SU867519A1 - Method of producing disc-type forgings of high-alloyed refractory alloys - Google Patents

Description

II

Изобретение относитс  к обработке ме ,таллов давлением, а именно к способам изготовлени  поковок типа тел вращени , и может быть использовано при производстве поковок турбинных дисков,дефлекторов , лабиринтов, шайб, шестерен и т.п. деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов.The invention relates to the processing of metals by pressure, namely, methods for producing forgings such as rotation bodies, and can be used in the manufacture of forgings for turbine disks, deflectors, labyrinths, washers, gears, etc. parts of high alloyed superalloys.

Известны способы изготовлени  поко - вок турбинных дисков, включающие в себ  прот жку конусного слитка, получениего выплавкой в открытых индукционных электрических печах, на плоских бойках, рубку на заготовки, осадку квадратной заготовки с предварительной сбивкой и кругпени , штамповку поковок дис- ком турбины с относительной степенью деформации 30-50% и термообработку СИ и Г2.There are known methods for fabricating turbine disk cavities, including stretching a conical ingot, obtaining by smelting in open induction electric furnaces, on flat strikers, chopping for billets, slumping of a square billet with preliminary chipping and rounding, forging forgings of a turbine disk with relative the degree of deformation of 30-50% and heat treatment of SI and G2.

Однако большие колебани  размеров исходной заготовки привод т в р де случаев к двойному бочкообразованию, возникновению складок и по влению наружных и внутренних трещин в процессе осадки. КромеHowever, large variations in the dimensions of the original preform result in a number of cases in the form of double barrel formation, the appearance of folds and the appearance of external and internal cracks during the precipitation process. Besides

того, заготовка со сбитыми углами после осадки имеет форму многогранника, что весьма затрудн ет укладку ее в штамп при штамповке. В результате имеет место неравномерность течени  металла в процессе штамповки, незапопнение фигуры штампа, что может привести и часто приводит к браку.Moreover, a billet with downed corners after precipitation has the shape of a polyhedron, which makes it very difficult to place it in a stamp during stamping. As a result, there is a non-uniformity of metal flow in the process of stamping, non-filling of the stamp figure, which can and often leads to marriage.

Известен способ изготовлени  поковок турбинных дисков, включающий выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом, обг дирку поверхности, рхлаждение слитка, нагрев до ковочной температуры, гор гаую прот жку в вырезных бойках, рвз1 на заготовки , осадку и штамповку. Применение способа позвол ет изготавливать поковки сложной конфигурации с достаточно высх кими механическими и жаропрочными свсАствами Гз.A known method of manufacturing turbine disk forgings includes melting the ingot by vacuum arc remelting, cutting the surface, cooling the ingot, heating to the forging temperature, hot stretch in die cutters, rvz1 to billets, draft and punching. The application of the method allows the manufacture of forgings of complex configuration with sufficiently high mechanical and heat-resistant CGs.

Недостатком известного способа  вл  етс  низкое качество поковок ввиду зна- чите ьной разнозернистости, слоистого излома , а также анизотропии механическихThe disadvantage of this method is the low quality of forgings due to significant heterogeneity, layered fracture, as well as mechanical anisotropy.

3838

и жаропрочных свойств по Bceivfy объему металла поковки,and heat-resistant properties for Bceivfy metal volume forgings,

Цель изобретени  - повышение качества поковок, а именно повышение механи ческих и жаропрочных свойств металла поковок за счет создани  однородной структуры и исключени  слоистого излома.The purpose of the invention is to improve the quality of the forgings, namely, to increase the mechanical and heat-resistant properties of the metal of the forgings by creating a uniform structure and eliminating the laminated fracture.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе изготовлени  типа дисков из высоколегированных жаропрочных кикелевыХ сплавов, включающем выплавку слитка вакуумно дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности, нагрев до ковочных температур, прот жку слитка, резку на заготовки и гор чую осадку, охлаждение с итка ведут со скоростью ЗО-бО С/мин, нагрев под прот жку до ковочнь1Х температур ведут со скоростью 8О-90 град/ч и выдерживают при этой температуре 8-12 ч, прот жку слитка производ т за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а донной частей со степенью укова на первом и втором переходах 1,4-1,65, на третьем переходе 1,2-1,4, при суммарной степени укова не менее 3, а осадку заготовок производ т со степенью деформации 5О- 80%.This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing the type of discs from high-alloyed heat-resistant Kikel alloys, including the smelting of an ingot by vacuum arc remelting, cooling of an ingot, stripping its surface, heating to forging temperatures, drawing an ingot, cutting to workpieces and hot sediment, cooling from It is run at a speed of 30.00 C / min, heated up to forging temperatures at a speed of 8 ° -90 degrees / h and kept at this temperature for 8-12 hours, the ingot is produced in three transitions with a series of forging profitable, and bottom parts with a degree of yak on the first and second transitions of 1.4 to 1.65, on a third transition of 1.2 to 1.4, with a total degree of yak of at least 3, and the draft of the billets are produced with a degree of deformation of 5O - 80%.

