RU2548349C2 - Manufacturing method of axisymmetrical parts like discs - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: deformation of a peripheral part of a billet is performed by rolling with rolls at the superplasticity temperature in the deformation zone so that a sheet is formed. The central part of the billet is cooled down prior to rolling-off to the elastic deformation temperature. During the rolling-off process, the central part of the billet and the sheet subject to non-contact deformation is cooled down by action of a cooling medium on the central part. Cool-down of the sheet to its elastic non-contact deformation temperature is provided in a zone adjacent to the central part. Between the specified zone and the deformation zone, an intermediate zone is formed, in which temperature obtains an average value between elastic deformation temperature and superplasticity temperature and/or values close to the specified average value. In the rolling-off process, cooling medium pressure is increased with expansion of the cooled zone of the sheet. Intermediate zone temperature is maintained.

EFFECT: improving quality of manufactured parts and enlarging technological capabilities of their manufacturing method.

3 cl, 6 dwg, 7 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области обработки металлов и сплавов давлением, в частности к способам изготовления осесимметричных деталей типа дисков из многофазных труднодеформируемых жаропрочных сплавов, в том числе титановых и никелевых сплавов. Изобретение может быть использовано в авиационной и космической промышленности при изготовлении дисков газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of the processing of metals and alloys by pressure, in particular, to methods for manufacturing axisymmetric parts such as disks from multiphase refractory heat-resistant alloys, including titanium and nickel alloys. The invention can be used in the aviation and space industries in the manufacture of gas turbine engine disks (GTE).

Уровень техники.The level of technology.

В настоящее время диски ГТД, к которым предъявляются весьма высокие требования по точности размеров и по структуре, формируемой в них при деформации и последующей термообработке, изготавливаются в основном посредством объемной штамповки способами, подобными способу, приведенному в описании к патенту [1]. При этом формируются одновременно полотно, обод и предварительно ступица диска. Способы сопряжены с высокими энергетическими затратами и необходимостью иметь мощное крупногабаритное прессовое оборудование.Currently, GTD disks, which have very high requirements for dimensional accuracy and for the structure formed in them during deformation and subsequent heat treatment, are made mainly by die forging by methods similar to the method described in the description of the patent [1]. In this case, the web, rim and pre-hub of the disk are formed simultaneously. The methods are associated with high energy costs and the need to have powerful large-sized press equipment.

Поэтому, начиная с 60-годов прошлого века и по настоящее время, делаются попытки создания способа изготовления осесимметричных деталей типа дисков из многофазных труднодеформируемых (малопластичных) жаропрочных сплавов, в том числе титановых и никелевых сплавов, далее для краткости называемого в данном тексте способом изготовления деталей типа дисков, в котором полотно и обод подвергаются раскатке инструментом в виде роликов или валков, как это делается при изготовлении железнодорожных колес [2]. Реализации этих попыток в известных способах [3, 4], способствовало использование возможностей сверхпластической деформации (СПД), что, в свою очередь, предполагает наличие исходной заготовки со специально подготовленной для СПД структурой, а также соблюдение в очаге деформации под роликами необходимых для СПД температурных и скоростных условий. Для соблюдения температурных условий раскатка в способах [3, 4] осуществляется в печи, которой снабжаются станы, специально предназначенные для этих целей [5]. Деформируемая заготовка имеет центральную и периферийную части. Центральная часть заготовки служит для предварительного оформления ступицы диска. При осуществлении способов [3, 4] центральная часть до раскатки подвергается упругой или пластической деформации посредством пинолей стана, а в процессе раскатки не деформируется или деформируется только упруго. Периферийная часть заготовки, предназначенная для формирования полотна и обода, раскатывается роликами. Далее будем говорить в основном о полотне, поскольку именно при формировании полотна в условиях сверхпластичности при осуществлении известных способов возникает ряд проблем, требующих разрешения.Therefore, starting from the 60s of the last century and to the present, attempts are being made to create a method of manufacturing axisymmetric parts such as disks from multiphase hard-deformed (low-plastic) heat-resistant alloys, including titanium and nickel alloys, hereinafter for brevity referred to in this text as a method of manufacturing parts type of disks in which the blade and rim are rolled by a tool in the form of rollers or rolls, as is done in the manufacture of railway wheels [2]. The implementation of these attempts in the known methods [3, 4] was facilitated by the use of the possibilities of superplastic deformation (SPD), which, in turn, implies the presence of an initial billet with a structure specially prepared for SPD, as well as the temperature required for the SPD in the deformation zone under the rollers and speed conditions. To comply with temperature conditions, rolling in the methods [3, 4] is carried out in a furnace, which is supplied with mills specially designed for this purpose [5]. Deformable workpiece has a Central and peripheral parts. The central part of the workpiece serves to pre-design the disc hub. When implementing the methods [3, 4], the central part is subjected to elastic or plastic deformation by means of the mill pins before rolling, and during the rolling process it is not deformed or is deformed only elastically. The peripheral part of the workpiece, designed to form the web and rim, is rolled out by rollers. We will continue to speak mainly about the web, since it is precisely during the formation of the web under conditions of superplasticity when implementing the known methods that a number of problems arise that require resolution.

Проблемы эти связаны с тем, что в процессе раскатки образовавшееся полотно продолжает подвергаться так называемой внеконтактной деформации. Внеконтактная деформация полотна возникает вследствие силового воздействия на полотно со стороны соседних частей, нагруженных усилиями раскатки, и со стороны зажатой пинолями центральной части заготовки. Полотно также испытывает воздействие различных реактивных, инерциальных сил и моментов сил. Эти усилия оказываются достаточными для того, чтобы внеконтактная деформация стала пластической, чему способствует и ряд других факторов. А именно, в результате обжатия роликами полотно приобретает более однородную структуру по сравнению с раскатываемой частью, и напряжения течения сплава в полотне становятся более низкими, чем в раскатываемой части. Кроме того, полотно, находясь в печи, подвергается, если его не охлаждать, воздействию такой же температуры, что и раскатываемая часть заготовки. Пластическая внеконтактная деформация распространяется от очага деформации до центральной части заготовки, закручивая полотно и растягивая его в радиальном направлении. В результате изменяется структура полотна и на поверхности полотна возникает рельеф в виде спиралевидных гребней, обусловленный характером внеконтактной деформации, совмещающей кручение с растяжением. Наличие выраженного рельефа влечет за собой использование для окончательной обработки поверхности и без того тонкого полотна обработки резанием со снятием достаточного по величине слоя, что приводит к перерезыванию несущих волокон полотна, при эксплуатации детали работающего на растяжение, и как следствие, к снижению эксплуатационных свойств детали в целом. Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств детали в процессе раскатки должно формироваться практически готовое полотно детали, требующее минимальной обработки резанием. Тогда как центральная часть заготовки может подвергаться в дальнейшем обработке резанием для придания ей окончательной формы и размеров ступицы диска.These problems are related to the fact that in the process of rolling, the resulting web continues to undergo the so-called non-contact deformation. Non-contact deformation of the web occurs due to the force acting on the web from the side of neighboring parts loaded with rolling forces and from the side of the central part of the workpiece clamped with pins. The canvas is also affected by various reactive, inertial forces and torques. These efforts turn out to be sufficient for non-contact deformation to become plastic, which is facilitated by a number of other factors. Namely, as a result of crimping by rollers, the web acquires a more uniform structure compared to the rolled part, and the stresses of the flow of the alloy in the fabric become lower than in the rolled part. In addition, the canvas, being in the furnace, is exposed, if not cooled, to the same temperature as the rolling part of the workpiece. Non-contact plastic deformation extends from the deformation zone to the central part of the workpiece, twisting the web and stretching it in the radial direction. As a result, the structure of the web changes and a relief appears in the form of spiral ridges, due to the nature of non-contact deformation combining torsion with tension. The presence of a pronounced relief entails the use of an already thin cutting fabric for final surface treatment with the removal of a layer of sufficient size, which leads to the cutting of the carrier fibers of the fabric during operation of the component working in tension, and as a result, to a decrease in the operational properties of the component in whole. To ensure the required operational properties of the part during the rolling process, an almost finished web of the part should be formed, requiring minimal machining. While the central part of the workpiece can be further processed by cutting to give it the final shape and size of the hub of the disk.

Изменения структуры полотна, вызванные воздействием внеконтактной деформации, также в определенных случаях ведут к выраженным негативным последствиям. Эти случаи будут рассмотрены подробно при анализе недостатков известных способов.Changes in the structure of the canvas, caused by the influence of non-contact deformation, also in certain cases lead to pronounced negative consequences. These cases will be considered in detail when analyzing the disadvantages of the known methods.

Вследствие отмеченных обстоятельств возникает основное отличие рассматриваемого способа изготовления деталей от способа раскатки железнодорожных колес. Хотя при раскатке железнодорожных колес внеконтактная деформация полотна также может иметь место, но она, как правило, из-за отсутствия необходимости соблюдать высокотемпературные изотермические условия является упругой, и ею можно пренебречь.Due to the circumstances noted, the main difference between the considered method of manufacturing parts and the method of rolling railway wheels arises. Although non-contact deformation of the web can also occur during rolling of railway wheels, it is usually elastic due to the lack of the need to observe high-temperature isothermal conditions and can be neglected.

При изготовлении деталей типа дисков по указанным выше причинам пренебречь внеконтактной деформацией становится невозможно. Известные способы изготовления деталей типа дисков [3, 4] отражают два прямо противоположных подхода к проблеме, связанной с возникновением внеконтактной деформации полотна. Рассмотрим эти способы более подробно.In the manufacture of parts such as disks for the above reasons, it is impossible to neglect non-contact deformation. Known methods of manufacturing parts such as disks [3, 4] reflect two directly opposite approaches to the problem associated with the occurrence of non-contact deformation of the canvas. Consider these methods in more detail.

Способ изготовления деталей типа дисков [3] включает локальное формообразование раскаткой заготовки, имеющей центральную и периферийную части, выполненной из многофазного труднодеформируемого сплава с подготовленной для СПД структурой. Локальное формообразование заготовки осуществляют в условиях сверхпластичности при температурах, лежащих в интервале выше 0,4 Т_пл, где Т_пл - температура плавления сплава, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, а также скоростей деформации, лежащих в интервале 10^-2…10^-3 с^-1. Центральную часть заготовки формируют посредством сжатия пинолями, а полотно - посредством раскатки роликами. При этом удельное усилие со стороны инструмента, пинолей и роликов, q, выбирают из условий:A method of manufacturing parts such as disks [3] includes local shaping by rolling a workpiece having a central and peripheral parts made of a multiphase difficult to deform alloy with a structure prepared for SPD. Local preform formation is carried out under superplastic conditions at temperatures lying in the range above 0.4 T _pl , where T _pl is the melting point of the alloy, but lower than the temperature of collective recrystallization, as well as strain rates lying in the range of 10 ^-2 ... 10 ^-3 s ^-1 . The central part of the preform is formed by compression with pins, and the web is formed by rolling by rollers. In this case, the specific force from the side of the tool, pins and rollers, q, is chosen from the conditions:

$${\sigma }_{sH}>q\ge {\sigma }_{sД}\left(1\right)$$

, $${\sigma }_{sH}>q\ge {\sigma }_{sD}\left(\mathrm{one}\right)$$

,

$$K{\sigma }_{sИ}>q,\left(2\right)$$

, где $$K{\sigma }_{s\mathrm{AND}}>q,\left(2\right)$$

where

σ_sД - напряжение течения материала заготовки в деформируемых центральной до начала раскатки и периферийных частях заготовки;σ _sD is the stress of the flow of the workpiece material in the deformable central to the beginning of rolling and peripheral parts of the workpiece;

σ_sH - сопротивление деформации в уже подвергнутых деформированию центральной части заготовки перед раскаткой и полотне;σ _sH - deformation resistance in the already subjected to deformation of the Central part of the workpiece before rolling and the sheet;

σ_sИ - сопротивление деформации материала инструмента при температуре деформации заготовки;σ _sИ is the deformation resistance of the tool material at the deformation temperature of the workpiece;

К - эмпирический коэффициент, равный или меньший 2.K is an empirical coefficient equal to or less than 2.

