Виробництво штампувань дисків із жароміцних нікелевих та титанових сплавів. Спосіб виготовлення штампованих виробів із жароміцних сталей та сплавів Статті по штампуванню жароміцних сплавів

Вали та диски газотурбінних двигунів, що працюють при підвищених температурах і навантаженнях, що передають великі крутні моменти, виготовляють з високоякісних і дорогих нікелевих сплавів. Постачання валів та дисків відповідального призначення здійснюється в термічно та механічно обробленому стані із забезпеченням повного металургійного контролю якості, що включає контроль властивостей, ультразвуковий контроль, контроль поверхні люмінесцентним (капілярним) методом, а також контроль макро- та мікроструктури штампувань.

Багаторічний досвід у галузі виробництва штампувань із жароміцних сплавів дозволяє успішно вирішувати завдання виготовлення складних штампувань валів та дисків з урахуванням вимог замовника. Розроблені технології насамперед орієнтовані на мінімізацію витрати металу та отримання максимально високого комплексу властивостей за рахунок створення регламентованої структури в процесі деформації та термічної обробки.

Існують три основні види штампування жароміцних сплавів за температурою оснащення:

традиційне гаряче штампування щодо холодних штампах;

штампування в штампах, що обігріваються, при якій Т штампу на 200400С нижче температури заготовки;

ізотермічна штампування, при якій температури штампу та заготівлі рівні.

Температурний інтервал, в межах якого жароміцний сплав, може бути підданий гарячій обробці тиском, відносно невеликий і залежить від складу сплаву. Для жароміцних сплавів на основі нікелю температурний інтервал деформованості в гарячому стані звужується при переході від сплавів з малим об'ємним вмістом -фази до сплавів з підвищеним вмістом. Для більшої частини операцій деформації цей інтервал визначається температурою початку плавлення, з одного боку та температурою -сольвусу, з іншого. Зі збільшенням об'ємної частки -фази температура початку плавлення сплаву знижується, а температура -сольвусу підвищується. Одночасно підвищується температура рекристалізації та знижується пластичність. Ширина інтервалу технологічної пластичності може становити, тобто. всього 10С. Додаткові проблеми з'являються внаслідок адіабатичного розігріву заготовки, особливо значного при підвищених швидкостях деформації, а також внаслідок захолодження матеріалу стінками штампу. При виборі оптимальних умов гарячої деформації жароміцних сплавів необхідно враховувати всю сукупність технологічних факторів, що включає:

характеристики пластичного перебігу заготівлі, що залежать від мікроструктури, температури, ступеня деформації та швидкості деформації;

властивості матеріалу матриці, що визначаються складом, температурою та величиною контактних напруг;

властивості мастила в зазорі між заготовкою та стінками штампу, що виражаються коефіцієнтом тертя та коефіцієнтом теплопередачі;

характеристиками штампового обладнання;

мікроструктуру штампованої деталі та пов'язані з нею механічні властивості.

Більшість поковок дисків виконують на молотах і гідравлічних пресах в сталевих штампах, що підігріваються до температури 200450°С, тобто. до лімітованої температури відпуску матеріалу штампу При штампуванні на молотах спостерігається суттєва нерівномірність температури, ступеня та швидкості деформації за обсягом заготівлі. Нерівномірність деформації проявляється у вигляді застійних зон та зон зосередженої деформації. При температурі заготовки на початку штампування 1150°С її поверхневі шари захолоджуються до 600-1000°С, а підвищена швидкість деформування (6-8 м/с) призводить до зростання опору деформації, утруднення заповнення порожнини струмка штампу та підвищення його зносу. Локалізація деформації та теплового ефекту деформації призводять до структурної неоднорідності поковок, яка не усувається подальшою термічною обробкою. Однак висока потужність молотового обладнання у поєднанні з дуже тонким контролем процесу штампування дозволяють вирішити складне завдання отримання заданої мікроструктури шляхом реалізації широкого діапазону енергій удару (від легкого дотику до повного удару), що виконуються з досить високими відтворюваністю та точністю.

Для штампування деталей, що обертаються, реактивних двигунів рекомендується штампування в закритих штампах з метою підвищення деформаційного опрацювання периферійних частин поковок, а для зменшення захолоджування поверхневих шарів заготовок - використання в якості матеріалу штампів жароміцних сталей, що допускають підігрів00. Крім того відомо, що штампування на молотах значно дешевше за штампування на гідравлічних пресах.

Більш сприятливі швидкісні умови деформації реалізуються при штампуванні на гідравлічних пресах. При штампуванні на пресах з'являється можливість знижувати температуру нагріву на 50100°С при збереженні тих же питомих зусиль, що і при молотовій штампуванні. При переході від динамічного докладання навантаження на молотах до статичного на пресах за тієї ж пластичності сплавів знижується їх опір деформації. Однак швидке охолодження заготовок внаслідок тривалого контакту з відносно холодним штампом знижує ефект, що досягається за рахунок зниження зусиль, що деформують, при штампуванні з малими швидкостями.

Виходом із положення є застосування ізотермічного штампування і штампування в штампах, що обігріваються. Основний принцип ізотермічного штампування полягає у забезпеченні рівності температури заготівлі та температури штампу. В цьому випадку поковка не охолоджується і деформування може відбуватися зі зниженою швидкістю при невеликому опорі деформації. Застосування першого чи другого варіанта штампування визначається як технічними, і економічними обставинами.

При штампуванні нікелевих сплавів в штампах, що обігріваються, успіх багато в чому визначається правильним вибором високотемпературного мастила. Штампування сплавів на основі нікелю здійснюється з використанням мастил на основі скла, оскільки ці мастила забезпечують гідродинамічний режим тертя з коефіцієнтом тертя < 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.

Перераховані недоліки традиційних способів штампування і штампування в штампах, що обігріваються, поковок з нікелевих сплавів, постійно зростаючі потужності штампувального обладнання і підвищені вимоги до точності і властивостям штампованих поковок змусили виробників звернути основну увагу на впровадження ізотермічного штампування. Запобігання втрат тепла і, як наслідок, поверхневого захолоджування заготовки, обумовлюють наступні переваги ізотермічного штампування: менші деформуючі зусилля, краще заповнення порожнини штампу та можливість штампування поковок складної форми з тонкими ребрами та полотнами, можливість штамів , підвищення пластичності заготовок, більша рівномірність деформації та висока точність поковок.

Ізотермічна штампування вимагає додаткових витрат, пов'язаних із застосуванням унікальних та дорогих жароміцних штампових матеріалів, потужних електричних або газових пристроїв для обігріву штампів, спеціальних гідравлічних пресів зі зниженою швидкістю переміщення плунжера. При ізотермічному штампуванні нікелевих сплавів застосовують штампи з молібденових сплавів. Найбільшого поширення набув молібденовий сплав TZM (0,5 Ti; 0,1 Zr; 0,01-0,04 С) з карбідним зміцненням. Сплав щільністю 10,2 г/см 3 має високу міцність і опір повзучістю до 1200°С. Заготівлі масою до 4,5 т отримують порошковою металургією шляхом ізостатичного пресування, спікання та подальшого кування. Основні недоліки молібденових штампів – висока вартість та інтенсивне окиснення при температурах вище 600°С. Тому процес штампування проводять у вакуумі або захисній атмосфері, для здійснення якого розроблені спеціальні установки на станині преса для подачі заготовки в робочу зону через шлюз за допомогою механічної системи транспортування і складної системи контролю температури.

