RU2301718C2 - Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys - Google Patents
Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301718C2 RU2301718C2 RU2005128414/02A RU2005128414A RU2301718C2 RU 2301718 C2 RU2301718 C2 RU 2301718C2 RU 2005128414/02 A RU2005128414/02 A RU 2005128414/02A RU 2005128414 A RU2005128414 A RU 2005128414A RU 2301718 C2 RU2301718 C2 RU 2301718C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- workpiece
- rolling
- mandrel
- temperature
- deforming
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам ротационной вытяжки предварительно нагретой заготовки в виде кольца из труднодеформируемых металлов и сплавов.The invention relates to the field of metal forming, and in particular to methods of rotational drawing of a preheated billet in the form of a ring of hardly deformed metals and alloys.
Известен способ изготовления кольцевых заготовок из стареющих жаропрочных материалов (а.с. СССР №1054990, МПК В21Н 1/00, опубл. 20.02.1995 г.), при котором заготовку нагревают до температуры гомогенного состояния, затем охлаждают со скоростью 1-3 град/мин до температуры на 40-100°С ниже температуры полного растворения
Недостатком данного способа является сложность техпроцесса в связи с невозможностью обеспечения высоких степеней деформации за один технологический переход (многопереходность) и контроля технологического процесса, структурных изменений от начала до конца процесса изготовления.The disadvantage of this method is the complexity of the process due to the inability to provide high degrees of deformation in one technological transition (multi-transition) and control of the process, structural changes from the beginning to the end of the manufacturing process.
Известен также способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов (Патент РФ №2192328, МПК В21Н 1/06, опубл. 27.12.2001 г.), при котором осуществляют получение исходных колец прямоугольного сечения осадкой, прошивкой и разгонкой или осадкой, сверлением и обточкой мерных заготовок из прутков большого диаметра, их нагрев и теплую раскатку на кольцепрокатном стане со степенью деформации на каждом переходе, превышающей 20% в условиях, близких к изотермическим, с обеспечением регулирования деформационного тепловыделения, дозированием степени и скорости деформации после нагрева в интервале температур гетерогенного состояния до получения прямоугольных или фигурных сечений, нагрев, калибровку по диаметру в нагретом состоянии и окончательную термообработку в виде закалки с различными скоростями охлаждения и одно- или двух ступенчатого старения стареющих никелевых сплавов с
Недостатком данного способа изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов является сложность техпроцесса, многопереходность в связи с невозможностью обеспечения однородной структуры в материале заготовки и высоких степеней деформации за один технологический переход. Кроме того, известный способ не обеспечивает стабильность технологического процесса и не позволяет получать качественные особо ответственные раскатные изделия из высоколегированных труднодеформируемых сплавов.The disadvantage of this method of manufacturing rolled annular blanks from highly alloyed nickel alloys is the complexity of the process, multi-transition due to the inability to ensure a uniform structure in the workpiece material and high degrees of deformation in one technological transition. In addition, the known method does not ensure the stability of the technological process and does not allow to obtain high-quality especially demanding rolled products from highly alloyed hardly deformable alloys.
Наиболее близким к предложенному является способ изготовления кольцевых деталей, при котором заготовку в виде кольца из труднодеформируемого материала подвергают горячей деформации раскаткой путем обжатия торцевых и поверхностей вращения роликовым инструментом, причем внутренняя поверхность вращения обжимается оправкой, ширина которой не превышает ширину заготовки, а наружная и торцевые поверхности - по меньшей мере двумя подвижными роликами, образующими с вышеуказанной оправкой калибр, уменьшающийся в соответствии с величиной обжатия заготовки, причем горячую деформацию производят инструментом, нагретым на 50-200°С ниже, чем заготовка (заявка РФ №99106214, МПК В21Н 1/00, опубл. 20.01.2001 г.).Closest to the proposed one is a method of manufacturing ring parts, in which a blank in the form of a ring of hardly deformed material is subjected to hot deformation by rolling by crimping the end and rotation surfaces with a roller tool, the inner surface of rotation being crimped by a mandrel whose width does not exceed the width of the workpiece, and the outer and end surface - at least two movable rollers forming a gauge with the above mandrel, decreasing in accordance with the value of Atia preform, wherein the hot deformation of producing a tool heated to 50-200 ° C lower than the preform (RF application №99106214, IPC V21N 1/00, publ. 20.01.2001 g).
Недостатком известного способа является невозможность изготовления широкой номенклатуры раскатных изделий из труднодеформируемых жаропрочных сплавов и формирования в них различных регламентированных структур.A disadvantage of the known method is the impossibility of manufacturing a wide range of rolled products from refractory heat-resistant alloys and the formation of various regulated structures in them.
Задачей изобретения является повышение качества обрабатываемых заготовок за счет создания регламентированной структуры в материале заготовки и расширения номенклатуры раскатываемых кольцевых заготовок за счет повышения технологических возможностей способа.The objective of the invention is to improve the quality of workpieces by creating a regulated structure in the workpiece material and expanding the range of rolled ring blanks by increasing the technological capabilities of the method.
