RU2173598C2 - Method for making expanded annular blanks of high alloys - Google Patents
Method for making expanded annular blanks of high alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2173598C2 RU2173598C2 RU99119137A RU99119137A RU2173598C2 RU 2173598 C2 RU2173598 C2 RU 2173598C2 RU 99119137 A RU99119137 A RU 99119137A RU 99119137 A RU99119137 A RU 99119137A RU 2173598 C2 RU2173598 C2 RU 2173598C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blanks
- temperature
- rolling
- deformation
- warm
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок для деталей газотурбинных двигателей, и может найти применение в отраслях промышленности, где изготавливаются кольцеобразные изделия из титановых сплавов, в особенности с тонкостенными сложнофигурными сечениями. The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to methods for manufacturing ring blanks for parts of gas turbine engines, and can find application in industries where ring-shaped products are made of titanium alloys, especially with thin-walled cross-sectional sections.
Известен способ изготовления кольцевых заготовок из горячекатанных профилей различных сталей, титановых и никелевых сплавов, включающий в себя резку профилей на штанги мерной длины, гибку штанг в кольцо, стыковую контактную сварку сведенных торцов штанг, зачистку грата, калибровку по диаметру и окончательную термообработку [1]. A known method of manufacturing ring billets from hot-rolled profiles of various steels, titanium and nickel alloys, which includes cutting profiles into rods of measured length, bending rods into a ring, butt welding of flattened ends of rods, stripping the burr, diameter calibration and final heat treatment [1] .
Недостатком этого способа является то, что кольцевые заготовки, изготовленные с его применением из различных материалов, в том числе и титановых сплавов, характеризуются явно выраженной разнорезнистостью с зонами крупной структуры в различных участках контура готовых изделий. Структура с указанными особенностями отрицательно отражается на уровне и стабильности значений механических и эксплуатационных характеристик деталей ГТД, вытачиваемых из кольцевых заготовок. The disadvantage of this method is that the ring blanks made with its use of various materials, including titanium alloys, are characterized by pronounced heterogeneity with areas of large structure in different parts of the finished product circuit. A structure with the indicated features negatively affects the level and stability of the values of the mechanical and operational characteristics of gas turbine engine parts, machined from ring billets.
Известен способ изготовления кольцевых заготовок из горячекатанных профилей стареющих никелевых сплавов [2], включающий в себя все технологические операции предыдущего известного способа [1] по изготовлению сварных кольцевых заготовок прямоугольного сечения, а также теплую раскатку их в условиях, близких к изотермическим, до формирования сечения необходимого профиля со степенью деформации не менее 10% после нагрева в интервале температур теплой деформации и последующую термическую обработку (прототип). A known method of manufacturing annular blanks from hot rolled profiles of aging nickel alloys [2], which includes all the technological operations of the previous known method [1] for the manufacture of welded annular blanks of rectangular cross section, as well as their warm rolling under conditions close to isothermal, until the cross section is formed the necessary profile with a degree of deformation of at least 10% after heating in the temperature range of warm deformation and subsequent heat treatment (prototype).
Недостатком этого способа является то, что он предназначен только для стареющих сплавов, т.к. в нем используется эффект повышения деформируемости стареющих сплавов с дуплекс структурой в условиях деформации, близких к изотермическим. The disadvantage of this method is that it is intended only for aging alloys, because it uses the effect of increasing the deformability of aging alloys with a duplex structure under conditions of deformation close to isothermal.
Технический результат изобретения - обеспечение возможности изготовления кольцевых заготовок из титановых сплавов с однородной регламентированной структурой и стабильно высоким уровнем механических свойств как по основному металлу, так и в зоне сварного соединения (в том числе, когда оно есть). The technical result of the invention is the provision of the possibility of manufacturing ring billets from titanium alloys with a uniform regulated structure and a consistently high level of mechanical properties both in the base metal and in the weld zone (including when it is).