Простішим та технологічнішим прийомом ізотермування вогнища деформації є теплоізоляція нагрітої заготовки від зіткнення з холодним інструментом. Як теплоізолюючі шари можуть застосовуватися розплави солей, скло, кераміка, азбест і сталь. Вони дещо ускладнюють контроль розмірів, зате істотно знижують розтріскування, зумовлене захолоджуванням заготовки інструментом. Витрати на захисні покриття окупаються внаслідок менших припусків на механічну обробку. У промисловості для цих цілей широко використовують скляні, емалеві та склоемалеві покриття, які поряд з теплоізоляційними властивостями виконують роль мастила. Стекломазки забезпечують незначне падіння температури в процесі перенесення заготовки з нагрівальних пристроїв, проте не дають можливості підтримувати ізотермічні умови протягом всього процесу деформації заготовки. В останні роки з'явилися публікації про дослідження ізотермічного і надпластичного штампування в холодному інструменті за рахунок використання гнучких органічних тканин-прокладок між інструментом і нагрітою заготовкою. Ряд американських фірм при штампуванні титанових та нікелевих сплавів використовує гнучку керамічну тканину Nextell, що використовується для ізоляції в космічних системах «Шатл». Прокладка витримує температуру нагріву до 1400 С. У вітчизняній промисловості в якості теплоізолюючих прокладок пробується муллітокремнеземна повсть.

Технологія ізотермічного штампування дозволяє також здійснювати штампування в умовах надпластичності, що є ідеальним для точного штампування поковок складної форми з тонкими ребрами. Реалізація умов надпластичної деформації знижує витрату металу більш ніж у 2 рази, при цьому зменшуються витрати на обробку різанням, з'являється можливість штампування поковок складної форми за один хід преса. Наприклад, при штампуванні турбінного диска зі сплаву Astroloy способом «геторайзинг» маса вихідної заготівлі – 72,6 кг, а маса диска після обробки різанням – 68 кг. Раніше такі диски отримували звичайним штампуванням із заготівлі масою 181 кг. Як свідчать розрахунки, надпластичні деформування є серйозною альтернативою при використанні звичайних пресів зусиллям від 50 МН. Вигоди від зниження зусилля пресування перевищують витрати на обігрів штампів та захисну атмосферу.

У порівнянні з традиційними методами метод ізотермічного штампування дозволяє виготовляти вироби складної форми з високою точністю, із заданою структурою та фізико-механічними властивостями. Максимальний діаметр заготовок, що штампуються, - 1000 мм. Завдяки мінімальним припускам значно скорочуються витрати на подальшу механічну обробку виробів.

Технологія забезпечує:

підвищення ресурсу та експлуатаційних характеристик деталей на 20-25%

зменшення у 1,5-3 рази витрати металу

зниження в 10 разів потужності ковальсько-пресового обладнання, що використовується

значне скорочення собівартості виробів

Зокрема, заготівля корпусу гальма для літака ТУ-204 отримана методом ізотермічного штампування при температурі 950 O З титанового сплаву ВТ9 (вага 48 кг, коефіцієнт використання металу - 0,53). Технологія дозволяє виключити болтові та зварні з'єднання в конструкції корпусу, знизити на 19% масу деталі, підвищити вдвічі термін експлуатації, скоротити витрату титанового сплаву, зменшити на 42% обсяг механічної обробки.

Заготівля диска приводу підпірних щаблів авіаційного двигуна отримана газовою формовкою (аргон) в ізотермічних умовах за температури 9600С з титанового сплаву ВТ9 (вага - 18 кг, коефіцієнт використання металу - 0,58). Технологія дозволяє виключити зварні з'єднання деталі, підвищити на 15% ресурс експлуатації, скоротити витрату титанового сплаву, знизити на 52% обсяг механічної обробки.

Матеріали для штампування:- алюмінієві, магнієві, мідні, латунні метали; - електротехнічні та автоматні сталі.

Габаритиштампованих заготовок:- Діаметр 10 ... 250 мм; - Висота 20 ... 300 мм; - Маса 0,05 ... 5,0 кг.

Обладнання, що використовується:- пили для обробки вихідного матеріалу; - преси (гідропресизусиллям від 160тс до 630тс); - електропечі для розігріву вихідних та для загартування штампованих заготовок; - Універсальне металорізальне обладнання.

Ізотермічне штампування заготовок складного профілю

Магнієві заготівлі

Рис.3.2. Титановий сплав

Рис.3.3.Титановий сплав

Потреба підвищення робочих температур нікелевих сплавів та відповідне зростання ступеня їх легування, а також обмеження, пов'язані з ліквацією при литті злитків, гетерогенізація структури і, як наслідок, зниження технологічної пластичності та стабільності експлуатаційних властивостей відкрили перспективу розвитку технології порошкової металургії. Вже до середини 70-х років стало можливим створення газової турбіни, практично повністю виготовленої методами порошкової металургії. Відомі такі схеми обробки порошків-гранул з використанням пластичної деформації:

спікання + ізотермічне штампування;

ГІП + звичайне штампування;

ГІП + екструзія + ізотермічна штампування.

Області застосування визначають і межі використання порошкової технології виготовлення деталей з суперсплавів для газових турбін. Порошкові суперсплави застосовують у тих випадках, коли «звичайні деталі», виготовлені методами лиття і штампування, не відповідають вимогам, що висуваються робочими умовами. Руйнування звичайних матеріалів, як правило, відбувається в результаті утворення сегрегації, що викликає погіршення механічних властивостей або їх нестабільність та зниження термомеханічних властивостей. У таких випадках порошкова технологія цілком може замінити інші (кращі) методи виготовлення деталей, не здатні забезпечити необхідну якість виробів.

Після того як у процесі льотних випробувань дисків отриманих ГІП у двигуні F 404 в 1980 з перервою в два місяці два винищувачі F 18 ВМС США зазнали аварії, закордонні фірми віддають перевагу технологічним схемам, що включають пластичну деформацію.

Розроблений фірмою Pratt and Whitney наприкінці 60-х років процес «геторайзинг» дозволив традиційно необроблювані литі нікелеві сплави, такі як сплав IN100, піддавати штампуванню подібно до деформованих сплавів. Сутність процесу полягає в тому, що матеріал заготівлі методом пресування переводять у надпластичний стан, а потім ізотермічним штампуванням у певних температурно-швидкісних умовах штампують напівфабрикати, близькі до кінцевої форми виробу. Процес запатентований фірмою розробником і придатний лише сплавів, здатних виявляти надпластичность. У поєднанні з термічною обробкою цей процес забезпечує більш високу міцність при підвищених температурах і більшу довговічність при жароміцних випробуваннях, ніж у ливарних і звичайних сплавів, що деформуються, і найбільш ефективний доя виготовлення суцільних виробів типу дисків.

