RU2254195C1 - Axially symmetrical part forming method - Google Patents

Axially symmetrical part forming method Download PDF

Info

Publication number
RU2254195C1
RU2254195C1 RU2004102585/02A RU2004102585A RU2254195C1 RU 2254195 C1 RU2254195 C1 RU 2254195C1 RU 2004102585/02 A RU2004102585/02 A RU 2004102585/02A RU 2004102585 A RU2004102585 A RU 2004102585A RU 2254195 C1 RU2254195 C1 RU 2254195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rolling
deformation
temperature
rolled
rollers
Prior art date
Application number
RU2004102585/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.С. Елисеев (RU)
Ю.С. Елисеев
В.А. Поклад (RU)
В.А. Поклад
В.Н. Харитонов (RU)
В.Н. Харитонов
В.А. Горелов (RU)
В.А. Горелов
И.А. Бурлаков (RU)
И.А. Бурлаков
В.Г. Ким (RU)
В.Г. Ким
О.А. Кайбышев (RU)
О.А. Кайбышев
шев Ф.З. Ут (RU)
Ф.З. Утяшев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
Priority to RU2004102585/02A priority Critical patent/RU2254195C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2254195C1 publication Critical patent/RU2254195C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

FIELD: plastic working of metals and alloys, possibly manufacture of large-size axially symmetrical parts for important designation, for example discs for gas turbine engines of multi-phase refractory alloys possibly on base of nickel and titanium.
SUBSTANCE: method comprises steps of rolling at controlling temperature and deformation rate at rolling in temperature range of super-plasticity; controlling temperature of rolled portion of blank and subjecting it to heat treatment; combining rolling process and out-of-contact super-plastic deformation of rolled portion of blank while selecting values of deformation rate at rolling and temperature of rolled portion of blank.
EFFECT: enhanced uniformity of material structure of part.
10 cl, 5 dwg, 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов и сплавов давлением, в частности к способам изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения, например дисков для газотурбинных двигателей из многофазных жаропрочных сплавов, в том числе на основе никеля и титана.The invention relates to the field of processing of metals and alloys by pressure, in particular to methods for manufacturing large axisymmetric components for critical purposes, for example, disks for gas turbine engines from multiphase heat-resistant alloys, including those based on nickel and titanium.

При изготовлении деталей ответственного назначения важнейшей является задача повышения качества, которое обеспечивается формируемой в них при деформации и наследуемой после термообработки однородной микроструктурой, придающей деталям высокие эксплутационные свойства. Кроме того, в процессе изготовления при ультразвуковом контроле (УЗК) деталей с такой структурой легче выявить различные дефекты.In the manufacture of critical parts, the most important task is to improve the quality, which is ensured by a homogeneous microstructure formed in them during deformation and inherited after heat treatment, which gives the parts high operational properties. In addition, during the manufacturing process with ultrasonic testing (ultrasonic testing) of parts with such a structure, it is easier to identify various defects.

Изготовить детали типа дисков без использования дорогостоящих штампов и мощных прессов можно, используя приемы, описанные в известном способе [1] получения осесимметричных деталей железнодорожных колес. В нем заготовка после ряда объемных деформаций подвергается локальной деформации прокаткой посредством валков или роликов. Однако режимы деформации в колесопрокатных станах не позволяют прокатывать осесимметричные детали из труднодеформируемых и малопластичных материалов, таких как жаропрочные сплавы.It is possible to manufacture parts such as disks without the use of expensive dies and powerful presses using the techniques described in the known method [1] for producing axisymmetric parts of railway wheels. In it, the workpiece, after a series of volumetric deformations, undergoes local deformation by rolling by means of rolls or rollers. However, the deformation modes in the rolling mills do not allow the rolling of axisymmetric parts from hardly deformable and low-plastic materials, such as heat-resistant alloys.