Указанный результат достигается тем, что исходные сварные из горячекатанных профилей или бесшовные кольцевые заготовки прямоугольного или швеллерообразного сечения перед раскаткой нагревают при температуре 950...800oC, выдерживают не менее 0,5 часа, извлекают из печи и устанавливают в валках кольцепрокатного стана, а теплую раскатку начинают при 900...750oC. Причем температуру нагрева в интервале 950. ..800oC выбирают исходя из условия, чтобы она была ниже температуры полиморфного превращения не менее чем на 30oC. Исходные сварные или бесшовные кольцевые заготовки изготавливают из титановых сплавов.This result is achieved by the fact that the initial welded from hot-rolled profiles or seamless circular billets of rectangular or channel cross-section before heating are heated at a temperature of 950 ... 800 o C, incubated for at least 0.5 hours, removed from the furnace and installed in the rolls of a ring rolling mill, and warm rolling starts at 900 ... 750 o C. Moreover, the heating temperature in the range of 950. ..800 o C is selected based on the condition that it is lower than the polymorphic transformation temperature by at least 30 o C. The original welded or seamless ring core blanks are made of titanium alloys.
Температурный интервал начала деформации 900...750oC выбран исходя из того, что для титановых сплавов в условиях раскатки на КПС он одновременно удовлетворяет двум противоречащим друг другу требованиям: в нем металл получает довольно высокую долю энергии деформации, переходящую в тепло (чем ниже температура деформации, тем выше эта доля), а также характеризуется достаточно высоким резервом пластичности, необходимым для обеспечения интенсивной начальной деформации при раскатке (чем ниже температура деформации, тем ниже этот резерв пластичности). Таким образом, указанный температурный интервал позволяет для титановых сплавов создать условия деформации, близкие к изотермическим, т.к. тепловой эффект деформации компенсирует всю или большую часть непрерывных теплопотерь за счет теплопроводности в металлическую оснастку и за счет излучения в окружающую атмосферу (положительная роль изотермических условий деформирования общеизвестна, а в данном случае это способствует получению однородной структуры и высокого уровня механических свойств после полной термообработки).The temperature range of the onset of deformation of 900 ... 750 o C is selected based on the fact that for titanium alloys under conditions of rolling at KPS it simultaneously satisfies two conflicting requirements: in it, the metal receives a rather high fraction of the deformation energy that goes into heat (the lower deformation temperature, the higher this fraction), and is also characterized by a sufficiently high plasticity reserve necessary to ensure intensive initial deformation during rolling (the lower the deformation temperature, the lower this plastic reserve awst). Thus, the specified temperature range allows for titanium alloys to create deformation conditions close to isothermal, because the thermal effect of deformation compensates for all or most of the continuous heat loss due to heat conduction to metal equipment and due to radiation into the surrounding atmosphere (the positive role of isothermal deformation conditions is well known, and in this case it helps to obtain a homogeneous structure and a high level of mechanical properties after complete heat treatment).
Температурный интервал нагрева под раскатку 950...800oC принят исходя из того, чтобы обеспечить температуру начала деформации 900...750oC с учетом неизбежно происходящего подстуживания примерно на 50oC нагретых в печи кольцевых заготовок при транспортировке их от нагревательной печи до кольцепрокатного стана и установки в валки. В рамках температурного интервала 950... 800oC фактическую температуру нагрева на каждый сплав выбирают исходя из того, чтобы она была ниже температуры полиморфного превращения не менее чем на 30oC. Это необходимо для того, чтобы с гарантией предотвратить огрубление структуры в нагреваемых под раскатку заготовках и понизить вероятность получения грубой структуры в конечной продукции, особенно после относительно малых степеней деформации (10...50%).The temperature range of heating for rolling 950 ... 800 o C is adopted based on the fact that to ensure the temperature of the onset of deformation of 900 ... 750 o C, taking into account the inevitably occurring cooling of approximately 50 o C heated in the furnace ring blanks when transporting them from the heating furnace to a ring rolling mill and installation in rolls. Within the temperature range of 950 ... 800 o C, the actual heating temperature for each alloy is chosen based on the fact that it is lower than the polymorphic transformation temperature by at least 30 o C. This is necessary in order to guarantee the coarsening of the structure in heated under rolling blanks and reduce the probability of obtaining a rough structure in the final product, especially after relatively small degrees of deformation (10 ... 50%).