Способ также включает термообработку детали, которую проводят с нагревом выше или ниже температуры растворения второй фазы или аллотропической модификации матрицы в зависимости от сформированной при раскатке микроструктуры.The method also includes heat treatment of the part, which is carried out with heating above or below the dissolution temperature of the second phase or allotropic modification of the matrix, depending on the microstructure formed during rolling.

В соответствии с приведенным выше соотношением (1) пластическая деформация заготовки в уже подвергнутых деформированию частях заготовки, в том числе и пластическая внеконтактная деформация полотна, должна подавляться. Напряжения в центральной части заготовки и полотне, причем в полотне с начального момента времени его образования, должны быть снижены до значений, при которых под воздействием имеющихся усилий стала возможной лишь упругая или упруго-пластическая деформация. В последнем случае степени пластической деформации должны быть настолько малы, что пластической составляющей можно было пренебречь. В способе [3] соблюдение указанного соотношения достигается за счет охлаждения центральной части заготовки и полотна посредством пропускания охлаждающей среды через каналы в пинолях и центральной части заготовки при достаточном для такого охлаждения давлении охлаждающей среды, приводящего к необходимому повышению сопротивления деформации центральной части и полотна. Однако чем больше диаметр полотна, тем сложнее охладить его с достижением во всем полотне температуры упругой деформации из-за ограниченных технологических возможностей охлаждающего оборудования. Безусловно, здесь речь идет о достаточно высоких температурах, в частности порядка 400-450°С для титановых сплавов и 600-750°С для никелевых сплавов, но которых достаточно для того, чтобы с учетом уровня действующих усилий внеконтактная деформация стала упругой. Однако даже при использовании мощного охлаждающего оборудования и связанных с его эксплуатацией затрат электроэнергии не удается охладить до необходимой температуры все полотно, особенно полотно большого диаметра, находящееся в печи, в которой поддерживается высокая температура, необходимая для СПД, в частности порядка 900-950°С для титановых сплавов и 950-1100°С для никелевых сплавов. При раскатке полотна деталей большого диаметра делались попытки использовать для охлаждения полотна струю охлаждающей среды, защищая от охлаждения очаг деформации и нераскатанную часть заготовки приспособлением типа зонта, но они потерпели неудачу из-за значительной сложности такого приема по сравнению с приемом охлаждения за счет воздействия охлаждающей среды на центральную часть заготовки.In accordance with the above relation (1), the plastic deformation of the workpiece in the already subjected to deformation parts of the workpiece, including plastic non-contact deformation of the web, must be suppressed. Stresses in the central part of the workpiece and the sheet, and in the sheet from the initial time of its formation, should be reduced to values at which, under the influence of the existing forces, only elastic or elastic-plastic deformation is possible. In the latter case, the degrees of plastic deformation should be so small that the plastic component could be neglected. In the method [3], compliance with this ratio is achieved by cooling the central part of the preform and the web by passing the cooling medium through the channels in the pins and the central part of the preform with sufficient cooling medium pressure for such cooling, leading to the necessary increase in the deformation resistance of the central part and the web. However, the larger the diameter of the web, the more difficult it is to cool with reaching the temperature of elastic deformation throughout the web due to the limited technological capabilities of the cooling equipment. Of course, here we are talking about fairly high temperatures, in particular of the order of 400-450 ° C for titanium alloys and 600-750 ° C for nickel alloys, but which are enough for non-contact deformation to become elastic, taking into account the level of acting forces. However, even with the use of powerful cooling equipment and the energy costs associated with its operation, it is not possible to cool the entire web to the required temperature, especially the large-diameter web located in the furnace, which maintains the high temperature necessary for SPD, in particular, about 900-950 ° С for titanium alloys and 950-1100 ° С for nickel alloys. When rolling the web of large-diameter parts, attempts were made to use a jet of cooling medium to cool the web, protecting the deformation zone and the undeveloped part of the workpiece with a device such as an umbrella, but they failed due to the complexity of this technique compared to cooling due to exposure to the cooling medium to the central part of the workpiece.

Таким образом, технологические возможности способа по патенту [3] в части охлаждения полотна оказываются ограниченными. В полной мере они могут быть реализованы только при изготовлении деталей небольшого диаметра.Thus, the technological capabilities of the method according to the patent [3] in terms of cooling the web are limited. In full they can be realized only in the manufacture of parts of small diameter.

Однако если даже допустить возможность охлаждения полотна до такой степени, чтобы соблюдалось соотношение (1), в соответствии с этим же соотношением фронт охлаждения должен быть резко заторможен перед очагом деформации под роликами. Естественно при этом в полотне возникает резкая граница между зоной с температурой упругой деформации и зоной с температурой сверхпластичности в очаге деформации, чему в значительной степени способствует низкая теплопроводность жаропрочного сплава. Далее по тексту эти зоны для краткости будем называть соответственно жесткой и пластичной зонами. При деформации, в условиях такого значительного градиента температур в полотне возникают соответственно значительные по величине внутренние макронапряжения, которые называют также зональными или напряжениями I рода [6]. Устранить значительные по величине зональные напряжения только термообработкой, без повторной пластической деформации, не удается [6]. Остаточные напряжения были обнаружены в полотне детали, изготовленной по способу [3], при разрезании полотна фрезой на отдельные полосы для изготовления из них образцов, необходимых для дальнейших исследований. После разрезания визуально наблюдалось искажение (коробление) формы полосы.However, even if it is possible to cool the web to such an extent that relation (1) is observed, in accordance with the same ratio, the cooling front should be sharply braked before the deformation zone under the rollers. Naturally, in this case, a sharp boundary appears between the zone with the temperature of elastic deformation and the zone with the temperature of superplasticity in the deformation zone, which is greatly facilitated by the low thermal conductivity of the heat-resistant alloy. Hereinafter, for brevity, we will call these zones, respectively, rigid and plastic zones. During deformation, under conditions of such a significant temperature gradient, internal macrostresses correspondingly significant in magnitude arise in the web, which are also called zone or type I stresses [6]. It is not possible to eliminate significant zonal stresses only by heat treatment, without repeated plastic deformation [6]. Residual stresses were found in the fabric of the part manufactured by the method [3], when cutting the fabric with a milling cutter into separate strips for the manufacture of samples necessary for further research. After cutting, distortion (warping) of the strip shape was visually observed.

Остаточные зональные напряжения могут проявиться при эксплуатации детали. Известно, что особенно опасны растягивающие остаточные напряжения, так как они, складываясь с растягивающими напряжениями от внешних нагрузок, могут привести к разрушению детали даже при небольших внешних нагрузках [6]. Также известно, что остаточные напряжения особенно опасны в изделиях из малопластичных сплавов [6]. Все отмеченное может быть отнесено к дискам ГТД, способам их изготовления и эксплуатации.Residual zonal stresses may occur during operation of the part. It is known that tensile residual stresses are especially dangerous, since they, when combined with tensile stresses from external loads, can lead to destruction of the part even at small external loads [6]. It is also known that residual stresses are especially dangerous in products from low-plastic alloys [6]. All of the above can be attributed to GTD disks, methods of their manufacture and operation.

Можно сделать вывод о том, что, помимо ограниченных технологических возможностей в части охлаждения полотна, качество деталей, изготовленных по способу [3], не удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к дискам ГДТ, вследствие возникновения в детали при ее изготовлении значительных по величине зональных напряжений.It can be concluded that, in addition to limited technological capabilities in terms of web cooling, the quality of parts manufactured by the method [3] does not satisfy the requirements that apply to hydraulic disks due to the occurrence of significant zonal stresses in the part during its manufacture.

В дальнейшем был разработан способ изготовления деталей типа дисков из заготовок, выполненных из многофазных сплавов, способных к СПД [4], включающий раскатку заготовки с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности и термообработку раскатанной детали. Способ предусматривает в процессе раскатки регулирование температуры в полотне таким образом, чтобы внеконтактная деформация происходила также в условиях сверхпластичности. Скорость внеконтактной деформации поддерживается соответствующей скорости СПД выбором значений скорости деформации непосредственно в очаге под роликами.Subsequently, a method was developed for manufacturing parts such as disks from billets made of multiphase alloys capable of SPD [4], including rolling the billet with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity and heat treatment of the rolled part. The method involves in the process of rolling temperature control in the fabric so that non-contact deformation also occurs under conditions of superplasticity. The rate of non-contact deformation is supported by the corresponding SPD rate by selecting the strain rate values directly in the focus under the rollers.

Способ [4] предполагает допустить внеконтактную деформацию полотна и полезно ее использовать. Такой подход, как уже упоминалось выше, является прямо противоположным подходу, предлагаемому предыдущим способом [3].The method [4] involves allowing non-contact deformation of the canvas and it is useful to use it. Such an approach, as mentioned above, is the exact opposite of the approach proposed by the previous method [3].

Охлаждение, в результате которого имеют место упругие деформации, осуществляется только в области центральной части заготовки. В области полотна охлаждение осуществляется с интенсивностью, которая позволяет поддерживать скорость внеконтактной деформации полотна, обладающего в результате утонения более низким напряжением течения, в интервале скоростей СПД. В ряде же случаев, в частности, когда размер зерен в исходной заготовке равен или превышает 20 мкм, температуру в полотне поддерживают на уровне температуры в очаге деформации под роликами и даже выше.Cooling, as a result of which elastic deformations take place, is carried out only in the region of the central part of the workpiece. In the area of the web, cooling is carried out with an intensity that allows you to maintain the speed of non-contact deformation of the web, which, as a result of thinning, has a lower flow stress in the SPD speed range. In a number of cases, in particular, when the grain size in the initial preform is equal to or greater than 20 μm, the temperature in the web is maintained at the temperature level in the deformation zone under the rollers and even higher.

При изготовлении опытных образцов осесимметричных деталей, выполненных из титановых и никелевых сплавов, полотно вследствие суммарного воздействия основной и внеконтактной деформации утонялось достаточно равномерно, в пределах допуска на толщину. При разрезании полотна деталей на отдельные образцы остаточных зональных напряжений не наблюдалось. Однако на поверхности деталей, особенно детали, выполненной из более пластичного титанового сплава, имело место образование выраженного спиралевидного рельефа.In the manufacture of prototypes of axisymmetric parts made of titanium and nickel alloys, the fabric was thinned quite evenly, due to the total effect of the main and non-contact deformation, within the thickness tolerance. When cutting the web of parts into individual samples, no residual zonal stresses were observed. However, on the surface of the parts, especially the part made of a more ductile titanium alloy, a pronounced spiral relief was formed.