Поставленная задача решается способом изготовления кольцевых заготовок из высоколегированных жаропрочных сплавов, при котором заготовку в виде небольшого кольца нагревают и подвергают горячей деформации раскаткой путем обжатия зоны деформации деформирующими роликовым инструментом и оправкой, образующими между собой калибр, уменьшающийся в соответствии с величиной обжатия заготовки, причем деформирующий ролик и оправку нагревают до температуры, не менее чем на 50°С ниже температуры заготовки, и раскатку осуществляют в регулируемых термомеханических условиях созданием в материале заготовки разнородного температурного и объемно-напряженного состояния, для чего обеспечивают регулируемое охлаждение деформирующих ролика и оправки, осуществляя таким образом раскатку до полной проработки структуры заготовки и обеспечения геометрических размеров.The problem is solved by a method of manufacturing ring billets from highly alloyed heat-resistant alloys, in which the billet in the form of a small ring is heated and subjected to hot deformation by rolling by compressing the deformation zone with a deforming roller tool and a mandrel, forming a gauge between themselves, decreasing in accordance with the size of the workpiece compression, and deforming the roller and the mandrel are heated to a temperature not less than 50 ° C below the temperature of the workpiece, and rolling is carried out in adjustable ermomehanicheskih conditions creating a heterogeneous material preform temperature and volume-stressed state, which provide controlled cooling of the deforming rollers and the mandrel, thus carrying rollers of the workpiece to the full study of the structure and providing geometrical sizes.
Кроме того, рекомендуется:In addition, it is recommended:
- осуществлять дополнительное охлаждение или нагрев заготовки поддерживающими роликами с регулированием их температуры;- carry out additional cooling or heating of the workpiece by supporting rollers with regulation of their temperature;
- задавать деформирующему ролику и оправке реверсивное вращение каждому собственным приводом;- set the deforming roller and the mandrel reverse rotation of each own drive;
- осуществлять при изготовлении особо крупногабаритных колец раскатку последовательно на комбинированных ступенчатых оправках с уменьшением высоты заготовки и/или предварительным составлением сборной заготовки с регламентированной структурой;- during the manufacture of especially large-sized rings, carry out rolling sequentially on combined step-like mandrels with a reduction in the height of the workpiece and / or preliminary preparation of a precast workpiece with a regulated structure;
- осуществлять обработку из нескольких предварительно раскатанных заготовок с различными или одинаковыми структурными составляющими и собранных в пакет, например, диффузионной сваркой;- carry out the processing of several pre-rolled blanks with different or identical structural components and assembled in a package, for example, by diffusion welding;
- обеспечить в материале заготовки объемно-напряженное состояние со сдвиговыми деформациями посредством отдельного регулирования охлаждения деформирующего ролика и оправки, а также путем рассогласования их скоростей вращения исходя из условия отсутствия дефектов в раскатываемом кольце;- to provide a bulk-stress state with shear deformations in the workpiece material by separately controlling the cooling of the deforming roller and the mandrel, as well as by mismatching their rotation speeds based on the condition that there are no defects in the rolling ring;
- увеличивать постепенно скорость деформации заготовки пропорционально уменьшению ее температуры при регулировании охлаждения деформирующих ролика и оправки;- gradually increase the speed of deformation of the workpiece in proportion to a decrease in its temperature when regulating the cooling of the deforming roller and mandrel;
- осуществлять обработку особо крупногабаритных сложного сечения с несимметричным профилем кольцевых заготовок в сборно-разборном охлаждаемом бандаже раскаткой деформирующим роликом их внутренней поверхности вращения;- to carry out the processing of especially large-sized complex sections with an asymmetric profile of the ring blanks in a collapsible cooled bandage by rolling with a deforming roller of their inner surface of rotation;
- вести обработку в условиях сверхпластичности.- carry out processing in conditions of superplasticity.
Известно, что физико-механические свойства многих металлических материалов, определяющие качество изготовленных из них изделий, могут быть заметно улучшены созданием в них ультрамелкозернистой структуры, например, методами интенсивной пластической деформации (патент РФ №2175685, МПК С22F 1/18, опубл. 10.11.2001 г.) или формированием регламентированной структуры, например, субмикрокристаллической структуры, а также структуры типа «ожерелья» («Влияние условий раскатки на структуру и свойства дисков из жаропрочного никелевого сплава ЭП962». Журнал «Авиационная промышленность». - 1994 г. - №11-12, - С.19-24).It is known that the physicomechanical properties of many metallic materials, which determine the quality of products made from them, can be significantly improved by creating an ultrafine-grained structure in them, for example, by methods of intensive plastic deformation (RF patent No. 2175685, IPC C22F 1/18, publ. 10.11. 2001) or the formation of a regulated structure, for example, a submicrocrystalline structure, as well as a “necklace” type structure (“Influence of rolling conditions on the structure and properties of disks made of heat-resistant nickel alloy EP962.” Magazine “ viatsionnaya industry. "- 1994 - №11-12, - S.19-24).
Однако известные способы ограничены возможностями обработки узкой номенклатуры заготовок небольшого размера. Их невозможно использовать при изготовлении крупногабаритных и сложнопрофильных заготовок колец.However, the known methods are limited by the processing capabilities of a narrow range of small workpieces. They cannot be used in the manufacture of large and complex ring blanks.
Предложенный способ изготовления кольцевых заготовок реализует схему неоднородного температурного и объемно-напряженного состояния, соответствующую, в частности, интенсивной пластической деформации, обеспечивая измельчение и формирование микрокристаллической структуры в деформируемой заготовке.The proposed method for manufacturing ring billets implements a scheme of an inhomogeneous temperature and volume-stress state, corresponding, in particular, to intense plastic deformation, providing grinding and microcrystalline structure formation in the deformable billet.