Время нагрева не менее 0,5 часа принятого исходя из необходимости обеспечения прогрева колец до заданной температуры в зависимости от объема садки (чем больше садка, тем больше время нагрева: оптимальные значения - 0,5... 2.0 часа). The heating time is not less than 0.5 hours, taken on the basis of the need to ensure the rings are heated to a predetermined temperature depending on the charge volume (the more the charge, the longer the heating time: the optimum values are 0.5 ... 2.0 hours).
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что исходные сварные или бесшовные кольцевые заготовки изготавливают из титановых сплавов, перед раскаткой нагревают при температуре 950...800oC, выдерживают не менее 0,5 часа, извлекают из печи и устанавливают в валках кольцепрокатного стана, а раскатку начинают при 900...750oC. Как видно, уровень температур и время нагрева под раскатку в предлагаемом способе существенно ниже, чем в способе-прототипе. Это обусловлено тем, что у титановых сплавов оптимальный температурный интервал деформации существенно ниже, чем у стареющих никелевых сплавов. По верхнему пределу он ограничен температурой полиморфного превращения, с минусовым припуском по температуре, гарантирующим отсутствие этого превращения, и минусовым припуском по температуре, обусловленным неизбежными тепловыми потерями при транспортировке кольца к стану и установке его в валки. По нижнему пределу он ограничен температурой допустимого уровня резерва пластичности. За счет регулирования скорости и разовой (за один оборот) степени раскатки можно всегда уложиться в интервал деформации, равный 100...50oC, а при наилучшем сочетании этих параметров можно вести процесс раскатки практически в изотермических условиях или даже можно обеспечить температуру конца деформации более высокую, чем температура начала ее. Из сказанного следует, что предлагаемый способ обладает существенными отличительными признаками.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the initial welded or seamless ring blanks are made of titanium alloys, heated before rolling at a temperature of 950 ... 800 o C, maintained for at least 0.5 hours, removed from the furnace and installed in the rolls of the ring rolling mill, and the rolling start at 900 ... 750 o C. As you can see, the temperature level and heating time for rolling in the proposed method is significantly lower than in the prototype method. This is due to the fact that in titanium alloys the optimal temperature range of deformation is significantly lower than in aging nickel alloys. In the upper limit, it is limited by the temperature of the polymorphic transformation, with a minus temperature allowance that guarantees the absence of this transformation, and a minus temperature allowance due to the inevitable heat loss during transportation of the ring to the mill and its installation in the rolls. At the lower limit, it is limited by the temperature of the allowable level of plasticity reserve. By adjusting the speed and a single (for one revolution) degree of rolling, you can always keep within the deformation interval of 100 ... 50 o C, and with the best combination of these parameters, you can carry out the rolling process in almost isothermal conditions or you can even ensure the temperature of the end of deformation higher than the temperature onset of it. It follows from the foregoing that the proposed method has significant distinguishing features.
