СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ СТАРЕЮЩИХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1997 года по МПК B21H1/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок для деталей ГТД, и может найти применение в отраслях промышленности, где изготавливаются различные кольцеобразные изделия из стареющих никелевых сплавов, в особенности с сечениями малой толщины.

Известен способ изготовления кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов, содержащий нагрев исходных заготовок, вырезанных из биллета и прошедших последовательно осадку, прошивку и разгонку по диаметру, до температур гемогенного состояния и последующую раскатку в атермических условиях [1]
Недостаток этого способа заключается в том, что вследствие очень низкого резерва пластичности стареющих никелевых сплавов в атермических условиях деформации, этим способом можно изготовить только заготовки с простейшими компактными сечениями типа "прямоугольник" и "швеллер", причем в сечениях второго типа допустимые соотношения параметров весьма ограничены, в частности отношение толщины бурта (гребня) к высоте его должно быть не менее единицы, а сама высота бурта не должна превышать 50 мм. Минимальная толщина сечения при этом ограничивается величиной порядка 20 мм. Все указанные ограничения не позволяют изготавливать кольцевые заготовки из стареющих никелевых сплавов с тонкостенными сложноступенчатыми сечениями, вследствие чего металлоемкость их в качестве заготовок для деталей ГТД обычно чрезмерно высокая, а коэффициент использования металла (КИМ) при их выточке преимущественно весьма низкий.

Известен способ изготовления кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов, включающий ступенчатый нагрев и тепловую раскатку в двухфазном состоянии со степенью не менее 10% в температурных условиях, близких к изотермическим [2] прототип.

Этот способ лишен недостатков, характерных для предыдущего способа. Но и он имеет свои специфические недостатки.

Основной недостаток этого способа необходимость для него исходных заготовок, характеризующихся достаточно гладкой поверхностью (без "огранки") и по возможности наибольшей стабильностью кривизны ("степенью круглости"). Эти требования обусловлены необходимостью теплой раскатки сразу на больших оборотах (т.е. без устранения огранки на малых оборотах, которая характерна для большинства случаев "стандартной" раскатки). В полной мере этим требованиям отвечают только сварные кольца из горячекатанных профилей, прошедшие калибровку по диаметру. Кованые заготовки, имеющие огранку, затрудняют начальную раскатку на больших оборотах, обусловливая биение и нестабильность процесса деформации.

Однако возможности изготовления сварной кольцевой продукции ограничены: не все стареющие никелевые сплавы удовлетворительно свариваются, имеются существенные ограничения по площади сечения свариваемых колец и по их диаметру. Например, минимальный диаметр "беспроблемного" сварного кольца для последующей раскатки имеет значения порядка 350 400 мм (в зависимости от толщины профиля) при меньших значениях резко затрудняются и гибка, и сварка. В связи с этим, минимальное значение диаметра раскатной кольцевой заготовки (из сварного кольца будет порядка 400 500 мм. Однако обширная номенклатура кольцевой продукции включает в себя большую долю изделий с конечным диаметром, начиная с 250 300 мм (в случае использования для них раскатки, нужны будут заготовки диаметром менее 250 мм, которые в сварном варианте изготовить невозможно), а площади сечения исходных заготовок под раскатку могут в несколько раз превышать максимальное сечение, пригодное для сварки.

Таким образом технологические возможности способа-прототипа существенно ограничены.

Технический результат изобретения расширение технологических возможностей изготовления кольцевой продукции по способу-прототипу за счет расширения диапазона допустимых значений диаметра и площади сечения исходных заготовок, а также за счет использования несвариваемых стареющих сплавов.

Этот результат достигается тем, что в качестве исходных полуфабрикатов для тепловой раскатки заготовки, вырезанные из биллета, и прошедшие последовательно осадку, прошивку и разгонку по диаметру. Причем устранения огранки осуществляют путем нагрева заготовки в гомогенной области с последующей предварительной раскаткой со степенью деформации не менее 15 -20% а ступенчатый нагрев под теплую раскатку производится непосредственно вслед за предварительной раскаткой, без охлаждения.

Предварительная раскатка со степенью деформации не менее 15 20% является подготовительной стадией к окончательной раскатке не только с позицией устранения огранки и стабилизации кривизны цилиндрических поверхностей заготовки, но и с позицией изменения структуры за счет последующей рекристаллизации, обусловливающего повышение деформируемости. Минимальное значение степени деформации (15 20%) при предварительной раскатке завышено по сравнению со способом-прототипом (10%) в связи с тем, что условия деформации при ней атермические, а не изотермические. Предварительная раскатка на степень менее 15 20% не обеспечивает нужной полноты рекристаллизации для обеспечения положительного эффекта на деформируемость. Более высокая степень деформации вполне допустима, по необходимости, однако делать ее большой нецелесообразно, т.к. для получения однородной структуры и высокого комплекса механических свойств в конечных изделиях наиболее предпочтительно большую часть деформации проводить при окончательной раскатке.