Таким образом, предложенный способ позволяет за счет регулируемого охлаждения деформирующих ролика и оправки, а также регулирования температуры поддерживающих роликов, обеспечить периодическое послойное охлаждение или нагрев материала раскатываемой заготовки и тем самым создать неоднородное объемно-напряженное состояние в очаге деформации и постепенно сформировать регламентированную структуру по всему объему заготовки с одновременным получением изделия с необходимыми геометрическими размерами.Thus, the proposed method allows, due to the controlled cooling of the deforming roller and the mandrel, as well as the temperature control of the supporting rollers, to provide periodic layer-by-layer cooling or heating of the material of the rolled billet and thereby create a heterogeneous volume-stress state in the deformation zone and gradually form a regulated structure throughout the volume of the workpiece while receiving the product with the necessary geometric dimensions.
При раскатке кольцевой заготовки посредством деформирующих ролика и оправки с рассогласованием их скоростей кольцевая заготовка испытывает на каждом обороте интенсивную объемно-сдвиговую деформацию преимущественно в зоне очага деформации между роликом и оправкой. При каждом обороте раскатываемой заготовки на нее накладываются термомеханические воздействия нагревательной печи, регулируемо охлаждаемых (нагреваемых) поддерживающих роликов, а также регулируемо охлаждаемых деформирующих ролика и оправки, в результате приводящие или к интенсивному измельчению, или к формированию крупнозернистой структуры, структуры "ожерелья" или их комбинации.When rolling an annular blank by means of a deforming roller and a mandrel with a mismatch of their speeds, the annular blank experiences intense volume-shear deformation at each revolution, mainly in the zone of the deformation zone between the roller and the mandrel. At each revolution of the rolled billet, the thermomechanical effects of a heating furnace, adjustable cooled (heated) support rollers, and also adjustable cooled deforming rollers and mandrels are superimposed on it, resulting in either intensive grinding, or the formation of a coarse-grained structure, the structure of the “necklace” or their combinations.
При деформации небольших заготовок с исходной мелкозернистой структурой в γ+
При этом также есть реальная возможность изготавливать особо крупногабаритные заготовки за счет соединения (например, диффузионной сваркой, взрывом и т.д.) двух и более предварительно раскатанных до определенных размеров заготовок с субмикрокристаллической (СМК) структурой и последующей раскатки до нужных размеров. При этом за счет предварительного формирования СМК структуры обеспечивается качественное соединение двух или более заготовок. Раскатанные таким способом сборные крупногабаритные кольцевые заготовки сохраняют однородную СМК структуру по всему сечению и отличаются высокими, стабильными механическими и служебными свойствами при относительно низких температурах эксплуатации.At the same time, there is also a real opportunity to produce especially large-sized workpieces by connecting (for example, diffusion welding, explosion, etc.) two or more pre-rolled workpieces to a certain size with a submicrocrystalline (QMS) structure and subsequent rolling to the desired size. Moreover, due to the preliminary formation of the QMS structure, a high-quality connection of two or more workpieces is ensured. Prefabricated large-sized ring billets rolled in this way retain a uniform QMS structure over the entire cross section and are characterized by high, stable mechanical and service properties at relatively low operating temperatures.
При использовании раскатных крупногабаритных колец из жаропрочных никелевых сплавов в высокотемпературных зонах газотурбинного двигателя (ГТД), где требуются высокие жаропрочные свойства, есть необходимость получить однородную крупнозернистую (КЗ) структуру, которая без особых проблем формируется при последующей термообработке раскатной заготовки в γ-области.When using rolled large-sized rings made of heat-resistant nickel alloys in high-temperature zones of a gas turbine engine (GTE), where high heat-resistant properties are required, there is a need to obtain a homogeneous coarse-grained (KZ) structure, which is formed without special problems during subsequent heat treatment of the rolled billet in the γ-region.
Однако имеются определенные элементы конструкции в авиадвигателях, где рационально использовать разнородную структуру, например в корпусных деталях ГТД (где наружные поверхности корпусных деталей турбины принудительно охлаждают потоком холодного воздуха, а внутренние слои находятся в относительно горячей зоне), где можно использовать послойную структуру: СМК - "ожерелье" или СМК -КЗ.However, there are certain structural elements in aircraft engines where it is rational to use a heterogeneous structure, for example, in GTE body parts (where the outer surfaces of the turbine body parts are forcibly cooled by a stream of cold air and the inner layers are in a relatively hot zone), where a layered structure can be used: SMK - "necklace" or QMS-KZ.
Для формирования таких комбинаций структур в заготовках предварительную раскатку ведут в γ+
Такое сочетание структуры в отдельных случаях обеспечивает критически необходимые механические и служебные свойства деталям ГТД.Such a combination of structure in some cases provides critical mechanical and service properties to GTE parts.
При раскатке кольцевой заготовки с рассогласованием скоростей вращения деформирующих оправки и ролика, а также при одновременном выдерживании разной температуры на регулируемо - охлаждаемых деформирующих оправке и ролике, кольцевая заготовка испытывает на каждом обороте с разной стороны (со стороны оправки и ролика) интенсивную неоднородную деформацию, преимущественно в зоне очага деформации, в которой поэтапно, послойно формируя мелкозернистую структуру и/или структуру "ожерелья", прорабатывают структуру всего объема материала по всему сечению заготовки, накапливая на каждом обороте. При дальнейшем вращении заготовки на нее накладывается также и термическое воздействие, при котором в процессе динамической рекристаллизации формируется регламентированная макро- и микроструктура. Строго контролируемое регулирование температуры на оправке - с одной стороны и ролика - с другой стороны, при одновременной дозированной деформации, т.е. структурной проработке и формировании геометрических размеров кольцевой заготовки, обеспечивает получение качественных изделий не только с точки зрения идеальной геометрии, но и с требуемой регламентированной макро- и микроструктурой на конечном этапе обработки.When rolling the annular blank with a mismatch of the rotational speeds of the deforming mandrel and the roller, as well as simultaneously maintaining different temperatures on the adjustable - cooled deforming mandrel and the roller, the annular blank experiences intense non-uniform deformation at each revolution on the opposite side (from the mandrel and the roller), mainly in the zone of the deformation zone, in which, gradually, layer by layer forming the fine-grained structure and / or the structure of the “necklace”, the structure of the entire volume of material he cross-section preform, accumulating during each revolution. With further rotation of the workpiece, a thermal effect is also imposed on it, during which a regulated macro- and microstructure is formed in the process of dynamic recrystallization. Strictly controlled temperature control on the mandrel - on the one hand and the roller - on the other hand, with simultaneous dosed deformation, i.e. structural study and the formation of the geometric dimensions of the annular billet, provides high-quality products not only in terms of ideal geometry, but also with the required regulated macro- and microstructure at the final stage of processing.