Возможность изготовления деталей со сложной формой из жаропрочных сплавов обеспечивается деформацией в условиях сверхпластичности.The possibility of manufacturing parts with a complex shape from heat-resistant alloys is ensured by deformation under conditions of superplasticity.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления осесимметричных деталей из многофазных сплавов [2]. Известный способ включает локальное формообразование прокаткой заготовки, имеющей центральную и периферийные части, при этом используют заготовку из многофазного сплава с подготовленной для сверхпластической деформации (СПД) структурой, локальное формообразование заготовки осуществляют в регулируемых термомеханических условиях при температурах, лежащих в интервале выше 0;4 Тпл, где Тпл - температура плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, и скоростях деформации от 102 до 10-3 с-1, при этом центральную часть заготовки деформируют сжатием или сжатием с кручением инструментом в виде пинолей, а периферийные части - прокаткой инструментом в виде роликов, имеющих по меньшей степени три независимые степени свободы с удельным усилием q, удовлетворяющим условиюClosest to the technical nature of the claimed is a method of manufacturing axisymmetric parts from multiphase alloys [2]. The known method includes local shaping by rolling a billet having central and peripheral parts, using a multiphase alloy billet with a structure prepared for superplastic deformation (SPD), local billet shaping is carried out under controlled thermomechanical conditions at temperatures lying in the range above 0; 4 T pl , where T pl is the melting temperature, but lower than the temperature of collective recrystallization, and strain rates from 10 2 to 10 -3 s -1 , while the central part of the the workpieces are deformed by compression or compression with torsion by a tool in the form of pins, and the peripheral parts by rolling by a tool in the form of rollers having at least three independent degrees of freedom with a specific force q satisfying the condition

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где σ - сопротивление деформации материала заготовки в продеформированных, центральной перед прокаткой, и уже прокатанных периферийных частях; σsd - напряжение течения материала в деформируемых центральной до начала прокатки и прокатываемых периферийных частях.where σ sn - the resistance to deformation of the workpiece material in the deformed, central before rolling, and already rolled peripheral parts; σ sd is the stress of the flow of material in the deformable central before rolling and rolled peripheral parts.

Способ включает термообработку, режимы которой зависят от сформированной в результате прокатки микроструктуры.The method includes heat treatment, the modes of which depend on the microstructure formed as a result of rolling.

В прототипе также приводятся способы изготовления заготовок с подготовленной к сверхпластической деформации мелкозернистой структурой. Эти способы представляют собой трудоемкие многоэтапные процессы дробной деформации. Однако они не обеспечивают получения однородной структуры в массивных заготовках для дисков. Необходимо отметить, что максимально возможная однородность характеризуется не только небольшими отклонениями размеров зерен, но и выровненным фазовым и химическим составами, а также бестекстурным состоянием материала.The prototype also provides methods for manufacturing workpieces with a fine-grained structure prepared for superplastic deformation. These methods are laborious multi-stage processes of fractional deformation. However, they do not provide a uniform structure in massive blanks for disks. It should be noted that the maximum possible uniformity is characterized not only by small deviations of grain sizes, but also by aligned phase and chemical compositions, as well as the textureless state of the material.

Формообразование детали согласно способу-прототипу осуществляется роликами, вращающимися вокруг наклонных к плоскости прокатки собственных осей и регламентировано перемещающихся вдоль и поперек радиуса заготовки (имеется в виду не произвольное перемещение поперек радиуса, а параллельное оси симметрии заготовки). В практике эти движения обычно называют, соответственно, радиальной и осевой подачами. Комбинируя радиальную и осевую подачи, ролики перемещают по траектории, соответствующей контуру детали. Кроме того, для формообразования важна окружная подача. Она возникает в результате вращения заготовки вокруг собственной оси и, следовательно, относительно роликов. Во вращение заготовку приводят либо роликами, либо пинолями, либо теми и другими совместно. Подачи, измеряемые в мм/мин или мм/об, являются основными механическими параметрами прокатки, характеризующими не только скорость и степень, но и усилие деформации. Все указанные величины чувствительны к изменениям подач и возрастают или уменьшаются с их увеличением или уменьшением.The forming of the part according to the prototype method is carried out by rollers rotating around their own axes inclined to the rolling plane and regulated along and across the radius of the workpiece (not arbitrary movement across the radius, but parallel to the symmetry axis of the workpiece). In practice, these movements are usually called, respectively, radial and axial feeds. Combining the radial and axial feeds, the rollers move along a path corresponding to the contour of the part. In addition, district feed is important for shaping. It arises as a result of rotation of the workpiece around its own axis and, therefore, relative to the rollers. In rotation, the workpiece is brought either with rollers, or with pins, or both together. Feeds, measured in mm / min or mm / rev, are the main mechanical parameters of the rolling, characterizing not only the speed and degree, but also the deformation force. All of these values are sensitive to changes in feeds and increase or decrease with their increase or decrease.

