AT307202B - Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke, die zum Betriebseinsatz bei hohen mechanischen Beanspruchungen bestimmt sind, und kann beim Fertigen von ringförmigen Schmiedestücken   für Läuferdeckbandringe leistungsfähiger Turbogeneratoren   mit 500MW und höherer Leistung angewandt werden. 



   Es ist ein Fertigungsverfahren für Rohlinge der Läuferdeckbandringe bekannt, bei dem der Block gestreckt, gestaucht, gelocht und ausgewalzt wird. Daraufhin wird der Rohling wärmebehandelt und gehärtet. 



   Auf diese Weise gefertigte Stahldeckbandringe besitzen bei normalen Betriebsbedingungen gute mechanische Eigenschaften. Die Ringe geben jedoch bei hohen mechanischen Beanspruchungen, erhöhter Temperatur und unnormal grosser Feuchtigkeit oft Anlass zu Betriebsstörungen in den Turbogeneratoren und müssen oftmals besichtigt und ausgewechselt werden. 



   Die bekannten Vorteile von Titanlegierungen, nämlich ihre hohe spezifische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit waren der Grund für die Verwendung dieser Legierungen im Flugzeugbau und andern Industriezweigen bei der Fertigung von hochbeanspruchten Werkstücken, die hohe Korrosions- und Temperaturbeständigkeit besitzen müssen. 



   Es sind Fertigungsverfahren für Rohlinge von bis 300 kg schweren Werkstücken bekannt, die durch Freiformschmieden oder Bearbeiten von Titanlegierungsblöcken mit   ein-und zweiphasiger < x+ ss-Struktur   in Gesenken ohne Gratbahn hergestellt werden. Es sind zum Fertigen solcher Werkstücke Arbeitsweisen mit plastischer Warmverformung und Wärmebehandlung bekannt, die gewährleisten, dass Schmiedestücke aus Titanlegierungen mit hoher spezifischer Festigkeit und Verformbarkeit erhalten werden. 
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 (s.   Heitman G. H., Coyne 1. E., Galipean R. R. "Metals Engieneering Quart" [1968],   Bd. 8, Nr. 3). 



   Es sind auch genauereKennwerte   fürWärme-und mechanischeBehandlung von Titanlegierungen   mit zweiphasiger   a + ss -Struktur, u. zw.   für Behandlung   des Blocks bei Temperaturen von 40 bis 90 C, d. h.   unterhalb des Temperaturpunkts der Phasenumwandlung der Legierung von ss-Struktur zur   a+ ss -Struktur,   und für Verformungsgrad von 40 bis   70%   bekannt. 



   Die bekannten Arbeitsweisen mit plastischer Warmverformung gewährleisten jedoch beim Fertigen von   Werkstücken   aus Titanlegierungen nicht, dass gleichmässige und isotrope Struktur im ganzen Querschnitt von Rohlingen mit grossen Abmessungen und 500 kg oder grösserem Gewicht, z. B. von Schmiedestücken für Läuferdeckbandringe von leistungsfähigen Turbogeneratoren, erhalten wird. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Arbeitsweisen auszuwählen, die zur Fertigung von ringförmigen Schmiedestücken durch plastisches Warmverformen geeignet sind sowie gleichmässige und isotrope Struktur im ganzen Werkstücksquerschnitt gewährleisten. 



   Die erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch vielfaches plastisches Verformen des Blocks in Axial-, Radial-und Tangentialrichtung bei einem Gesamtverformungsgrad in jeder dieser Richtungen von mindestens   60%   der Gesamtverformung beim aufeinanderfolgenden Ändern der   Verformungskraftrichtung   und durch Verformung beim letztmaligen Schmieden von mindestens 40% gelöst. Die Erhitzungstemperatur des Rohlings wird 
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 welche 20 bis 300C unter dem erwähnten Temperaturpunkt beim letztmaligen Schmieden liegt, gesenkt, worauf der Rohling nach Beendigung der plastischen Verformung bei unter dem erwähntenTemperaturpunkt liegenden Temperaturen geglüht wird. 



   Die erwähnte Lösung gewährleistet, dass auf alle Schmiedestückschichten vielseitige Belastungen während des besonders plastischen Zustands des bearbeiteten Blocks einwirken, wobei die Bearbeitung im Temperaturbereich des oc + ss Zustands der Legierungsstruktur beendet wird. Hiedurch ist es möglich, eine gleichmässige und isotrope Struktur im ganzen Schmiedestückquerschnitt zu erhalten. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren, welches eindeutig die Fertigung von ringförmigen Schmiedestücken aus Titanlegierungen betrifft, führt zu Werkstücken mit ausgezeichneten Eigenschaften, wie der später angegebenen Vergleichstabelle zu entnehmen ist. Darin ist ein ungewöhnliche technischer Effekt zu erblicken. 