Основной недостаток способа выявился в результате исследования микроструктуры полотна детали, изготовленной по рассматриваемому способу из никелевого сплава. А именно, в полотне было обнаружено недопустимо большое количества микропор (см. фиг.4, а). Как известно, повышенная пористость - структурный дефект, наблюдаемый во многих сплавах именно после СПД [7]. Исключение здесь, может быть, составляют титановые сплавы, в которых этот дефект практически не наблюдается. Кроме того, на развитие пористости при СПД заметное влияние оказывает схема деформации - плотность микропор после осадки намного меньше, чем после растяжения при идентичных температурно-скоростных условиях деформации. Объемная доля микропор при растяжении монотонно увеличивается со степенью деформации, достигая к моменту разрушения детали 3-5% [7]. Зарождение и рост микропор при СПД происходит по такой же схеме, что и при ползучести, когда ползучесть осуществляется за счет ЗГП [8]. Микропоры зарождаются, во-первых, в местах с высокой плотностью поверхностной (подразумевается поверхность зерен) энергии, какими являются стыки трех и четырех зерен, имеющих большеугловые границы. Во-вторых, поры зарождаются в местах с высокой концентрацией напряжений, какими являются выступы на границах зерен, а также включения в межфазных границах [8]. В никелевых сплавах, склонных при СПД растяжением к порообразованию, такими включениями являются частицы γ' и δ фазы.The main disadvantage of the method was revealed as a result of the study of the microstructure of the web of the part made of the nickel alloy by the considered method. Namely, an unacceptably large number of micropores was found in the web (see Fig. 4, a). As is known, increased porosity is a structural defect observed in many alloys precisely after SPD [7]. An exception here may be titanium alloys, in which this defect is practically not observed. In addition, the deformation pattern has a noticeable effect on the development of porosity during SPD - the micropore density after upsetting is much lower than after stretching under identical temperature-strain rate conditions. The volume fraction of micropores under tension monotonically increases with the degree of deformation, reaching 3-5% by the time of the destruction of the part [7]. The nucleation and growth of micropores during SPD occurs according to the same scheme as during creep, when creep is carried out due to HRP [8]. Micropores nucleate, first, in places with a high density of surface (implied grain surface) energy, which are the joints of three and four grains with high-angle boundaries. Secondly, pores nucleate in places with a high concentration of stresses, such as protrusions at grain boundaries, as well as inclusions at interphase boundaries [8]. In nickel alloys, which are prone to pore formation during SPD, particles of the γ 'and δ phases are such inclusions.

Внеконтактная деформация полотна при раскатке осуществляется в основном растяжением, причем степень внеконтактной деформации накапливается и достигает значительной величины, особенно при изготовлении деталей большого диаметра. Оба этих фактора в способе [4] обуславливают появление опасного количества микропор, которые могут привести к разрушению заготовки, выполненной из никелевого сплава, в процессе ее деформирования или сделать деталь непригодной к эксплуатации. Здесь необходимо отметить, что пористость представляет наибольшую опасность для деталей типа дисков ГТД, поскольку они эксплуатируются в условиях повышенных температур. Даже небольшая пористость при эксплуатации в таких условиях будет способствовать ускоренному развитию ползучести и разрушению детали.Non-contact deformation of the web during rolling is carried out mainly by tension, and the degree of non-contact deformation accumulates and reaches a significant value, especially in the manufacture of large diameter parts. Both of these factors in the method [4] cause the appearance of a dangerous amount of micropores, which can lead to the destruction of a workpiece made of a nickel alloy during its deformation or make the part unsuitable for use. It should be noted here that porosity poses the greatest danger to parts such as GTE disks, since they are operated at elevated temperatures. Even small porosity during operation under such conditions will contribute to the accelerated development of creep and destruction of the part.

Технологические возможности способа по патенту [4] так же, как технологические возможности способа по патенту [3] оказываются ограниченными, но, в отличие от способа [3], в отношении используемых для изготовления деталей материалов. Учитывая тот факт, что никелевые сплавы, благодаря высокой жаропрочности, наиболее пригодны для изготовления дисков современных ГТД, можно констатировать значительную ограниченность технологических возможностей способа по патенту [4]. Учитывая природу никелевых сплавов, расширить технологические возможности способа по патенту [4] не представляется возможным.The technological capabilities of the method according to the patent [4] as well as the technological capabilities of the method according to the patent [3] are limited, but, unlike the method [3], with respect to the materials used for the manufacture of parts. Given the fact that nickel alloys, due to high heat resistance, are most suitable for the manufacture of disks of modern gas turbine engines, we can state a significant limitation of the technological capabilities of the method according to the patent [4]. Given the nature of nickel alloys, to expand the technological capabilities of the method according to the patent [4] is not possible.

Отмеченные недостатки известных способов изготовления деталей типа дисков [3, 4] затормозили внедрение в промышленность достаточно экономичной технологии, использующей прием раскатки полотна роликами, что побудило продолжить основательные разработки в этом направлении и привело к созданию заявляемого способа.The noted drawbacks of the known methods of manufacturing parts such as disks [3, 4] hindered the introduction into the industry of a rather economical technology using the method of rolling the web by rollers, which prompted the continuation of thorough development in this direction and led to the creation of the inventive method.

Учитывая большую близость признаков заявляемого способа по технической сущности и даже по достигаемому результату к признакам способа по патенту [3], способ по патенту [3] выбран в качестве ближайшего аналога - прототипа заявляемого способа.Given the great proximity of the features of the proposed method according to the technical essence and even the achieved result to the features of the method according to the patent [3], the method according to the patent [3] is selected as the closest analogue - the prototype of the proposed method.

Раскрытие изобретения и обоснование новизны и существенности признаков заявляемого способа.The disclosure of the invention and the rationale for the novelty and materiality of the features of the proposed method.

Задачей изобретения является повышение качества изготавливаемых деталей и расширение технологических возможностей способа.The objective of the invention is to improve the quality of manufactured parts and expand the technological capabilities of the method.

Технический результат изобретения, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в исключении возможности возникновения при раскатке резкой границы между жесткой и пластичной зонами в полотне и соответственно в снижении уровня зональных напряжений до значений, которые позволят устранить их при термообработке детали.The technical result of the invention, which provides a solution to the problem, is to eliminate the possibility of a sharp boundary between the rigid and plastic zones in the web when rolling out and, accordingly, to reduce the level of zonal stresses to values that will eliminate them during heat treatment of the part.

Другой технический результат изобретения заключается в реализации возможности охлаждения полотна при раскатке деталей большого диаметра, вплоть до детали максимального диаметра, которая может разместиться в рабочем пространстве печи.Another technical result of the invention is to realize the possibility of cooling the web when rolling parts of large diameter, up to parts of maximum diameter, which can accommodate in the working space of the furnace.

Кроме того, в результате изобретения сохраняется свойственное деталям, изготовленным по способу-прототипу, отсутствие в полотне недопустимо большого количества микропор, причем независимо от материала изготавливаемой детали. Наблюдается также уменьшение рельефности на поверхности полотна вследствие значительного снижения степени внеконтактной пластической деформации.In addition, as a result of the invention, the absence of an unacceptably large number of micropores in the fabric, which is characteristic of parts manufactured by the prototype method, is preserved, regardless of the material of the manufactured part. There is also a decrease in the relief on the surface of the web due to a significant decrease in the degree of non-contact plastic deformation.

Все технические результаты достигаются единой совокупностью приемов способа, новым среди которых является прием регламентированного охлаждения полотна.All technical results are achieved by a single set of methods, the new among which is the admission of regulated web cooling.

Заявляемый способ изготовления осесимметричных деталей типа дисков из имеющих центральную и периферийные части заготовок, выполненных из многофазных труднодеформируемых сплавов с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, включает деформацию периферийной части заготовки раскаткой роликами при температуре сверхпластичности в очаге деформации под роликами с образованием полотна, а также термообработку детали, кроме того, центральную часть заготовки и подвергающееся внеконтактной деформации полотно охлаждают посредством воздействия охлаждающей среды на центральную часть заготовки, причем центральную часть заготовки перед раскаткой полотна охлаждают до температуры упругой деформации.The inventive method for the manufacture of axisymmetric parts such as disks from central and peripheral parts of workpieces made of multiphase difficult to deform alloys with a structure prepared for superplastic deformation includes deformation of the peripheral part of the workpiece by rolling with rollers at a superplastic temperature in the deformation zone under the rollers to form a web, as well as heat treatment of the part In addition, the central part of the workpiece and the web subjected to non-contact deformation are cooled by COROLLARY effects of the cooling medium to the central portion of the preform, the central part of the billet before the web is rolled cooled to elastic deformation temperature.

Заявляемый способ отличается от известного тем, что полотно охлаждают до температуры его упругой внеконтактной деформации в зоне, сопряженной с центральной частью заготовки, с образованием между этой зоной и очагом деформации под роликами, промежуточной зоны, где температура принимает среднее значение между температурой упругой деформации и температурой сверхпластичности или значения, близкие к среднему значению, при этом в течение времени раскатки увеличивают давление охлаждающей среды, воздействующей на центральную часть заготовки, расширяя зону полотна, охлаждаемую до температуры упругой деформации, при условии сохранения промежуточной зоны с упомянутыми значениями температуры.The inventive method differs from the known one in that the web is cooled to the temperature of its elastic non-contact deformation in the zone associated with the central part of the workpiece, with the formation of an intermediate zone between this zone and the deformation zone under the rollers, where the temperature takes an average value between the temperature of the elastic deformation and the temperature superplasticity or values close to the average value, while during the rolling time increase the pressure of the cooling medium acting on the central part of the workpiece and, expanding the zone of the canvas, cooled to a temperature of elastic deformation, while maintaining the intermediate zone with the mentioned temperature values.

Поставленная задача также решается в случаях, когда:The task is also solved in cases when:

- за расширением зоны, охлаждаемой до температуры упругой деформации, следят с помощью системы автоматического регулирования, в составе которой используют датчик температуры, имеющий возможность перемещения и замера температуры на границе этой зоны, например пирометр, величину перемещения которого используют в качестве сигнала обратной связи;- the expansion of the zone cooled to the temperature of elastic deformation is monitored using an automatic control system, which uses a temperature sensor that can move and measure the temperature at the boundary of this zone, for example a pyrometer, the amount of movement of which is used as a feedback signal;

- раскатку осуществляют охлаждаемыми роликами.- rolling is carried out by cooled rollers.