При осуществлении прокатки в условиях сверхпластичности в уже прокатанной до необходимых размеров части заготовки наблюдается внеконтактная с роликом деформация. Здесь и далее под внеконтактной деформацией понимается деформация уже прокатанных и сформированных частей заготовки, поверхности которых не контактируют с роликами до конца прокатки. Такая деформация имеет место из-за того, что утонившаяся в результате обжатия роликами прокатанная часть испытывает силовое воздействие со стороны соседних частей, нагруженных усилиями прокатки, реактивными и инерциальными силами и моментами сил, и к тому же материал в прокатанной части вследствие повышения однородности структуры приобретает более низкое напряжение течения. Для предотвращения внеконтактной деформации прокатанной части в прототипе регулируют термомеханические условия так, чтобы соблюдалось неравенство (1).When rolling under conditions of superplasticity, a part of the workpiece that has already been rolled to the required size is observed to deform non-contact with the roller. Hereinafter, non-contact deformation refers to the deformation of already rolled and formed parts of a workpiece whose surfaces do not contact the rollers until the end of rolling. Such deformation takes place due to the fact that the rolled part, which has become thinner as a result of rolling by the rollers, is subjected to force from neighboring parts loaded by rolling forces, reactive and inertial forces and moments of force, and moreover, the material in the rolled part acquires a structure homogeneity lower current stress. To prevent non-contact deformation of the rolled part in the prototype, thermomechanical conditions are regulated so that inequality is observed (1).

Однако, регулируя механические условия, а точнее механические параметры, прокатки посредством указанных выше подач, невозможно выполнить неравенство (1). Например, к наиболее характерному виду внеконтактной деформации прокатанной части - закручиванию - приводят касательные напряжения, значения которых, как известно, меньше, чем растягивающие нормальные напряжения. Если снизить удельное усилие воздействия роликов на периферийную часть до уровня меньшего, чем касательные напряжения, то перестанет выполняться вторая часть неравенства, согласно которому удельное усилие должно быть достаточным для прокатки.However, by adjusting the mechanical conditions, and more precisely the mechanical parameters, rolling by means of the above feeds, it is impossible to fulfill inequality (1). For example, tangential stresses, the values of which are known to be less than tensile normal stresses, lead to the most characteristic type of non-contact deformation of the rolled part — twisting —. If we reduce the specific force of the impact of the rollers on the peripheral part to a level less than the shear stresses, then the second part of the inequality will cease to be fulfilled, according to which the specific force should be sufficient for rolling.

В качестве наиболее эффективного приема, обеспечивающего выполнение неравенства (1), в прототипе используют снижение температуры прокатанной части посредством ее охлаждения, т.е. регулируют температуру прокатанной части. Здесь необходимо отметить, что регулирование температуры деформации при прокатке (для краткости в дальнейшем в описании употребляется термин «температура прокатки»), т.е. в периферийной прокатываемой части, и регулирование температуры в уже прокатанной части являются различными процессами, что обусловлено значительными размерами прокатываемых дисков и низкой теплопроводностью жаропрочных сплавов. Охлаждение приводит к возникновению в сформированной части детали градиентного и нестационарного полей температур. Температура в ней меняется от значений, при которых деформация не происходит, до температур, соответствующих СПД с переходом через области с так называемой эквикогезивной температурой, при которой граница и тело зерен имеют равную прочность. Там, где разделяются пластическая и жесткая зоны, имеет место разрыв скоростей сдвиговой деформации. При резкой локализации границы указанных зон, скорость и степень деформации в них интенсивно увеличиваются [3], приводя в лучшем случае к разрушению материала, а в худшем - к накоплению опасных при эксплуатации изделия дефектов. В области, нагретой ниже эквикогезивной температуры, материал подвергается малым критическим деформациям, которые, как известно, приводят к возникновению неравновесных границ, создающих напряжения в материале. При последующей термообработке такие границы становятся причиной недопустимого для деталей ответственного назначения огрубления структуры. В области с температурой, соответствующей СПД, до которых фронт охлаждения не дошел, по-прежнему имеет место локализованная деформация прокатанной части, приводящая к неоднородности структуры.As the most effective technique for satisfying inequality (1), the prototype uses a decrease in the temperature of the rolled part by cooling it, i.e. adjust the temperature of the rolled part. It should be noted here that the control of the temperature of deformation during rolling (for brevity, the term “rolling temperature" is used in the description below), i.e. in the peripheral rolled part, and temperature control in the already rolled part are different processes, due to the significant size of the rolled disks and low thermal conductivity of heat-resistant alloys. Cooling leads to the appearance of gradient and non-stationary temperature fields in the formed part of the part. The temperature in it varies from the values at which deformation does not occur, to temperatures corresponding to SPD with transition through regions with the so-called equicohesive temperature, at which the grain boundary and body have equal strength. Where plastic and hard zones are separated, there is a discontinuity in shear strain rates. With a sharp localization of the boundaries of these zones, the speed and degree of deformation in them increase intensively [3], leading at best to destruction of the material, and in the worst case to the accumulation of defects that are dangerous during operation of the product. In the region heated below the equicohesive temperature, the material undergoes small critical strains, which, as is known, lead to the emergence of nonequilibrium boundaries that create stresses in the material. During subsequent heat treatment, such boundaries become the reason for the coarsening of the structure, which is unacceptable for parts of responsible use. In the region with a temperature corresponding to SPD, to which the cooling front has not reached, there is still a localized deformation of the rolled part, leading to heterogeneity of the structure.