   Die Herstellung von ringförmigen Schmiedestücken aus Titanlegierungen nach dem erfindungsgemässen 
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Die Verwendung solcher Schmiedestücke, in diesem Fall für die Herstellung von Läuferdeckbandringen von leistungsstarken Turbogeneratoren, ermöglicht die   Herabsetzungder Arbeitsspannungen im Bandring und   verhindert ein Zerspringen, welches auf Grund der Korrosion und der Einwirkung mechanischer Spannungen hervorgerufen wird. 



     Zweckmässigerweise wird, um das Auftreten von Rissen   zu vermeiden, der Block beim erstmaligen Schmieden in radialer Richtung verformt. 



   Die Erfindung kann gemäss einer ihrer Durchführungsformen folgende Arbeitsweise zur plastischen Verformung in nachstehender Reihenfolge besitzen : Ziehen des Blocks mit 30 bis   50% figer   Querverformung bei einer 

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Temperatur, die 50 bis   800C   über dem Temperaturpunkt der Phasenumwandlung der Legierung von ss zur   a+  
Struktur liegt, Stauchen mit 50 bis   70% tiger   Verformung und Lochen bei einer Temperatur, die 30 bis   50 C   über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt, Ziehen des hohlen Rohlings mit 30 bis   40%figer   Verformung, Aus- walzen mit 20 bis 30% iger Verformung und Stauchen mit 10 bis   SOloiger   Verformung bei einer Temperatur,

   die
20 bis   300C   über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt ; nach diesen Arbeitsgängen wird der Rohling mit rela- tiver bis 30% iger Verformung gezogen und mit 40 bis   50% figer   Verformung bei Temperaturen ausgewalzt, die
20 bis   300C   unter dem erwähnten Temperaturpunkt liegen. 



   Zweckmässigerweise werden die Schmiedestücke in nachstehender Reihenfolge geglüht : Erhitzen der
Schmiedestücke auf 800 bis 9000C mit mindestens einstündiger Haltezeit auf dieser Temperatur und darauf- folgendem vollkommenem Kühlen an der Luft. Sekundärerhitzen auf 550 bis 6500C mit mindestens einstündi- ger Haltezeit auf dieser Temperatur und darauffolgendem vollkommenem Kühlen. 



   Nachstehend werden Durchführungsbeispiele des Fertigungsverfahrens für ringförmige Schmiedestücke, die für Läuferdeckbänder von Turbogeneratoren bestimmt sind, aus einer Legierung auf Titanbasis mit   60/0 AI-,   2, 5% Mo-, 2% Cr-Gehalt und mit einer Temperatur von 980 C bei der Phasenumwandlung von ss zur   a+   ss Struktur beschrieben. 



   Beispiel1 :Ein1300kgschwererBlockwirdauf1050 CerhitztundbeimFreiformschmiedenmit38%iger
Verformung in Querschnitt gezogen. Danach wird der so erhaltene Rohling auf 1000 C Temperatur erhitzt und mit Verformung, die   620/0   der Gesamtverformung beträgt, in Axialrichtung gestaucht sowie gelocht. Der hohle Rohling wird nach dem Erhitzen auf   10000C   auf einen Dorn gesetzt und mit   36'0iger   Verformung in Ringhöhenrichtung gezogen. Nach dem Erhitzen auf   1000 C   wird der Rohling auf dem Dorn mit   26% tiger   Wanddickenverformung ausgewalzt. Weiterhin wird er, nachdem er auf 1000 C erhitzt wurde, mit   29% figer   Verformung in Höhenrichtung gestaucht.

   Danach wird der Rohling bei Erhitzung bis   1000 C   auf den Dorn mit   piger   Verformung in Ringhöhenrichtung gezogen. Zuletzt wird er bei Erhitzung auf 9500C bis zu Erreichen der endgültigen Schmiedestückabmessungen bei   42% igem Verformungsgrad   der Wanddicke ausgewalzt. 



   Nach Beendigung der erwähnten Arbeitsgänge beim Schmieden wird das erhaltene Schmiedestück an der Luft auf Zimmertemperatur gekühlt. Das Glühverfahren für das Schmiedestück besteht aus Erhitzen des letzteren auf 800OC, einer einstündigen Haltezeit auf dieser Temperatur und Kühlen an der Luft. 



     Beispiel 2 : Ein 2600 kg schwerer Ausgangsb lockwird auf 10400C   Temperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur wird der Block um   53%   in Höhenrichtung gestaucht und gelocht. Hienach wird der hohle Rohling bis auf 10200C erhitzt und auf den Dorn aufgesetzt. Bei dieser Temperatur wird er mit   39% figer   Verformung in Höhenrichtung gezogen. Nach Beendigung dieses Arbeitsgangs und Erhitzung bis auf   10000C   wird er mit   zuiger   Verformung der Ringdicke ausgewalzt. 