Известно техническое решение [2] (прототип), в котором кольцевые заготовки из жаропрочных никелевых сплавов подвергаются теплой раскатке в условиях, близких к изотермическим, до сечений необходимого профиля со степенью деформации не менее 10% после нагрева при температурах ниже 1000oC и последующую термообработку. Однако этот способ реализуется только для стареющих сплавов, в которых при указанных условиях нагрева под раскатку формируется дуплексструктура, обуславливающая существенное приращение пластичности стареющих никелевых сплавов в верхней области температур гетерогенного состояния. В титановых сплавах подобной дуплексструктуры не образуется. Поэтому повышение их деформируемости в условиях теплой раскатки (хоть и меньше, чем у стареющих сплавов) осуществляется за счет оптимизации температуры нагрева под теплую раскатку и самой раскатки посредством сужения их интервала и за счет обеспечения скорости и разовой степени (за один оборот) деформации, позволяющих вести процесс в условиях, близких к изотермическим. Указанные отличия свидетельствуют о новизне предложенного решения.A technical solution is known [2] (prototype), in which annular blanks made of heat-resistant nickel alloys are subjected to warm rolling under conditions close to isothermal, to sections of the required profile with a degree of deformation of at least 10% after heating at temperatures below 1000 o C and subsequent heat treatment . However, this method is implemented only for aging alloys, in which under the specified heating conditions, a duplex structure is formed under rolling, which causes a significant increase in the ductility of aging nickel alloys in the upper temperature range of the heterogeneous state. No similar duplex structure is formed in titanium alloys. Therefore, an increase in their deformability under conditions of warm rolling (albeit less than that of aging alloys) is achieved by optimizing the heating temperature for warm rolling and rolling itself by narrowing their interval and by providing a speed and a single degree (per revolution) of deformation, allowing conduct the process in conditions close to isothermal. These differences indicate the novelty of the proposed solution.
Изобретение иллюстрируется фотографиями макро- и микроструктуры. На фиг. 1 показана макроструктура сварных соединений колец из горячекатанных профилей сплава ВТ20 до разности (а) и после раскатки (б) (с последующей термообработкой). На фиг. 2 представлена типичная микроструктура основного металла (а), околошовной зоны (б) и зоны сварного шва (в) кольцевой заготовки из толстого листа сплава ОТ4-1 после раскатки и термической обработки. The invention is illustrated by photographs of macro- and microstructure. In FIG. 1 shows the macrostructure of welded joints of rings of hot-rolled VT20 alloy profiles to the difference (a) and after rolling (b) (followed by heat treatment). In FIG. Figure 2 shows a typical microstructure of the base metal (a), the heat-affected zone (b) and the weld zone (c) of an annular blank of a thick sheet of OT4-1 alloy after rolling and heat treatment.
Предлагаемый способ опробован при изготовлении кольцевых заготовок из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 (сварных и бесшовных). The proposed method was tested in the manufacture of ring billets from titanium alloys VT20 and OT4-1 (welded and seamless).
Из горячекатанных профилей прямоугольного сечения размером 30х60 мм по стандартной технологии были изготовлены сварные кольцевые заготовки из сплава ВТ20. Затем эти кольцевые заготовки подвергались раскатные в интервале степеней 10...50%. From hot-rolled rectangular sections 30x60 mm in size, welded ring billets from VT20 alloy were made using standard technology. Then these ring blanks were rolled in the range of
Нагрев под раскатку производится при 950oC (температура полиморфного превращения -980oC) в течение 30...60 минут.Heating under rolling is carried out at 950 o C (polymorphic transformation temperature -980 o C) for 30 ... 60 minutes.
Температура начала деформации 870...840oC, температура конца деформации 810. ..770oC. После раскатки заготовки проходили термическую обработку по ТУ (отжиг при 900oC в течение 1 часа).The temperature of the onset of deformation is 870 ... 840 o C, the temperature of the end of the deformation is 810. ..770 o C. After rolling the workpiece, heat treatment was performed according to the technical specifications (annealing at 900 o C for 1 hour).
