Способ изготовления поковок типа дисков из высоколегированных жаропрочных сплавов

Способ изготовления поковок типа дисков из высоколегированных жаропрочных сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное w авт. свид-ву (22) Заявлено 17.01.80. (21) 2869838/25-27 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.81. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30.09.81 (51)М. Кл.

В 21 К 1/32

В 21 т 1/04

Государственный комитет по делам изобретений н открытий (53) УД К 621.735 (088.8) E. Н. Казаринов, Ю. Н. Чумало и В. П. Троицкий (72) Авторы изобретения

Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК ТИПА ДИСКОВ

ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к обработке ме,таллов давлением, а именно к способам изготовления поковок типа тел вращения, и может быть использовано при производстве поковок турбинных дисков, дефлекторов, лабиринтов, шайб, шестерен и т.п. деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов.

Известны способы изготовления поко— вок турбинных дисков, включающие в себя протяжку конусного слитка, полученно- т0 го выплавкой в открытых индукционных электрических печах, на плоских бойках, рубку на заготовки, осадку квадратной заготовки с предварительной сбивкой углов и кругления, штамповку поковок дис15 ком турбины с относительной степенью деформации 30-50% и термообработку

L1) и (2J.

Однако большие колебания размеров исходной заготовки приводят в ряде случаев

20 к двойному бочкообразованию, возникновению складок и появлению наружных и внутренних трещин в процессе осадки. Кроме

2 того, заготовка со сбитыми углами после осадки имеет форму многогранника, что весьма затрудняет укладку ее в штамп при штамповке. В результате имеет место неравномерность течения металла в про цессе штамповки, незапопнение фигуры штампа, что может привести и часто приводит к браку.

Известен способ изготовления поковок турбинных дисков, включаюпцтй выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом, об.дирку поверхности, охлаждение слитка, нагрев до ковочной температуры, горячую протяжку в вырезных бойках, резку на заготовки, осадку и штамповку. Применение способа позволяет изготавливать поковки сложной конфигурации с достаточно высокими механическими и жаропрочными csoO ствами (3).

Недостатком известного способа явля ется низкое качество поковок ввиду зна» чительной разнозернистости, слоистого нз лома, а также анизотропии механических

3 8б и жаропрочных свойств по всему объему металла поковки, Цель изобретения - повышение качест ва поковок, а именно повышение механических и жаропрочных свойств металла поковок за счет создания однородной структуры и исключения слоистого издома.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления типа дисков из высоколегированных жаропрочных никелевый сплавов, включаюшем выплавку слитка вакуумно дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности, нагрев до ковочных температур, протяжку слитка, резку на заготовки и горячую осадку, охлаждение слитка ведут со ско» росгью ЗО 60 С/мин, нагрев под протяж6 ку до ковочных температур ведут со скоростью 80-90 град/ч и выдерживают при этой температуре 8-12 ч, протяжку слитка производят за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей со степенью укова на первом и втором переходах 1,4-1,65,на третьем переходе 1,2-1,4, при суммарной с.гепени укова не менее 3, а осадку заготовок производят со степенью деформации 50аоод

Повышение температуры деформации до 1160 С и увеличение степени деформации до 50-80% позволяют резко снизить разнозернистость при оптимальной величине зерна. Осадка с большими степенями деформации приводит к значительному охдаждаюшему влиянию инструмента и, как следствие, к увеличению разнозернистости, Деформация металла при пониженных степенях (менее 504) приводит к неполной проработке структуры, чго ведет к возникновению разнозернистос.ги,увеличению анизотропии и снижению механических и жаропрочных свойств, Ре нтгеноструктурный анализ выявдяет ряд закономерностей формирования структуры при различных термомеханических режимах обработки ме гадда. Заготовки, нагретые до 1060 С и деформированные с относи тельными степенями деформации E = 40%, имеют значительный наклеп металла но всему сечению. Повышение температуры до 1100 С приводит к наклепу поверхносто ных слоев, а в центральной части поковки наряду с деформированными зернами появляются новые, рекристалдизованные, что дает разнозернисгость по сечению. Повышение температуры нагрева заготовок до

1160 С и той же относительной степени деформации (Е =40%) приводит к полному заверш ини рекристаллизационных процес50

Характерным для хромоникедевых жаропрочных спдавов является наличие нитридных, карбидных и карбонитридных фаз, распределяюшихся в структуре неравномерно. Надичие нитридных, карбидных и карбонитридных фаз связано со значительной ликвидацией легируюших элементов.

Таким образом, в предлагаемом способе скорость нагрева и выдержка лимитированы не временем прогрева слитка и возможностью трещинообразования, как в известном способе, а скоростью фазовых 519 4 сов в центральной зоне поковки, ь и риферийной зоне эти процессы происходят час гично, при этом равнозернистость по сечению поковки также значительна.