За допомогою процесу «геторайзинг» отримані зі сплаву IN100 на пресі 18МН зусиллям такі вироби, які традиційним способом неможливо виготовити навіть на пресі зусиллям 180МН (180000 т).

В даний час конфігурація штампувань для дисків авіаційних двигунів визначається можливостями ультразвукової дефектоскопії, хоча методи деформації з малими швидкостями, що застосовуються, дозволяють отримувати більш точні і легкі заготовки.

Короткий шлях http://bibt.ru

8. Особливості штампування деталей з магнієвих сплавів, нержавіючих та жароміцних сталей.

Схема штампу з потопаючими опорами.

Вирубування деталей з магнієвих сплавів (товщина заготовки до 2 мм) у відпаленому стані та пробивання отворів здійснюють без підігріву. Вирубування заготовок більшої товщини, а також згинання, відбортування та витяжка здійснюються при нагріванні заготовки до температури 360° С.

Для вирубування деталей і пробивання в них отворів рекомендується використовувати штампи суміщеної дії зі скошеними ріжучими кромками на матриці.

Мал. 28. Схема штампу з потопаючими опорами: 1 - опора потопаюча; 2 - заготівля

23. Значення коефіцієнта усадки

Для зниження тепловіддачі нагрітого матеріалу слід ставити опори, що забезпечують повітряний прошарок (рис. 28); штамп не нагрівають.

При штампуванні з підігрівом заготовки виконавчі розміри деталі L" (в мм) розраховують з урахуванням усадки

L"=L д (1+β) (85)

де L д - Розмір за кресленням деталі в мм; β-коефіцієнт, що враховує лінійне розширення при нагріванні.

Для сплаву МА8-М значення в залежності від температури нагріву приймаються за табл. 23.

Деталі з нержавіючих та жароміцних сталей штампують без нагріву заготовок. Для відновлення структури металу деталі після штампування піддають термічній обробці.

Недотримання стандарту переслідується згідно із законом

Цей стандарт встановлює загальні вимоги на штампування з корозійностійких, жаростійких та жароміцних сталей та сплавів.

Стандарт не поширюється на штампування дисків та лопаток.

За згодою сторін за цим стандартом дозволяється виготовлення поковок, одержуваних вільним куванням.

Відображення специфічних та додаткових вимог до штампувань, що постачаються за цим стандартом, здійснюється у спеціальних технічних умовах, узгоджених безпосередньо між підприємством-постачальником та підприємством-споживачем.

Реєстр. № ВІФС-4504 від 21/V-1975 р.

Розроблено ВІАМ	Затверджено МАП – 14/IV-1975 р.	Термін запровадження з 1/I-1976 р.
		Термін дії до 01.01.99р.

Штампування виготовляють з марок сталі та сплавів, перерахованих у табл. та отриманих відповідно до замовлення методом відкритої виплавки, електрошлакового переплаву, вакуумно-дугового переплаву та іншими методами.

При докорінних змінах технології виробництва штампувань, про що постачальник повідомляє споживачу, або при виготовленні їх нових видів, на вимогу споживача постачальник готує дослідну партію штампувань, за результатами досліджень якої споживач дає висновок, що є підставою для подальшого виробництва.

1. Класифікація

3.2. Штампування, залежно від марки сталі, сплаву поставляються в термічно обробленому стані або без термообробки. Режими термічної обробки та твердість у стані поставки наведені в табл. .

3.3. Штампування поставляються після травлення або дробоструминного та інших методів очищення.

Таблиця 2

		Твердість по Брінеллю (діам. відп.) не менше, мм

1Х13М 12Х13 (1Х13)	Нормалізація, відпустка чи відпал
40Х10С2М (4Х10С2М, ЕІ107)	Відпал при 1020 ± 20 ° З витримкою протягом 1 години, охолодження з піччю до 750° З, витримка 3 - 4 години, охолодження на повітрі	4,3 - 3,7
45Х14Н14В2М (4Х14Н14В2М, ЕІ69)	Відпал при 810 – 830 ° С, охолодження на повітрі	4,3 - 3,6
4Х14Н14СВ2М (ЕІ240)	Відпал при 810 – 830 ° С, охолодження на повітрі	4,7 - 3,9
Х16Н25М6АГ (ЕІ395)	Відпал при 800 ± 10 ° З витримкою 5 годин, охолодження на повітрі
40X15Н7Г7Ф2МС (4Х15Н7Г7Ф2МС, ЕІ388)	Відпал
1Х15Н4АМ3-III (ЕІ310-III)	Відпал або відпустка
07Х16Н6-III (Х16Н6-III, ЕП288-III)	Відпал при 780 °З охолодженням в печі або на повітрі до кімнатної температури і наступний нагрівання до 680° З охолодженням в печі або на повітрі; нормалізація та відпустка
20X13(2X13), 30Х13(3Х13), 40Х13(4X13), 95X18 (9Х18, ЕІ229), 14Х17Н2(1Х17Н2, ЕІ268), 13Х14Н3В2ФР-III (1Х14Н3ВФР-III, ЕІ736-III), 13Х11Н2В2МФ-III (1Х12Н2ВМФ-III, ЕІ961-III, 20Х3МВФА (ЕІ415), 1Х12Н2МВФАБ-III (ЕП517-III)	За інструкцією ВІАМ №1029-75

Примітки : 1. За згодою споживача дозволяється поставка штампувань зі сталі, ЕІ69 без термічної обробки.

2. Допускається постачання окремих партій штампувань із сталі ЕІ961-III з твердістю (діам. відп.) не менше 3,6 мм.

3.4. Механічні властивості та тривала міцність, що визначаються на зразках, вирізаних уздовж напрямку волокна, повинні відповідати вимогам табл. та .

3.4.1. При виготовленні штампувань зі сталі, сплавів, що виплавляються у вакуумно-індукційних печах і методами ВДП та ЕШП і поставляються за технічними умовами, в яких показники механічних властивостей вищі, ніж у табл. механічні властивості штампувань вздовж напрямку волокна повинні відповідати цим показникам.

3.5. При випробуванні зразків, вирізаних упоперек спрямування волокна або по хорді, показники механічних властивостей (подовження, звуження, ударна в'язкість) встановлюються в СТУ на підставі статистичних даних результатів випробувань за вказаною схемою вирізки зразків. При цьому допускається їх зниження порівняно з нормами, встановленими для зразків, вирізаних уздовж напрямку волокна згідно з даними, наведеними в табл. .

3.5.1. Для жароміцних сталей марок ЕІ696, ЕІ696А, ЕІ835, ЕІ835-III зниження мехвластивостей поперек напряму волокна і по хорді не допускається.

3.6. На необроблюваних поверхнях штампувань не повинно бути тріщин, неметалевих включень, волосин, окалини та законів, видимих неозброєним оком.