В заявляемом способе, в отличие от способа-прототипа, предлагается охлаждать до температуры, при которой возможна упругая внеконтактная деформация, не все полотно, а только его часть, а именно, зону полотна, сопряженную с центральной частью заготовки, называемую, как это было принято выше, жесткой зоной с образованием между очагом деформации с температурой сверхпластичности - пластичной зоной, и жесткой зоной промежуточной зоны, где температура принимает среднее значение между температурой упругой деформации и температурой сверхпластичности или значения, близкие к среднему значению. Промежуточная зона с такими температурами эффективно предотвращает возникновение резкой границы между жесткой и пластичной зонами и соответственно возникновение зональных напряжений. Предлагается также в процессе раскатки увеличивать давление охлаждающей среды для большего по возможности расширения жесткой зоны. Без расширения или при слабом расширении жесткой зоны под влиянием гораздо более сильного общего нагрева промежуточная зона будет прогреваться и в ней установится температура, близкая к температуре в печи. В этом случае снова возникнет резкая граница между жесткой и пластичной зоной, но в отличие от способа-прототипа пластичная зона распространится за пределы очага деформации.In the inventive method, in contrast to the prototype method, it is proposed to cool to a temperature at which elastic non-contact deformation is possible, not all of the web, but only a part of it, namely, the web zone associated with the central part of the workpiece, called, as was customary above, a rigid zone with the formation between the deformation zone with the superplasticity temperature — the plastic zone, and the hard zone of the intermediate zone, where the temperature takes the average value between the temperature of elastic deformation and the superplastic temperature spine or values close to the average value. An intermediate zone with such temperatures effectively prevents the occurrence of a sharp boundary between the rigid and plastic zones and, accordingly, the occurrence of zonal stresses. It is also proposed in the process of rolling to increase the pressure of the cooling medium for the greatest possible expansion of the rigid zone. Without expansion or with weak expansion of the rigid zone under the influence of much stronger overall heating, the intermediate zone will warm up and a temperature close to the temperature in the furnace will be established in it. In this case, a sharp boundary will again arise between the rigid and plastic zones, but unlike the prototype method, the plastic zone will extend beyond the deformation zone.

Однако увеличивать давление охлаждающей среды необходимо так, чтобы жесткая зона не перекрывала полностью промежуточную зону. В противном случае может возникнуть резкая граница между жесткой и пластичной зонами, причем между жесткой зоной в раскатанном полотне и пластичной зоной в очаге деформации, как в способе-прототипе.However, it is necessary to increase the pressure of the cooling medium so that the rigid zone does not completely overlap the intermediate zone. Otherwise, a sharp boundary may arise between the rigid and plastic zones, and between the rigid zone in the rolled web and the plastic zone in the deformation zone, as in the prototype method.

В силу указанных особенностей, связанных с наличием общего нагрева, давление охлаждающей среды необходимо увеличивать с соблюдением условия создания и сохранения промежуточной зоны, как таковой, и условия сохранения в промежуточной зоне указанных выше температур.Due to the above features associated with the presence of general heating, the pressure of the cooling medium must be increased in compliance with the conditions for creating and maintaining the intermediate zone, as such, and the conditions for maintaining the above temperatures in the intermediate zone.

В начале раскатки для соблюдения требуемых условий давление охлаждающей среды увеличивают на незначительную величину и нерезко, при этом жесткая зона, увеличиваясь от нуля, будет соответственно весьма незначительной. При резком увеличении давления охлаждающей среды из-за низкой теплопроводности жаропрочного сплава промежуточная зона не может возникнуть также резко, что вызовет возникновение значительных по величине зональных напряжений. Тем более что в начальный момент времени раскатки сохраняется влияние охлаждаемой центральной части заготовки. Другими словами необходимо выдержать время и дать возможность образоваться промежуточной зоне. Принимая жесткую зону в начальный момент времени равной нулю, экспериментально или посредством моделирования или посредством теплового расчета с учетомAt the beginning of rolling, in order to comply with the required conditions, the pressure of the cooling medium is increased by an insignificant amount and not sharply, while the hard zone, increasing from zero, will be correspondingly very insignificant. With a sharp increase in the pressure of the cooling medium due to the low thermal conductivity of the heat-resistant alloy, the intermediate zone cannot also arise sharply, which will cause the occurrence of significant zonal stresses. Moreover, at the initial moment of rolling time, the influence of the cooled central part of the workpiece is preserved. In other words, it is necessary to withstand time and allow the formation of an intermediate zone. Taking the hard zone at the initial moment of time equal to zero, experimentally or by means of modeling or by means of thermal calculation taking into account

- охлаждения, создаваемого в начале раскатки под влиянием давления охлаждающей среды, необходимого для охлаждения центральной части заготовки до температуры, при которой возможна упругая деформация центральной части - Р_нач;- cooling created at the beginning of rolling under the influence of the pressure of the cooling medium necessary to cool the central part of the workpiece to a temperature at which elastic deformation of the central part is possible - P _beginning ;

- температуры в очаге деформации;- temperature in the deformation zone;

- общего нагрева;- general heating;

- коэффициента теплопроводности сплава;- coefficient of thermal conductivity of the alloy;

- толщины полотна- web thickness

можно определить время для образования промежуточной зоны. Или, что имеет тот же физический смысл, определить приблизительно размеры промежуточной зоны. В дальнейшем размеры промежуточной зоны можно считать неизменными при допущении, что на границе между жесткой и промежуточной зоной температура будет сохранять свое значение, а именно значение, созданное под влиянием давления Р_нач. Такое допущение вполне соответствует действительности, поскольку фронт охлаждения распространяется от центральной части заготовки - при увеличении давления охлаждающей среды температура в жесткой зоне в непосредственной близости от центральной части будет все более понижаться, но одновременно будет увеличиваться радиус полотна и граница между жесткой и промежуточной будет все более отдаляться от источника охлаждения.it is possible to determine the time for the formation of an intermediate zone. Or, which has the same physical meaning, approximately determine the size of the intermediate zone. In the future, the dimensions of the intermediate zone can be considered unchanged under the assumption that at the boundary between the rigid and intermediate zone the temperature will retain its value, namely, the value created under the influence of pressure P _beg. This assumption is quite true, since the cooling front extends from the central part of the workpiece - with increasing pressure of the cooling medium, the temperature in the rigid zone in the immediate vicinity of the central part will decrease more and more, but at the same time, the radius of the web will increase and the boundary between the rigid and intermediate move away from the cooling source.

Также посредством моделирования или экспериментально определяются размеры пластичной зоны - очага деформации, сопряженного с пятном контакта от роликов. Как правило, размеры пластичной зоны с учетом толщины полотна превышают размеры пятна контакта, где сопряжены поверхность заготовки и рабочая поверхность ролика, приблизительно в 3-5 раз. При охлаждении роликов размер пластичной зоны изначально является меньшим, чем в случае, когда ролики не охлаждаются. Оставшаяся за вычетом размеров промежуточной и пластичной зоны часть полотна - жесткая зона, расширяется, достигая к концу раскатки, как показали эксперименты, примерно половины полотна и более.Also, by means of modeling or experimentally, the dimensions of the plastic zone — the deformation zone associated with the contact spot from the rollers — are determined. As a rule, the dimensions of the plastic zone, taking into account the thickness of the web, exceed the dimensions of the contact spot, where the surface of the workpiece and the working surface of the roller are conjugated, by about 3-5 times. When cooling the rollers, the size of the plastic zone is initially smaller than when the rollers are not cooled. The part of the web remaining, minus the dimensions of the intermediate and plastic zones, the rigid zone, expands, reaching about half of the web or more by the end of rolling, as experiments have shown.

Необходимо отметить, что от точности определения размеров зон сущность изобретения не зависит. Необходимыми условиями для получения технических результатов, обеспечиваемых изобретением, являются сам факт существования промежуточной зоны и расширение жесткой зоны для поддержания этого существования.It should be noted that the essence of the invention does not depend on the accuracy of determining the size of the zones. The necessary conditions for obtaining the technical results provided by the invention are the very fact of the existence of an intermediate zone and the expansion of the rigid zone to maintain this existence.

Кроме того, при расширении жесткой зоны все большая часть полотна будет деформироваться упруго, причем гарантированно упруго, поскольку температура в той части жесткой зоны, которая расположена ближе к центральной части заготовки, будет понижаться до значений заметно меньше требуемых. Постоянный же уровень охлаждения может не защитить полотно от возникновения пластической внеконтактной деформации при случайном повышении воздействующих на полотно усилий, так как эти усилия имеют, как уже отмечалось, сложный комплексный характер и не всегда поддаются учету и контролю.In addition, with the expansion of the rigid zone, an increasingly large part of the web will deform elastically, and with guaranteed elasticity, since the temperature in that part of the rigid zone that is closer to the central part of the workpiece will decrease to values significantly less than required. A constant level of cooling may not protect the web from the occurrence of plastic non-contact deformation with an accidental increase in the forces acting on the web, since these efforts are, as already noted, complex and are not always amenable to accounting and control.

Рекомендуется следить за расширением жесткой зоны, то есть управлять процессом охлаждения полотна. Регулируемой величиной в этом процессе, как следует из изобретения, является давление охлаждающей среды, воздействующей на центральную часть заготовки. Причем регулируют давление в течение всего времени раскатки, увеличивая его одновременно с увеличением диаметра полотна.It is recommended to monitor the expansion of the hard zone, that is, to control the process of cooling the web. The controlled variable in this process, as follows from the invention, is the pressure of the cooling medium acting on the central part of the workpiece. Moreover, they regulate the pressure during the whole time of rolling, increasing it simultaneously with an increase in the diameter of the web.

Для целей управления процессом охлаждения полотна может быть использована зависимость давления охлаждающей среды от времени раскатки. Зависимость может быть определена посредством моделирования и представлена в виде графика. Зависимость может быть представлена в виде известных из курса математической физики графиков функций, отвечающих заданному характеру охлаждения. Так в частности, это может быть график показательной функции вида $$\text{P}={\text{P}}_{\text{нач}}{\text{e}}^{\text{tΔ}}$$

, где t - время раскатки, Δ - постоянная, учитывающая возможности охлаждающего оборудования (мощности компрессора), Р_нач - давление охлаждающей среды, необходимое для охлаждения перед раскаткой центральной части заготовки до температуры, при которой возможна упругая деформация центральной части. В отдельных случаях, в частности при раскатке деталей небольшого диаметра, это может быть график линейной функции.For the purpose of controlling the web cooling process, the dependence of the pressure of the cooling medium on the rolling time can be used. The dependence can be determined by modeling and presented in the form of a graph. The dependence can be represented in the form of graphs of functions known from the course of mathematical physics that correspond to a given character of cooling. So in particular, it can be a graph of an exponential function of the form $$\text{P}={\text{P}}_{\text{beg}}{\text{e}}^{\text{tΔ}}$$

where t is the rolling time, Δ is a constant that takes into account the capabilities of the cooling equipment (compressor power), P _beg is the pressure of the cooling medium necessary for cooling before rolling the central part of the workpiece to a temperature at which elastic deformation of the central part is possible. In some cases, in particular when rolling parts of small diameter, this can be a graph of a linear function.

Наиболее целесообразно осуществлять охлаждение полотна, выбрав для управления процессом охлаждения отмеченную выше экспоненциальную зависимость. Она предполагает весьма незначительное повышение давления охлаждающей среды в начале раскатки, что является особенно благоприятным для возникновения промежуточной зоны и соответственно для исключения возможности возникновения зональных напряжений. В конце же раскатки довольно резкий рост давления обеспечивает более быстрое увеличение жесткой зоны и тем самым необходимую компенсацию влияния общего нагрева, которое растет с увеличением диаметра полотна, особенно в процессе раскатки детали большого диаметра.It is most advisable to cool the web by choosing the exponential dependence noted above to control the cooling process. It involves a very slight increase in the pressure of the cooling medium at the beginning of rolling, which is especially favorable for the emergence of an intermediate zone and, accordingly, to exclude the possibility of the occurrence of zonal stresses. At the end of rolling, a rather sharp increase in pressure provides a more rapid increase in the rigid zone and thereby the necessary compensation for the influence of general heating, which increases with increasing diameter of the web, especially during the rolling process of a large diameter part.