Таким образом, способ-прототип предусматривает сложные приемы, связанные с регулированием температур и удельных усилий, которые направлены на предотвращение внеконтактной с роликом деформации прокатанной части, но в действительности лишь придающие ей нерегламентированный и локализованный характер, не приводящий к повышению качества деталей.Thus, the prototype method provides complex techniques related to the regulation of temperatures and specific forces, which are aimed at preventing deformation of the rolled part that is not in contact with the roller, but in reality only giving it an unregulated and localized character that does not lead to an increase in the quality of parts.

Возможности способа также ограничены использованием заготовок, в которых структура подготавливается, как отмечено выше, трудоемким путем [2].The capabilities of the method are also limited by the use of blanks in which the structure is prepared, as noted above, in a laborious way [2].

Задачей данного изобретения является повышение однородности структуры материала детали при ее изготовлении за счет полезного использования внеконтактной деформации.The objective of the invention is to increase the uniformity of the structure of the material of the part during its manufacture due to the beneficial use of non-contact deformation.

Другой задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет использования исходных заготовок со структурой, способной к сверхпластической деформации, которую обеспечивают традиционные промышленные методы изготовления заготовок. При использовании таких заготовок решается также задача повышения экономичности способа.Another objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method through the use of initial billets with a structure capable of superplastic deformation, which is provided by traditional industrial methods of manufacturing billets. When using such blanks, the task of increasing the efficiency of the method is also solved.

Изобретение решает ряд дополнительных задач, связанных с созданием приемов, позволяющих с наибольшей эффективностью решить основные задачи.The invention solves a number of additional problems associated with the creation of techniques that allow to most effectively solve the main problems.

Поставленная задача решается способом изготовления осесимметричных деталей из заготовок, выполненных из многофазных сплавов, способных к сверхпластической деформации, включающим прокатку с регулированием температуры и скорости деформации при прокатке в температурно-скоростном интервале сверхпластичности, регулирование температуры в прокатанной части заготовки, а также термообработку, в котором, в отличие от известного, прокатку совмещают с внеконтактной сверхпластической деформацией прокатанной части заготовки, которую обеспечивают выбором значений скорости деформации при прокатке и температуры прокатанной части заготовки.The problem is solved by a method of manufacturing axisymmetric parts from workpieces made of multiphase alloys capable of superplastic deformation, including rolling with temperature and strain rate control during rolling in the temperature-speed range of superplasticity, temperature control in the rolled part of the workpiece, as well as heat treatment, in which , unlike the known one, rolling is combined with non-contact superplastic deformation of the rolled part of the workpiece, which is ensured by They are chosen by choosing the values of the strain rate during rolling and the temperature of the rolled part of the billet.

Поставленные задачи решаются также в том случае, если:The tasks are also solved if:

- прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен в которой равен или превышает 20 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (10-3-10-1) с-1 и температуру в прокатанной части не ниже температуры деформации при прокатке;- rolling blanks with the initial structure, the average grain size of which is equal to or greater than 20 microns, is carried out, maintaining the strain rate during rolling in the range (10 -3 -10 -1 ) s -1 and the temperature in the rolled part is not lower than the temperature of deformation during rolling ;

- при изготовлении дисков из двухфазных титановых сплавов используют фигурную осесимметричную заготовку, имеющую центральную и периферийную части, разделенные поднутрениями, для ввода роликов перед периферийной частью, причем наружный Dн и внутренний Dв диаметры периферийной части выбирают из соотношения 1,4≤dн/Dв≤1,8, а толщину Но - из соотношения 0,4≤εo=(Но-hп)/Ho≤0,7, где εo - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, а hп - толщина прокатанной части;- in the manufacture of disks from two-phase titanium alloys, a curly axisymmetric billet is used having a central and peripheral part separated by undercuts to introduce rollers in front of the peripheral part, the outer D n and inner D in the diameters of the peripheral part being selected from a ratio of 1.4≤d n / D in ≤1.8, and the thickness Н о - from the ratio 0.4≤ε o = (Н о -h п ) / H o ≤0.7, where ε o is the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, and h p is the thickness of the rolled part;

