CH538898A

CH538898A - Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke

Info

Publication number: CH538898A
Application number: CH1631670A
Authority: CH
Inventors: Alexandrovich Grekov Nikolai; Ivanovna Arkovenko Galina; Petrovna Silina Elena; Petrovna Shifrina Natalia; Nikolaevna Sazonova Tamara; Yakovlevich Kleimenov Vasily; Sholomovich Kvater Iosif; Grigorievich Zlatkin Moisei; Alexandrovich Mirmel Vladislav; Ivanovich Potapov Alexei
Original assignee: Alexandrovich Grekov Nikolai; Ivanovna Arkovenko Galina; Petrovna Silina Elena; Petrovna Shifrina Natalia; Nikolaevna Sazonova Tamara; Yakovlevich Kleimenov Vasily; Sholomovich Kvater Iosif; Grigorievich Zlatkin Moisei; Mirmelshtein Vladislav Alexand; Ivanovich Potapov Alexei
Priority date: 1970-11-04
Filing date: 1970-11-04
Publication date: 1973-07-15
Also published as: GB1339431A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke, die aus Blöcken hergestellt werden, welche aus Legierungen auf Titanbasis mit zweiphasiger a + ss Struktur bei einer Menge derss-Phase bis zu 30% bestehen, wobei die Blöcke beim Freiformschmieden plastisch warmverformt und wärmebehandelt werden. Dieses Verfahren kann insbesondere für Läuferdeckbandringe leistungsfähiger Turbogeneratoren mit 500 MW 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 sowie 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 anderen Industriezweigen bei der Fertigung von hochbeanspruchten Werkstücken, die hohe Korrosionsund 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 a + 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. Insbesondere empfiehlt sich bei Titanlegierungen mit zweiphasiger a + ss-Struktur plastisches Warmverformen dieser Werkstücke beim Erhitzen derselben auf Temperaturen, die der a + ss-Struktur entsprechen (s. Heitman G. H., Coyne I. E., Galipean R. R. Metalls Engineering Quart , 1968, Bd. 8, Nr. 3).

Es sind auch genauere Kennwerte für Wärme- und mechanische Behandlung von Titanlegierungen mit zweiphasiger a + ss-Struktur, und zwar für Behandlung des Blocks bei Temperaturen von 40-90 C, unterhalb des Temperaturpunkts der Phasenumwandlung der Legierung von ss-Struktur zur a + ss-Struktur, und für Verformungsgrad von 40-70% bekannt.

Die bekannten Arbeitsweisen mit plastischer Warmverformung gewährleisten jedoch beim Fertigen von Werkstükken 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.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Block mehrfach in Axial-, Radial- und Tangentialrichtung bei einem Gesamtverformungsgrad in jeder dieser Richtungen von mindestens 60% beim aufeinanderfolgenden Ändern der Verformungskraftrichtung und beim letztmaligen Ausweiten mit mindestens 40 % verformt wird, während die Erhitzungstemperatur schrittweise von der Temperatur, die 50-80" C über der Temperatur der Phasenumwandlung der Legierung von ss- zur a + ss-Struktur beim erstmaligen Ausweiten liegt, auf eine Temperatur gesenkt wird, welche 20-30 C unter der Temperatur der Umwandlung der Legierung beim letztmaligen Ausweiten liegt, worauf der Rohling nach Beendigung der plastischen Verformung bei der Temperatur geglüht wird, die niedriger als die Umwandlungstemperatur der Legierung ist.

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

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

Bei einer besonderen Durchführungsform kann folgende Arbeitsweise zur plastischen Verformung in nachstehender
Reihenfolge angewendet werden: Ziehen des Blocks mit 30 bis 50%iger Querverformung bei einer Temperatur, die 50 bis 80 C über dem Temperaturpunkt der Phasenumwandlung der Legierung von ss- zur a + ss-Struktur liegt, Stauchen mit 50-70%iger Verformung und Lochen bei einer Temperatur, die 30-50 C über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt, Ziehen des hohlen Rohlings mit 30-40%iger Verformung Auswalzen mit 20-30 %iger Verformung und Stauchen mit 1030%iger Verformung bei einer Temperatur, die 20-30 C über dem erwähnten Temperaturpunkt liegt;

nach diesen Arbeitsgängen wird der Rohling mit relativer bis 30%iger Verformung gezogen und mit 4050%iger Verformung bei Temperaturen ausgewalzt, die 20-30 C unter dem erwähn ten Temperaturpunkt liegen.

Zweckmässigerweise werden die Schmiedestücke in nach stehender Reihenfolge geglüht: Erhitzen der Schmiedestücke auf 800-900 C mit mindestens einstündiger Haltezeit auf dieser Temperatur und darauffolgendem vollkommenem
Kühlen an der Luft, Sekundärerhitzen auf 550-650 C mit mindestens einstündiger 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 6% Al-, 2,5% Mo-, 2% Cr- Gehalt und mit Temperatur von 980" C bei der Phasenumwandlung von ss- zur a + ss-Struktur beschrieben.

Beispiel 1
1300 kg schwerer Block wird auf 1050 C erhitzt und beim Freiformschmieden mit 38 %iger Verformung im Querschnitt gezogen. Danach wird der so erhaltene Rohling auf 1000" C Temperatur erhitzt und mit Verformung, die 62% der Gesamtverformung beträgt, in Axialrichtung gestaucht sowie gelocht. Der hohle Rohling wird nach dem Erhitzen auf 1000" C auf einen Dorn gesetzt und mit 36%iger Verformung in Ringhöhenrichtung gezogen. Nach dem Erhitzen auf 1000" C wird der Rohling auf dem Dorn mit 26%iger Wanddickenverformung ausgewalzt. Weiterhin wird er, nachdem er auf 1000" C erhitzt wurde, mit 29 %iger Verformung in Höhen richtung gestaucht.