Аналогичную задачу по получению регламентированных свойств по сечению изделия решают при формообразовании изделий ГТД методом порошковой металлургии. В данном случае путем помещения разнородного химического состава порошков различных сплавов в различных зонах детали обеспечивают необходимые эксплуатационные свойства. Например, в порошковых дисках ГТД в центральной части - ступице в зоне полотна и обода размещают порошки различного химического состава, в последующем проводят компактирование, горячую деформацию, термообработку и таким образом обеспечивают необходимые служебные свойства. Однако известный способ является трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, достаточно много проблем с обеспечением качества, например при попадании в порошок инородных частиц (частиц керамики) существует большая вероятность появления неконтролируемого дефекта в заготовке, который проявляется в процессе эксплуатации готового изделия и приводит к его разрушению.A similar problem for obtaining regulated properties over the cross section of a product is solved during the shaping of GTE products by powder metallurgy. In this case, by placing the heterogeneous chemical composition of powders of various alloys in different zones, the parts provide the necessary operational properties. For example, powders of various chemical compositions are placed in the GTD powder disks in the central part — the hub in the area of the web and rim, and subsequently compacted, hot deformed, and heat treated, and thus provide the necessary service properties. However, the known method is laborious and expensive. In addition, there are a lot of problems with ensuring quality, for example, if foreign particles (ceramic particles) get into the powder, there is a high probability of an uncontrolled defect appearing in the workpiece, which manifests itself during the operation of the finished product and leads to its destruction.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг.1а,б представлена принципиальная схема раскатки кольцевой заготовки с деформирующим роликом (под углом 90° к плоскости раскатки) и ступенчатой комбинированной оправкой (а - раскатка исходной заготовки на первой ступени H1 оправки - 1 переход, б - раскатка предварительно деформированной заготовки на второй ступени Н2 оправки).On figa, b presents a schematic diagram of the rolling of the annular workpiece with a deforming roller (at an angle of 90 ° to the plane of rolling) and a step combined mandrel (a - rolling the original workpiece at the first stage H 1 mandrel - 1 transition, b - rolling the pre-deformed workpiece at the second stage H 2 mandrels).
На фиг.2 представлена принципиальная схема раскатки кольцевой заготовки с деформирующими роликом (под углом α к плоскости раскатки) и ступенчатой комбинированной оправкой.Figure 2 presents a schematic diagram of the rolling of the annular workpiece with a deforming roller (at an angle α to the plane of rolling) and a stepped combined mandrel.
Схема (фиг.1) содержит камеру 1 с нагревательными элементами 2, размещенными в определенных зонах. В камере расположена сборная ступенчатая охлаждаемая оправка 3 с несколькими ступеньками разной высоты (H1, H2). Кольцевая заготовка 4 небольшого диаметра (предзаготовка) размещается между деформирующей оправкой 3 и деформирующим малогабаритным охлаждаемым роликом 5, который расположен перпендикулярно плоскости раскатки и имеет возможность перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскости и вращения с различными регулируемыми скоростями ωрол. Вращение оправки 3 со скоростью ωопр осуществляется реверсивно от отдельного привода. Заготовка 4 при увеличении диаметра опирается на упоры 6. По мере увеличения диаметра раскатываемого кольца заготовка фиксируется и может дополнительно охлаждаться (нагреваться) поддерживающими роликами 7, которые могут вводиться и поддерживать раскатываемую заготовку с двух сторон (со стороны деформирующей оправки и ролика). На схеме (фиг.1) пунктиром показано готовое кольцо (позиция 8) после раскатки.The circuit (figure 1) contains a chamber 1 with
Схема на фиг.2 в отличие от схемы на фиг.1 содержит малогабаритный охлаждаемый ролик 5, который расположен под углом а к плоскости раскатки и имеет также возможность перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскости и вращения с различными регулируемыми скоростями ωрол. Вращение охлаждаемой ступенчатой оправки 3 со скоростью ωопр осуществляется от отдельного привода и имеет реверс. Заготовка 4 при увеличении диаметра также опирается на упоры 6, которые меняют высотное расположение и могут вводиться по мере увеличения диаметра раскатываемого кольца. На схеме пунктиром показано готовое кольцо (позиция 8) после раскатки. Расположение деформирующего ролика под углом α к плоскости раскатки позволяет обеспечить за каждый проход более глубокую проработки материала за счет дополнительных сдвигающих напряжений, создающих более жесткую схему деформации. Данный способ в основном используется для обработки структуры труднодеформируемых жаропрочных материалов.The scheme in figure 2, in contrast to the scheme in figure 1, contains a small-sized cooled
Способ осуществляется следующим образом. Исходную небольшую кольцевую заготовку (предзаготовку) 4 устанавливают в камеру 1 между деформирующей оправкой 3 и деформирующим роликом 5. Задают вращательное движение оправке и ролику, синхронизируют скорости вращения и обеспечивают зажим заготовки между оправкой и роликом путем перемещения деформирующего ролика к оправке. При вращении заготовка по мере увеличения диаметра поддерживается оправкой и упорами 6. Внутренняя поверхность вращения заготовки и одна боковая обжимается деформирующей оправкой, ширина которой не превышает ширину заготовки, а наружная и другая боковая поверхность - деформирующим роликом, образующим с вышеуказанной оправкой калибр, уменьшающийся в соответствии с величиной обжатия заготовки. Данный прием раскатки приемлем для раскатки относительно небольших окончательных диаметров колец простой конфигурации, например для Драс/Дзаг≤1,5-2 (фиг.2а), где Драс - диаметр раскатанной заготовки, Дзаг - диаметр заготовки (предзаготовки). Для больших раскатываемых размеров при Драс/Дзаг>1,5-2 необходимо обеспечить ступенчатую раскатку, т.е. первый переход раскатки, когда внутренний диаметр заготовки мал, начать раскатку с заготовки с наибольшими допустимыми высотными размерами и раскатать до максимально возможного диаметра. Затем после первого перехода обеспечивают подсадку заготовки на второй ступеньке роликом (или уменьшение высоты заготовки осадкой на плоских бойках) и переходят на раскатку заготовки на другой ступеньке оправки с меньшей высотой и в комбинации с дополнительными приемами поэтапного охлаждения инструмента (создавая градиент температуры).The method is as follows. The initial small annular blank (pre-blank) 4 is installed in the chamber 1 between the
