рекристаллизации обработки для выбранной марки сплава (стали)и диапазона степеней деформации металлав различных участках заготовки за один удармолота. При этом минимальное значение временного интервала (0,5 сек) относится к случаю, когда температура конца предшествующейдеформации (на металле заготовки) превышает порог рекристаллизации обработки на максимальную величину (180 - 200)С. Для дости.жения этого величина относительной деформации заготовки за предцествунщий удар, должна быть предельно большой (4 - 5)%.Максимальное значение временного интервала(10 сек) относится к случаю, когда величинаотносительной деформации заготовки за предшествующий удар была минимальной (1%),и превышение. температуры, предшествующейдеформации относительно порога рекристаллизации обработки было минимальным (20 - 30)СОграничение общей длительности циклаокончательной штамповки (8 - 35 сек,) связанос тремя основными причинами:1) ограничением снижения температурыштамповки, поскольку это связано с существенным возрастанием сопротивления заготовкидеформированию;2) расширением диапазона критических степеней деформации при снижении температурыконца деформации и, в связи с этим, увеличением вероятности попадания отдельныхучастков заготовки в зоны критических степеней деформации при тех же суммарных величинах деформации;3) увеличением вероятности получения недопустимо крупного зерна в зонах заготовкис заторможенным течением металла, (где отно.сительная деформация существенно ниже средней (расчетной) в выбранном сечении заготов.ки), так как в этих зонах подготовительныеэтапы процесса рекристаллиз "ции обработкимогут полностью не прерываться частнымиобжатиями при каждом ударе молота,и при определенной длительности цикла штамповки,процесс рекристаллизации дбработки в этихзонах может начаться до окончания штамповкит,е. в этом случае в указанных зонах суммарные деформации не будут равны сумме частных деформаций за все удары молота, а значит,суммарная деформация в этих зонах можетне оказаться закритической, что приведет кпоявлению недопустимо крупного зерна вэтих зонах,733828 4 10 15 20 25 ЗО З 5 40451Я55 Численные пределы общей длительности цикла штамповки получены опытным путем на жаропрочных сплавах типа Н 65 ВМТИ (ЭИ - 893) для различных температур и степеней деформации. Таким образом, новый положительный эффект, создаваемый за счет введения указанныхвременных интервалов, связан с обеспечениемполучения заданного размера аустенитного зерна при штамповке заготовок из жаропрочныхсталей и сплавов на молотах за несколькоударов,Ввиду того, что при штамповке изделий намолотах в оптимальном интервале температуриз всех жаропрочных сплавов и сталей рекристаллизация металла штампуемых заготовок неуспевает протекать во время деформации, металл заготовок упрочняется в процессе деформации, и поэтому сопротивление заготовокдеформированию существенно возрастает с увеличением относительной деформации. В связис этим, для обеспечения возможности штамповки заготовок максимальных габаритов сзаданным размером аустенитного зерна, общаядеформация при изготовлении заготовок распределяется между предварительной и окончательной штамповками таким образом, чтобы приокончательной штамповке величина относительной деформации по всему объему заготовки (с учетом неравномерного ее распределения)находилась на уровне минимальных величинзакритических степеней деформации (5 - 20)%для различных марок жаропрочных сплавови сталей, т.е. на (2 - 15)% превышающих диапазон критических степеней деформации).При окончательной штамповке относительные деформации, получаемые в заготовке эаотдельные удары молота суммируются и составляют за весь цикл штамповки закритическуювеличину (5 - 20)%,За интервал времени между ударами молота могут протекать процессы отдыха, полигонизации и начальные стадии процесса рекристаллизации обработки. Однако площади, занятые вновь образованными рекристаллиэованными зернами за интервалы между ударами не должны превышать площадей, соответствующих максимально допустимому размеру зерна. При этом для различных марок жаропрочных сплавов и сталей и различных фактических температур деформации интервалы времени между ударами не должны превышать (0,5 - 10) сек, а общая длительность окончательной штамповки не должна превышать (8 - ЗУу сек, После окончательной штамповки, ввиду недопустимо большого интервала времени между штамповкой и правкой, во избежание появления крупного зерна при последующей термообработке, производят совмещенную обрезку облоя и правку,на обрезном прессе, при которой практическиисключаются дополнительные малые (критичес.кие) деформации (вытеснение металла в облой) по телу заготовки. Лля жестких загото33828 6размером аустенитного зерна, в результатечего возрастает приблизительно в 2 раза эксплуатационная стойкость изделий, например,лопаток,25 Составитель О. КорабельниковТехред А, Щепанская Корректор Г. Решетник Редактор Т. КузнецоваЗаказ 1957/15 Тираж 986 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035,Чосква,Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 5 7 вок, не подвергающихся недопустимо большим короблениям при обычной (несовмещенной) обрезке облоя на обрезных прессах, производят после окончательной штамповки обычную обрезку облоя на обрезном прессе без после. дующей правки.П р и м е р. Проводилась опытная штамповка заготовок турбинных лопаток иэ сплава ЭИ - 893/ХБ 65 В 9 М 4 ЮТ длиной 730 мм и весом 30 кг.Заготовки нагревались до температуры 1150 С, предварительно штамповались на штамповочном молоте с массой падающих: частей 25 т. за несколько ударов молота в интервале температур (1000 - 1140) С, с недоштамповкой, обеспечивающей при окончательной штамповке относительную деформацию по телу заготовки в пределах (8 - 20)%, обрезали на заготовках облой на обрезном прессе.Затем заготовки нагревали до температуры150 С, окончательно штамповали на том же молоте за 5 - 6 ударов с интервалами между ударами (- 5) сек и общей длительностью цикла штамповки (15 - 20) сек. Размер аустенитного зерна, полученный в штампованных изделиях, находился в основном в пределах.0,8 мм, отдельные зерна до 1 мм, при допускаемом размере зерна1 мм.Использование предлагаемого способа изготовления штампованных изделий из жаропрочных сталей и сплавов обеспечивает по сравнению с известным способом возможность штамповки крупногабаритных изделий с заданным Формула изобретения Способ изготовления штампованных изделийиз жаропрочных сталей и сплавов, включающий О нагрев заготовки до температуры горячей деформации, предварительную штамповку, нагреви окончательную горячую штамповку за несколько ударов молота, о т л и ч а.ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества 15 изделий за счет обеспечения заданного размерааустенитного зерна, интервалы между ударамимолота при окончательной штамповке составтяют (0,5 - 10) сек., общая длительность окончательной штамповки составляет (8 - 35) сек,а суммарная степень. деформации заготовкипри окончательной штамповке превышает диапазон критических степеней деформации на (2 -15)%. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Маевский И. Л. Обработка давлением ЗО,жаропрочных сплавов, М., 1964, с. 30 - 32, 46,115 - 117.2, Журнал "Кузнечно-штамповочное производство", 1977, У 5, с. 22 - 23 (прототип),