Допускається видалення зазначених дефектів пологою зачисткою. Ширина зачистки має бути не менше шестиразової глибини.

Глибина зачистки обумовлюється у кресленні і, як правило, не повинна виводити розміри штампувань за мінімально допустимі розміри, зазначені у кресленні.

Допускаються без зачистки окремі місцеві дефекти у вигляді вм'ятин, дрібної горобини та подряпин, якщо їх глибина, яка визначається контрольною зачисткою, не виводить розміри штампувань за мінімально допустимі розміри, вказані в кресленні.

Таблиця 3

	Відносне зниження показників, % (трохи більше)
	Для зразків із поперечним напрямком волокна	Для зразків із хордовим напрямом волокна
		Для металу, виплавленого у відкритих печах	Для металу, виплавленого у вакуумних індукційних печах або методом електрошлакового або вакуумно-дугового переплаву
Ударна в'язкість
Відносне подовження
Відносне звуження

Таблиця 4

	Режим термічної обробки	Тривала міцність
	Режим термічної обробки	Температура випробування,° З	Постійно додана напруга, кгс/мм 2	Час до руйнування в годиннику, не менше

45Х14Н14В2М (4Х14H14В2М, ЕІ69)	Відпал при 810 – 830 ° З охолодження на повітрі
10Х11Н20Т3Р (Х12Н20Т3Р, ЕІ696)	Нагрів до 1100 - 1170 ° С, витримка 2:00, охолодження на повітрі або в маслі. Старіння при 700 – 750° Протягом 15 - 25 год, охолодження на повітрі
Х12Н20Т2Р (ЕІ696А)
Х16Н25М6АГ (ЕІ395)	Загартування з 1160 - 1180 ° З у воду та старіння при 700° З протягом 5 год.
40Х15Н7Г7Ф2МС (4Х15Н7Г7Ф2МС, ЕІ388)	Загартування з 1170 - 1190 ° З у воду чи повітрі, витримка 30 - 45 хв, старіння при 800± 20 ° З протягом 8 - 10 годин
12Х25Н16Г7АР (Х25Н16Г7АР, ЕІ835), 12Х25Н16Г7АР-III (Х25Н16Г7АР-III, ЕІ835-III)	Загартування з 1050 - 1150 ° С, витримка 30 хв - 1 година, охолодження у воді чи повітрі

37Х12Н8Г8МФБ (4Х12Н8Г8МФБ, ЕІ481), 37Х12Н8Г8МФБ-III (4Х12Н8Г8МФБ-III, ЕІ481-III)	Загартування: нагрівання до 1150± 10 ° З, витримка 1 година 45 хв - 2 години 30 хв, повне охолодження у воді. Старіння при 670° З протягом 16 годин, нагрівання до 780± 10 ° С, витримка 16 – 20 годин, охолодження на повітрі

Примітки : 1. Повторні та арбітражні випробування зі сталі ЕІ395 проводять за режимом 700° - 18 кгс/мм 2 – 100 годин.

2. Варіант випробування штампувань зі сталі ЕІ835, ЕІ835-ІІІ, ЕІ481, ЕІ481-ІІІ на тривалу міцність обумовлюється в замовленні. У разі відсутності такої вказівки режим вибирається постачальником.

3. Повторні та арбітражні випробування штампувань із сталі ЕІ481 та ЕІ481-III проводяться за режимом:

650 ° - 35 кгс/мм 2 – 100 годин.

4. Штампування зі сталі ЕІ69 на тривалу міцність контролюються на вимогу споживача.

3.7. На оброблюваних поверхнях штампувань не повинно бути тріщин. При виявленні вони мають бути видалені пологою зачисткою.

Без видалення допускаються місцеві дефекти у вигляді шлакових включень, волосин, заходів сонця і заков, глибина залягання яких, що визначається контрольною зачисткою, а також глибина зачистки тріщин не повинні перевищувати половини припуску на механічну обробку, рахуючи від номіналу.

3.8. Контроль за наявністю волосин проводиться за ТУ 14-336-72 на готових деталях, при цьому контроль немагнітних сталей проводиться на розсуд споживача.

3.9. Макроструктура, що виявляється на зламах і протруєних темплетах, повинна бути без порожнеч, усадкової пухкості, нориць, тріщин, розшарування, неметалевих включень, шиферного зламу, видимих неозброєним оком, і флокінів.

Оцінку якості штампувань з макроструктури та макробудування проводять відповідно до вимог чинних стандартів та технічних умов на постачання сортової сталі, сплаву та за узгодженими між постачальником та споживачем фотоеталонами, отриманими за результатами дослідження перших партій.

3.10. За згодою сторін штампування піддають УЗК.

3.11. У спеціальних технічних умовах або кресленні на штампування, крім перелічених у цьому стандарті, зазначають такі вимоги:

Марку сталі, сплаву, шифр та групу штампувань;

Необхідність та спосіб очищення від окалини;

Кількість контрольованих штампувань в партії, що пред'являється;

Кількість, місце та схему вирізки контрольних зразків, показники механічних властивостей, а також режим термообробки заготовок контрольних зразків та їх переріз;

Місця виміру твердості;

Додаткові вимоги (за допустимим обезуглерожуванням на необроблюваній поверхні, величині зерна та ін. Норми встановлюються угодою сторін).

4. Правила приймання та методи випробувань

4.1. Штампування пред'являють до приймання партіями, що складаються зі штампувань однієї плавки та одного шифру.

4.1.1. За згодою сторін допускається комплектування партії великогабаритних штампувань із металу ВДП та ЕШП кількох плавок одноразового постачання.

4.2. Контролю стану поверхні піддають всі штампування поштучно в стані постачання.

4.3. Штампування піддають вибірковому контролю розмірів на 5% від числа пред'являються в партії, але не менше, ніж на 2-х штампування. На вимогу споживача великогабаритні штампування контролюють розміри поштучно, що обумовлюється в СТУ.

4.4. Контроль штампуваньI і II групи з твердості може постачання складає 10 % від кількості які пред'являються партії, але з менш, ніж 3-х штамповках. Обсяг контролю штампувань III групи обговорюється у СТУ.

У разі виявлення невідповідності показників твердості даним, встановленим у табл. , проводяться 100%-ві випробування.

4.5. Випробування механічних властивостей та твердості штампуваньІ групи виробляють на зразках, вирізаних із контрольного припуску.

4.5.1. Допускається для штампуваньІ групи проведення вибіркового контролю механічних властивостей та твердості у постачальника за умови проведення поштучного контролю у споживача. І тут обсяг контролю в постачальника обумовлюється в СТУ.

4.6. Контроль штампуваньII групи виробляють на зразках, вирізаних із тіла штампувань за узгодженою схемою.

За згодою сторін разом із партією штампувань постачальник направляє споживачеві другі половини або частини контрольних штампувань, що залишилися.

4.7. Переріз заготовок для термічної обробки, як правило, повинен відповідати перерізу готової деталі. Для сталі ЕП310-ІІІ, ЕП268-ІІІ термічну обробку виробляють у готових образах з припуском під шліфування.