- при изготовлении дисков из двухфазных титановых сплавов используют плоскую осесимметричную заготовку - шайбу, толщину Но которой выбирают из соотношения 0,4≤εо=(Но-hп)/Ho≤0,7, где εo - относительное обжатие заготовки роликами по толщине, hп - толщина прокатанной части, при этом внутренний диаметр периферийной части Dв определяют с учетом соотношения 1,4≤Dн/Dв≤1,8, где Dн - наружный диаметр периферийной части, и формируют перед его прокаткой внедрением в заготовку роликов;- in the manufacture of disks from two-phase titanium alloys, a flat axisymmetric billet is used - a washer, the thickness H about which is selected from the ratio 0.4≤ε о = (Н о -h п ) / H o ≤0.7, where ε o is the relative compression blanks by rollers in thickness, h p is the thickness of the rolled part, while the inner diameter of the peripheral part D in is determined taking into account the ratio of 1.4 ≤ D n / D in ≤1.8, where D n is the outer diameter of the peripheral part, and formed before rolling it by introducing rollers into the blank;

- при изготовлении дисков из жаропрочных никелевых сплавов используют фигурную осесимметричную заготовку, имеющую центральную и периферийную части, разделенные поднутрениями для ввода роликов перед периферийной частью, причем наружный Dн и внутренний Dв диаметры периферийной части выбирают из условия 1,3≤Dн/Dв≤1,7, а толщину - из условия 0,5≤εo=(Но-hп)/Ho≤0,7, где εо - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, Но и hп - соответственно толщина периферийной части и прокатанной части;- in the manufacture of disks from heat-resistant nickel alloys, a curly axisymmetric billet is used having a central and peripheral part separated by undercuts for introducing rollers in front of the peripheral part, the outer D n and inner D in the diameters of the peripheral part being selected from the condition 1.3≤D n / D in ≤1.7, and the thickness from the condition 0.5≤ε o = (Н о -h p ) / H o ≤0.7, where ε о is the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, Н о and h п - respectively, the thickness of the peripheral part and the rolled part;

- прокатку выполняют охлаждаемыми роликами;- rolling is performed by cooled rollers;

- прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен в которой ограничен интервалом 1-20 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (10-1-100) с-1 и температуру в прокатанной части не выше температуры деформации при прокатке;- rolling of billets with an initial structure, the average grain size of which is limited to an interval of 1-20 μm, is carried out while maintaining the strain rate during rolling in the range (10 -1 -100) s -1 and the temperature in the rolled part is not higher than the temperature of deformation during rolling;

- прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен в которой менее 1 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (100-102) с-1 и температуру в прокатанной части не выше температуры деформации при прокатке;- rolling blanks with the initial structure, the average grain size of which is less than 1 μm, is carried out, maintaining the strain rate during rolling in the range of (10 0 -10 2 ) s -1 and the temperature in the rolled part is not higher than the temperature of deformation during rolling;

- фиксацию заготовки выполняют охлаждаемыми пинолями;- fixation of the workpiece is performed by cooled pins;

- прокатанную часть охлаждают посредством воздуха, подаваемого на ее поверхность из выходных отверстий каналов, выполненных в роликах.- the rolled part is cooled by air supplied to its surface from the outlet holes of the channels made in the rollers.

Сущность изобретения заключается в полезном использовании внеконтактной с роликом деформации прокатанной части в температурно-скоростных условиях сверхпластичности как особого вида релаксации напряжений (использования энергии деформации), приводящего к повышению однородности структуры.The essence of the invention is the beneficial use of non-contact with the roll deformation of the rolled part in temperature-speed conditions of superplasticity as a special type of stress relaxation (use of deformation energy), leading to an increase in the uniformity of the structure.

Выше отмечалось, если материал заготовки имеет относительно однородную исходную структуру, то после СПД структура заготовки становится более однородной за счет выравнивания ее химического, фазового составов и приобретения бестекстурного состояния. В заготовках с неоднородной исходной структурой, например, состоящей из смеси крупных и мелких зерен, кроме указанных процессов при СПД происходит выравнивание структуры в результате измельчения крупных зерен.As noted above, if the workpiece material has a relatively uniform initial structure, then after SPD, the workpiece structure becomes more uniform due to the alignment of its chemical phase composition and the acquisition of a textureless state. In workpieces with a heterogeneous initial structure, for example, consisting of a mixture of large and small grains, in addition to the indicated processes during SPD, the structure is leveled as a result of grinding of large grains.