Заявка

2512647, 01.08.1977

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ТУРБОСТРОЕНИЯ "ЛЕНИНГРАДСКИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЗАВОД"

НЕМАЙЗЕР ЮРИЙ АЙЗИКОВИЧ, ШОБОЛОВ ПЕТР АЛЕКСАНДРОВИЧ, МКРТЫЧЯН ЗОРАБ АНТОНОВИЧ, ЧИВИКСИН ЯКОВ ЕФИМОВИЧ, ПАВЛОВ АНАТОЛИЙ ФЕДОРОВИЧ, САВИНОВ АВЕНИР МИХАЙЛОВИЧ, ЛЕВИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ, БУРМИСТРОВ ИВАН ДМИТРИЕВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Способ изготовления штампованных изделий из жаропрочных сталей и сплавов

Похожие патенты

Изобретения является повышение качества и производительности штамповки.Для этого формовку осуществляют двусторонним обжимом заготовки с последующимрасплющиванием в месте набора металла, аокончательную штамповку производят путемпоперечного обжима с осевым подпором.На фиг, 1 показана заготовка с выпучиной,полученная осевым обжимом; на фиг. 2заготовка после расплющивания выпучины; нафиг. 3 - штампованный тройник.Способ осуществляется следующим образом.Заготовку 1, полученную осевым обжимом в штампе, расплющивают на оправке илп свободно в месте выпучины 2 до высоты, равнойминимальному диаметру обжатых торцовыхучастков 3 с образованием овала 4 в плоско 5 сти приложения усилий. Полученную такимобразом заготовку укладывают в штамп...