Повьпиение температуры деформации до 1160 С и увеличение степени деформации до 50-80% позвол$пот резко снизить разнозернистость при оптимальной величине зерна. Осадка с большими степен ми деформации приводит к значительному охлаждающему вли нию инструмента и, как следствие, к увеличению разнозер- йистости. Деформаци  металла при пониженных степен х (менее 5О%) приводит к неполной проработке структуры, что ведет к возникновению разнозернистости,увеличению анизотропии и снижению механических и жаропрочных свойств, PekrreHo- структурный анализ вы вл ет р д закономерностей формировани  структуры при различных термомеханических режимах обработки металла. Заготовки, нагретые до 106СГС и деформированные с относительными степен ми деформации €- - 40%, имеют значительный наклел металла по всему сечению. Повышение темпера1уры до приводитК наклепу поверхиостных слоев, а в центральной части поковки нар ду с деформированными зернами по вл ютс  новые, рскристаллизованные, что дает разнозер истость по сечению. Повышение температуры нагрева заготовок до . 1160С и той же относительной степени деформации (40%) приводит к полному завершедаю рекристаллизационных процес194The occurrence of deformation temperature up to 1160 C and an increase in the degree of deformation up to 50-80% made it possible to sharply reduce the grain size at the optimum grain size. A sludge with a large degree of deformation leads to a significant cooling effect of the tool and, as a consequence, to an increase in grain size. Deformation of the metal at lower degrees (less than 5O%) leads to incomplete structure processing, which leads to a variety of grain sizes, increased anisotropy and reduced mechanical and heat-resistant properties, PekrreHo-structural analysis reveals a number of patterns of structure formation under various thermomechanical metal processing conditions . Billets, heated to 106СГС and deformed with relative degrees of deformation of € - - 40%, have a significant inclination of the metal over the entire cross section. An increase in the temperature to bring to the work-hardening of the surface layers, and in the central part of the forging, along with the deformed grains, new crystallized ones appear, which gives a different grain size over the section. Increase the temperature of the heating blanks to. 1160C and the same relative degree of deformation (40%) leads to complete completion of the recrystallization process194

сов в центральной зоне поковки, в периферийной зоне эти процессы происход т частично, при этом равнозернистость по сечению поковки также значительна.In the central zone of the forging, in the peripheral zone these processes occur partially, while the uniformity over the cross section of the forging is also significant.

Однако достигнуть больших степеней деформации при завершающей операции ковке-осадке , равным образом как и достичь минимальной .разнозернистости и отсутствие слоистого излома, можно только при использовании определенных режимов охлаждени  слитка, последующего его нагрева под деформирование и деформировани  формирующих в заготовке перед осадкой оптимальную макро- и микроструктуру.However, it is only possible to achieve high degrees of deformation during the final forging-slump operation, as well as to achieve minimal grain size and the absence of a layered fracture, using certain modes of ingot cooling, subsequent heating under deformation and deformation of the macro- and microstructure.