   Weiterhin wird der Rohling bis auf 980 C erhitzt und danach mit   30% figer   Verformung in Höhenrichtung gestaucht. Nach diesem Arbeitsgang wird der Rohling bis auf 9500C erhitzt und bei dieser Temperatur mit 30% iger Verformung in Höhenrichtung gezogen. Er wird endgültig nach Erhitzen bis auf   950 C   mit 40loger Verformung der Ringdicke ausgewalzt. Nach Beendigung der erwähnten Arbeitsgänge wird der Rohling an der Luft gekühlt und in nachstehender Reihenfolge wärmebehandelt. Das Schmiedestück wird bis auf 8700C erhitzt ; die Haltezeit auf dieser Temperatur beträgt 1 h ; dann wird es an der Luft gekühlt. 



   Weiterhin wird es bis auf 6500C Temperatur erhitzt, wobei zweistündige Haltezeit auf dieser Temperatur vorgesehen ist. Dann wird das Schmiedestück an der Luft gekühlt. 

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Claims (1)

1. Die mechanischen Eigenschaften der Schmiedestücke, die nach den erwähnten Bearbeitungsverfahren gefertigt wurden, wurden mittelsin Tangentialrichtung ausgeschnittenen Probestäben geprüft und waren bei 200C wie folgt : EMI2.1 <tb> <tb> Beispiel <SEP> Wanddicke <SEP> Streckgrenze <SEP> Bruchfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung <SEP> Kerbschlagzähigkeit <tb> 05 <SEP> 0 <SEP> au <SEP> <tb> mm <SEP> kp/mm2 <SEP> kp/mm <SEP> 6 <SEP> 0 <SEP> kp/cm <SEP> <tb> 1 <SEP> 120 <SEP> 97-102 <SEP> 104-109 <SEP> 12-15 <SEP> 28-42 <SEP> 3-4 <tb> 2 <SEP> 160 <SEP> 93-101 <SEP> 101-106 <SEP> 9,5-14 <SEP> 28-35 <SEP> 4-4,5 <tb> PATENTANSPRÜCHE : 1.

   Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke, die aus Blöcken hergestellt werden, welche aus Legierungen auf Titanbasis mit zweiphasiger a+ ss Struktur und 30% ss Phase bestehen, wobei die Blöcke beim Freiformschmieden plastisch warmverformt und wärmebehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Block vielfach in Axial-, Radial- und Tangentialrichtung bei einem Gesamtverformungsgrad in jeder dieser Richtungen von mindestens 60% der Gesamtverformung beim aufeinanderfolgenden Ändern der Verfor- <Desc/Clms Page number 3> mungskraftrichtung und beim letztmaligen Schmieden mit mindestens 40% der Gesamtverformung verformt wird, während die Erhitzungstemperatur Schritt für Schritt von der Temperatur,

   welche 50 bis 800C über dem Temperaturpunkt der Phasenumwandlung der Legierung von ss zur ct + ss Struktur beim erstmaligen Schmieden liegt, auf eine Temperatur, welche 20 bis 300C unter dem erwähnten Temperaturpunkt beim letztmaligen Schmieden liegt, gesenkt wird, worauf der Rohling nach Beendigung der plastischen Verformung bei unter dem erwähnten Temperaturpunkt liegenden Temperaturen geglüht wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block beim erstmaligen Schmieden in radialer Richtung verformt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung durch Schmieden in einzelnen Arbeitsgängen in nachstehender Reihenfolge mittels nachstehender Arbeitsweisen erfolgt : Ziehen des Blocks mit 30 bis roziger Querverformung bei einer Temperatur, die 50 bis 800C unter dem Temperaturpunkt der Phasenumwandlung der Legierung von ss zur a + ss Struktur liegt, Stauchen mit 50 bis 70% tiger Verformung und Lochen bei einer Temperatur, die 30 bis 500C über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt.

   Ziehen des hohlen Rohlings mit 30 bis 40% figer Verformung, Auswalzen mit 20 bis zeiger Verformung und Stauchen mit 10 bis 30% figer Verformung bei einer Temperatur, die 20 bis 300C über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt, während nach diesen Arbeitsgängen der Rohling mit relativer, bis 30% figer Verformung gezogen und mit 40 bis zeiger Verformung bei Temperaturen ausgewalzt wird, die 20 bis 300C unter dem erwähnten Temperaturpunkt liegen.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Glühen der Schmiedestücke diese auf 800 bis 9000C erhitzt werden, eine mindestens einstündigeHaltezeit auf dieser Temperatur eingehalten wird und dann die Schmiedestücke vollkommen an der Luft gekühlt werden und dass diese beim Sekundärglühen auf 550 bis 6500C erhitzt werden, eine mindestens einstündige Haltezeit auf dieser Temperatur eingehalten wird und dass die Schmiedestücke danach vollkommen gekühlt werden.