Полученные кольцевые заготовки подвергались визуальному осмотру, механическим испытаниям и металлографическим исследованиям. Часть результатов металлографических исследований (по макроструктуре) приведена на фиг. 1 (после раскатки сварное соединение обнаруживается с большим трудом), а часть механических испытаний - в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены механические свойства основного металла кольцевых заготовок после различных степеней деформации по предлагаемому способу и термообработки по ТУ, а в таблице 2 - механические свойства сварных соединений тех же заготовок. The obtained ring blanks were subjected to visual inspection, mechanical tests and metallographic studies. A part of the results of metallographic studies (by macrostructure) are shown in FIG. 1 (after rolling, the welded joint is found with great difficulty), and part of the mechanical tests is shown in tables 1 and 2. Table 1 shows the mechanical properties of the base metal of the ring blanks after various degrees of deformation according to the proposed method and heat treatment according to TU, and in table 2 - mechanical properties of welded joints of the same workpieces.
Из горячекатанных листов сплава ОТ4-1 (толщина - 20 мм) были изготовлены сварные заготовки с высотой сечения 90 мм. Их подвергали раскатке по предлагаемому способу со степенями 10...50% (через каждые 10%). Welded billets with a section height of 90 mm were made from hot-rolled sheets of alloy OT4-1 (thickness - 20 mm). They were subjected to rolling according to the proposed method with
Нагрев под раскатку проводился при температуре 880oC (температура полиморфного превращения - 910-950oC) в течение 30...40 минут. Температура начала деформации 830...810oC, температура конца деформации 790...750oC. После раскатки кольцевые заготовки проходили термообработку по ТУ (отжиг при 750oC в течение 1 часа).Heating for rolling was carried out at a temperature of 880 o C (polymorphic transformation temperature - 910-950 o C) for 30 ... 40 minutes. The temperature of the onset of deformation is 830 ... 810 o C, the temperature of the end of the deformation is 790 ... 750 o C. After rolling, the ring blanks were heat treated according to the technical specifications (annealing at 750 o C for 1 hour).
Полученные кольцевые заготовки из сплава ОТ4-1, как и заготовки из сплава ВТ20, подвергались визуальному осмотру (сварное соединение обнаруживается с трудом), механическим испытаниям и металлографическим исследованиям, На фиг. 2 приведена микроструктура трех основных зон сварных кольцевых заготовок из сплава ОТ4-1 после раскатки и термообработки. Закономерности изменения механических свойств кольцевых заготовок из сплава ОТ4-1 в зависимости от степеней деформации и от зон испытаний (основной металл и сварное соединение) аналогичны таковым для сплава ВТ20 (поэтому не приведены). The obtained ring billets from the OT4-1 alloy, as well as the billets from the VT20 alloy, were subjected to visual inspection (a welded joint is difficult to find), mechanical tests, and metallographic studies. FIG. Figure 2 shows the microstructure of the three main zones of welded annular blanks of alloy OT4-1 after rolling and heat treatment. Regularities in the change in the mechanical properties of annular OT4-1 alloy billets depending on the degrees of deformation and on the test zones (base metal and welded joint) are similar to those for VT20 alloy (therefore not shown).
Как видно из приведенных фотографий и таблиц, структура в полученных по новому способу заготовках весьма однородна, а уровень механических свойств высок и стабилен, причем механические свойства сварных соединений вполне отвечают требованиям ТУ на основной металл. As can be seen from the photographs and tables, the structure in the blanks obtained by the new method is very uniform, and the level of mechanical properties is high and stable, and the mechanical properties of welded joints fully meet the requirements of technical specifications for the base metal.
Использование предлагаемого способа изготовления кольцевых заготовок из титановых сплавов позволит
1) обеспечить в них однородность структуры и стабильно высокий уровень механических свойств,
2) повысить качество и эксплуатационные характеристики деталей ГТД, вытачиваемых из них,
3) экономить дефицитные материалы (за счет уменьшения припусков на обработку резанием при выточке чистовых деталей посредством максимального приближения сечения заготовок к сечениям чистовых деталей).Using the proposed method for the manufacture of ring billets from titanium alloys will allow
1) to ensure in them the uniformity of the structure and a consistently high level of mechanical properties,
2) to improve the quality and performance characteristics of gas turbine engine parts machined from them,
3) to save scarce materials (by reducing the allowances for machining by cutting the finishing parts by maximizing the cross section of the workpieces to the cross sections of the finishing parts)
Источники информации
1. Прогрессивные заготовительно-штамповочные процессы. Сборник технологических материалов. НИАТ, 1969, с. 141.Sources of information