Охлаждение слитка из высоколегированных жаропрочных сплавов со скоростью 30-20 С/мин позвол ет получить направленную кристаллизацию вдоль оси слитка. Это имеет значение дл  последующей деформации слитка, так как создает услови , при которых деформирующее усилие направлено перпенди1сул рно направлению дендритов и не разрушает участки их границ . Расположение кристаллитов вдоль оси слитка дает возмой ность производить деформацию его в начальной стадии с более повышенными степен ми деформации, выше критически: степеней, что позвол ет существенно снизить не только разно- зернистость, но и слоистый излом деформированного металла уже в начальной стадии процесса обработки давлением слитков из высоколегированных жаропрочных сплавов.Cooling the ingot from high-alloyed high-temperature alloys at a speed of 30-20 C / min allows to obtain directional crystallization along the axis of the ingot. This is important for the subsequent deformation of the ingot, since it creates conditions under which the deforming force is directed perpendicularly to the direction of the dendrites and does not destroy portions of their boundaries. The location of the crystallites along the ingot axis makes it possible to deform it in the initial stage with more elevated degrees of deformation, above critical: degrees, which allows to significantly reduce not only the granularity, but also the layered fracture of the deformed metal in the initial stage of the pressure treatment process ingots from high alloyed superalloys.

Дл  снижени  слоистого излома в за- пэтовках и поковках следует перевести металл в однофазное состо ние. Этому способствует нагрев слитка до температуры деформации со скоростью 80-90 С/ч в сочетании с последующей выдержкой при этой температ ре в течение 8-12 ч. Така  скорость нагрева в сочетании с выдержкой способствует наиболее полному протеканию фазовых превращений и переходу карбидных и нитридных пленочных включений в твердый аустенитный раствор.To reduce the stratified fracture in the seals and forgings, the metal should be transferred to a single-phase state. This is facilitated by heating the ingot to a temperature of deformation at a rate of 80-90 C / h in combination with subsequent exposure at this temperature for 8-12 hours. This heating rate, combined with exposure, contributes to the most complete flow of phase transformations and transition of carbide and nitride films inclusions in solid austenitic solution.

Характерным дл  хромоникелевых жаропрочных сплавов  вл етс  наличие нит- ридных, карбидных и карбонитридных фаз,Characteristic of chromium-nickel superalloys is the presence of nitride, carbide and carbonitride phases,

распредел ющихс  в структуре неравномерно . Наличие нитридных, карбидных и кар- бонитридных фаз св зано со значительной ликвидацией легируюших элементов.distributed in the structure unevenly. The presence of nitride, carbide, and carbonitride phases is associated with a significant elimination of alloying elements.

Claims (3)