В широтном направлении до полного их соприкосновения, Так как 7 Р =вЭ то коэффициент вытяжки определяетсяРтиз выражения К= - ,. т,е, испольэоВ Рдванне заготовки с фигурными вырезами приводит к снижению коэффициента вытяжки, что благоприятно сказывает- . ся на качестве штампованных изделий.Под действием широтных сжимающих напряжений, возникающих в заготовке при штамповке, большая ось овальных отверстий уменьшается, Учитывая, что оси вала выбраны, исходя из величины коэффициента вытяжки, то овал к конечному моменту штамповки превратится в круг, чем гарантируется захвати транспортировка штампованнога днища, Овальные отверстия, выпол-, ненные на периферийной части заготовки соответствующей технологическому припуску, не приводят к...

Производство штамповок дисков из жаропрочных никелевых и титановых сплавов. Для решения важнейшей задачи обеспечения производства малоразмерных газотурбинных двигателей экономичными, высококачественными заготовками дисков из высокожаропрочных никелевых и высокопрочных титановых сплавов с эффективными технико-экономическими показателями разработан комплекс принципиально новых технологий, реализованных на вновь созданном специализированном уникальном оборудовании для выплавки и обработки давлением, не имеющих аналогов в отечественной и зарубежной промышленности.

Разработанный технологический процесс предполагает использование в качестве исходной заготовки для изотермической штамповки в режиме сверхпластичности как серийного пресс-прутка, так и впервые в мировой практике непосредственно мерного слитка, полученного методом высокоградиентной направленной кристаллизации (ВГНК).

Для реализации данного процесса в институте разработана специальная технология производства жаропрочных сплавов, включающая глубокое обезуглероживание и рафинирование расплава, применение шихтовых материалов повышенной чистоты по примесям, комплексное рафинирование редкоземельными металлами, использование всех видов отходов металлургического и литейного производств жаропрочных сплавов.

Разработанная технология обеспечивает ультравысокую чистоту жаропрочного сплава по примесям, достижение узких интервалов легирования, экономию дорогих и дефицитных материалов.

Создана не имеющая аналогов в мировой практике высокоградиентная технология направленной кристаллизации, для реализации которой впервые в отечественной и зарубежной практике спроектированы и изготовлены на производственной базе ВИАМ специализированные вакуумные плавильно-заливочные комплексы с компьютерными системами управления для высокоградиентной направленной кристаллизации заготовок из гетерофазных сплавов под деформацию УВНК-14, УВНК-10. В ВИАМ создана единая система компьютерного управления технологическими процессами литья заготовок.

Во ФГУП «ВИАМ» разработаны принципиально новые способы термомеханической обработки труднодеформируемых гетерофазных сплавов, обеспечивающие формирование регламентированных структур с повышенной технологической пластичностью и проявлением сверхпластичности при оптимальных температурно-скоростных параметрах деформации.

В результате разработана уникальная технология обработки давлением, обеспечивающая изготовление заготовок дисков сложной геометрии с гарантированным уровнем свойств из сложнодеформируемых никелевых сплавов – изотермическая штамповка на воздухе.

В качестве основного механизма для достижения пластичности металла и однородности его структуры используется процесс контролируемой динамической рекристаллизации.

Отличительной особенностью новой комплексной энерго-и ресурсосберегающей технологии, по сравнению с зарубежными, является то, что высокотемпературная изотермическая штамповка производится на воздухе, а не в конструкционносложных вакуумных установках с молибденовыми штампами.

В отличие от применяемой за рубежом штамповки в вакуумной атмосфере, впервые в отечественной практике разработаны и применены высокоресурсный жаропрочный сплав для штампов и специальные защитные антиокислительные покрытия, являющиеся одновременно высокотемпературной смазкой при деформации.

Разработаны специальные защитные технологические высокотемпературные эмалевые покрытия для защиты деталей из жаропрочных Ni и Ti сплавов. Разработанные в ВИАМ защитные технологические покрытия позволяют производить безокислительный технологический нагрев сталей в обычных печах вместо печей с контроллируемой атмосферой. Применение защитных покрытий в технологических процессах позволяет получать точные штамповки, экономить металл до 30%, электроэнергию – до 50%. Покрытия повышают стойкость штамповой оснастки в 2–3 раза.

Для практической реализации разработанных технологий в ВИАМ создано опытно-промышленное производство по изготовлению штамповок дисков газотурбинных двигателей (ГТД) и энергетических установок. Проведена модернизация технологического оборудования, позволяющая осуществлять в автоматическом режиме процессы нагрева и формоизменения заготовки по разработанной компьютерной программе с точным исполнением оптимальных термомеханических параметров деформации. Изготовление штамповок осуществляется на изотермических прессах усилием 630 и 1600 тс с индукционным нагревом штампов.

