Способ изготовления поковок типа дисков из высоколегированных жаропрочных сплавов

Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик ВТОРСКОМ ИДЕТЕ ЛЬСТВ(51)М, К В 21 К 1/Э В 21 т 1/О с присоединением заявки оударственныи комитет 3)Приоритет о делам изобретении н открытий(088,8) Дата опубликования сания 30 09 8(72) Авторы изобретения и В, П. Троицкий заринов, Ю. Н. Ч мский авиационный инстит джони кидзе 1) Заявите(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОКОВОК ТИПА ДИСКО ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВО обфу ка, на 13 и 21,Однако боль дной заготов двойному бо ю складок и нних трещин шие колебания размеров иски приводят в ряде случаевкообразованию, возникновепоявлению наружных и внутв процессе осадки. Кроме язвеество Недостатко ется низкое ка чительной раз пома, а такжестного способа явля поковок вводу знастости, слоистого и опии механических к азери ани Изобретение относится к обработке ме,таллов давлением, а именно к способам изготовления поковок типа тел вращения, и может быть использовано при производстве поковок турбинных дисков, дефлекторов, лабиринтов, шайб, шестерен и т.п. деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов.Известны способы изготовления поко - вок турбинных дисков, включающие в себя протяжку конусного слитка, полученного выплавкой в открытых индукционных электрических печах, на плоских бойках, рубку на заготовки, осадку квадратной заготовки с предварительной сбивкой углов и кругпения, штамповку поковок диском турбины с относительной степенью деформации 30-50% и термообработку того, заготовка со сбитыми углами после осадки имеет форму многогранника что весьма затрудняет укладку ее в штамп при штамповке. В результате имеет место неравномерность течения металла в про цессе штамповки, незапопнение фигуры штампа, что может привести и часто приводит к браку,Известен способ изготовления поковок турбинных дисков, включаюпнтй выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом дирку поверхности, охлаждение слит грев до ковочной температуры, горячую протяжку в вырезных бойках, резку на заготовки, осадку и штамповку. Применение способа позволяет изготавливать поковки сложной конфигурации с достаточно высокими механическими и жаропрочными свойствами Г 3.1.50 55 3 8 би жаропрочных свойств по всему объемуметалла поковки,Цель изобретения - повьпдение качест ва поковок, а именно повышение механических и жаропрочных свойств металла поковок за счет создания однородной структуры и исключения слоистого излома,Поставленная цель достигается тем,что в способе изготовления типа дисковиз высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, включающем выплавку слитка вакуумно дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности,нагрев до ковочных температур, протяжкуслитка, резку на заготовки и горячуюосадку, охлаждение слитка ведут со скоростью 30 60 С/мин, нагрев под протяжку до ковочных температур ведут со скоростью 80-90 град/ч и выдерживают приэтой температуре 8-12 ч, протяжку слитка производят за три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей со степенью укова на первоми втором переходах 1,4-1,65,на третьемпереходе 1,2-1,4, при суммарной сгепени укова не менее 3, а осадку заготовокпроизводят со степенью деформации 5080),Повышение температуры деформациидо 1160 С и увеличение степени деформации до 50-80% позволяют резко снизить разнозернистость при оптимальнойвеличине зерна, Осадка с большими степенями деформации приводит к значительному охлаждающему влиянию инструментаи, как следствие, к увеличению разнозернистости, Деформация металла при пониженных степенях (менее 50%) приводитк неполной проработке структуры, что ведет к возникновению разнозернистости,увеличению анизотропии и снижению механических и жаропрочных свойств, Рентгеноструктурный анализ выявляет ряд закономерностей формирования структуры приразличных термомеханических режимахобработки металла. Заготовки, нагретыедо 1060 С и деформированные с относи тельными степенями деформации Е = 40%,имеют значительный наклеп металла новсему сечению. Повышение температурыдо 1100 С приводит к наклепу поверхностоных слоев, а в центральной части поковкинаряду с деформированными зернами появляются новые, рекристаллизованные, чтодает разнозернистость по сечению, Повышение температуры наг рева заготовок до1160 С и той же относительной степенидеформации (Е =40%) приводит к полномузавершеици рекристаллизационных процес 519 4 сов в центральной зоне поковки, ь периферийной зоне эти процессы происходят частично, при этом равнозернистость посечению поковки также значительна,5Однако достигнуть больших степеней деформации при завершающей операции ковке-осадке, равным образом как и достичьминимальной разнозернистости и отсутствие слоистого излома, можно только прииспользовании определенных режимов охлаждения слитка, последующего его нагрева под деформирование и деформированияформирующих в заготовке перед осадкойоптимальную макро- и микроструктуру.