Таким образом, в предлагаемом способе скорость нагрева и выдержка лимитированы не временем прогрева слитка и возможностью трещинообразовани , как в известном способе, а скогюстью фазовых 58 превращений карбидных и нитрндных пленочных включений. Режимы деформировани  при прот жке имеют своей целью дальнейшее совершенствование макроструктуры заготовки. Прот жку ведут за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а зате донной частейза три перехода. Вначале деформируют прибьшьную часть, где величина зерна больше. Степень укова на каждом переходе составл ет 1,2-1,65. Деформаци  с этими степен ми укова при ковке слитков в вырезных бойках позвол ет полу.чить заготовки без внутренних и наружных разрывов с однородной мел- козернистой макроструктурой и высокими механическими и жаропрочными свойствами . Ковка слитков со степен ми укова меньше 1,2 приводит к разнозернистости что св зано с попаданием в область критических степеней деформации. Кроме того , из-за высокого сопротивлени  деформации высоколегированных жаропрочных сплавов ковка с малыми степен ми укова не позвол ет разбить литую структуру ос ВОЙ зоны слитка. При этом в осевой з не слитка возникают значительные внутренние раст гивающие напр жени , под действием которых происходит разрыхление металла, что в конечном итоге приводит к его разрушению. Ковка слитков с высокими степен ми укова (более 1,65 ведет к попаданию в область второго мак симума величины зерна, что такж  вл ет с  одной из причин возникновени  разнозернистости в поковках из высоколегиро ванных жаропрочных сплавов. Жаропрочные сплавы обладают пониженной пластич ностью, что особенно характерно дл  литой структуры. Таким образом, при первом переходе производ т деформацию со степен ми уко- ва 1,4-1,6, что с одной стороны гарантирует ковку за пределами первого максиму ма величины зерна и в то же врем  дает возможность предупредить образование трешин при первичной обработке литой структуры. Второй переход ведетс  с максимально возможными степен ми укова, т.е. 1,5-1,65 дл  заготовки, где осева  зона после первого перехода проработана еще не полностью, при этом обеспечивает с  выравнивание величины зерна по сечению заготовки. Наконец, на третьем переходе ковки должна быть обеспечена точность размеров, поэтому прот жку ведут с минимальными степен ми укова 1,2 1,4, при которых обеспечиваетс , тем не 19.6 менее, оптимал11иа  величина зерна и минимальна  разнозернистость. Три стадии деформировани  с указанными степен ми укова позвол ют вести процесс с достаточно хорошей проработкой всей массы металла с учетом его исходного состо5гаи  (лнтое, деформированное), что дает возможность получить равномерно распределенную макроструктуру по всему объему поковки. Полученные таш1М образом заготовки подвергают осадке со степенью-деформации 50-80%, что в сочетании с предварительной прот жкой позвол ет получить поковки с однородной структурой и повьпиенными по сравнению с техническими услови ми механическими и жаропрочными свойствами. Пример. Изготавливают поковки турбинных дисков из жаропрочного сплава ХН73МБТЮВД (ЭИ698 БД) (выплавка слитка методом вакуумно-дугового переплава ). Слиток имеет размеры: Н 1000мм, D 4ОО мм (где Н и D - высота и диаметр кристаллизатора соответственно). Слиток охлаждаетс  в водоохлаждаемом кристаллизаторе со скоростью 30 - В ОС/мин и подвергаетс  обдирке на специальных токарных станках дл  удалени  поверхностных дефектов. Глубина снимаемого .сло  при этом составл ет 8-12 мм на сторону. Нагрев под протгокку производ т в пламенных печах методического типа. Слиток загружают в печь при температуре не выше 750°С (у окна посадки) и нагревают со скоростью 80-90 с/ч до 116О + + 10 С. При достижении заданной температуры дают технологическую выдержку в течение 8-12 ч дл  выравнивани  темпе- ратуры слитка по сечению. Ковку прот жки слитков диаметром D 400 мм (D 380 4 мм после обдирки ) производ т на круг диаметром 220мм за три перехода в вырезных радиусных бойках с углом выреза 1О5 . Каждый переход состоит из двух выносов, заключающихс  в последовательной ковке прибыльной , а затем донной частей слитка и промежуточных подогревов до температуры деформации после каждого выноса. Схема процесса прот жки следующа . . Первый переход Первь1й BbfHoc; ковка прибыльной части слитка с D 380± 4 мм HaD 310± ± 5 мм, подогрев; второй вынос: ковка донной части слитка с D 3801: 4 мм на D 31О± 5 мм, подогрев; степень укова на первом переходе 1,5. Второй переход Третий вынос: ковка прибыльной части слитка с В 31015 мм на 3) 250±5м подогрев; четвертый вынос ; ковка донной части слитка с 15 3 101 5 мм на 13 250 ±5 мм, подогрев, степень кова на втором переходе 1,5, Третий переход П тый вынос: ковка прибыльной части слитка cD 25015 мм на D 220±5мм подогрев} шестой вынос: ковка донной чао ти слитка с 15 .25015 мм на D 2201 .1;5 мм, охлаждение на воздухе; степень укова иа третьем переходе -1,3. Суммарна  степень укова слитка рав- на . Откованные штанги разрезают на заго товки с отношением размеров ,82 ,2 дл  проведени  последующего этапа осадки их на шайбы с относительной сте- пенью деформации 5О-8О% и штамповки поковок; турбинных дисков. Осадка произв дитс  на ковочных молотах с м,п,ч. 5 7 т, штамповка - на штамповочных, паровоздушных молотах с м.