Для изготовления особо крупногабаритных цельнокатаных колец заготовок с различной комбинацией структур возможно объединение двух и более предварительно раскатанных заготовок в пакет путем соединения, например, диффузионной сваркой и, раскатывая, в дальнейшем получить требуемые размеры.For the manufacture of especially large-sized solid-rolled rings of billets with a different combination of structures, it is possible to combine two or more pre-rolled billets into a package by connecting, for example, by diffusion welding and, rolling, in the future to obtain the required dimensions.
При охлаждении инструмента поэтапно (с плавным увеличением разницы температур между инструментом и заготовкой после определенной подачи или оборотов) от 50°С и более обеспечивается сначала "мягкая" схема деформации с последующим ее "ужесточением", т.е. на первом этапе поверхностные слои заготовки охлаждаются и деформация, преимущественно сдвигового характера, передается на более глубокие слои заготовки, а в конце, когда разница температуры достигает максимальной величины, обеспечивается проработка центральной части и в последующем формирование субмикрокристаллической структуры по всему сечению. Постепенное снижение температуры и цикличность процесса обеспечивает поэтапное измельчение структуры материала послойно и тем самым получение более и более мелкозернистого состояния, это в свою очередь создает предпосылки увеличения скорости деформации, а в конце формообразования фиксируется более качественная однородная мелкозернистая структура в раскатываемом кольце (соответственно с более высоким уровнем свойств). Эти условия обеспечивают получение качественных кольцевых заготовок не только с точки зрения идеальной геометрии, но и с однородной макро- и микроструктурой.When the tool is cooled in stages (with a smooth increase in the temperature difference between the tool and the workpiece after a certain feed or revolutions) from 50 ° C or more, a "soft" deformation scheme is ensured first with its subsequent "tightening", i.e. at the first stage, the surface layers of the preform are cooled and deformation, mainly of a shear nature, is transferred to the deeper layers of the preform, and in the end, when the temperature difference reaches a maximum value, the central part is worked out and subsequently the submicrocrystalline structure is formed over the entire cross section. A gradual decrease in temperature and the cyclicity of the process provides a stepwise grinding of the material structure in layers and thereby obtaining a more and more fine-grained state, this in turn creates the prerequisites for an increase in the strain rate, and at the end of shaping a higher-quality homogeneous fine-grained structure is fixed in the rolling ring (respectively, with a higher property level). These conditions ensure the production of high-quality ring blanks not only from the point of view of ideal geometry, but also with a homogeneous macro- and microstructure.
Благодаря предложенному способу производится не только интенсивная деформация локально-деформирующим инструментом материала на отдельном участке, включая центральные области, но и создаются условия для его дальнейшей ускоренной деформационной проработки. В данном случае деформация не распределяется, а сосредотачивается, локализуется (преимущественно сдвигового характера) в замкнутом объеме - между роликом, оправкой с упорными щеками и объемом материала раскатываемой заготовки с двух сторон вне зоны деформации. В результате, в данном объеме материала существенно быстрее, чем при любой другой деформации, достигаются условия, необходимые для формирования достаточной плотности дислокации и динамической рекристаллизации. За счет преимущественно послойного сдвигового характера деформации и за счет цикличности процесса обеспечивается более сильное измельчение структуры всего объема материала. Следовательно, именно в этом локализованном контролируемом объеме заготовки достигаются требуемые структурные изменения благодаря деформации инструментом в замкнутом объеме с градиентом температуры, а также благодаря возможности варьирования геометрическими размерами деформируемого участка, величиной и направлением преимущественного развития деформации.Thanks to the proposed method, not only intense deformation by a locally deforming tool of the material in a separate area, including the central regions, is made, but conditions are created for its further accelerated deformation study. In this case, the deformation is not distributed, but is concentrated, localized (mainly of a shear nature) in a closed volume - between the roller, the mandrel with persistent cheeks and the volume of material of the rolled workpiece from two sides outside the deformation zone. As a result, in this volume of material much faster than with any other deformation, the conditions necessary for the formation of a sufficient dislocation density and dynamic recrystallization are achieved. Due to the predominantly layered shear nature of the deformation and due to the cyclical nature of the process, a stronger refinement of the structure of the entire volume of the material is ensured. Therefore, it is in this localized controlled volume of the workpiece that the required structural changes are achieved due to deformation by the tool in a closed volume with a temperature gradient, and also due to the possibility of varying the geometric dimensions of the deformable section, the size and direction of the predominant development of the deformation.