Охлаждение спитка из высоколегирован 15ных жаропрочных сплавов со скоростью30-20 С/мин позволяет получить направленную кристаллизацию вдоль оси слитка,Это имеет значение для последующей деформации слитка, так как создает усло 28вия, при которых деформируюшее усилиенаправлено перпендикулярно направлениюдендритов и не разрушает участки их границ, Расположение кристаллитов вдольоси слитка дает возможность производить25деформацию его в начальной стадии с более повышенными степенями деформации,выше критических степеней, что позволяет существенно снизить не только разнозернистость, но и слоистый излом деформированного металла уже в начальной ста-дии процесса обработки давлением слитков из высоколегированных жаропрочныхсплавов,Для снижения слоистого излома в заЗ 5 готовках и поковках следует перевестиметалл в однофазное состояние. Этомуспособствует нагрев слитка до температуры деформации со скоростью 80-90 С/чв сочетании с последующей выдержкойпри этой температуре в течение 8-12 ч.Такая скорость нагрева в сочетании с выдержкой способствует наиболее полномупротеканию фазовых превращений и переходу карбидных и нитридных пленочных вклю 45 чений в твердый аустенитный раствор. Характерным для хромоникелевых жаропрочных сплавов является наличие нитридных, карбидных и карбонитридных фаз, распределяющихся в структуре неравномерно. Наличие нитридных, карбидных и карбонитридных фаз связано со значительной ликвидацией легируюших элементов,Таким образом, в предлагаемом способе скорость нагрева и выдержка лимитированы не временем прогрева слитка и возможностью трещинообразования, как в известном способе, а скоростью фазовых5 8675превращений карбидных и нитридных пленочных включений.Режимы деформироввния при протяжкеимеют своей целью дальнейшее совершенствование макроструктуры заготовки,5Протяжку ведут зв три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затемдонной частей за три перехода, Вначаледеформируют прибыльную часть, где ве-личина зерна больше. Степень укова накаждом переходе составляет 1,2-1,65,Беформация с этими степенями укова приковке слитков в вырезных бойках позволяет получить заготовки без внутреннихи наружных разрывов с однородной мелкозернистой макроструктурой и высокимимеханическими и жаропрочными свойствами, Ковка слитков со степенями уковаменьше 1,2 приводит к разнозернистости,что связано с попаданием в область криготических степеней деформации. Кроме того, из-за высокого сопротивления деформации высоколегированных жаропрочныхсплавов ковка с малыми степенями уковвне позволяет разбить литую структуру осевой зоны слитка. При этом в осевой зоне слитка возникают значительные внутренние растягиваюшие напряжения, поддействием которых происходит разрыхление металла, что в конечном итоге призоводит к его разрушению, Ковка слитковс высокими степенями укова (более 1,65)ведет к попаданию в область второго максимума величины зерна, что также является одной из причин возникновения разнозернистости в поковках из высоколегиро- З 5ванных жвропрочных сплавов. Жаропрочные сплавы обладают пониженной пластичностью, что особенно характерно для литой структуры.40 19 Оменее, оптимальная величина зерна и минимальная рвзнозернистость.Три стадии деформирования с указанными степенями укова позволяют вестипроцесс с достагочно хорошей проработкойвсей массы металла с учетом его исходного состояния (литое, деформированное),что дает возможность получить равномерно распределенную макроструктуру по всему объему поковки. Полученные таким образом заготовки подвергают осадке состепенью. деформации 50-80%, что в сочетании с предварительной протяжкой позволяет получить поковки с однороднойструктурой и повышенными по сравнениюс техническими условиями механическимии жвропрочными свойствами,П р и м е р. Изготавливают поковкитурбинных дисков из жвропрочного сплаваХН 73 МБТЮ ВД (ЭИ 698 В 11) (выплввкаслитка методом вакуумно-дугового переплава), Слиток имеет размеры; Н=1000 мм,0=400 мм (где Н и 2 - высота и диаметр кристаллизаторв соответственно).Слиток охлаждается в водоохлвждаемомкриствллизвторе со скоростью 3050 С/мин и подвергается обдирке на специальных токарных станках для удаленияповерхностных дефектов. Глубина снимаемого слоя при этом составляет 8-12 ммнв сторону.