Проведение ступенчатого нагрева под тепловую раскатку непосредственно после предварительной раскатки, без охлаждения обеспечивает наиболее благоприятные условия для более полной рекристаллизации деформированного металла в процессе выдержки на первой ступени этого нагрева с формированием мелкозернистой структуры, которая в свою очередь, в комплексе с выделившимися на второй ступени ступенчатого нагрева крупными частицами γ′ -фазы, по сравнению со структурой в кованом состоянии, обусловливает существенное повышение деформируемости при завершающей деформации. В тех случаях, когда для окончательной раскатки вполне достаточно и умеренной деформируемости (когда нет необходимости в очень высокой), заготовки после устранения огранки, при необходимости можно охладить, а ступенчатый нагрев осуществлять, начиная от комнатной температуры заготовок (с посадкой в прогретую на заданную температуру печь).

В случае, когда из исходной заготовки прямоугольного сечения необходимо получить конечное изделие сложноступенчатого сечения, устранение огранки необходимо проводить не в прямоугольном калибре, а в калибре промежуточной формы между исходным и конечным его сечением. При относительно простых конечных сечениях изготавливаемых изделий устранение огранки можно производить либо в калибре прямоугольного сечения, либо сразу в окончательном калибре.

Данный способ опробован при изготовлении кольцевых заготовок из сплава ЭП693ВД. Внутренний диаметр раскатной заготовки (конечного изделия) 239 мм, наружный диаметр 271 мм, высота сечения 57 мм, масса 6,5 кг.

Из биллетов диаметром 120 мм были вырезаны заготовки высотой 80 мм, которые в горячем состоянии осадили до 56 мм, прошили прошивнем диаметром 90 мм и провели разгонку на роговом молоте до размеров: диаметр внутренний 117 мм; толщина сечения 28 мм, высота сечения 57 мм (легко видеть, что в сварном варианте такую заготовку изготовить нельзя). Затем, после нагрева при 1160^oC в течение 40 мин заготовки подвергались предварительной раскатке для устранения огранки на степень 20% (температура начала деформации 860 - 830^oC) до внутреннего диаметра 163 мм и толщины сечения 22 мм. И наконец, заготовки подвергались окончательной теплой раскатке в условиях, близких к изотермическим. Их нагревали по ступенчатому режиму: нагрев до 1150^oC, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до 1000 980^oC, выдержка 1 ч, извлечение из печи, установка в валки стана. Фактическая температура начала деформации - 950 930^oC, температура конца деформации 870 850^oC.

Несколько кольцевых заготовок было изрезано на образцы для механических испытаний и на темплеты для исследования структуры. Испытания и исследования проводились как в состоянии после раскатки, так и после закалки с различных температур в интервале 1100 1200^oC (со старением и без него).

Общая характеристика и закономерность изменения структуры в зависимости от температуры нагрева под закалку аналогичны таковым в способе-прототипе.

Механические свойства кольцевых заготовок характеризуются высокими и стабильными значениями показателей и с запасом отвечают требованиям ТУ. Все показатели механических свойств в кольцевых заготовках соответствуют таким же характеристикам кольцевых заготовок, полученных по способу-прототипу.

Способ опробован также при изготовлении кольцевых заготовок из сплава ЭП708ВД, у которых площадь сечения перед раскаткой имеет такую величину (140х40 мм), которая находится вне пределов возможности изготовления этих заготовок в сварном варианте. Заготовки изготовлены по технологическим параметрам, близким к вышеуказанным (в них, из-за массивности сечения, остывание проходило медленнее, поэтому фактический интервал деформации был несколько уже, чем у вышеуказанных заготовок, т.е. деформация была ближе к изотермической). Закономерности ихменения механических свойств и структуры в них в зависимости от режимов термообработки аналогичны таковым в способе-прототипе.

Использование данного способа позволит существенно расширить технологические возможности изготовления кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов по сравнению со способом-прототипом и обеспечит значительную экономию дефицитных дорогостоящих сплавов (15 50%) по сравнению с "традиционной" технологией раскатки в атермических условиях, которую может заменить данный способ.

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок. Сущность изобретения: в качестве исходных используются заготовки, изготовленные посредством осадки, прошивки и разгонки. Устранение огранки осуществляется путем нагрева заготовки в гомогенной области с последующей предварительной раскаткой со степенью деформации не менее 15 - 20%, а ступенчатый нагрев под тепловую раскатку осуществляют непосредственно за предварительной раскаткой, без охлаждения. Предварительную и окончательную деформацию осуществляют в разных калибрах. Данный способ обеспечивает расширение технологических возможностей и экономию дефицитных дорогостоящих сплавов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов, включающий ступенчатый нагрев и теплую раскатку в двухфазном состоянии со степенью деформации не менее 10% в температурных условиях, близких к изотермическим, с устранением огранки, отличающийся тем, что в качестве исходных полуфабрикатов используют заготовки, вырезанные из биллета и прошедшие последовательно осадку, прошивку и разгонку по диаметру, причем устранение огранки осуществляют путем нагрева заготовки в гомогенной области с последующей предварительной раскаткой со степенью деформации не менее 15 - 20% а ступенчатый нагрев под теплую раскатку осуществляют непосредственно за предварительной раскаткой, без охлаждения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устранение огранки осуществляют в калибре, по форме занимающем промежуточное положение между прямоугольным сечением исходной заготовки и сложноступенчатым сечением конечного изделия.