Однако более существенно то, что температура нагрева-охлаждения инструмента, участка заготовки и возможность ее изменения влияют на формирование той или иной регламентированной структуры, например, микрокристаллической, которую обычно получают в результате прохождения первичной или динамической рекристаллизации деформированного материала. Как известно, формирование такой структуры происходит в широком температурном интервале и зависит также от исходной микроструктуры. Выбор конкретной температуры нагрева-охлаждения инструмента и заготовки зависит от материала и типа микроструктуры, которая должна быть сформирована в заготовке при обработке по предлагаемому способу.However, it is more significant that the temperature of heating-cooling of the tool, the part of the workpiece and the possibility of its change affect the formation of one or another regulated structure, for example, microcrystalline, which is usually obtained as a result of the passage of primary or dynamic recrystallization of a deformed material. As is known, the formation of such a structure occurs in a wide temperature range and also depends on the initial microstructure. The choice of a specific heating-cooling temperature of the tool and the workpiece depends on the material and the type of microstructure that must be formed in the workpiece during processing by the proposed method.
Кроме того, благодаря периодичности процесса обработка одного и того же участка может быть повторена с применением предыдущего сочетания схем деформации или с изменением режимов, например увеличением и уменьшением температуры нагрева и т.д., когда появляется возможность подрасти зерно до необходимых размеров и накладывать определенную деформацию для формирования регламентированной структуры, отвечающей условиям работы детали. В целом, сочетание различных схем в данном способе позволяет в широких пределах варьировать степенью (величиной) накопленной деформации в обрабатываемом участке и тем самым осуществлять деформацию, достаточную для формирования регламентированных структур с определенными физико-механическими свойствами.In addition, due to the periodicity of the process, processing of the same section can be repeated using the previous combination of deformation schemes or changing modes, for example, increasing and decreasing the heating temperature, etc., when it becomes possible to grow grain to the required size and apply a certain deformation to form a regulated structure that meets the working conditions of the part. In general, the combination of different schemes in this method allows a wide range to vary the degree (magnitude) of the accumulated deformation in the treated area and thereby deform sufficiently to form regulated structures with certain physical and mechanical properties.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
Исходные заготовки из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава ЭК79ИД диаметром 200 мм и высотой 250 мм отштамповали на прессе мод.ПА2642 усилием 1600 т.с. на изотермическом штамповом блоке УИШБ-500 для получения необходимой исходной микроструктуры типа "микродуплекс" (со средним размер менее 10 мкм) и требуемыми геометрическими размерами. В результате штамповки и последующей механической обработки получены небольшие кольцевые предзаготовки с наружным диаметром 360 мм внутренним 220 мм и высотой 50 мм. Раскатку осуществляли на модернизированном раскатном стане СКД-1, оснащенном изотермической печью, оптоэлектронной системой контроля геометрических размеров с обратной связью, скорости и степени деформации и т.д., комбинированной ступенчатой охлаждаемой приводной оправкой и роликами из жаропрочного сплава ЖС-6У.The initial blanks made of hard-deformed heat-resistant nickel alloy EK79ID with a diameter of 200 mm and a height of 250 mm were stamped on a press mod. PA2642 with a force of 1600 tp on the isothermal stamp block UISHB-500 to obtain the necessary initial microstructure of the "micro duplex" type (with an average size of less than 10 microns) and the required geometric dimensions. As a result of stamping and subsequent machining, small annular pre-preparations were obtained with an outer diameter of 360 mm, an inner 220 mm, and a height of 50 mm. The rolling was carried out on a modernized rolling mill SKD-1, equipped with an isothermal furnace, an optoelectronic control system of geometric dimensions with feedback, speed and degree of deformation, etc., a combined stepped cooled drive mandrel and rollers from the heat-resistant alloy ZhS-6U.