4.8. Випробування на розтягнення проводять за ГОСТ 1497-73 на зразках діаметром 10 або 5 мм із п'ятикратною розрахунковою довжиною.

4.9. Випробування на ударну в'язкість виробляють за ГОСТ 9454-60.

4.10. Твердість по Брінеллю визначають за ГОСТ 9012-59.

4.11. Випробування на тривалу міцність проводиться у разі ГОСТ 10145 -62.

4.12. Контроль макроструктури штампувань виробляють обсягом, обумовленому в ОТУ. На вимогу споживача штампування I групи піддають 100% контролю на злам.

Контроль зламу здійснюється на ударних зразках.

4.13. При незадовільних результатах контролю макроструктури штампувань допускається проведення повторних випробувань на подвоєній кількості темплетів, відібраних від штампувань, що не проходили випробування. Результати повторних випробувань є остаточними, при цьому штампування, що показали незадовільні результати при первинному контролі макроструктури бракуються. При виявленні флокінів, хоча б в одному штампуванні, плавку бракують без перевипробування і повторної приймання не пред'являють.

4.14. У разі отримання незадовільних результатів при випробуванні механічних властивостей за яким-небудь видом випробувань, допускається повторне випробування за цим видом на подвоєній кількості зразків. Результати повторних випробувань остаточні.

4.15. Допускається перед повторним випробуванням проводити випробування механічних властивостей зразків, відпущених при зміненій температурі в межах режиму, зазначеного в табл. , або повної повторної термообробки. При цьому випробування вважається первинним з визначенням усіх механічних властивостей та твердості.

4.16. Один раз на півріччя або на кожній 30-й партії штампувань, а також при виготовленні дослідної партії або докорінної зміни технології виробництва штампувань постачальник здійснює комісійний контроль штампувань I групи кожного шифру.

На додаток до випробувань, передбачених цим ОСТ, при комісійному контролі виробляють:

Визначення мікроструктури;

Визначає механічні властивості на зразках, вирізаних за додатковою схемою.

Додаткову схему вирізки контрольних зразків, обсяг та методику випробувань вказують у СТУ або кресленні. Результати комісійних випробувань надсилаються споживачеві.

5. Маркування та упаковка

5.1. Вид та місце маркування штампування встановлюються у кресленні або СТУ.

5.2. Вид упаковки обумовлюється СТУ.

5.3. Кожна партія штампувань супроводжується сертифікатом, підписаним ВТК підприємства-виробника, в якому зазначаються:

Найменування підприємства-постачальника;

Марка сталі, сплаву, стан поставки, номер партії – плавки, шифр штампувань;

Вага партії, кількість штампувань;

Хімічний склад сталі, металу;

Результати випробувань, передбачених цим стандартом, у тому числі повторних;

Номер цього стандарту.

5.4. Сертифікат повинен надсилатися споживачеві з партією штампувань або видаватися приймачеві на руки.

Правильно (Михайлюк)

Таблиця 1

Марка сталі, сплаву	Номери стандартів, в яких зазначено хімічний склад	Режим термічної обробки заготовок для контрольних зразків	Механічні властивості, не менш					Твердість по Брінеллю (діаметр відп. мм), Роквеллу HRC
			Тимчасовий опір розриву, кгс/мм 2	Межа плинності, кгс/мм 2	Відносне		Ударна в'язкість, кгс× м/см 2
			Тимчасовий опір розриву, кгс/мм 2	Межа плинності, кгс/мм 2	подовження, %	звуження, %	Ударна в'язкість, кгс× м/см 2