Величину Δ можно установить опытным путем. Но можно ориентировочно определить и расчетным путем, используя саму зависимость и некоторые известные данные. Такой расчет приведен ниже в разделе описания «Осуществление изобретения».The value of Δ can be established empirically. But it is possible to tentatively determine by calculation, using the dependence itself and some known data. Such a calculation is given below in the description of the "Implementation of the invention".

Целесообразно также следить за расширением жесткой зоны, зависящим от времени раскатки и давления охлаждающей среды, с помощью системы автоматического регулирования, в состав которой входит датчик температуры, имеющий возможность перемещения и замера температуры на границе жесткой зоны, например пирометр, подобный датчику, приведенному в описании полезной модели [11]. В данном случае в качестве сигнала обратной связи используют величину перемещения датчика. В качестве блока управления процессом охлаждения может быть использован управляющий компьютер.It is also advisable to monitor the expansion of the hard zone, depending on the time of rolling and pressure of the cooling medium, using an automatic control system, which includes a temperature sensor that can move and measure the temperature at the boundary of the hard zone, for example, a pyrometer similar to the sensor described in the description utility model [11]. In this case, the sensor displacement value is used as a feedback signal. As the cooling process control unit, a control computer may be used.

Из-за отсутствия необходимости интенсивного охлаждения всего полотна, как в способе-прототипе, технологические возможности способа значительно расширяются, чем обеспечивается изготовление деталей различного диаметра, в том числе детали максимального диаметра, которая может разместиться в рабочем пространстве печи.Due to the absence of the need for intensive cooling of the entire web, as in the prototype method, the technological capabilities of the method are significantly expanded, which ensures the manufacture of parts of various diameters, including parts of maximum diameter, which can accommodate in the working space of the furnace.

Кроме того, охлаждение раскатанной части диска гарантирует получение во всем объеме минимального размера зерен и соответственно более однородной структуры, что, несомненно, положительно скажется на механических свойствах детали.In addition, the cooling of the rolled part of the disk guarantees the receipt in the entire volume of the minimum grain size and, accordingly, a more uniform structure, which will undoubtedly positively affect the mechanical properties of the part.

Вышеприведенные рассуждения свидетельствуют о существовании причинно-следственной связи между признаками способа и техническими результатами, получение которых обеспечивается данным изобретением.The above considerations indicate the existence of a causal relationship between the features of the method and the technical results, the receipt of which is provided by this invention.

Совокупность признаков заявляемого способа отличается от совокупности признаков известного способа изготовления осесимметричных деталей типа дисков по патенту [3], что свидетельствует о новизне заявляемого способа.The set of features of the proposed method differs from the set of features of the known method of manufacturing axisymmetric parts such as disks according to the patent [3], which indicates the novelty of the proposed method.

Для доказательства существенности отличий заявляемого способа вернемся к рассмотрению признаков способа по патенту [4], где внеконтактная деформация полотна является пластической и осуществляется в температурных условиях сверхпластичности. При этом полотно может вообще не охлаждаться, более того оно может даже подогреваться, что вкратце рассматривалось выше и более подробно приведено в описании к патенту. В заявляемом способе охлаждение полотна является обязательным, причем интенсивность охлаждения возрастает. При этом в промежуточной зоне полотна, где температура принимает среднее значение между температурой упругой деформации и температурой сверхпластичности или значения, близкие к среднему значению, наблюдается изменение механизма пластической деформации, а именно в процессе деформации происходит как перемещение границ зерен, так и деформация самих зерен, в отличие от ЗГП при сверхпластической деформации.To prove the significance of the differences of the proposed method, we return to the consideration of the features of the method according to the patent [4], where the non-contact deformation of the web is plastic and is carried out under superplastic temperature conditions. In this case, the canvas may not be cooled at all, moreover, it may even be heated, which was briefly discussed above and is described in more detail in the description of the patent. In the inventive method, the cooling of the web is mandatory, and the cooling rate increases. Moreover, in the intermediate zone of the web, where the temperature takes an average value between the temperature of elastic deformation and the superplasticity temperature or values close to the average value, a change in the mechanism of plastic deformation is observed, namely, in the process of deformation, both grain boundaries move and the grains themselves deform, unlike HGP during superplastic deformation.

При изготовлении деталей из никелевых сплавов в силу изменения механизма деформации перестают возникать условия для инициирования межкристаллитных повреждений в виде микропор. Учитывая то, что в жесткой зоне полотна имеет место только упругая деформация, можно констатировать уменьшение зоны полотна, где возможно возникновение пор, как минимум на две трети по сравнению со способом по патенту [4]. Но и в пластичной зоне, где внеконтактная деформация осуществляется при температуре, близкой к температуре сверхпластичности, возможность возникновения опасного количества пор исключается вследствие значительного уменьшения степени пластической внеконтактной деформации.In the manufacture of parts from nickel alloys due to changes in the deformation mechanism, conditions for the initiation of intergranular damage in the form of micropores no longer arise. Considering that only elastic deformation takes place in the rigid zone of the web, it can be stated that the web zone is reduced, where pores can occur by at least two-thirds in comparison with the method of the patent [4]. But even in the plastic zone, where non-contact deformation occurs at a temperature close to the superplasticity temperature, the possibility of a dangerous number of pores is excluded due to a significant decrease in the degree of plastic non-contact deformation.

Из-за значительного уменьшения степени пластической внеконтактной деформации при изготовлении деталей из любых сплавов значительно уменьшается рельефность поверхности полотна, в результате для его окончательной обработки резанием могут быть использованы методы обработки резанием со снятием небольшого поверхностного слоя. В ряде случаев такая обработка вообще может не понадобиться. Отмеченные обстоятельства обуславливают заметное повышение качества раскатанных деталей.Due to a significant reduction in the degree of plastic non-contact deformation during the manufacture of parts from any alloys, the surface relief of the web is significantly reduced, as a result, cutting methods with removal of a small surface layer can be used for its final machining. In some cases, such processing may not be necessary at all. The noted circumstances lead to a noticeable improvement in the quality of rolled parts.

Рекомендуется вести раскатку охлаждаемыми роликами. Данный прием позволит еще более уменьшить размеры зоны, где возможна внеконтактная деформация в условиях сверхпластичности. Здесь необходимо отметить неочевидность этого дополнительного приема заявляемого способа, поскольку в известных способах он используется в основном для других целей, а именно, для повышения износоустойчивости роликов.It is recommended to roll out with cooled rollers. This technique will further reduce the size of the zone where non-contact deformation is possible under conditions of superplasticity. It is necessary to note the non-obviousness of this additional method of the proposed method, since in the known methods it is used mainly for other purposes, namely, to increase the wear resistance of the rollers.

Приведенные доводы свидетельствуют о том, что все признаки-приемы заявляемого способа, являются новыми по сравнению с признаками способа-прототипа и обладающими существенными отличиями от приемов известных способов.The above arguments indicate that all the features of the proposed method are new compared with the features of the prototype method and have significant differences from the methods of the known methods.

Краткое описание чертежей и других графических материалов.Brief description of drawings and other graphic materials.

На фиг. 1 представлена схема раскатки детали типа диска;In FIG. 1 is a diagram of a rolling part of a disc type;

На фиг. 2 представлена блок-схема управления процессом охлаждения полотна;In FIG. 2 shows a flowchart for controlling a web cooling process;

На фиг. 3, 4 представлены графики, которые могут быть использованы для управления процессом охлаждения полотна;In FIG. 3, 4 are graphs that can be used to control the cooling process of the canvas;

На фиг. 5 показана микроструктура образцов, вырезанных из детали, выполненной из никелевого сплава Инконель 718 по предлагаемому способу;In FIG. 5 shows the microstructure of samples cut from a part made of Inconel 718 nickel alloy according to the proposed method;

На фиг. 6 показана микроструктура образцов, вырезанных из детали, выполненной из никелевого сплава Инконель 718 по способу, защищенному патентом [4].In FIG. 6 shows the microstructure of samples cut from a part made of Inconel 718 nickel alloy according to the method protected by patent [4].

Для раскатки детали может быть использовано устройство типа стана, защищенного патентом [5]. На фиг. 1 показаны только отдельные части, стана, необходимые для пояснения схемы раскатки.For rolling parts can be used a device such as a mill, protected by a patent [5]. In FIG. 1 shows only individual parts of the mill necessary to explain the rolling pattern.

Для осуществления способа используется заготовка 1 с подготовленной для сверхпластической деформации структурой. Поз. 2 обозначена ее центральная часть, поз 3 - полотно в процессе раскатки. Центральная часть 2 до начала раскатки деформируется сжатием в пластической или упругой, или упругопластической (с очень малыми степенями пластической деформации) области посредством пинолей 4, 5. Раскатка полотна 3 осуществляется двумя парами роликов 6, 7, 8, 9. С помощью этих же роликов заготовка 1 приводится во вращение. Заготовка 1, пиноли 4, 5 и формообразующие ролики 6, 7, 8, 9 расположены в печи 10. Охлаждение центральной части заготовки и полотна осуществляется посредством пропускания охлаждающей среды через каналы 11, 12 в пинолях и канал 13 в центральной части заготовки. Позицией 14 обозначен датчик температуры - пирометр. Пирометр имеет возможность перемещения. Для обеспечения возможности замера температуры полотна датчиком 14 в стенке печи выполнена прорезь 15, закрытая кварцевым стеклом. Поз. 16 обозначен электромагнитный клапан, установленный на компрессоре (на фиг. не показан), посредством которого регулируется давление охлаждающей среды - сжатого воздуха, пропускаемого через каналы 11, 12, 13, воздействующего на центральную часть заготовки 2 и полотно 3. Клапан 16 связан с блоком управления процессом охлаждения полотна (см фиг. 2) в процессе раскатки.To implement the method, a blank 1 with a structure prepared for superplastic deformation is used. Pos. 2, its central part is indicated; pos. 3 — web during rolling. The central part 2 prior to rolling is deformed by compression in a plastic or elastic or elastoplastic (with very small degrees of plastic deformation) region by means of pins 4, 5. The sheet 3 is rolled out by two pairs of rollers 6, 7, 8, 9. Using the same rollers the workpiece 1 is driven into rotation. The blank 1, the pins 4, 5 and the forming rollers 6, 7, 8, 9 are located in the furnace 10. The central part of the workpiece and the blade are cooled by passing the cooling medium through the channels 11, 12 in the pins and the channel 13 in the central part of the workpiece. Position 14 denotes a temperature sensor - pyrometer. The pyrometer has the ability to move. To ensure that the temperature of the web can be measured by the sensor 14, a slit 15 is closed in the furnace wall, closed with quartz glass. Pos. 16, an electromagnetic valve mounted on a compressor is indicated (not shown in FIG.), By means of which the pressure of the cooling medium is regulated — compressed air passing through channels 11, 12, 13, acting on the central part of the workpiece 2 and the web 3. Valve 16 is connected to the unit controlling the cooling process of the web (see Fig. 2) during the rolling process.