Для осуществления СПД, кроме небольших усилий, необходимы три условия: наличие структуры, способной к СПД, соответствующих температуры и скорости деформации. Такие условия при внеконтактной деформации прокатанной части соблюдаются:For the implementation of SPD, in addition to small efforts, three conditions are necessary: the presence of a structure capable of SPD, corresponding to temperature and strain rate. Such conditions with non-contact deformation of the rolled part are observed:

- исходная заготовка имеет структуру, способную к СПД (более того, в результате локальной формообразующей деформации структура в прокатанной части становится более мелкозернистой и/или однородной и это повышает ее способность к СПД);- the initial billet has a structure capable of SPD (moreover, as a result of local forming deformation, the structure in the rolled part becomes finer-grained and / or homogeneous and this increases its ability to SPD);

- температурные условия обеспечивают регулированием (поддержанием) в прокатанной части температуры в пределах температурного интервала сверхпластичности сплава (конкретный интервал сверхпластичности зависит от сплава и его структуры; в общем случае он ограничен гомологическими температурами (0,4-0,85)Тпл, где Тпл - температура плавления);- the temperature conditions provide regulation (maintenance) in the rolled part of the temperature within the temperature range of the superplasticity of the alloy (the specific superplasticity interval depends on the alloy and its structure; in the general case, it is limited by homological temperatures (0.4-0.85) T pl , where T pl - melting point);

- скоростные условия деформации прокатанной части, при поддержании в ней температуры в указанном интервале, обеспечивают регулированием скорости деформации при прокатке. Хотя скорость внеконтактной деформации прокатанной части и отличается от скорости деформации при прокатке периферийной части вследствие внутреннего трения, но в то же время, вследствие действия закона сохранения количества движения, она соответствуют широкому скоростному интервалу СПД.- high-speed conditions of deformation of the rolled part, while maintaining the temperature in it in the specified interval, provide control of the speed of deformation during rolling. Although the rate of non-contact deformation of the rolled part differs from the speed of deformation during rolling of the peripheral part due to internal friction, but at the same time, due to the law of conservation of momentum, it corresponds to a wide speed range of SPD.

Ранее отмечалось, что регулирование скорости деформации при прокатке, ее увеличение или уменьшение осуществляют соответствующими изменениями значений подач роликов и заготовки. Рамки варьирования значениями подач определяют расчетным путем или по экспериментальным данным. В частности, ниже показано, что определенный выбор исходных размеров периферийной части обеспечивает в заготовках с заданной исходной структурой внеконтактную деформацию прокатанной части со скоростью, соответствующей условиям сверхпластичности, если прокатка заготовки ведется с характерными для типового оборудования подачами.It was previously noted that the regulation of the strain rate during rolling, its increase or decrease is carried out by the corresponding changes in the values of the feed rollers and the workpiece. The framework for varying feed values is determined by calculation or by experimental data. In particular, it is shown below that a certain selection of the initial dimensions of the peripheral part provides non-contact deformation of the rolled part in billets with a given initial structure at a rate corresponding to superplasticity conditions if the billet is rolled with feeds characteristic of typical equipment.

Внеконтактная деформация может осуществляться кручением, кручением и растяжением или только растяжением. Кручение имеет место, когда прокатка осуществляется либо двумя парами роликов, расположенных на разных диаметрах и имеющих попарно разные скорости вращения, либо роликами, расположенными на одном диаметре, но вращающимися с разными скоростями, либо роликами и пинолями, вращающимися с разными скоростями. Во всех случаях разница в скоростях вращения указанных инструментов обеспечивает сдвиг в плоскостях, ортогональных оси вращения заготовки.Non-contact deformation can be carried out by torsion, torsion and stretching or only by stretching. Torsion occurs when rolling is carried out either by two pairs of rollers located at different diameters and having pairwise different speeds of rotation, or by rollers located on the same diameter but rotating at different speeds, or by rollers and pins rotating at different speeds. In all cases, the difference in the rotational speeds of these tools provides a shift in planes orthogonal to the axis of rotation of the workpiece.