Однако достигнуть больших степеней деформации при завершающей операции ковке-осадке, равным образом как и достичь минимальной.разнозернистости и отсутствие слоистого излома, можно только при использовании определенных режимов охлаждения слитка, последуюшего его нагрева под деформирование и деформирования формируюших в заготовке перед осадкой оптимальную макро- и микроструктуру.

Охлаждение спитка из высокодегированl5 ных жаропрочных сплавов со скоростью

30-20 С/мин позволяет подучить направленную кристаллизацию вдоль оси слитка.

Это имеет значение для последуюшей деформации сдитка, так как создает усло29 вия, при которых деформируюшее усилие направлено перпендикулярно направлению дендритов и не разрушает участки их границ. Расположение кристадлитов вдоль оси слитка дает возможность производить

25 деформацию его в начальной стадии с более повышенными степенями деформации, выше критических степеней, что позволяет сушественно снизить не только разнозернистость, но и слоистый излом деформированного металла уже в начальной ста- дии процесса обработки давлением сдитков из высоколегированных жаропрочных сплавов.

Ддя снижения слоистого излома в заготовках и поковках следует перевесги металл в однофазное состояние. Этому способствует нагрев слитка до температуры деформации со скоростью 80-90 С/ч в сочетании с посдедуюшей выдержкой при этой температуре в течение 8-12 ч.

Такая скорость нагрева в сочетании с выдержкой способствует наиболее полному протеканию фазовых превращений и переходу карбидных и нитридных пленочных вклю45 чений в твердый аустенитный раствор.

5 8675 преврашений карбидных и нитридных пленочных включений.

Режимы деформирования при протяжке имеют своей целью дальнейшее совершенствование макроструктуры заготовки.

Протяжку ведут за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей за три перехода. Вначале деформируют прибыльную часть, где величина зерна больше. Степень укова на каждом переходе составляет 1,2-1,65. 1еформация с этими степенями укова при ковке слитков в вырезных бойках позволяет получить заготовки без внутренних и наружных разрывов с однородной мел 15 козернистой макроструктурой и высокими механическими и жаропрочными свойствами. Ковка слитков со степенями укова меньше 1,2 приводит к разнозернистости, что связано с попаданием в область криго тических степеней деформации. Кроме того, из- за вь сокого сопротивления деформации высоколегированных жаропрочных сплавов ковка с малыми степенями укова не позволяет разбить литую структуру осевой зоны слитка. При этом в осевой зоне слитка возникают значительные внутренние растягиваюшие напряжения, под действием которых происходит разрыхление металла, что в конечном итоге приЗо водит к его разрушению. Ковка слитков с высокими степенями укова (более 1,65) ведет к попаданию в область второго максимума величины зерна, что также является одной из причин возникновения разнозернистости в поковках из высоколегиро- З5 ванных жаропрочных сплавов. Жаропрочные сплавы обладают пониженной пластичностью, что особенно характерно для ли« той структуры.

19 6 менее, опгимальная величина зерна и минимальная разнозернистость.

Три стадии деформирования с указанными степенями укова позволяют вести процесс с достагочно хорошей проработкой всей массы металла с учетом его исходного состояния (литое, деформированное), что дает возможность получить равномерно распределенную макроструктуру по всему объему поковки. Полученные таким образом заготовки подвергают осадке со степенью- деформации 50-80%, что в сочетании с предварительной протяжкой позволяет поцтучить поковки с однородной структурой и повышенными по сравнению с техническими условиями механическими и жаропрочными свойствами.

Пример. Изготавливают поковки турбинных дисков из жаропрочного сплава

ХН73МБТЮ ВД (ЭИ698 BQ) (выплавка слитка методом вакуумно-дугового переплава). Слиток имеет размеры: Н= 1000мм, D =400 мм (где Н и 2 - высота и диаметр кристаллизатора соответственно).

Слиток охлаждается в водоохлаждаемом кристаллизаторе со скоростью 3050 С/мин и подвергается обдирке на спе циальных токарных станках для удаления поверхностных дефектов. Глубина снимаемого слоя при этом составляет 8-12 мм на сторону.

Нагрев под протяжку производят в пламенных печах методического типа. Слиток загружают в печь при темперагуре не выше 750 С (у окна посадки) и нагревают со скоростью 80-90 С/ч до 1160 + о

+ 10 С. При досгижении заданной температуры дают технологическую выдержку Ы течение 8-12 ч для выравнивания температуры слитка по сечению.