Блок-схема управления процессом охлаждения полотна 3 (фиг. 2) включает собственно блок управления 17, в качестве которого используется управляющий компьютер. Блок управления 17 связан с исполнительным механизмом, роль которого выполняет электромагнитный клапан 16, соединенный с компрессором. Сигнал обратной связи поступает на вход блока управления с перемещающегося датчика температуры 14. Преобразование сигнала по перемещению датчика, отражающему расширение жесткой зоны, непосредственно связанное со временем раскатки, в сигнал, по которому следят за повышением давления охлаждающей среды, осуществляется в блоке управления 17. Блок управления, датчик температуры, исполнительный механизм входят в состав контрольно-измерительной аппаратуры, которой снабжаются станы для раскатки деталей типа дисков [5].The block diagram of the control of the cooling process of the web 3 (Fig. 2) includes the actual control unit 17, which is used as a control computer. The control unit 17 is connected to the actuator, the role of which is performed by the electromagnetic valve 16 connected to the compressor. The feedback signal is input to the control unit from a moving temperature sensor 14. The signal is converted by a sensor moving, which reflects the expansion of the hard zone, directly related to the rolling time, into a signal, which monitors the increase in pressure of the cooling medium, in the control unit 17. Block controls, temperature sensor, actuator are part of the instrumentation, which are supplied with mills for rolling parts such as disks [5].

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Также как в других известных способах [3, 4], зная сплав, из которого изготавливается деталь, и структурное состояние, прежде всего размер зерен, заготовки 1, определяют температурные и скоростные условия раскатки, и далее с учетом скорости деформации определяют время раскатки t. Также определяют давление охлаждающей среды P_нач, необходимое для охлаждения центральной части 2 заготовки до температуры, при которой перед началом раскатки в ней будет упругая деформация. Необходимые размеры промежуточной зоны определяются экспериментальным путем или посредством моделирования с учетом влияния охлаждения с одной стороны, температуры в очаге деформации с другой стороны, общего нагрева, коэффициента теплопроводности сплава, толщины полотна. Также посредством моделирования или экспериментально определяются размеры пластичной зоны с учетом возможности охлаждения роликов. В результате за вычетом найденных размеров из размеров готового полотна определяется размер жесткой зоны в конце раскатки, то есть предел ее расширения и соответственно давление P_кон, необходимое для охлаждения зоны полотна таких размеров.As in other known methods [3, 4], knowing the alloy from which the part is made, and the structural state, especially the grain size, of the workpiece 1, determine the temperature and speed conditions of rolling, and then, taking into account the strain rate, determine the rolling time t. Also determine the pressure of the cooling medium P _beg , necessary for cooling the Central part 2 of the workpiece to a temperature at which, before rolling, it will be elastic deformation. The necessary dimensions of the intermediate zone are determined experimentally or by modeling, taking into account the effect of cooling on the one hand, temperature in the deformation zone on the other hand, general heating, thermal conductivity of the alloy, and web thickness. Also, by modeling or experimentally determining the dimensions of the plastic zone, taking into account the possibility of cooling the rollers. As a result, minus the found dimensions, the size of the rigid zone at the end of rolling is determined from the dimensions of the finished web, that is, the limit of its expansion and, accordingly, the pressure P _kon necessary to cool the zone of the web of such dimensions.

Заготовка 1 нагревается в отдельной печи и затем переносится в уже нагретую печь стана для раскатки или нагревается вместе с печью стана.The preform 1 is heated in a separate furnace and then transferred to an already heated rolling mill furnace or heated together with the mill furnace.

Центральная часть 2 до начала раскатки деформируется сжатием в пластической или упругой, или упругопластической области посредством пинолей 4, 5. В последних двух случаях центральная часть заготовки сразу же после размещения в печи начинает охлаждаться путем воздействия на нее охлаждающей среды. В любом случае перед раскаткой центральная часть заготовки охлаждается до температуры упругой деформации, при соответствующем давлении охлаждающей среды P_нач. The central part 2, before rolling, is deformed by compression in the plastic or elastic or elastoplastic region by means of pins 4, 5. In the last two cases, the central part of the workpiece begins to cool immediately after being placed in the furnace by exposure to a cooling medium. In any case, before rolling, the central part of the workpiece is cooled to the temperature of elastic deformation, at the corresponding pressure of the cooling medium P _beg.

В процессе раскатки увеличивают давление охлаждающей среды, воздействующей на центральную часть заготовки, отслеживая расширение жесткой зоны от нуля до выявленного предела ее расширения.In the process of rolling, the pressure of the cooling medium acting on the central part of the workpiece is increased, tracking the expansion of the rigid zone from zero to the revealed limit of its expansion.

Для управления процессом охлаждения используют график зависимости давления охлаждающей среды от времени раскатки. На фиг. 3 представлены некоторые из математических графиков, которые могут быть использованы для управления процессом охлаждения полотна: а, б) графики показательной функции; в) график линейной функции; На фиг. 4 представлен график, построенный по результатам моделирования. На всех графиках по оси абсцисс откладывается значение времени раскатки, по оси ординат - значения давления охлаждающей среды, причем при t=0, откладываются значения давления, необходимого для охлаждения центральной части заготовки перед началом раскатки. Здесь необходимо повторно отметить, что при автоматическом управлении процессом использование графиков представляются целесообразным. Однако не исключается осуществление управления и без использования графиков, а именно путем простого отслеживания перемещения границы жесткой зоны.To control the cooling process, a graph of the dependence of the pressure of the cooling medium on the rolling time is used. In FIG. Figure 3 presents some of the mathematical graphs that can be used to control the web cooling process: a, b) graphs of the exponential function; c) a graph of a linear function; In FIG. 4 presents a graph based on the simulation results. On all graphs, the abscissa axis shows the value of the rolling time, the ordinate axis represents the pressure of the cooling medium, and at t = 0, the pressure necessary to cool the central part of the workpiece before the expansion begins is plotted. It should be reiterated here that with automatic process control, the use of schedules seems appropriate. However, the implementation of management is also possible without the use of schedules, namely, by simply tracking the movement of the boundaries of the hard zone.

Как уже отмечалось, наиболее целесообразно увеличивать давление охлаждающей среды по графику показательной функции (кривые а, б), а именно: $$\text{P}={\text{P}}_{\text{нач}}{\text{e}}^{\text{tΔ}}$$

. Кривая 6 представляет график охлаждения полотна детали большего диаметр. Как видно из сравнения двух графиков показательной функции с увеличением диаметра детали интенсивность охлаждения возрастает.As already noted, it is most advisable to increase the pressure of the cooling medium according to the graph of the exponential function (curves a, b), namely: $$\text{P}={\text{P}}_{\text{beg}}{\text{e}}^{\text{tΔ}}$$

. Curve 6 is a graph of cooling the web of a part with a larger diameter. As can be seen from the comparison of the two graphs of the exponential function with increasing diameter of the part, the cooling intensity increases.

Величина Δ может быть определена следующим образом:The value of Δ can be determined as follows:

Как правило, для охлаждения полотна при раскатке детали, имеющей максимальный диаметр, которая может разместиться в рабочем пространстве печи, возможности охлаждающего оборудования используются полностью. К примеру, деталь, выполненная из титанового сплава, имеет максимальный диаметр 800 мм. Время раскатки составляет 60 мин. Максимальное давление охлаждающей среды, создаваемое компрессором P_макс составляет 0,8 МПа. Давление необходимое для охлаждения центральной части заготовки перед раскаткой, P_нач=0,5 МПа.As a rule, for cooling the web during rolling parts with a maximum diameter that can fit in the working space of the furnace, the capabilities of the cooling equipment are fully utilized. For example, a part made of titanium alloy has a maximum diameter of 800 mm. The rolling time is 60 minutes. The maximum pressure of the cooling medium created by the compressor P _max is 0.8 MPa. The pressure necessary to cool the central part of the workpiece before rolling, P _beg = 0.5 MPa.

Исходя из приведенных данных, вычислим Δ:Based on the above data, we calculate Δ:

$$\text{0}\text{,8/0}\text{,5}={\text{e}}^{\text{60Δ}}$$

$$\text{0}\text{8/0}\text{,5}={\text{e}}^{\text{60Δ}}$$

ln 1,6=60Δln 1.6 = 60Δ

0,47=60Δ0.47 = 60Δ

Δ~0,008 МПа в минуту.Δ ~ 0.008 MPa per minute.

Найденная ориентировочная величина Δ учитывает возможности конкретного охлаждающего оборудования. Она может быть использована в случаях раскатки деталей, имеющих другие диаметры, с использованием этого же охлаждающего оборудования.The found approximate value Δ takes into account the capabilities of a particular cooling equipment. It can be used in cases of rolling parts having different diameters using the same cooling equipment.

Процесс охлаждения полотна, как и процесс деформации, включая поддержание температуры сверхпластичности в очаге деформации под роликами, как уже отмечалось, подлежит контролю и управлению, для чего используется контрольно-измерительная аппаратура стана [5].The web cooling process, as well as the deformation process, including maintaining the temperature of superplasticity in the deformation zone under the rollers, as already noted, is subject to monitoring and control, for which control and measuring equipment of the mill is used [5].

По окончании раскатки деталь подвергается термообработке по известным режимам [3, 4, 6]. Термообработка служит для снятия в детали внутренних напряжений различного рода, возникающих в процессе ее формообразования.At the end of rolling, the part is subjected to heat treatment according to known modes [3, 4, 6]. Heat treatment is used to remove the details of various kinds of internal stresses arising in the process of its formation.

Далее приводятся конкретные примеры осуществления способа с использованием нового приема охлаждения полотна при изготовлении деталей типа дисков из титанового сплава ВТ9, имеющего химический состав, в % по массе: Al 5,9; Zr 2,1; Mo 3,0; Si 0,2; Ti остальное, а также никелевого сплава Инконель 718, имеющего химический состав, в % по массе: С 0,05; Cr 19; Мо 3,1; Fe 18; Al 0,5; Ti 1,0; Nb 5,1; Ni остальное.The following are specific examples of the method using a new method of cooling the web in the manufacture of parts such as disks from VT9 titanium alloy having a chemical composition, in% by weight: Al 5.9; Zr 2.1; Mo 3.0; Si 0.2; Ti the rest, as well as the Inconel 718 nickel alloy having a chemical composition, in% by weight: C 0.05; Cr 19; Mo 3.1; Fe 18; Al 0.5; Ti 1.0; Nb 5.1; Ni rest.