Кручение и растяжение имеют место при прокатке заготовок роликами, когда последним задаются повышенные значения радиальных подач. При этом фиксация центральной части осуществляется пинолями. Растяжение имеет место при прокатке дисков с тонким полотном из заготовок с относительно однородной структурой, когда заготовка фиксируется на оправке с возможностью вращения относительно нее. Растяжение также имеет место, когда прокатку осуществляют посредством одних роликов, например трех пар роликов, расположенных под углом 120° друг относительно друга, а также симметрично относительно плоскости, содержащей ось заготовки, и на равных от центра заготовки расстояниях. Повышение однородности структуры по предлагаемому способу происходит вследствие накопления в материале больших деформаций и релаксации остаточных напряжений. Сначала деформация в материале прокатанной части накапливается в процессе ее формообразования, а затем к ней добавляется внеконтактная деформация.Torsion and tension occur during rolling of the workpieces by rollers, when the latter are given higher values of radial feeds. In this case, the fixation of the central part is carried out by pins. Tension occurs when rolling discs with a thin web of blanks with a relatively uniform structure, when the blank is fixed on the mandrel with the possibility of rotation relative to it. Stretching also takes place when rolling is carried out by means of rollers alone, for example three pairs of rollers located at an angle of 120 ° relative to each other, and also symmetrically with respect to the plane containing the axis of the workpiece, and at equal distances from the center of the workpiece. Increasing the uniformity of the structure of the proposed method is due to the accumulation of large deformations in the material and relaxation of residual stresses. First, the deformation in the material of the rolled part accumulates during its formation, and then non-contact deformation is added to it.

Причем внеконтактная деформация прокатанной части на протяжении всего процесса прокатки совмещается с локальным формообразованием следующих новых участков прокатанной части, которые по завершению формообразования также вовлекаются во внеконтактную сверхпластическую деформацию.Moreover, the non-contact deformation of the rolled part throughout the entire rolling process is combined with the local formation of the following new sections of the rolled part, which, upon completion of the formation, are also involved in non-contact superplastic deformation.

Результат от полезного использования внеконтактной сверхпластической деформации в рассматриваемом способе превосходит результат, достигаемый в известных способах обработки, в которых применяют СПД для улучшения структуры в крупногабаритных заготовках [4]. Хотя СПД обеспечивает более равномерное распределение деформации в объеме материала по сравнению с другими видами деформации, эффективно использовать это свойство в известных способах не удается. Этому препятствуют неоднородность исходной структуры в крупногабаритных заготовках и другие факторы, например трение, приводящие к возникновению зон локализации деформации, где структура приобретает однородность, и застойных зон, где структура не изменяется. Для выравнивания структуры в заготовке применяют всестороннюю ковку, в ходе которой образуются новые зоны локализации деформации, и, тем самым, объем материала с однородной структурой расширяется. Основное достоинство всесторонней ковки - это немонотонность деформации, благодаря которой повышается однородность структуры, основной недостаток - высокая трудоемкость.The result from the beneficial use of non-contact superplastic deformation in the considered method is superior to the result achieved in the known processing methods in which SPD is used to improve the structure in large-sized blanks [4]. Although SPD provides a more uniform distribution of deformation in the bulk of the material compared to other types of deformation, it is not possible to effectively use this property in known methods. This is prevented by the heterogeneity of the initial structure in large workpieces and other factors, for example friction, leading to the formation of localization zones of deformation, where the structure acquires uniformity, and stagnant zones where the structure does not change. To align the structure in the workpiece, comprehensive forging is used, during which new zones of deformation localization are formed, and, thereby, the volume of the material with a uniform structure expands. The main advantage of comprehensive forging is the non-uniformity of deformation, due to which the uniformity of the structure increases, the main disadvantage is the high complexity.

Внеконтактная СПД прокатанной части существенно немонотонна. В случае растяжения прокатанной части под воздействием радиально направленных компонент усилий прокатки немонотонность обуславливается периодичностью изменения направления действия этих сил из-за вращения заготовки относительно роликов. Кручение прокатанной части, происходящее под воздействием на нее моментов сил, возникающих в прокатываемой и центральной частях, немонотонно по природе этой деформации. Причем кручение прокатанной части в условиях сверхпластичности наиболее эффективно для повышения однородности структуры. В этом случае энергия деформации не расходуется на образование новой макроскопической поверхности, т.к. размеры прокатанной части при кручении не меняются. Поэтому большая часть энергии деформации идет на образование внутренних поверхностей в материале - границ зерен, т.е. на измельчение и выравнивание структуры. К тому же кручение прокатанной части является наиболее характерным видом внеконтактной деформации.Non-contact SPD of the rolled part is substantially nonmonotonic. In the case of stretching of the rolled part under the influence of radially directed components of the rolling force, the nonmonotonicity is determined by the frequency of change in the direction of action of these forces due to the rotation of the workpiece relative to the rollers. The torsion of the rolled part, which occurs under the influence of moments of forces arising on it in the rolled and central parts, is nonmonotonic in nature of this deformation. Moreover, the torsion of the rolled part under conditions of superplasticity is most effective for increasing the uniformity of the structure. In this case, the strain energy is not spent on the formation of a new macroscopic surface, since the dimensions of the rolled part during torsion do not change. Therefore, most of the strain energy goes to the formation of internal surfaces in the material - grain boundaries, i.e. on grinding and leveling the structure. In addition, the torsion of the rolled part is the most characteristic type of non-contact deformation.