До начала раскатки кольцевую предзаготовку из сплава ЭК79ИД установили в печь предварительного нагрева и прогрели до температуры 1070°С, далее прогретую предзаготовку поместили в нагревательный блок 1, нагретый до температуры 1070°С, модернизированного раскатного стана, оснащенного силитовыми нагревателями 2, и прижали между деформирующими ступенчатой оправкой 3 и роликом 5 (Фиг.1), дали выдержку в течение 15-20 мин для выравнивания температуры. При этом оба деформирующего инструмента имели собственные привода, системы охлаждения и возможность независимого регулирования температуры и скорости вращения. Регулируемое воздушное охлаждение инструмента обеспечили с внутренней стороны за счет специальной конструкции, обратной связи и контроля всех параметров (расхода, давления, температуры и т.д.). Предварительно провели относительную градуировку всех регулирующих приборов, температуру заготовки и температуру на поверхности ролика, оправки контролировали переносным пирометром "Полема" и фиксировали разницу регулирующими термопарами типа ППР, а расход воздуха - положением электромагнитных клапанов при продувке от воздушного компрессора.Prior to rolling, the ring pre-preparation of EK79ID alloy was installed in a preheating furnace and heated to a temperature of 1070 ° C, then the heated pre-preparation was placed in heating block 1, heated to a temperature of 1070 ° C, of a modernized rolling mill equipped with
В начальный момент разницу температуры между заготовкой и поверхностью деформирующих ролика, оправки установили менее 50°С, однако при этой разнице температуры глубина проработки структуры заготовки оказалась не существенной, при этом деформируемый объем материала между роликом и оправкой оказался достаточно большой. Данный объем материала заготовки не давал возможности достаточно охлаждать поверхностные слои и получать необходимую разницу температуры на поверхности и глубинных слоях деформируемого материала. В результате, не смогли обеспечить достаточный градиент температуры и поле сдвиговых напряжений для эффективной проработки структуры заготовки послойно. В этой связи выяснилось, что поддерживать разницу температуры менее 50°С между заготовкой и поверхностью инструмента не эффективно.At the initial moment, the temperature difference between the workpiece and the surface of the deforming roller, the mandrel was set to less than 50 ° C, however, with this temperature difference, the depth of the workpiece structure was not significant, while the deformable volume of material between the roller and the mandrel was quite large. This volume of the workpiece material did not make it possible to sufficiently cool the surface layers and to obtain the necessary temperature difference on the surface and the deep layers of the deformable material. As a result, it was not possible to provide a sufficient temperature gradient and shear stress field for the effective study of the workpiece structure in layers. In this regard, it turned out that maintaining a temperature difference of less than 50 ° C between the workpiece and the surface of the tool is not effective.
В другой раз предзаготовка была предварительно нагрета до температуры деформации (1070±10°С) в печи предварительного нагрева. После переноса предзаготовки в нагревательную камеру раскатной машины обеспечили выдержку в течение 20-30 мин (при этом на поверхности ролика и оправки температуру поддерживали в пределах 1000±10°С) и зафиксировали исходное положение деформирующего ролика для начала автоматического отчета раскатки (начало раскатки). Обеспечили плавное увеличение внедрения ролика в продзаготовку, при этом за счет создания замкнутого объема между инструментами обеспечили условия неравномерного всестороннего сжатия материала предзаготовки в зоне деформации. Рассогласование скоростей вращения оправки и деформирующего ролика варьировали в пределах 0-10%, а относительно заготовки - 0-20%. Каждый раз после некоторой деформации (30-50% формообразования кольцевой заготовки диаметр наружный - 400÷500 мм и высота - 50-60 мм) наблюдалось снижение усилия раскатки на ролике, при этом начали охлаждать инструмент за счет увеличения потока холодного воздуха по внутренним каналам до 950°С, и раскатку обеспечили до необходимых конечных размеров (Драс=560÷760 мм и Н=50 мм) с более высокими скоростями. Если вначале скорость вращения предзаготовки составляла 2 об/мин, то в конце деформации 2,3-3,0 об/мин, при этом экспериментальные данные показали, что самым оптимальным диапазоном рассогласования скоростей вращения оправки и ролика относительно заготовки является 5-10%, при этом усилия деформации снижаются, и осуществляются наиболее существенные структурные изменения. При увеличении скорости без рассогласования скоростей вращения оправки и ролика усилие раскатки повышается до недопустимых пределов.Another time, the pre-preparation was preheated to a deformation temperature (1070 ± 10 ° C) in a pre-heating furnace. After transferring the pre-preparation to the heating chamber of the rolling machine, the shutter speed was maintained for 20-30 minutes (the temperature on the surface of the roller and the mandrel was kept within 1000 ± 10 ° C) and the initial position of the deformation roller was recorded to start the automatic rolling report (the beginning of rolling). They ensured a smooth increase in the introduction of the roller into pre-preparation, while due to the creation of a closed volume between the tools, they ensured the conditions of uneven comprehensive compression of the pre-preparation material in the deformation zone. The mismatch of the rotation speeds of the mandrel and the deforming roller was varied in the range of 0-10%, and relative to the workpiece - 0-20%. Each time after some deformation (30-50% of the formation of the ring billet, the outer diameter is 400 ÷ 500 mm and the height is 50-60 mm), a decrease in the rolling force on the roller was observed, while the tool began to cool by increasing the flow of cold air through the internal channels to 950 ° C, and rolling was ensured to the required final dimensions (D races = 560–760 mm and H = 50 mm) with higher speeds. If at the beginning the rotation speed of the pre-blank was 2 rpm, then at the end of the deformation it was 2.3-3.0 r / min, while the experimental data showed that the most optimal range of mismatch between the rotation speeds of the mandrel and the roller relative to the workpiece is 5-10%, in this case, the deformation forces are reduced, and the most significant structural changes are carried out. With an increase in speed without a mismatch in the speeds of rotation of the mandrel and the roller, the rolling force rises to unacceptable limits.
Исходная микроструктура кольцевой предзаготовки из сплавав ЭК79ИД была мелкозернистая, со средним размером зерен γ и
По мере измельчения микроструктуры материала раскатываемой заготовки при последующих этапах становилось возможным увеличить скорости деформации, т.е. появилась возможность повышения производительности в условиях серийного производства кольцевых заготовок по предложенному способу.As the microstructure of the material of the rolled billet was crushed, in subsequent stages it became possible to increase the strain rate, i.e. there was an opportunity to increase productivity in the conditions of mass production of ring blanks by the proposed method.