Для изотермической штамповки при температурах до 1200°С на воздухе разработана композиция высокоресурсного жаропрочного штампового сплава, а также защитно-технологические покрытия, являющиеся одновременно эффективными технологическими смазками при штамповке. Разработанные технологии и комплекс созданного оборудования для их осуществления не имеют аналогов в отечественной и зарубежной промышленности, а технология высокотемпературной изотермической штамповки на воздухе превосходит мировой уровень.

Технология обеспечивает:

• получение экономичных высокоточных штамповок из высокожаропрочных труднодеформируемых сплавов за счет реализации эффекта сверхпластической деформации при оптимальных термомеханических параметрах;
• увеличение коэффициента использования материала КИМ в 2–3 раза за счет уменьшения технологических припусков в процессе штамповки и механической обработки;
• снижение трудоемкости и энергоемкости производства в 3–5 раз за счет сокращения операций при штамповке и механической обработке деталей;
• повышение производительности процесса в 4–5 раз;
• повышение однородности макро- и микроструктуры и снижение дисперсии механических свойств в 1,5–2 раза;
• снижение стоимости штамповок на 30–50%.

Валы и диски газотурбинных двигателей, работающие при повышенных температурах и нагрузках, передающие большие крутящие моменты изготовляют из высококачественных и дорогостоящих никелевых сплавов. Поставка валов и дисков ответственного назначения осуществляется в термически и механически обработанном состоянии с обеспечением полного металлургичес­кого контроля качества, включающего контроль свойств, ультразвуковой контроль, контроль поверхности люминесцентным (капиллярным) методом, а также контроль макро- и микроструктуры штамповок.

Многолетний опыт в области производства штамповок из жаропрочных сплавов позволяет успешно решать задачи изготовления сложных штамповок валов и дисков с учетом требований заказчика. Разработанные технологии, в первую очередь, ориентированы на минимизацию расхода металла и получение максимально высокого комплекса свойств за счет создания регламентированной структуры в процессе деформации и термической обработки.

Существуют три основных вида штамповки жаропрочных сплавов по температуре оснастки :

традиционная горячая штамповка в относительно холодных штампах;

штамповка в обогреваемых штампах, при которой Т штампа на 200400С ниже температуры заготовки;

изотермическая штамповка, при которой температуры штампа и заготовки равны.

Температурный интервал, в пределах которого жаропрочный сплав, может быть, подвергнут горячей обработке давлением, относительно невелик и зависит от состава сплава. Для жаропрочных сплавов на основе никеля температурный интервал деформируемости в горячем состоянии сужается при переходе от сплавов с малым объемным содержанием -фазы к сплавам с повышенным ее содержанием. Для большей части операций деформации этот интервал определяется температурой начала плавления, с одной стороны и температурой -сольвуса, с другой. С увеличением объемной доли -фазы температура начала плавления сплава понижается, а температура -сольвуса повышается. Одновременно повышается температура рекристаллизации и снижается пластичность. Ширина интервала технологической пластичности может составлять, т. о. всего 10С. Дополнительные трудности возникают в следствии адиабатического разогрева заготовки, особенно существенного при повышенных скоростях деформации, а также в следствии захолаживания материала стенками штампа. При выборе оптимальных условий горячей деформации жаропрочных сплавов необходимо учитывать всю совокупность технологических факторов, включающую:

характеристики пластического течения заготовки, зависящие от микроструктуры, температуры, степени деформации и скорости деформации;

свойства материала матрицы, определяемые составом, температурой и величиной контактных напряжений;

свойства смазки в зазоре между заготовкой и стенками штампа, выражаемые коэффициентом трения и коэффициентом теплопередачи;

характеристиками штампового оборудования;

микроструктуру штампованной детали и связанные с нею механические свойства.