п.ч. 16-25 т, Пе ред осадкой и штамповкой заготовки нагреваюо; 4i газовых камерных печах до 116О (+20 -30)С. При этом багеп разнозернистости составл ет 1«-2 вме(го 3 - 4 по известному способу, на два балла снижаетс  слоистый излом, резко улучшаютс  механические свойства. Предел проч I нести металла повышаетс  на 10-12%, величина относительного удлинени  и относительного сужени  увеличиваетс  в 1,5-2 раза, ударна  в зкость возрастает в 2,5-2,7 раза, резко возрастает длительна  жарюпрочность, в р де случаев она достигает 395 ч (при норме 5О ч °ТУ). Нар ду с общим повышением механичес ких и жаропрочных свойств повышаетс  их стабильность (нижний предел диапазона показателей свойств повышен на 10-12%). Формула изобретени  Спею об изготовлени  поковок типа дисков из высоколегированных жаропрочных сплавов, включающий выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности, нагрев до ковочных температур, гор чую прот жку слитка; резку его на заготовки и гор чую их осадку , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества поковок, охлаждение слитка ведут со скоростью 30- бО С/мин, нагрев под прот жку до ковочных температур ведут со скоростью 8090 С/ч и вьщерживают при этой темпера- туре 8-12 ч, прот жку спитка производ гг за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей со степенью укова на первом и втором переходе 1,4-1,65, на-третьем переходе 1,2- 1,4 при суммарной степени укова не менее 3, а осадку заготовок производ т со степенью деформации 5О-8О%. Источни :и информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Казаринов Б. Н. Улучшение технологии ковки слитков весом 700 кг. Инфор- мационный листок. ИБТИ Чел бинского Совнархоза, 1962, Thus, in the proposed method, the heating rate and the shutter speed are not limited by the ingot heating time and the possibility of cracking, as in the known method, but by skewing the phase 58 transformations of carbide and nitrind film inclusions. Modes of deformation during stretching are intended to further improve the macrostructure of the workpiece. Stretching is carried out in three transitions with successive forging, profitable, and then in the bottom part, three transitions. At first they deform the near part, where the grain size is larger. The degree of anon at each transition is 1.2-1.65. The deformation with these yak degrees when forging ingots in cut-out dies allows to obtain blanks without internal and external gaps with a homogeneous fine-grained macrostructure and high mechanical and heat-resistant properties. The forging of ingots with an ukov degree less than 1.2 leads to different grain sizes, which is associated with falling into the region of critical strain degrees. In addition, due to the high resistance to deformation of high alloyed superalloys, forging with low yak degrees does not allow the cast structure of the core of the ingot zone to be broken. At the same time, significant internal tensile stresses arise in the axial s of the non-ingot, under the action of which the metal loosens, which ultimately leads to its destruction. The forging of ingots with high ukov degrees (more than 1.65 leads to a second grain size entering the region, which is also one of the reasons for the different grain sizes in forgings of high-alloyed heat-resistant alloys. High-temperature alloys have a reduced ductility, which is especially characteristic of the cast structure. Thus, at the first transition, deformation is performed with a power of 1.4–1.6, which on the one hand guarantees forging beyond the first maximum grain size and at the same time allows for to prevent the formation of treshines during the initial processing of the cast structure.The second transition is carried out with the highest possible uk levels, i.e. 1.5-1.65 for the workpiece, where the axial zone after the first transition has not yet been completely worked out, while providing Grains over the billet section. Finally, at the third forging transition, dimensional accuracy must be ensured, therefore stretching is carried out with minimum yokes of 1.2 1.4, which ensure, nevertheless, 19.6 less, optimum grain size and minimum grain size be Three stages of deformation with the specified degrees of ancium allow to carry out the process with a fairly good study of the entire mass of the metal, taking into account its initial state (light, deformed), which makes it possible to obtain a uniformly distributed macrostructure throughout the entire forging volume. The billets obtained in this way undergo a draft with a degree of deformation of 50-80%, which, in combination with preliminary stretching, makes it possible to obtain forgings with a uniform structure and mechanical and