SU867519A1 - Способ изготовлени поковок типа дисков из высоколегированных жаропрочных сплавов - Google Patents

Description

I

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.

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.

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. Кроме

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.

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.

Недостатком известного способа  вл  етс  низкое качество поковок ввиду зна- чите ьной разнозернистости, слоистого излома , а также анизотропии механических

38

и жаропрочных свойств по Bceivfy объему металла поковки,

Цель изобретени  - повышение качества поковок, а именно повышение механи ческих и жаропрочных свойств металла поковок за счет создани  однородной структуры и исключени  слоистого излома.

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%.

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 процес194

сов в центральной зоне поковки, в периферийной зоне эти процессы происход т частично, при этом равнозернистость по сечению поковки также значительна.

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

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.

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.

Характерным дл  хромоникелевых жаропрочных сплавов  вл етс  наличие нит- ридных, карбидных и карбонитридных фаз,

распредел ющихс  в структуре неравномерно . Наличие нитридных, карбидных и кар- бонитридных фаз св зано со значительной ликвидацией легируюших элементов.

Claims (3)

1. 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,
2. 2.Юдович С. 3.. Ковка на молотах заготовок из йысоколегированных сталей. М., Машиностроение, 1968, 216с.
3. 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.