Большинство поковок дисков выполняют на молотах и гидравлических прессах в стальных штампах, подогреваемых до температуры 200450°С, т.е. до лимитированной температуры отпуска материала штампа. При штамповке на молотах наблюдается существенная неравномерность температуры, степени и скорости деформации по объему заготовки. Неравномерность деформации проявляется в виде застойных зон и зон сосредоточенной деформации. При температуре заготовки в начале штамповки 1150°С ее поверхностные слои захолаживаются до 600-1000°С, а повышенная скорость деформирования (6-8 м/с) приводит к росту сопротивления деформации, затруднению заполнения полости ручья штампа и повышению его износа. Локализация деформации и теплового эффекта деформации приводят к структурной неоднородности поковок, которая не устраняется последующей термической обработкой. Однако высокая мощность молотового оборудования в сочетании с очень тонким контролем процесса штамповки позволяют решить сложную задачу получения заданной микроструктуры путем реализации широкого диапазона энергий удара (от легкого касания до полного удара), выполняемых с достаточно высокими воспроизводимостью и точностью.

Для штамповки вращающихся деталей реактивных двигателей рекомендуется штамповка в закрытых штампах с целью повышения деформационной проработки периферийных частей поковок, а для уменьшения захолаживания поверхностных слоев заготовок – использование в качестве материала штампов жаропрочных сталей, допускающих подогрев штампа до 500700°С. Кроме того известно, что штамповка на молотах значительно дешевле штамповки на гидравлических прессах.

Более благоприятные скоростные условия деформации реализуются при штамповке на гидравлических прессах. При штамповке на прессах появляется возможность снижать температуру нагрева на 50100°С при сохранении тех же удельных усилий, что и при молотовой штамповке. При переходе от динамического приложения нагрузки на молотах к статическому на прессах при той же пластичности сплавов снижается их сопротивление деформации. Однако быстрое остывание заготовок вследствие длительного контакта с относительно холодным штампом снижает эффект, достигаемый за счет снижения деформирующих усилий при штамповке с малыми скоростями.

Выходом из положения является применение изотермической штамповки и штамповки в обогреваемых штампах. Основной принцип изотермической штамповки заключается в обеспечении равенства температуры заготовки и температуры штампа. В этом случае поковка не охлаждается и деформирование может происходить с пониженной скоростью при небольшом сопротивлении деформации. Применение первого или второго варианта штамповки определяется как техническими, так и экономическими обстоятельствами.

При штамповке никелевых сплавов в обогреваемых штампах успех во многом определяется правильным выбором высокотемпературной смазки. Штамповка сплавов на основе никеля осуществляется с использованием смазок на основе стекла, поскольку эти смазки обеспечивают гидроди­намический режим трения с коэффициентом трения  < 0,05. Различные фирмы ограничивают температуру инструмента при штамповке в обогреваемых штампах 750850°С. Перепад температур в пределах 200400°С между заготовкой и штампом приводит к незначительному остыванию заготовки, которое компенсируют повышением скорости деформирования с целью сокращения времени контакта штампа с заготовкой. Этот прием является компромиссом между изотермической и обычной штамповкой и широкого практического применения при штамповке никелевых сплавов не нашел.

Перечисленные недостатки традиционных способов штамповки и штамповки в обогреваемых штампах поковок из никелевых сплавов, постоянно растущие мощности штамповочного оборудования и повышенные требования к точности и свойствам штампованных поковок заставили производителей обратить основное внимание на внедрение изотермической штамповки. Предотвращение потерь тепла и, как следствие, поверхностного захолаживания заготовки, обусловливают следующие преимущества изотермической штамповки: меньшие деформирующие усилия, лучшее заполнение полости штампа и возможность штамповки поковок сложной формы с тонкими ребрами и полотнами, возможность штамповки сплавов с узким температурным интервалом и при более низких температурах, повышение пластичности заготовок, большая равномерность деформации и высокая точность поковок.

Изотермическая штамповка требует дополнительных затрат, связанных с применением уникальных и дорогостоящих жаропрочных штамповых материалов, мощных электрических или газовых устройств для обогрева штампов, специальных гидравлических прессов с пониженной скоростью перемещения плунжера. При изотермической штамповке никелевых сплавов применяют штампы из молибденовых сплавов. Наиболее широкое распространение получил молибденовый сплав TZM (0,5 Ti; 0,1 Zr; 0,01-0,04 С) с карбидным упрочнением. Сплав плотностью 10,2 г/см 3 обладает высокими прочностью и сопротивлением ползучестью до 1200°С. Заготовки массой до 4,5 т получают порошковой металлургией путем изостатического прессования, спекания и последующей ковки. Основные недостатки молибденовых штампов – высокая стоимость и интенсивное окисление при температурах выше 600°С. Поэтому процесс штамповки проводят в вакууме или в защитной атмосфере, для осуществления которого разработаны специальные установки на станине пресса для подачи заготовки в рабочую зону через шлюз с помощью механической системы транспортировки и сложной системы контроля температуры.