Общим для всех примеров является то, что раскатка осуществлялась с использованием стана для раскатки СРД-800, подобного тому, который дан в описании к патенту [5]. Максимальный диаметр детали, которая может разместиться в рабочем пространстве печи стана, составляет 800 мм. Центральная часть заготовки деформировалась в упругопластической области (степень пластической деформации составляла 2%). Центральная часть заготовки и полотно охлаждались посредством пропускания охлаждающей среды - сжатого воздуха, через каналы в пинолях и центральной части заготовки. Для пропускания сжатого воздуха использовался компрессор, при использовании которого максимальное давление охлаждающей среды в каналах составило 0,8 МПа. Во всех примерах процесс охлаждения осуществлялся по заранее выбранному графику и контролировался посредством автоматической системы регулирования, в состав которой входил датчик температур, имеющий возможность перемещения и отслеживания границы жесткой зоны.Common to all examples is that the rolling was carried out using a rolling mill SRD-800, similar to that given in the description of the patent [5]. The maximum diameter of the part that can fit in the working space of the mill furnace is 800 mm. The central part of the workpiece was deformed in the elastoplastic region (the degree of plastic deformation was 2%). The central part of the preform and the web were cooled by passing a cooling medium - compressed air, through the channels in the pins and the central part of the preform. To pass compressed air, a compressor was used, when using which the maximum pressure of the cooling medium in the channels was 0.8 MPa. In all examples, the cooling process was carried out according to a pre-selected schedule and was controlled by an automatic control system, which included a temperature sensor that had the ability to move and track the boundaries of the hard zone.

Приведенные примеры не ограничивают возможностей заявляемого способа в отношении деталей, изготовленных из других жаропрочных сплавов, в частности из жаропрочных никелевых сплавов ЭК 79, ЭП 742. Кроме того, детали могут быть изготовлены с использованием других более мощных станов с большим рабочим пространством печи, или, наоборот, с использованием менее мощных станов, чем стан СРД-800. Охлаждение в случае, когда в центральной части заготовок нет отверстия, может осуществляться посредством пропускания охлаждающей среды только через каналы в пинолях.The above examples do not limit the possibilities of the proposed method in relation to parts made from other heat-resistant alloys, in particular from heat-resistant nickel alloys EC 79, EP 742. In addition, parts can be made using other more powerful mills with a large working space of the furnace, or, on the contrary, using less powerful mills than the SRD-800 mill. Cooling in the case when there is no hole in the central part of the workpieces can be carried out by passing the cooling medium only through the channels in the pins.

Идентификация некоторых других условий раскатки, отмеченных ниже для каждой группы примеров, позволила помимо всего прочего продемонстрировать технологические возможности способа в части охлаждения в зависимости от диаметра раскатываемой детали, а также возможность охлаждения полотна с использованием различных графиков зависимости давления охлаждающей среды от времени раскатки, в том числе простейшего графика линейной зависимости.Identification of some other rolling conditions noted below for each group of examples allowed, among other things, to demonstrate the technological capabilities of the method in terms of cooling depending on the diameter of the rolled part, as well as the possibility of cooling the web using various graphs of the dependence of the pressure of the cooling medium on the time of rolling, including among the simplest graph of linear dependence.

Примеры №№1, 2, 3, 4, 5 касаются изготовления деталей из титанового сплава ВТ9.Examples No. 1, 2, 3, 4, 5 relate to the manufacture of parts from VT9 titanium alloy.

Общим для данной группы примеров является то, что заготовки имели подготовленную для сверхпластической деформации структуру с одинаковым средним размером зерен, ~8-10 мкм. Периферийная часть заготовки деформировались со скоростью деформации 10^-2…10^-3 с^-1, Температура в очаге деформации под роликами составляла 950°C.Common to this group of examples is that the preforms had a structure prepared for superplastic deformation with the same average grain size, ~ 8-10 microns. The peripheral part of the workpiece was deformed at a strain rate of 10 ^-2 ... 10 ^-3 s ^-1 , the temperature in the deformation zone under the rollers was 950 ° C.

Примеры №№1 и 2.Examples No. 1 and 2.

Общим для примеров №№1, 2, является то, раскатывалась деталь диаметром 600 мм. Диаметр центральной части заготовки 120 мм. Толщина полотна 20 мм. Температура в центральной части заготовки перед раскаткой 450°C. Давление охлаждающей среды, необходимое для охлаждения центральной части заготовки перед раскаткой, P_нач.=0,4 МПа. Время раскатки 45 мин. Размеры очага деформации примерно 90 мм, из них примерно 50 мм приходятся на полотно, остальная часть очага деформации распространяется на не раскатанную периферийную часть заготовки. Размер промежуточной зоны при условии установления в ней температуры в интервале 650-700°C примерно 60 мм. Ориентировочный размер жесткой зоны (600-120)/2-(50+60)=130 мм. Давление необходимое для поддержания соотношения жесткой и промежуточной зон в конце раскаткиCommon to examples No. 1, 2, is that a part with a diameter of 600 mm was rolled. The diameter of the central part of the workpiece is 120 mm. Web thickness 20 mm. The temperature in the central part of the workpiece before rolling 450 ° C. The pressure of the cooling medium necessary for cooling the central part of the workpiece before rolling, P _beg. = 0.4 MPa. Rolling time 45 min. The dimensions of the deformation zone are approximately 90 mm, of which approximately 50 mm are on the canvas, the rest of the deformation zone extends to the non-rolled peripheral part of the workpiece. The size of the intermediate zone, subject to the establishment of a temperature in the range of 650-700 ° C, is approximately 60 mm. The approximate size of the hard zone (600-120) / 2- (50 + 60) = 130 mm. The pressure necessary to maintain the ratio of the hard and intermediate zones at the end of rolling

P_кон=0,7 МПа.P _con = 0.7 MPa.

В процессе раскатки при расширении жесткой зоны температура в центральной части заготовки и части жесткой зоны понижалась до 300-350°C. Температура на границе между жесткой и промежуточной зоной держалась на уровне 450°C.During rolling, during expansion of the hard zone, the temperature in the central part of the workpiece and part of the hard zone decreased to 300-350 ° C. The temperature at the interface between the hard and intermediate zones was kept at 450 ° C.

В примере №1 охлаждение полотна осуществлялось по графику зависимости $${\text{P}}_{\text{1}}={\text{P}}_{\text{1нач}}{\text{e}}_{\text{1}}^{\text{t}}{}^{\text{Δ}},$$

фиг. 3, кривая а. Величина Δ составила ~0,008 МПа в минуту (см. расчет, приведенный выше)In example No. 1, the web was cooled according to a graph of dependence $${\text{P}}_{\text{one}}={\text{P}}_{\text{1start}}{\text{e}}_{\text{one}}^{\text{t}}{}^{\text{Δ}},$$

FIG. 3, curve a. The value of Δ was ~ 0.008 MPa per minute (see calculation above)

В примере №2. охлаждение осуществлялось по графику линейной функции фиг. 3, в.In example No. 2. cooling was carried out according to a graph of the linear function of FIG. 3, c.

P₂=0,7t₂+P_2нач P ₂ = 0.7t ₂ + P _{2 start}

При этом независимо от вида графика соблюдается обусловленное использованием одного и того же сплава и размеров детали равенство:In this case, regardless of the type of graph, the following equality is observed due to the use of the same alloy and dimensions of the part:

t₁=t₂ t ₁ = t ₂

P_1нач=Р_2нач P _1nach = P _2nach

P_1кон=Р_2кон P _1con = P _2con

Сравнивая результаты раскатки и охлаждения полотна деталей диаметром 600 мм, изготовленных по способам, приведенным в примерах №№1 и 2 можно сделать вывод, что график линейной функции дает более резкое увеличение давления охлаждающей среды. Чем больше будет диаметр детали, тем более резко будет повышаться давление охлаждающей среды, и соответственно в полотне будет возникать более резкий градиент температур. Это, в свою очередь, приведет к некоторому росту зональных напряжений, безусловно, гораздо меньшему, чем в способе-прототипе, но для изготовления деталей более высокого качества, к тому же имеющих большой диаметр целесообразнее охлаждать полотно, используя график показательной функции или специальный график, построенный по результатам моделирования. Примеры №№3, 4, 5Comparing the results of rolling and cooling the web of parts with a diameter of 600 mm manufactured by the methods given in examples Nos. 1 and 2, we can conclude that the graph of the linear function gives a sharper increase in the pressure of the cooling medium. The larger the diameter of the part, the more sharply the pressure of the cooling medium will increase, and accordingly, a sharper temperature gradient will appear in the web. This, in turn, will lead to some increase in zonal stresses, certainly much smaller than in the prototype method, but for the manufacture of parts of higher quality, besides having a large diameter, it is more expedient to cool the canvas using a graph of the exponential function or a special graph, built on the basis of simulation results. Examples No. 3, 4, 5

Общим для примеров №№3, 4 5 является то, раскатывалась деталь диаметром 800 мм. Диаметр центральной части заготовки 150 мм. Толщина полотна 18 мм. Давление охлаждающей среды, необходимое для охлаждения центральной части заготовки перед раскаткой, P_нач=0,5 МПа. Время раскатки 60 мин. Давление охлаждающей среды в конце раскатки P_кон=0,8 МПа. Соотношение размеров пластичной и промежуточной зон полотна такое же как в примере №1. Размер жесткой зоны несколько больше, поскольку большим является диаметр детали.Common to examples Nos. 3, 4 5 is that a part with a diameter of 800 mm was rolled. The diameter of the central part of the workpiece is 150 mm. Web thickness 18 mm. The pressure of the cooling medium necessary for cooling the central part of the workpiece before rolling, P _beg = 0.5 MPa. Rolling time 60 min. The pressure of the cooling medium at the end of rolling P _con = 0.8 MPa. The ratio of the dimensions of the plastic and intermediate zones of the canvas is the same as in example No. 1. The size of the rigid zone is slightly larger, since the diameter of the part is large.

В примере №3 охлаждение полотна осуществлялось по графику зависимости $${\text{P}}_{\text{3}}={\text{P}}_{\text{нач3}}{}^{\text{,}}{\text{e}}_{\text{3}}^{\text{tΔ}}$$

фиг. 3, кривая б.In example No. 3, the web was cooled according to the dependence schedule $${\text{P}}_{}$$$${}_{\text{3}}={\text{P}}_{\text{nach3}}{}^{\text{,}}{\text{<figure-callout id="3" label="e" filenames="00000010.png" state="{{state}}">e</figure-callout>}}_{\text{3}}^{\text{tΔ}}$$

FIG. 3, curve b.

Величина Δ составила ~ 0,008 МПа в минуту.The value of Δ was ~ 0.008 MPa per minute.

В примере №4 охлаждение полотна осуществлялось по графику, построенному по результатам моделирования, фиг. 4.In example No. 4, the web was cooled according to a schedule constructed according to the simulation results, FIG. four.

При этом также независимо от вида графика соблюдается обусловленное использованием одного и того же сплава и размеров детали равенство:Moreover, regardless of the type of graph, the following equality is observed due to the use of the same alloy and dimensions of the part:

t₃=t₄ t ₃ = t ₄

P_3нач-Р_4нач P _3nach -P _4nach

Р_3кон-Р_4кон P _3con- P _4con

В примере №5 в отличие от примеров №№3 и 4 раскатка осуществлялась охлаждаемыми роликами.In example No. 5, in contrast to examples No. 3 and 4, the rolling was carried out by cooled rollers.

Наиболее протяженная жесткая зона наблюдалась в полотне детали, изготовленной в примере №5 за счет использования охлаждаемых роликов и сокращения размеров пластичной зоны.The longest hard zone was observed in the part fabric made in Example No. 5 by using cooled rollers and reducing the size of the plastic zone.

Детали, изготовленные по примерам 1-5, были подвергнуты термообработке.Parts made according to examples 1-5 were subjected to heat treatment.