Таким образом, при первом переходе производят деформацию со степенями укова 1,4-1,6, что с одной сгороны гарантирует ковку за пределами первого максимума величины зерна и в то же время дает 45 возможность предупредить образование трешин при первичной обработке литой структуры. Второй переход ведется с максимально возможными степенями укова, т.е. 1,5-1,65 для заготовки, где осевая 50 зона после первого перехода проработана еше не полностью, при этом обеспечивается выравнивание величины зерна по сечению заготовки. Наконец, на третьем переходе ковки должна быть обеспечена 55 точность размеров, поэтому протяжку ведут с минимальными степенями укова 1,21,4, при которых обеспечивается, тем не

Ковку протямхи слитков диаметром

2 =400 мм (2 =380 + i4 мм после обдирки) производят на круг диаметром 220 мм за три перехода в вырезных радиусных бойках с углом выреза 105 . Каждый пе« о реход состоит из двух выносов, заключаю шихся в последовательной ковке прибыль ной, а затем донной частей слитка и промежуточных подо гревов до температуры деформации после каждого выноса. Схе ма процесса протяжки следуюшая.

Первый переход.

Первый вынос: ковка прибыльной части слитка с 3 =380+ 4 мм на 2 = 310*

+ 5 мм, подогрев; второй вынос: ковка донной части слитка с 2 =380+ 4 мм на

2 = 310 1 5 мм, подогрев; степень укова на первом переходе 1,5.

Второй переход

Третий вынос: ковка прибыльной части слитка c D =310+ 5 мм на 2 =- 250+ 5мм, подогрев,четвертый вынос: ковка донной части слитка с 2 =310+ 5 мм на 2

25025 мм, подогрев, степень кова на втором переходе 1, 5.

Третий переход

Пятый вынос: ковка прибыльной части слитка с D =250+ 5 мм на 2 =220+ 5мм, о

Ь подогрев; шестой вынос: ковка донной части слитка с 2 =250+ 5 мм на 2 =-220+ . «5 мм, охлаждение на воздухе; степень укова на третьем переходе - 1,3.

Суммарная степень укова слитка равна 3.

Откованные штанги разрезают на загс товки с отношением размеров Н/D= 1,82,2 для проведения последующего этапа осадки их на шайбы с относительной степенью деформации 50-80% и штамповки поковок турбинных дисков. Осадка производится на ковочных молотах с м.п.ч. 57 т, штамповка «на штамповочных паровоздушных молотах с м.п.ч. 16-25 т. Пе- ред осадкой и штамповкой заготовки нагреваке -в газовых камерных печах до

1160 (+20 -30) С. При этом балл разнозернистости составляет 1-2 вместо 3

4 по известному способу, на два балла снижается слоистый излом, резко улучшаются механические свойства. Предел проч ности металла повышается на 10-12%, величина относительного удлинения и относительного сужения увеличивается в

1,5 2 раза, ударная вязкость возрастает

35 в 2>5-2,7 раза, резко возрастает длительная жаропрочность, в ряде случаев она достигает 395 ч (при норме 50 ч по ТУ).

ДД

Наряду с общим повышением механичес кнх и жаропрочных свойств повышается их

19 8 стабильность (нижний предел диапазона показателей свойств повышен на 10-12%).

Формула изобретения

Способ изготовления поковок типа дисков из высоколегированных жаро прочных сплавов, включающий выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности, нагрев до ковочных температур, горячую протяжку слитка; резку его на заготовки и горячую их осадку,отличаюшийся тем,что,с целью повышения качества поковок, охлаждение слитка ведут со скоростью 30о«

60 (/мин, нагрев под протяжку до ковочных температур ведут со скоростью 80о

90 С/ч и выдерживают при этой температуре 8-12 ч, протяжку слитка производят за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей со степенью укова на первом и втором переходе 1,4-1,65, на -третьем переходе 1,2

1,4 при суммарной степени укова не менее 3, а осадку заготовок производят со степенью деформации 5080%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Казаринов Б. Н. Улучшение технологии ковки слитков весом 700 кг. Инфор= мационный листок, 11БТИ Челябинского

Совнархоза, 1962.

2. Юдович С, 3., Ковка на молотах за» готовок из высоколегированных сталей. М., "Машиностроение", 1968, 216с.

3. Казаринов Б. H., Кузнецов Б. М., Шабуров B. E. и др. Усовершенствование технологии ковки слитков и штамповки поковок турбинных дисков из сплава

ЭИ437БУ ВД. - "Кузнечно-штамповочное производство", 1969, % i0, с. 8-9.

Составитель О. Корабельников

-Редактор B. Матюхина Техред Л.Пекарь Корректор Н. Швыдкая

Заказ 8173/10 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4