Нагрев под протяжку производят в пламенных печах методического типа. Слитокзагружают в печь при температуре не выше 750 С (у окна посадки) и нагреваютсо скоростью 80-90 С/ч до 1160 +о+ 10 С. При достижении заданной температуры дают технологическую выдержку Ытечение 8-12 ч для выравнивания температуры слитка по сечению.Таким образом, при первом переходе производят деформацию со степенями укова 1,4-1,6, что с одной стороны гарантирует ковку за пределами первого максимума величины зерна и в то же время дает 45 возможность предупредить образование трещин при первичной обработке литой структуры, Второй переход ведется с максимально возможными степенями укова, т,е, 1,5-1,65 для заготовки, где осевая 50 зона после первого перехода проработана еше не полностью, при этом обеспечивается выравнивание величины зерна по сечению заготовки. Наконец, на третьем переходе ковки должна быть обеспечена 55 точность размеров, поэтому протяжку ведут с минимальными степенями укова 1,2- 1,4, при которых обеспечивается, тем не Ковку протяядси слитков диаметром 2 =400 мм (2 =380+ 4 мм после обдирки) производят нв круг диаметром 220 мм за три перехода в вырезных радиусных бойках с углом выреза 105 . Каждый пеореход состоит из двух выносов, заключаю шихся в последовательной ковке прибыль ной, а затем донной частей слитка и промежуточных подогревов до температуры деформации после каждого выноса. Схе ма процесса протяжки следующая.Первый переходПервый вынос; ковка прибыльной части слитка с 3 =380+ 4 мм на 2 = 310 + 5 мм, подогрев; второй вынос: ковка донной части слитка с 2 =380+ 4 мм на 2 = 3 10 ф 5 мм, подогрев; степень укова на первом переходе1,5.8675Второй переходТретий вынос; ковка прибыльной частислитка сЭ =310+ 5 мм на 2 .= 250+ 5 мм,подогрев ,четвертый вынос; ковка доннойчасти слитка с 2 =310+ 5 мм на 225015 мм, подогрев, степень кова навтором переходе 1,5,Третий переходПятый вынос; ковка прибыльной частислитка с Р =250+ 5 мм на 2 =220+ 5 мм, рЬподогрев; шестой вынос: ковка донной части слитка с 2 =250+ 5 мм на 2 =-220 Ф, +5 мм, охлаждение на воздухе; степеньукова на третьем переходе - 1,3,Суммарная степень укова слитка равна 3.Откованные штанги разрезают на загстовки с отношением размеров Н/Р= 1,82,2 для проведения последующего этапаосадки их на шайбы с относитедьной степенью деформации 50-80% и штамповкипоковок турбинных дисков. Осадка производится на ковочных молотах с м,п.ч. 57 т, штамповкана штамповочных паровоздушных молотах с м,п.ч. 16-25 т. Пе-ред осадкой и штамповкой заготовки нагреваке-в газовых камерных печах до1160 (+20 -30) С. При этом балл разнозернистости составляет 1-2 вместо 34 по известному способу, на два балласнижается слоистый излом, резко улучшаются механические свойства. Предел проч 1 ности металла повышается на 10-12%,величина относительного удлинения и относительного сужения увеличивается в1,5 2 раза, ударная вязкость возрастает3в 252,7 раза, резко возрастает длительная жаропрочность, в ряде случаевона достигает 395 ч (при норме 50 чпо ТУ).4 ДНаряду с общим повышением механическнх и жаропрочных свойств повышается их 19 8 стабильность (нижний предел диапазона показателей свойств повышен на 10-1.2%).Формуда изобретенияСпособ изготовдения поковок типа дисковиз высоколегированных жаро прочных сплавов,включающий выплавку слитка вакуумно-дуговым переплавом, охлаждение слитка, обдирку его поверхности, нагрев до ковочных температур, горячую протяжку слитка;резку его на заготовки и горячую их осадку,отличающийся тем,что,сцелью повышения качества поковок, охлаждение слитка ведут со скоростью 3060 ( /мин, нагрев под протяжку до ковочных температур ведут со скоростью 80 о90 С/ч и выдерживают при этой температуре 8-12 ч, протяжку слитка производятза три перехода с последовательной ковкой прибыльной, а затем донной частей состепенью укова на первом и втором переходе 1,4- 1,65, на -третьем переходе 1,21,4 при суммарной степени укова не менее 3, а осадку заготовок производят состепенью деформации 50 80%.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Казаринов Б, Н. Улучшение технологии ковки слитков весом 700 кг, Инфор-.мационный листок, ЦБТИ ЧелябинскогоСовнархоза, 1962.2. Юдович С, 3 Ковка на молотах заготовок из высоколегированных сталей, М.,"Машиностроение", 1968, 216 с,3. Казаринов Б. Н Кузнецов Б. М.,Шабуров В, Б. и др. Усовершенствованиетехнологииковки слитков и штамповкипоковок турбинных дисков из сплаваЭИ 437 БУ ВД. - "Кузнечно-штамповочноепроизводство", 1969,10, с, 8-9..Редактор В. Матюхина Техред Л.Пекарь Корректор Н. ШвыдкаяЗаказ 8173/10 Тираж 743 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4