12X13 (1X13)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 °С, охолодження на повітрі або в олії, відпустка при 700 - 790 °С, охолодження на повітрі або в олії
20Х13 (2Х13)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 °С, охолодження на повітрі або в олії, відпустка при 600 - 700 °С, охолодження на повітрі або в олії						3,90 - 3,30
30X13 (3X13)	TУ 14-1-377-72	Загартування з 1000 - 1050 ° С, охолодження на повітрі або в олії, відпустка при 200 - 300° С, охолодження на повітрі або в олії						HRC ≥ 48
1Х13М	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 ° С, охолодження на повітрі або в олії, відпустка при 680 - 780° С, охолодження в олії
4Х13 (4Х13)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 - 1100 °С, охолодження в олії, відпустка при 200 - 300 °С, охолодження на повітрі або в олії						HRC ≥ 50
30Х13Н7С2 (3Х13Н7С2, ЕІ72)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1040 - 1060 ° С у воду, відпал протягом 6 годин при 860 - 880 ° С з охолодженням до 700 ° С протягом 2 годин і подальше охолодження разом з піччю, нормалізація при 660 - 680° протягом 30 хв. з охолодженням на повітрі, загартування з 790 - 810° З в маслі						3,30 - 3,05
95X18 (9X18, ЕІ229)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1010 - 1040 ° C, охолодження в олії, відпустка при 200 - 300 ° С, охолодження на повітрі або в олії						HRC ≥ 55
20Х13Н4Г9 (2Х13Н4Г9, ЕІ1 00)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1070 до 1130 °C, охолодження на повітрі
40Х10С2М (4Х10С2М, ЕІ107)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1010 - 1050 ° С, охолодження в олії або на повітрі, відпустка при 720 - 780 ° С, охолодження в олії						3,70 - 3,30
14Х17Н2 (1Х17Н2, ЕІ268)	ТУ 14-1-377-72	1. Загартування з 975 - 1040 ° С, охолодження в олії, відпустка при 275 - 350 ° С, охолодження на повітрі						3,40 - 3,10
14Х17Н2 (1Х17Н2, ЕІ268)	ТУ 14-1-377-72	2. Загартування з 1010 - 1030 ° C, охолодження в олії, відпустка при 670 - 690 ° С, охолодження на повітрі						3,80 - 3,50
20X23H18 (Х23Н18, ЕІ417)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1100 - 1150 ° З у воді або на повітрі
10X23H18 (0X23H18)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1100 - 1150 ° у воді чи на повітрі
12Х17Г9АН4 (Х17Г9АН4, ЕІ878)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 - 1100 ° С у воді
12X18H9T (X18H9T)	ТУ 14-1-377-72
12Х18Н10Т (Х18Н10Т)	ТУ 14-1-377-72	Загартування про 1050 - 1100 ° З на повітрі, в олії чи воді
12Х18Н9 (Х18H9)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 - 1100 ° C на повітрі, в олії чи воді
17X18H9 (2Х18Н9)	ТУ 14-1-377-72	Загартування з 1050 - 1100 ° С на повітрі, в олії або воді
45X14H14B2M (4Х14H14B2M, ЕІ69)	ЧМТУ 1-1040-70	Відпал при 810 – 830 °С, охолодження на повітрі						4,30 - 3,60
4X14H14CB2M (ЕІ240)	ЧМТУ 1-1040-70	Без термічної обробки
10Х11Н20Т3Р (Х12Н20Т3Р, ЕІ696)	ЧМТУ 1-1040-70	Нагрів до температури 1100 - 1170 ° С, витримка 2 години, охолодження на повітрі або в маслі. Старіння при 700 - 750 ° С протягом 15 - 25 год, охолодження на повітрі						3,80 - 3,50
Х12Н20Т2Р (ЕІ696А)	ЧМТУ 1-1040-70							3,90 - 3,50
Х16Н25М6АГ (ЕІ395)	ЧМТУ 1-1040-70	Загартування з 1160 - 1180 ° С у воду та старіння при 700 °С протягом 5 годин
ХН78Т (ЕІ435)	ЧМТУ 1-1040-70	Загартування з 980 - 1020 ° С, витримка 2 - 3 години, охолодження на повітрі
40Х15H7Г7Ф2MC (4Х15Н7Г7Ф2МС, ЕІ388)	ТУ 14-1-714-73	Загартування з 1170 - 1190 ° C у воду або на повітрі, витримка 30 - 45 хв, старіння при 800 ± 20 ° С протягом 8 - 10 годин						3,80 - 3,30
12Х25Н16Г7АР (Х25Н16Г7АР, ЕІ835), 12Х25Н16Г7АР-III, ЕІ835-III)	ТУ 14-1-225-72	Загартування з 1050 - 1150 ° C, витримка 30 хв. - 1 година, охолодження у воді чи на повітрі						4,70 - 4,10
	ТУ 14-1-225-72		18 х)
37Х12Н88МФБ (4Х12Н8Г8МФБ, ЕІ481), 37Х12Н8Г8МФБ-III (4Х12Н8Г8МФБ-III, ЕІ481-III)	ТУ 14-1-226-72	Загартування: нагрівання до температури 1150 ± 10 ° С, витримка 1 год. 45 хв. - 2 години 30 хв, повне охолодження у воді. Старіння при 670 ° протягом 16 год., нагрівання до температури 780 ± 10 °С, витримка 16 - 20 годин, охолодження на повітрі						3,65 - 3,45
	ТУ 14-1-226-72							3,65 - 3,45
13Х14Н3В2ФР-III (1Х14Н3ВФР-III, ЕІ736-III)	ТУ 14-1-1089-74	1. Загартування з 1050 ± 10 °С в маслі, відпустка при 640 - 680 °С. 2. Загартування з 1050 ± 10 °С у маслі, відпустка при 540 - 580 °С						3,60 - 3,30
					10 хх)
								3,35 - 3,10
13Х11Н2В2МФ-III (1Х12Н2ВМФ-III, ЕІ961-III)	ТУ 14-1-1089-74	1. Загартування з 1000 - 1020 ° С в маслі, відпустка при 660 - 710 ° С. 2. Загартування з 1000 - 1020 ° С в маслі, відпустка при 540 - 590 ° С						3,70 - 3,40
					10 хх)
								3,45 - 3,10
					10 хх)
1Х15Н4АМ3-III (ЕП310-ІІІ)	ТУ 14-1-940-74	1. Загартування з 1070 ± 10 °C, охолодження на повітрі, у воді чи олії. Обробка холодом за мінус 70° - 2 години або мінус 50° - 4 години. Відпустка при 450 ° С протягом 1 години					10,0
1Х15Н4АМ3-III (ЕП310-ІІІ)	ТУ 14-1-940-74	2. Загартування з 1070 ± 10° C, охолодження на повітрі, у воді чи олії. Обробка холодом; при мінус 70 ° - 2 години або при мінус 50° - 4 години. Відпустка при 200± 100 протягом 2 год.					10,0
07Х16В6-III (Х16Н6-ІІІ, ЕП288-ІІІ)	ТУ 14-1-22-71	Загартування у воді при 980 - 1000° З подальшою обробкою холодом при мінус 70 °С, витримка 2 години або при мінус 50° , Витримка 4 години, відпустка при 350 - 380 ° С, Витримка 1 година
1Х12Н2МВФАБ-III (ЕП517-III)	ТУ 14-1-1161-75	Нормалізація 1130 ± 10 °C, відпустка 750 - 780 °С, загартування з 1120 ± 15 °C в олії, відпустка 670 - 720° З						3,60 - 3,35
20Х3МВФА (ЕІ415)	ТУ 14-1-44-71	Загартування з 1030 - 1060 ° З мастилом, відпустка при 660 - 700° З протягом 1 години, охолодження на повітрі						3,60 - 3,30

______________

х) випробування при 900° З.

хх) випробування проводяться на зразках, вирізаних упоперек напрямку волокна.

Примітки : 1. Штампування зі сталі ЕІ395та сплаву ЕІ435 здають без визначення механічних властивостей та твердості.

2. Для штампувань із сталі ЕІ481та ЕІ481-III допускається проведення додаткового старіння за нормальної температури 790 - 810 °З. Час витримки при цьому вибирається достатнім для забезпечення заданої твердості,про не менше 5 годин . Для штампувань із сталі ЕІ481-IIIпри отриманні знижених характеристик міцності і твердості допускається повторна термообробка за режимом: загартування 1150± 10 ° С, старіння 650 - 670° З - 16 годин , повітря, друге старіння 770± 10 ° C - 16 год., Повітря.

3. Для штампувань із сталі ЕІ736-IIIта ЕІ961-III дозволяється проведення попередньої нормалізації при температурі 1000 – 1020° З перед загартуванням.

4. Для штампувань із сталі ЕП310-IIIпри отриманні за першим варіантом тимчасового опору менше 145 кгс / м 2 дозволяється для перевипробувань знижувати температуру загартування до 1050± 10 ° С. Результати контролю за цим режимом вважати первинними.

5. Варіант термічної обробки штампувань із сталі ЕІ268,ЕІ736-III, ЕІ961-ІІІ, ЕП310-ІІІ обумовлюється в замовленні. За відсутності вказівки на замовлення заводу-постачальнику надає право вибирати режим термічної обробки на власний розсуд.

6. Штампування, що постачаються без термічної обробки, а також виготовляються зі сталей та сплавів, на які не вказано значення твердості, контролю на твердість не піддаються. І тут контроль здійснюється дотриманням режиму гарячої деформації.

Існують три основні види штампування жароміцних сплавів за температурою оснащення:

1. традиційне гаряче штампування щодо холодних штампах;

2. штампування в штампах, що обігріваються, при якій Т штампу на 200?400°С нижче температури заготовки;

3. ізотермічна штампування, при якій температури штампу та заготівлі рівні.