Более простым и технологичным приемом изотермирования очага деформации является теплоизоляция нагретой заготовки от соприкосновения с холодным инструментом. В качестве теплоизолирующих слоев могут применяться расплавы солей, стекло, керамика, асбест и сталь. Они несколько затрудняют контроль размеров, но зато существенно снижают растрескивание, обусловленное захолаживанием заготовки инстру­ментом. Затраты на защитные покрытия окупаются вследствие меньших припусков на механическую обработку. В промышленности для этих целей широко используют стеклянные, эмалевые и стеклоэмалевые покрытия, которые наряду с теплоизоляционными свойствами, выполняют роль смазки. Стеклосмазки обеспечивают незначительное падение температуры в процессе переноса заготовки из нагревательных устройств, однако не дают возможности поддерживать изотермические условия в течение всего процесса деформации заготовки. В последние годы появились публикации об исследованиях изотермической и соответственно сверхпластической штамповки в холодном инструменте за счет использования гибких органических тканей-прокладок между инструментом и нагретой заготовкой. Ряд американских фирм при штамповке титановых и никелевых сплавов использует гибкую керамическую ткань Nextell, применяемую для изоляции в космических системах «Шатл». Прокладка выдерживает температуру нагрева до 1400С. В отечественной промышленности в качестве теплоизолирующих прокладок опробуется муллитокремнеземный войлок.

Технология изотермической штамповки позволяет также осуществлять штамповку в условиях сверхпластичности, что является идеальным для точной штамповки поковок сложной формы с тонкими ребрами. Реализация условий сверхпластической деформации снижает рас­ход металла более чем в 2 раза, при этом уменьшаются затраты на обработку резанием, появляется возможность штамповки поковок сложной формы за один ход пресса. Например, при штамповке турбинного диска из сплава Astroloy способом «геторайзинг» масса исходной заготовки – 72,6 кг, а масса диска после обработки резанием – 68 кг. Ранее такие диски получали обычной штамповкой из заготовки массой 181 кг. Как свиде­тельствуют расчеты, сверхпластическое деформирование является серьезной альтернативой при использовании обычных прессов усилием от 50 МН. Выгоды от снижения усилия прессования превосходят затраты на обогрев штампов и защитную атмосферу.

По сравнению с традиционными методами метод изотермической штамповки позволяет изготавливать изделия сложной формы с высокой точностью, с заданной структурой и физико-механическими свойствами. Максимальный диаметр штампуемых заготовок - 1000 мм. Благодаря минимальным припускам значительно сокращаются расходы на последующую механическую обработку изделий.

Технология обеспечивает:

повышение ресурса и эксплуатационных характеристик деталей на 20-25%

уменьшение в 1,5-3 раза расхода металла

снижение в 10 раз мощности используемого кузнечно-прессового оборудования

значительное сокращение себестоимости изделий

В частности, заготовка корпуса тормоза для самолета ТУ-204 получена методом изотермической штамповки при температуре 950 O С из титанового сплава ВТ9 (вес 48 кг, коэффициент использования металла - 0,53). Технология позволяет исключить болтовые и сварные соединения в конструкции корпуса, снизить на 19% массу детали, повысить в 2 раза срок эксплуатации, сократить расход титанового сплава, уменьшить на 42% объем механической обработки.

Заготовка диска привода подпорных ступеней авиационного двигателя получена газовой формовкой (аргон) в изотермических условиях при температуре 9600С из титанового сплава ВТ9 (вес - 18 кг, коэффициент использования металла - 0,58). Технология позволяет исключить сварные соединения в детали, повысить на 15% ресурс эксплуатации, сократить расход титанового сплава, снизить на 52% объем механической обработки.

Материалы используемые для штамповки: - алюминиевые, магниевые, медные, латунные сплавы; - электротехнические и автоматные стали.

Габариты штампуемых заготовок: - диаметр 10...250 мм; - высота 20...300 мм; - масса 0,05...5,0 кг.

Используемое оборудование: - пилы для разделки исходного материала; - прессы (гидропрессы усилием от 160тс до 630тс); - электропечи для разогрева исходных и для закалки штампованных заготовок; - универсальное металлорежущее оборудование.