heat-resistant properties compared with the technical conditions. Example. Turbine disk forgings are made of heat-resistant alloy HN73MBTUVD (EI698 BD) (smelting of the ingot by the method of vacuum-arc remelting). The ingot has dimensions: H 1000mm, D 4OO mm (where H and D are the height and diameter of the mold, respectively). The ingot is cooled in a water-cooled crystallizer at a rate of 30-V OC / min and is peeled on special lathes to remove surface defects. The depth of the removed layer in this case is 8-12 mm per side. Heating is carried out in the process type in fiery furnaces. The ingot is loaded into the furnace at a temperature not higher than 750 ° C (at the landing window) and heated at a speed of 80-90 s / h to 116O + 10 ° C. When the specified temperature is reached, the process is allowed to hold for 8-12 h to equalize the temperature ingot cross-sections. The forging of ingots with a diameter of D 400 mm (D 380 4 mm after stripping) is carried out on a circle with a diameter of 220 mm for three transitions in cut-out radius dies with a cut angle of 1 O5. Each transition consists of two outs, which consist in successive forging of the profitable, and then the bottom parts of the ingot and intermediate heating to the deformation temperature after each removal. The process flow diagram is as follows. . First transition First BbfHoc; forging the profitable part of the ingot with D 380 ± 4 mm HaD 310 ± ± 5 mm, heating; the second removal: forging the bottom part of the ingot from D 3801: 4 mm to D 31О ± 5 mm, heating; degree ukova on the first transition 1.5. The second transition The third removal: forging the profitable part of the ingot from V 31015 mm to 3) 250 ± 5 m heating; fourth takeaway; forging the bottom part of the ingot from 15 3 101 5 mm to 13 250 ± 5 mm, heating, degree of forging at the second transition 1.5, Third transition Fifth removal: forging the profitable part of the ingot cD 25015 mm to D 220 ± 5mm heating} sixth removal : forging the bottom part of the ingot from 15 .25015 mm to D 2201 .1; 5 mm, air cooling; degree ukova ia third transition -1.3. The total degree of ingot ingot is equal. The forged rods are cut into shafts with an aspect ratio of 82, 2 for carrying out the subsequent stage of precipitating them into washers with a relative degree of deformation of 5-8% and forging of forgings; turbine disks. Sludge is produced on forging hammers from m, n, h. 5 7 tons, stamping - on stamping, steam-air hammers with m. 16-25 t, before the draft and stamping of the workpiece is heated; 4i gas ovens up to 116O (+20 -30) С. At the same time, the bagup of different grain sizes is 1 - 2 instead (by 3 - 4 by a known method, the layered fracture is reduced by two points, the mechanical properties are dramatically improved. The limit of the other I carry metal increases by 10-12%, the value of relative elongation and relative narrowing increases 1.5–2 times, impact viscosity increases 2.5–2.7 times, prolonged heat resistance dramatically increases, in a number of cases it reaches 395 hours (at a rate of 5 ° h ° TU). Along with a general increase mechanical and heat-resistant properties increase their stability (the lower limit of the range property values increased by 10–12%.) Claim for producing forgings such as high-alloy superalloy alloy discs, including melting the ingot by vacuum arc remelting, cooling the ingot, stripping its surface, heating to forging temperatures, hot-drawing ingot; its on the workpieces and their hot draft, characterized in that, in order to improve the quality of the forgings, the ingot is cooled at a rate of 30b C / min, the heating is carried out to forging temperatures at a speed of 8090 C / h and held at thisat a temperature of 8–12 hours, during spit production during three transitions with successive forging of profitable and then bottom parts with the degree of yak on the first and second transition 1.4–1.65, on the third transition 1.2–1 , 4, with a total degree of yak of not less than 3, and the draft of the blanks is produced with a degree of deformation of 5 ° -8%. Source: and information taken into account during the examination 1. B. Karinov. Improvement of the technology of forging ingots weighing 700 kg. Information sheet. IBTI Chel Binsky Economic Council, 1962, 2.Юдович С. 3.. Ковка на молотах заготовок из йысоколегированных сталей. М., Машиностроение, 1968, 216с. 2. Yudovich S. 3 .. Forging hammers blanks of high-alloy steels. Moscow, Mechanical Engineering, 1968, 216s. 3.Казаринов Б. Н., Кузнецов Б. М., Шабуров В. Е. и др. Усовершенствование технологии ковки слитков и штамповки . поковок турбинных дисков из сплава ЭИ437БУ ВД. - Кузнечно-штамповочное производство, 1969, ХЬ 1О, с, 8-9.3.Kazarinov B.N., Kuznetsov B.M., Shaburov V.E., et al. Improving the technology of forging ingots and stamping. forgings of turbine disks from alloy EI437BU VD. - Forging and stamping production, 1969, ХЬ 1О, с, 8-9.