Термообработка заключалась в двойном отжиге деталей:Heat treatment consisted of double annealing of parts:

1. Первый отжиг осуществляли при температуре 950°C в течение 2 часов, с последующим охлаждением на воздухе;1. The first annealing was carried out at a temperature of 950 ° C for 2 hours, followed by cooling in air;

2. Второй отжиг осуществляли при температуре 530°C в течение 6 часов, с последующим охлаждением на воздухе.2. The second annealing was carried out at a temperature of 530 ° C for 6 hours, followed by cooling in air.

Примеры №№6, 7, касаются изготовления деталей из никелевого сплава Инконель 718.Examples No. 6, 7 relate to the manufacture of parts from the nickel alloy Inconel 718.

Общим для данной группы примеров является то, что заготовки имели подготовленную для сверхпластической деформации структуру с одинаковым средним размером зерен, ~4-5 мкм. Периферийная часть заготовки деформировались со скоростью деформации 10^-3…10^-4 с^-1, температура в очаге деформации под роликами составляла 950°C. Раскатывалась деталь диаметром 600 мм. Диаметр центральной части заготовки составлял 120 мм. Толщина полотна 20 мм. Давление охлаждающей среды, необходимое для охлаждения центральной части заготовки перед раскаткой, P_6нач=0,4 МПа. Время раскатки составило 60 мин. Давление охлаждающей среды в конце раскатки составило Р_6кон=0,75 МПа.Common to this group of examples is that the preforms had a structure prepared for superplastic deformation with the same average grain size, ~ 4-5 microns. The peripheral part of the workpiece was deformed at a strain rate of 10 ^-3 ... 10 ^-4 s ^-1 , the temperature in the deformation zone under the rollers was 950 ° C. A part with a diameter of 600 mm was rolled out. The diameter of the central part of the preform was 120 mm. Web thickness 20 mm. The pressure of the cooling medium necessary for cooling the central part of the workpiece before rolling, P _6nach = 0.4 MPa. The rolling time was 60 minutes. The pressure of the cooling medium at the end of rolling was P _6kon = 0.75 MPa.

В примере 6 охлаждение осуществлялось по графику зависимости $${\text{P}}_{\text{6}}={\text{P}}_{\text{нач6}}{}^{\text{,}}{\text{e}}_{\text{6}}^{\text{tΔ}}$$

фиг. 3, кривая а.In example 6, cooling was carried out according to the dependence $${\text{P}}_{\text{6}}={\text{P}}_{\text{beg 6}}{}^{\text{,}}{\text{e}}_{\text{6}}^{\text{tΔ}}$$

FIG. 3, curve a.

Совпадение графиков по примерам №1 и №6, в том числе совпадение значений P_нач, объясняется тем, что центральная часть и жесткая зона полотна заготовки из никелевого сплава охлаждались до более высокой температуры по сравнению с заготовкой таких же размеров из титанового сплава, а именно: центральная часть заготовки из никелевого сплава в начале раскатки охлаждалась до температуры 650°C. Примерно таким же, как в примере №1, было соотношение зон полотна.The coincidence of the graphs in examples No. 1 and No. 6, including the coincidence of the values of P _beg , is explained by the fact that the central part and the rigid zone of the blank of the nickel alloy blank were cooled to a higher temperature compared to the blank of the same size made of titanium alloy, namely : the central part of the Nickel alloy billet at the beginning of rolling was cooled to a temperature of 650 ° C. Approximately the same as in example No. 1, was the ratio of the zones of the canvas.

В процессе раскатки при расширении жесткой зоны температура в центральной части заготовки и части жесткой зоны понижалась до 500-550°C. Температура на границе между жесткой и промежуточной зоной держалась на уровне 650°C.During rolling, during expansion of the hard zone, the temperature in the central part of the workpiece and part of the hard zone decreased to 500-550 ° C. The temperature at the boundary between the hard and intermediate zones was kept at 650 ° C.

В примере №7 раскатка осуществлялась без охлаждения полотна по способу, защищенному патентом [4].In example No. 7, the rolling was carried out without cooling the web according to the method protected by the patent [4].

Детали, изготовленные по примерам 6, 7, были подвергнуты термообработке.Parts made according to examples 6, 7 were subjected to heat treatment.

Термообработка включала следующие операции:Heat treatment included the following operations:

1. Высокотемпературный отжиг при температуре 1000°C в течение 1 часа, с последующим охлаждением на воздухе;1. High-temperature annealing at a temperature of 1000 ° C for 1 hour, followed by cooling in air;

2. Старение при температуре 750°C в течение 15 часов, с последующим охлаждением на воздухе.2. Aging at a temperature of 750 ° C for 15 hours, followed by cooling in air.

В результате визуального осмотра всех деталей, изготовленных по примерам 1-6, было выявлено отсутствие выраженного рельефа на поверхности полотна, для устранения которого понадобились бы снятие значительного слоя материала при обработке резанием. Размеры деталей находились в пределах заданного допуска.As a result of a visual inspection of all the parts made according to examples 1-6, it was revealed that there is no pronounced relief on the surface of the canvas, to eliminate which would require removing a significant layer of material during processing by cutting. The dimensions of the parts were within the specified tolerance.

При разрезании полотна на отдельные образцы для дальнейших исследований остаточных зональных напряжений не наблюдалось.When cutting the canvas into separate samples for further studies of residual zonal stresses were not observed.

Образцы, вырезанные из различных зон полотна деталей, изготовленных по примерам 6, 7 из никелевого сплава по предлагаемому способу и способу по патенту [4] были подвергнуты исследованиям посредством оптической электронной микроскопии. Результаты исследований показали отсутствие в первом случае в образцах пор, тогда как во втором случае в образцах наблюдаются скопления достаточно крупных пор. Результаты исследований приведены на фиг. 5, 6.Samples cut from different areas of the canvas parts made in examples 6, 7 of Nickel alloy according to the proposed method and the method according to the patent [4] were subjected to research using optical electron microscopy. The research results showed the absence in the first case of pore samples, while in the second case, accumulations of sufficiently large pores are observed in the samples. The research results are shown in FIG. 5, 6.

Таким образом, в качестве окончательного вывода можно констатировать тот факт, что использование новых приемов позволяет устранить недостатки известных способов [3, 4] и что заявляемый способ изготовления осесимметричных деталей типа дисков может быть использован в промышленных условиях для изготовления дисков ГТД.Thus, as a final conclusion, we can state the fact that the use of new techniques can eliminate the disadvantages of the known methods [3, 4] and that the inventive method of manufacturing axisymmetric parts such as disks can be used in an industrial environment for the manufacture of gas turbine engines.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Патент США №3519503, МПК C22F 1/10, 1970 г.1. US patent No. 3519503, IPC C22F 1/10, 1970

2. Бибик Г.А. и др. Производство железнодорожных колес М.: Металлургия, 1982. 232 с.2. Bibik G.A. and other Production of railway wheels M .: Metallurgy, 1982. 232 S.

3. Патент РФ №2119842, МПК В21К 1/32, 1998 г.3. RF patent №2119842, IPC В21К 1/32, 1998

4. Патент РФ №2254195, МПК В21Н 1/04, 2005 г.4. RF patent No. 2254195, IPC B21H 1/04, 2005

5. Патент РФ №2134175, МПК В21Н 1/00, 1999 г.5. RF patent №2134175, IPC V21H 1/00, 1999

6. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: учеб. для вузов. 4-е изд. М.: Металлургия, 1986. С. 110-121).6. Novikov I.I. Theory of heat treatment of metals: textbook. for universities. 4th ed. M .: Metallurgy, 1986.P. 110-121).

7 Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов М.: Металлургия, 1984. С. 32-35).7 Kaybyshev O.A. Superplasticity of industrial alloys M .: Metallurgy, 1984. S. 32-35).

8. Чадек Й. Ползучесть металлических материалов/пер. с чешек. М.: Мир, 1987. 304 с.8. Chadek J. Creep of metallic materials / trans. from Czech. M .: Mir, 1987. 304 p.

9. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-изд., исправленное. М.: Наука, 1986. С 179.9. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. A reference book in mathematics for engineers and students of technical colleges. 13th ed., Revised. M .: Nauka, 1986. 179.

10. Берд Джон Инженерная математика / Карманный справочник пер. с англ. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. С 70-76.10. Bird John Engineering Mathematics / Pocket Guide Per. from English M .: Publishing house "Dodeka-XXI", 2008. With 70-76.

11. Патент РФ (на полезную модель) №121181, МПК В21Н 1/02, 2012 г.11. RF patent (for utility model) No. 121181, IPC В21Н 1/02, 2012

Claims (3)

1. Способ изготовления осесимметричных деталей типа дисков из имеющих центральную и периферийные части заготовок, выполненных из многофазных труднодеформируемых сплавов с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, включающий деформацию периферийной части заготовки раскаткой роликами при температуре сверхпластичности в очаге деформации под роликами с образованием полотна, и термообработку детали, при этом центральную часть заготовки и подвергающееся внеконтактной деформации полотно охлаждают путем воздействия охлаждающей среды на центральную часть заготовки, причем центральную часть заготовки перед раскаткой полотна охлаждают до температуры упругой деформации, отличающийся тем, что полотно охлаждают до температуры его упругой внеконтактной деформации в зоне, сопряженной с центральной частью заготовки, с образованием между этой зоной и очагом деформации под роликами промежуточной зоны, в которой температура принимает среднее значение между температурой упругой деформации и температурой сверхпластичности или значения, близкие к среднему значению, при этом в течение времени раскатки увеличивают давление охлаждающей среды, воздействующей на центральную часть заготовки, с расширением зоны полотна, охлаждаемой до температуры упругой деформации, при условии сохранения промежуточной зоны с упомянутыми значениями температуры.1. A method of manufacturing axisymmetric parts such as disks from central and peripheral parts of workpieces made of multiphase difficult to deform alloys with a structure prepared for superplastic deformation, including deformation of the peripheral part of the workpiece by rolling with rollers at a superplastic temperature in the deformation zone under the rollers to form a web, and heat treatment of the part while the Central part of the workpiece and subjected to non-contact deformation of the canvas is cooled by exposure to a cooling medium to the central part of the preform, the central part of the preform being cooled to an elastic deformation temperature before rolling the web, characterized in that the fabric is cooled to the temperature of its elastic non-contact deformation in the zone conjugated with the central part of the preform, with the formation between this zone and the deformation zone under rollers of the intermediate zone in which the temperature takes the average value between the temperature of elastic deformation and the superplasticity temperature or values close to the average Moreover, during the rolling time, the pressure of the cooling medium acting on the central part of the workpiece is increased, with the expansion of the web zone cooled to the temperature of elastic deformation, provided that the intermediate zone with the mentioned temperature values is maintained. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют слежение за расширением зоны заготовки, охлаждаемой до температуры упругой деформации, с помощью автоматической системы, содержащей датчик температуры, который имеет возможность перемещения и замера температуры на границе указанной зоны, например пирометр.2. The method according to p. 1, characterized in that they monitor the expansion of the zone of the workpiece, cooled to a temperature of elastic deformation, using an automatic system containing a temperature sensor that has the ability to move and measure the temperature at the boundary of the specified zone, for example a pyrometer. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раскатку осуществляют охлаждаемыми роликами. 3. The method according to p. 1, characterized in that the rolling is carried out by cooled rollers.

Images