Изотермическая штамповка заготовок сложного профиля

Магниевые заготовки

Рис.3.2. Титановый сплав

Рис.3.3.Титановый сплав

Потребность повышения рабочих температур никелевых сплавов и соответствующий рост степени их легирования, а также ограничения, связанные с ликвацией при литье слитков, гетерогенизация структуры и, как следствие, снижение технологической пластичности и стабильности эксплуатационных свойств открыли перспективу развития технологии порошковой металлургии . Уже к середине семидесятых годов стало возможным создание газовой турбины, практически полностью изготовленной методами порошковой металлургии . Известны следующие схемы обработки порошков-гранул с использованием пластической деформации :

спекание + изотермическая штамповка;

ГИП + обычная штамповка;

ГИП + экструзия + изотермическая штамповка.

Области применения определяют и границы использования порошковой технологии для изготовления деталей из суперсплавов для газовых турбин. Порошковые суперсплавы применяют в тех случаях, когда «обычные детали», изготовленные методами литья и штамповки, не отвечают предъявляемым рабочими условиями требованиям. Разрушение обычных материалов, как правило, происходит в результате образования сегрегации, что вызывает ухудшение механических свойств или их нестабильность и снижение термомеханических свойств. В таких случаях порошковая технология, вполне может заменить другие (более предпочтительные) методы изготовления деталей, не способные обеспечить требуемое качество изделий.

После того как в процессе летных испытаний дисков полученных ГИП в двигателе F 404 в 1980 с перерывом в два месяца два истребителя F 18 ВМС США потерпели аварию, зарубежные фирмы отдают предпочтение технологическим схемам, включающим пластическую деформацию.

Разработанный фирмой Pratt and Whitney в конце 60-х годов процесс «геторайзинг» позволил традиционно необрабатываемые литые никелевые сплавы, такие как сплав IN100, подвергать штамповке подобно деформируемым сплавам. Сущность процесса заключается в том, что материал заготовки методом прессования переводят в сверхпластичное состояние, а затем изотермической штамповкой в определенных температурно-скоростных условиях штампуют полуфабрикаты, близкие к конечной форме изделия. Процесс запатентован фирмой разработчиком и пригоден только для сплавов, способных проявлять сверхпластичность. В сочетании с термической обработкой этот процесс обеспечивает более высокую прочность при повышенных температурах и большую долговечность при жаропрочных испытаниях, чем у литейных и обычных деформируемых сплавов, и наиболее эффективен доя изготовления сплошных изделий типа дисков.

С помощью процесса «геторайзинг» получены из сплава IN100 на прессе усилием 18МН такие изделия, которые традиционным способом невозможно изготовить даже на прессе усилием 180МН (180000 т).

В настоящее время конфигурация штамповок для дисков авиационных двигателей определяется возможностями ультразвуковой дефектоскопии, хотя применяемые методы деформации с малыми скоростями позволяют получать более точные и легкие заготовки.

8. Особенности штамповки деталей из магниевых сплавов, нержавеющих и жаропрочных сталей.

Схема штампа с утопающими опорами.

Вырубку деталей из магниевых сплавов (толщина заготовки до 2 мм) в отожженном состоянии и пробивку отверстий осуществляют без подогрева. Вырубка заготовок большей толщины, а также гибка, отбортовка и вытяжка осуществляются при нагреве заготовки до температуры 360° С.

Для вырубки деталей и пробивки в них отверстий рекомендуется применять штампы совмещенного действия со скошенными режущими кромками на матрице.

Рис. 28. Схема штампа с утопающими опорами : 1 - опора утопающая; 2 - заготовка

23. Значения коэффициента усадки

Для снижения теплоотдачи нагретого материала следует ставить опоры, обеспечивающие воздушную прослойку (рис. 28); штамп не нагревают.

При штамповке с подогревом заготовки исполнительные размеры детали L" (в мм) рассчитывают с учетом усадки

L"=L д (1+β) (85)

где L д — размер по чертежу детали в мм; β— коэффициент, учитывающий линейное расширение при нагреве.

Для сплава МА8-М значения β в зависимости от температуры нагрева принимаются по табл. 23.

Детали из нержавеющих и жаропрочных сталей штампуют без нагрева заготовок. Для восстановления структуры металла детали после штамповки подвергают термической обработке.