Danach wird der Rohling bei Erhitzung bis 1000" C auf den Dorn mit 25 %iger Verformung in Ringhöhenrichtung gezogen. Zuletzt wird er bei Erhitzung auf 950" C bis zum Erreichen der endgültigen Schmiedestückabmessungen bei 42 HOigem 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 800" C, einer einstündigen Haltezeit auf dieser Temperatur und Kühlen an der Luft.

Beispiel 2
2600 kg schwerer Ausgangsblock wird auf 1040" C Temperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur wird der Block um 53 % in Höhenrichtung gestaucht (Verformung in Axialrichtung) und gelocht. Hiernach wird der hohle Rohling bis auf 1020 C erhitzt und auf den Dorn aufgesetzt. Bei dieser Temperatur wird er mit 39%iger Verformung in Höhenrichtung gezogen. Nach Beendigung dieses Arbeitsgangs und Erhitzung bis auf 1000" C wird er mit 17 %iger Verformung der Ringdicke ausgewalzt.

Weiterhin wird der Rohling bis auf 980" C erhitzt und danach mit 30 %iger Verformung in Höhenrichtung gestaucht.

Nach diesem Arbeitsgang wird der Rohling bis auf 950" C erhitzt bei dieser Temperatur mit 30 %iger Verformung in Höhenrichtung gezogen. Er wird endgültig nach Erhitzen bis auf 950" C mit 40 %iger 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 870" C erhitzt; die Haltezeit auf dieser Temperatur beträgt eine Stunde; dann wird es an der Luft gekühlt.

Weiterhin wird es bis auf 650" C Temperatur erhitzt, wobei zweistündige Haltezeit auf dieser Temperatur vorgesehen ist. Dann wird das Schmiedestück an der Luft gekühlt.

Die mechanischen Eigenschaften der Schmiedestücke, die nach den erwähnten Bearbeitungsverfahren gefertigt wurden, wurden mittels in Tangentialrichtung ausgeschnittenen Probestäben geprüft und waren bei 20 C gleich: Beispiel Wanddicke Streckgrenze Bruchfestigkeit . Dehnung Einschnürung Kerbschlagzähigkeit /mm/ kp/mmê kp/mm2 4 % ak kp/mmz kp/mmr s% 4% Qk
1 120 97-102 104-109 12-15 28-42 3-4
2 160 93-101 101-106 9,5-14 28-35 4-4,5

Claims

PATENTANSPRUCH Fertigungsverfahren für ringförmige Schmiedestücke, die aus Blöcken hergestellt werden, welche aus Legierungen auf Titanbasis mit zweiphasiger a + ss-Struktur bei einer Menge derss-Phase bis zu 30 % bestehen, wobei die Blöcke beim Freiformschmieden plastisch warmverformt und wärmebehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Block mehrfach in Axial-, Radial- und Tangentialrichtung bei einem Gesamtverformungsgrad in jeder dieser Richtungen von mindestens 60% beim aufeinanderfolgenden Ändern der Verformungskraftrichtung und beim letztmaligen Ausweiten mit mindestens 40 % verformt wird, während die Erhitzungstemperatur schrittweise von der Temperatur,

die 50-80" C über der Temperatur der Phasenumwandlung der Legierung von ss- zur a + ss-Struktur beim erstmaligen Ausweiten liegt, auf eine Temperatur gesenkt wird, welche 20-30" C unter der Temperatur der Umwandlung der Legierung beim letztmaligen Ausweiten liegt, worauf der Rohling nach Beendigung der plastischen Verformung bei der Temperatur geglüht wird, die niedriger als die Umwandlungstemperatur der Legierung ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Block beim erstmaligen Ausweiten in radialer Richtung verformt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung durch Schmieden in einzelnen Arbeitsgängen in nachstehender Reihenfolge mittels nachstehender Arbeitsweisen erfolgt: Ziehen des Blocks mit 30-50%iger Querverformung bei einer Temperatur, die 50-80" C über dem Temperaturpunkt der Phasenumwandlung der Legierung von ss- zur a + ss-Struktur liegt, Stauchen mit 50-70 HOiger Verformung und Lochen bei einer Temperatur, die 30-50" C über den Umwandlungstemperaturen der Legierung liegt;

Ziehen des hohlen Rohlings mit 3040 %iger Verformung, Auswalzen mit 20-30 %iger Verformung und Stauchen mit 1030 %iger Verformung bei einer Temperatur, die 20300 C über den Umwandlungstemperaturen liegt, während nach diesen Arbeitsgängen der Rohling mit bis 30 %iger Verformung gezogen und mit 40-50%iger Verformung bei Temperaturen ausgeweitet wird, die 20 bis 30 C unter dem erwähnten Temperaturpunkt liegen.

3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Glühen der Schmiedestücke diese auf 800-900" C erhitzt werden, eine mindestens einstündige Haltezeit auf dieser Temperatur eingehalten wird und dann die Schmiedestücke vollkommen an der Luft gekühlt werden und dass diese beim Sekundärglühen auf 550-650 C erhitzt werden, eine mindestens einstündige Haltezeit auf dieser Temperatur eingehalten wird und dass die Schmiedestücke danach vollkommen gekühlt werden.