1. Progressive blanking and stamping processes. Collection of technological materials. NIAT, 1969, p. 141.
2. Процив Ю. В. Раскатка тонкостенных кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов. - Авиационная промышленность, 1991. N 8, с. 12-15. 2. Pritsiv Yu. V. Rolling thin-walled ring blanks from aging nickel alloys. - Aviation industry, 1991.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119137A RU2173598C2 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Method for making expanded annular blanks of high alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119137A RU2173598C2 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Method for making expanded annular blanks of high alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99119137A RU99119137A (en) | 2001-07-10 |
| RU2173598C2 true RU2173598C2 (en) | 2001-09-20 |
Family
ID=48232884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99119137A RU2173598C2 (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Method for making expanded annular blanks of high alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2173598C2 (en) |
-
1999
- 1999-09-01 RU RU99119137A patent/RU2173598C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПРОЦИВ Ю.В. Раскатка тонкостенных кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов. - Авиационная промышленность, № 8, 1991, с. 12-15. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2607682C2 (en) | Thermomechanical processing of nickel-based alloys | |
| EP2659993B1 (en) | Closed-die forging method and method of manufacturing forged article | |
| RU2741046C1 (en) | Method for production of large-size contour annular article from heat-resistant nickel-base alloy | |
| MXPA97002792A (en) | Procedure for manufacturing steel tubes without cost | |
| RU2356675C1 (en) | Manufacturing method of steel profile shell | |
| WO2015088388A1 (en) | Method for manufacturing cold rolled pipes from alpha- and pseudo-αlpha titanium alloys | |
| Paul et al. | Hot metal gas forming of titanium grade 2 bent tubes | |
| CN112808910A (en) | Forging method for improving percent of pass of large-wall-thickness 5754 aluminum alloy forge piece | |
| RU2173598C2 (en) | Method for making expanded annular blanks of high alloys | |
| CN104227344B (en) | Production method of GH5188 square exhaust nozzle used for aircraft engine | |
| EP1951454B1 (en) | A method for the temperature treatment of extrusion tools | |
| RU2294247C2 (en) | Cold rolled titanium-alloy large- and mean-diameter high-accuracy tubes production method | |
| CN110814249B (en) | Forming method of stainless steel long pipe forging | |
| RU2088363C1 (en) | Method of making rolled-off ring blanks of high alloys | |
| RU2088364C1 (en) | Method of making shaped ring blanks with end beads | |
| RU2792019C1 (en) | Method for manufacturing large-sized circular profile products from corrosion-resistant heat-resistant steel | |
| RU2192328C2 (en) | Method for making expanded ring blanks of high-alloy nickel alloys | |
| RU2074038C1 (en) | Method of making hollow metallic tanks | |
| RU2088365C1 (en) | Method of making ring blanks of ageing nickel alloys | |
| RU2273540C1 (en) | Corrugated tube producing method | |
| RU2110600C1 (en) | Method for producing articles from zirconium alloys | |
| RU2665864C1 (en) | Method of producing plates from two-phase titanium alloys | |
| SU1540918A1 (en) | Method of producing hollow cylindrical articles | |
| CN113182373A (en) | Extrusion method of nickel-based alloy seamless steel pipe | |
| Zavartsev et al. | RESEARCH OF THE HEATING TEMPERATURE INFLUENCE ON THE TECHNOLOGICAL PLASTICITY OF THE STEEL GRADE 15KH13N2 (AISI 414) APPLICABLE TO THE SCREW ROLLING PROCESS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080902 |