Температурний інтервал, в межах якого жароміцний сплав, може бути підданий гарячій обробці тиском, відносно невеликий і залежить від складу сплаву. Для жароміцних сплавів на основі нікелю температурний інтервал деформованості в гарячому стані звужується при переході від сплавів з малим об'ємним вмістом g-фази до сплавів з підвищеним вмістом. Для більшої частини операцій деформації цей інтервал визначається температурою початку плавлення, з одного боку і температурою g-сольвусу, з іншого. Зі збільшенням об'ємної частки g-фази температура початку плавлення сплаву знижується, а температура g-сольвусу підвищується. Одночасно підвищується температура рекристалізації та знижується пластичність. Ширина інтервалу технологічної пластичності може становити, тобто. лише 10°С. Додаткові проблеми з'являються внаслідок адіабатичного розігріву заготовки, особливо значного при підвищених швидкостях деформації, а також внаслідок захолодження матеріалу стінками штампу. При виборі оптимальних умов гарячої деформації жароміцних сплавів необхідно враховувати всю сукупність технологічних факторів, що включає:

· Характеристики пластичного перебігу заготівлі, що залежать від мікроструктури, температури, ступеня деформації та швидкості деформації;

· властивості матеріалу матриці, що визначаються складом, температурою та величиною контактних напруг;

· властивості мастила в зазорі між заготовкою та стінками штампу, що виражаються коефіцієнтом тертя та коефіцієнтом теплопередачі;

· характеристиками штампового обладнання;

· Мікроструктуру штампованої деталі та пов'язані з нею механічні властивості.

Для штампування деталей, що обертаються, реактивних двигунів рекомендується штампування в закритих штампах з метою підвищення деформаційного опрацювання периферійних частин поковок, а для зменшення захолоджування поверхневих шарів заготовок - використання в якості матеріалу штампів жароміцних сталей, що допускають підігрів0°0. Крім того відомо, що штампування на молотах значно дешевше за штампування на гідравлічних пресах.

Більш сприятливі швидкісні умови деформації реалізуються при штампуванні на гідравлічних пресах. При штампуванні на пресах з'являється можливість знижувати температуру нагріву на 50?100°З збереження тих же питомих зусиль, що і при молотовій штампуванні. При переході від динамічного докладання навантаження на молотах до статичного на пресах за тієї ж пластичності сплавів знижується їх опір деформації. Однак швидке охолодження заготовок внаслідок тривалого контакту з відносно холодним штампом знижує ефект, що досягається за рахунок зниження зусиль, що деформують, при штампуванні з малими швидкостями.

При штампуванні нікелевих сплавів в штампах, що обігріваються, успіх багато в чому визначається правильним вибором високотемпературного мастила. Штампування сплавів на основі нікелю здійснюється з використанням мастил на основі скла, оскільки ці мастила забезпечують гідродинамічний режим тертя з коефіцієнтом тертя m< 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.

Простішим та технологічнішим прийомом ізотермування вогнища деформації є теплоізоляція нагрітої заготовки від зіткнення з холодним інструментом. Як теплоізолюючі шари можуть застосовуватися розплави солей, скло, кераміка, азбест і сталь. Вони дещо ускладнюють контроль розмірів, зате істотно знижують розтріскування, зумовлене захолоджуванням заготовки інструментом. Витрати на захисні покриття окупаються внаслідок менших припусків на механічну обробку. У промисловості для цих цілей широко використовують скляні, емалеві та склоемалеві покриття, які поряд з теплоізоляційними властивостями виконують роль мастила. Стекломазки забезпечують незначне падіння температури в процесі перенесення заготовки з нагрівальних пристроїв, проте не дають можливості підтримувати ізотермічні умови протягом всього процесу деформації заготовки. В останні роки з'явилися публікації про дослідження ізотермічного і надпластичного штампування в холодному інструменті за рахунок використання гнучких органічних тканин-прокладок між інструментом і нагрітою заготовкою. Ряд американських фірм при штампуванні титанових та нікелевих сплавів використовує гнучку керамічну тканину Nextell, що використовується для ізоляції в космічних системах «Шатл». Прокладка витримує температуру нагрівання до 1400°С. У вітчизняній промисловості в якості теплоізолюючих прокладок пробується муллітокремнеземна повсть.

Технологія забезпечує:

підвищення ресурсу та експлуатаційних характеристик деталей на 20-25%
зменшення у 1,5-3 рази витрати металу
зниження в 10 разів потужності ковальсько-пресового обладнання, що використовується
значне скорочення собівартості виробів

Габарити штампованихзаготовок:- Діаметр 10 ... 250 мм; - Висота 20 ... 300 мм; - Маса 0,05 ... 5,0 кг.

Ізотермічне штампування заготовок складного профілю

Магнієві заготівлі

Рис.3.2. Титановий сплав

Рис.3.3.Титановий сплав

1. спікання + ізотермічна штампування;

2. ГІП + звичайне штампування;

3. ГІП + екструзія + ізотермічна штампування.

ГЛАВА5.КОНСТРУКЦІЙНІ КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ НА МЕТАЛЕВІЙ ОСНОВІ

КОЛЬОРОВА МЕТАЛУРГІЯ

УДК 669.018.44:621.438

Ізотермічна деформація жароміцних сплавів

ФГУП "Всеросійський науково-дослідний інститут авіаційних матеріалів". Росія Москва. E-mail: [email protected]

Стаття надійшла 11.06.2013 р.

Представлені результати розробки та промислового освоєння технологічних процесів із застосуванням високотемпературного ізотермічного штампування дисків газотурбінних двигунів (ВМД) та інших деталей із важкодеформованих гетерофазних жароміцних нікелевих та титанових сплавів.

При освоєнні виробництва заготовок диска ВМД вирішено комплексне завдання - розроблені термомеханічні режими деформації сплавів, що забезпечують реалізацію ефекту надпластичності, розроблені ефективні захисно-технологічні покриття, а також композиції високожароміцних штампових матеріалів, що забезпечують високу стійкість при роботі на повітрі, створені енергозбереження.

Із застосуванням розроблених технологій освоєно виробництво високоякісних економічних штампувань з високожароміцних сплавів, що важко деформуються, виготовлення яких за традиційною технологією викликає значні труднощі, а в ряді випадків неможливо.

Ключові слова: жароміцні сплави; ізотермічне штампування; рекристалізація; диски ВМД; спеціальні преси.

Переваги ізотермічного деформування, що здійснюється в інструменті, нагрітому до температури деформації, в кінцевому рахунку, зводяться до підвищення технологічної пластичності композицій, що важко деформуються, підвищенню точності, а також розширенню можливості управління структурою і властивостями штампувань.

Розроблені у ФГУП «ВІАМ» термомеханічні параметри отримання заготовок із важкодеформованих жароміцних нікелевих сплавів з регламентованою дрібнозернистою структурою засновані на процесах, пов'язаних з переважними механізмами пластичної деформації та інтенсивністю процесів розуміцнення, що одночасно протікають термічно активованих процесів.

Ізотермічне деформування, що набуло поширення в нашій країні і за кордоном, відображає умови проведення процесу, тоді як температура металу в процесі деформування буде підвищуватися внаслідок теплового ефекту деформації. Тому в деяких випадках виявляється доцільним спочатку £ задавати неоднакові температурні градієнти.< ты нагрева заготовки и штампа.