Контроль и управление величиной подачи и внедрения деформирующего ролика в кольцевую заготовку осуществляли с помощью автоматической системы и визуально по индикатору перемещения роликового узла относительно корпуса. При достижении расчетной величины раскатки отключали привод подачи внедрения ролика. При этом были получены качественные кольцевые заготовки из жаропрочного сплава ЭК79ИД с окончательными размерами Драс=850±5 мм и Н=50±1 мм.Monitoring and control of the amount of feed and introduction of the deforming roller into the annular billet was carried out using an automatic system and visually by the indicator of movement of the roller assembly relative to the housing. When the calculated value of rolling was reached, the feed drive for introducing the roller was turned off. Thus were obtained qualitative annular preforms from superalloy EK79ID with final dimensions races D = 850 ± 5 mm and H = 50 ± 1 mm.
Проведенные структурные исследования и изучение механических свойств до и после выбранных режимов раскатки в двухфазной области показали, что если средний размер зерен в исходной заготовке составлял для γ-фазы 7-8 мкм, а
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить качество раскатываемых кольцевых заготовок за счет создания необходимой регламентированной структуры в материале заготовки. На фиг.3а показана исходная заготовка перед раскаткой из сплава ЭК79ИД и ее микроструктура («микродуплекс»); на фиг.3б - эта же заготовка после раскатки и ее микроструктура в различных зонах («микродуплекс», ″ожерелье″ и крупное зерно″). Кроме того, предложенный способ позволяет получать широкую номенклатуру цельнокатаных колец из высокожаропрочных труднодеформируемых сплавов типа ЭК79ИД, ЭП975ИД с содержанием
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128414/02A RU2301718C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128414/02A RU2301718C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005128414A RU2005128414A (en) | 2007-03-20 |
| RU2301718C2 true RU2301718C2 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=37993804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128414/02A RU2301718C2 (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301718C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1477749A (en) * | 1974-01-18 | 1977-06-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Working a roll die working of a metallic material |
| SU1014975A1 (en) * | 1981-11-04 | 1983-04-30 | Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method for thermomechanical treatment of titanium alloys |
| SU1225662A1 (en) * | 1983-04-12 | 1986-04-23 | Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method of producing articles |
| SU1678861A1 (en) * | 1990-01-15 | 1991-09-23 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Method for thermo-mechanical treatment of steel |
| RU2119842C1 (en) * | 1996-06-21 | 1998-10-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same |
| RU99106214A (en) * | 1999-03-26 | 2001-01-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | METHOD FOR PRODUCING RINGS |
-
2005
- 2005-09-12 RU RU2005128414/02A patent/RU2301718C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1477749A (en) * | 1974-01-18 | 1977-06-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Working a roll die working of a metallic material |
| SU1014975A1 (en) * | 1981-11-04 | 1983-04-30 | Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method for thermomechanical treatment of titanium alloys |
| SU1225662A1 (en) * | 1983-04-12 | 1986-04-23 | Московский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method of producing articles |
| SU1678861A1 (en) * | 1990-01-15 | 1991-09-23 | Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина | Method for thermo-mechanical treatment of steel |
| RU2119842C1 (en) * | 1996-06-21 | 1998-10-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same |
| RU99106214A (en) * | 1999-03-26 | 2001-01-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | METHOD FOR PRODUCING RINGS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005128414A (en) | 2007-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2119842C1 (en) | Method for manufacturing axially symmetrical parts and blank making process for performing the same | |
| CN101422861B (en) | Accurate forming method of special-shape deep-hole type parts | |
| EP2659993B1 (en) | Closed-die forging method and method of manufacturing forged article | |
| RU2134308C1 (en) | Method of treatment of titanium alloys | |
| CN105358270A (en) | Method for making wrought and other processed products | |
| WO1997048509A9 (en) | Method for producing axially symmetric parts and the article | |
| JP7399855B2 (en) | Metal ring formed from beryllium-copper alloy | |
| CN106670359A (en) | A kind of GH4169 alloy ring and its preparation method | |
| US10774411B2 (en) | Nickel-based alloy tubes and method for production thereof | |
| CN108687160A (en) | A kind of aluminum alloy plate materials treatment process | |
| CN112589022A (en) | Method for manufacturing high-quality low-segregation fine-grain high-temperature alloy bar difficult to deform | |
| CN106623743A (en) | A kind of GH4738 alloy die forging and preparation method thereof | |
| CN114192708B (en) | Hot rolling forming method for large aluminum alloy ring construction | |
| RU2679157C1 (en) | Method of manufacturing formed forces of turbine blades from heat-resistant alloys on the basis of nickel | |
| RU2301718C2 (en) | Method for producing ring blanks of high-alloy refractory alloys | |
| CN114871695A (en) | M50 steel bearing ring, preparation method thereof and bearing | |
| RU2192328C2 (en) | Method for making expanded ring blanks of high-alloy nickel alloys | |
| CN106424501A (en) | Sheath-based difficult-to-deform material multidirectional swaging method | |
| US20040134249A1 (en) | Method and device for making intricately-shaped axisymmetric parts from hardly deformable polyphase alloys | |
| RU2271261C1 (en) | Process for forming rings of fine-grain structure blanks | |
| RU2208063C2 (en) | Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process | |
| CN114986101A (en) | Combination forming method of forge piece | |
| EP4067526A1 (en) | Manufacturing method for nickel-base alloy product or titanium-base alloy product | |
| CN115815515B (en) | A forging method to improve the uniformity of microstructure in GH4169 series high-temperature alloy ring forgings | |
| Valitov et al. | The effect of thermomechanical treatment conditions on the structure and properties of the granulated EP741NP nickel alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090913 |