Більшість реальних процесів ізотермі-

ного штампування здійснюється в умовах динамічного розміцнення. Відомо, що у металі, підданому пластичної деформації, зростає щільність дислокацій і відбувається деформаційне зміцнення, що супроводжується підвищенням напруги течії. При високотемпературному ізотермічному деформуванні щільність дислокацій не досягає максимального значення в результаті проходження процесів динамічного розуміцнення, що термічно активуються. Крім того, напруга, при якому встановлюється рівновага між деформаційним зміцненням і динамічним зміцненням, знижується зі зменшенням швидкості деформації при ізотермічній деформації. При постійній температурі швидкість деформації надає вирішальний вплив на інтенсивність розміцнення, що реалізується внаслідок процесів динамічного повернення (динамічної полігонізації або динамічної рекристалізації). На відміну від рекристалізації відпалу ознакою динамічної рекристалізації є наявність слідів деформації всередині рівноосних зерен (витягнуті субзерна, підвищена щільність дислокацій). Така субструктура в нових зернах, що сформувалися в результаті рекристалізу-

ції на ранніх стадіях деформації, що створюється в процесі їх подальшої деформації.

Якщо час, за який певна частина обсягу металу (зазвичай близько 50%) зазнає рекристалізації (?), більше, ніж час деформування матеріалу до якогось заданого ступеня деформації (?Д), то нові зерна, які утворюються в міру розвитку динамічної рекристалізації, зміцнюватимуться таким же чином, як нерекристалізована матриця. Отже, при високих швидкостях деформації (0,5-500 с-1) внесок динамічної рекристалізації в разупрочение незначний. Такий процес ізотермічного деформування виявиться малоефективним з погляду зниження напруги течії. Водночас застосування високих швидкостей деформації в окремих випадках може призводити до інтенсифікації процесу динамічної рекристалізації та створювати ілюзію зниження температури її початку. Це пов'язане з підвищенням температури металу в результаті деформаційного розігріву, інтенсивність якого зростає зі збільшенням швидкості та ступеня деформації. При деформації з малими швидкостями, коли< ¿д, динамическая рекристаллизация вносит значительный вклад в разупрочнение. Изотермическое деформирование в условиях полного динамического разупрочнения позволяет осуществлять формоизменение заготовки при низких значениях напряжений течения и является высокоэффективным процессом .

Таким чином, ізотермічне деформування з малими швидкостями порівняно з традиційними способами гарячого деформування створює умови для повнішого протікання процесів динамічного розміцнення. Відповідальними за розміцнення в залежності від термомеханічних умов деформації (температури, ступеня та швидкості деформації), а також від властивостей матеріалу, що деформується, зокрема від величини енергії дефектів упаковки, можуть бути повернення, полігонізація та динамічна рекристалізація. Основним процесом розміцнення при високотемпературному ізотермічному деформуванні з великими обтисканнями є динамічна рекристалізація. Деформування при знижених температурах може супроводжуватись динамічним поверненням.

Переваги ізотермічного штампування при виготовленні точних заготовок деталей з алюмінієвих та титанових сплавів складної фор-

ми з необроблюваною поверхнею або мінімальними припусками на остаточну механічну обробку підтверджені багаторічним досвідом застосування на низці підприємств авіаційної промисловості. Було освоєно технологічні процеси ізотермічного штампування великої номенклатури деталей складної форми з тонкими конструктивними елементами (ребра, полотна), глибокими порожнинами, різким перепадом перерізів, великим відношенням площі поверхні до об'єму.

Широке застосування ізотермічного штампування деталей зі сталей та жароміцних нікелевих сплавів стримувалося через відсутність штампових матеріалів, що забезпечують достатню стійкість при температурах вище 1000 °С. Наявний зарубіжний досвід використання як штамповий матеріал молібденових сплавів вимагає створення складних ізотермічних установок з вакуумною камерою.

Разом з тим актуальність застосування ізотермічного штампування жароміцних сплавів обумовлена розробкою нових гетерофазних композицій, що виявляють низьку технологічну пластичність і мають дуже вузький температурний інтервал деформації, високий опір деформації, високу чутливість до швидкості деформації та концентраторів напруг при обробці традиційно. Сплави нового покоління, що застосовуються для дисків ВМД, містять більше 30% основної зміцнюючої у-фази, що зберігає термостабільність при температурах, близьких до температури солідус. ефективної технології виготовлення.

Важливим етапом у вирішенні проблеми ізотермічного штампування таких сплавів стала розробка способів попередньої термодеформаційної обробки злитків і заготовок, що забезпечує формування регламентованої дрібнозернистої гетерофазної структури з оптимальною морфологією зміцнювальних фаз, яка виявляє високу (до 70-80%) технологічну пластичність. температурно-швидкісних параметрах ізотермічної деформації ^ . Розробка науково обґрунтованої технології здійснюється з урахуванням критичних температур структурних і фазових перетворень: 5 розчинення зміцнювальних фаз, динамічної і г

статичної рекристалізації. Для визначення цих характеристик був розроблений резистометричний метод, менш трудомісткий у порівнянні з металографічними. Не менш важливим досягненням в освоєнні високотемпературного ізотермічного штампування була розробка високожароміцних окалиностійких штампових матеріалів, що володіють досить високою стійкістю при температурах вище 1000 ° С в повітряному середовищі.

У ФГУП «ВІАМ» створено технологічний комплекс ізотермічного штампування для виготовлення дослідно-промислових партій заготовок дисків серійних та перспективних ВМД із високожароміцних сплавів. До складу комплексу входять спеціальні гідравлічні преси зусиллям 630 і 1600 тс з швидкістю робочого ходу, що регулюється в широкому діапазоні, програмним управлінням процесами нагрівання і деформації (рис. 1).

Спеціалізації пресового обладнання для ізотермічного штампування досягнуто в результаті:

Розміщення на столі преса нагрівальної установки, що забезпечує контрольований нагрів штампового інструменту до заданої температури деформації заготовки;

Зниження та регулювання швидкості робочого ходу преса в межах 0,1-4 мм/с;

Можливості витримки заготовки, що деформується, в штампі з додатком заданого зусилля;

Мал. 1. Ізотермічний прес зусиллям 1600 тс із системою моніторингу процесу деформації

Комп'ютерного контролю (моніторингу) процесу деформації.

Створення технологічного комплексу забезпечує реалізацію технологічного процесу за оптимальних температурно-швидкісних параметрах деформації конкретного сплаву.

Ізотермічна установка дозволяє підтримувати задану температуру в межах ±20 °С в діапазоні до 1150 °С, а регулюванням швидкості

Для подальшого прочитання статті необхідно придбати повний текст. Статті надсилаються у форматі

ГОРЮНІВ ОЛЕКСАНДР ВАЛЕРЙОВИЧ, МІН ПАВОЛ ГЕОРГІЙОВИЧ, РИГІН ВАДИМ ЄВГЕНЙОВИЧ, СИДОРОВ ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ - 2014 р.

ПРОБЛЕМИ ПРОМИСЛОВОГО ВИКОРИСТАННЯ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ ПРИ ОБРОБЦІ МЕТАЛІВ ТИСКОМ

ГРУНІН Н.М., ЧУМАЧЕНКО О.М. – 2005 р.