В учетом изложенного для прокатки по предлагаемому способу могут быть использованы заготовки, изготовленные по традиционным технологиям. Трудоемкость производства и стоимость таких заготовок значительно ниже, чем заготовок, полученных специальными способами [2].In view of the foregoing, for rolling according to the proposed method can be used blanks made by traditional technologies. The complexity of production and the cost of such blanks are significantly lower than blanks obtained by special methods [2].

Предлагаемый способ, в отличие от прототипа, позволяет получать из таких заготовок детали с однородной структурой за счет использования внеконтактной деформации. Предлагаемый способ эффективен также для заготовок, изготовленных методами порошковой металлургии. Известно, что интенсивная СПД заметно повышает механические свойства порошковых сплавов.The proposed method, in contrast to the prototype, allows to obtain parts with a uniform structure from such blanks through the use of non-contact deformation. The proposed method is also effective for preforms made by powder metallurgy methods. Intensive SPD is known to significantly increase the mechanical properties of powder alloys.

Для прокатки по предлагаемому способу можно использовать и заготовки с субмикро- и нанокристаллическими зернами (средний размер зерен менее 1 мкм). Получение таких заготовок является развивающимся направлением техники. Его перспективность обусловлена не только тем, что заготовки с дисперсными зернами позволяют существенно расширить температурно-скоростной интервал прокатки в условиях СПД, но и вышеотмеченным повышением однородности структуры за счет выравнивания химического, фазового составов, приобретения бестекстурного состояния, а также полного снятия деформационных напряжений.For rolling according to the proposed method, it is possible to use billets with submicro- and nanocrystalline grains (average grain size less than 1 μm). Obtaining such blanks is a developing field of technology. Its promise is due not only to the fact that billets with dispersed grains can significantly expand the temperature and speed range of rolling under SPD conditions, but also to the aforementioned increase in the structure homogeneity due to the equalization of chemical and phase compositions, the acquisition of a textureless state, and the complete removal of deformation stresses.

Рассмотренные новые приемы способа в совокупности с известными приемами являются необходимыми и достаточными для решения поставленных задач. В частности, однородность структуры, обеспеченная внеконтактной СПД, наследуется после термообработки, придавая деталям высокие и изотропные механические свойства.The considered new methods of the method in conjunction with the known methods are necessary and sufficient to solve the tasks. In particular, the uniformity of the structure provided by non-contact SPD is inherited after heat treatment, giving the parts high and isotropic mechanical properties.

Рассмотрим сущность изобретения в его дальнейшем развитии.Consider the essence of the invention in its further development.

Регулирование скорости деформации при прокатке и температуры в прокатанной части выполняют с учетом исходной структуры заготовки. Чем грубее исходная структура материала, тем большие требуются величина и время накопления деформации для трансформации крупнозернистых зерен в равноосные мелкие зерна. Этому способствуют пониженные скорости и повышенные температуры деформации. В заготовках с более мелкозернистой исходной структурой повышение ее однородности достигается при меньших степенях деформации и за меньшее время обработки, поэтому их целесообразно прокатывать с более высокими скоростями деформации, и, следовательно, с большей производительностью и поддерживать в прокатанной части более низкую температуру.The regulation of the strain rate during rolling and the temperature in the rolled part is performed taking into account the initial structure of the workpiece. The coarser the initial structure of the material, the greater the magnitude and time required for the accumulation of deformation to transform coarse grains into equiaxed fine grains. This is facilitated by reduced rates and elevated deformation temperatures. In billets with a finer-grained initial structure, an increase in its uniformity is achieved with lower degrees of deformation and for shorter processing time, therefore it is advisable to roll them with higher deformation rates, and, therefore, with higher productivity and maintain a lower temperature in the rolled part.

Поддержание более высокой температуры в прокатанной части по сравнению с температурой прокатки достигается, например, таким техническим приемом, как прокатка охлаждаемыми роликами. Целесообразность этого приема обусловлена не только обеспечением более интенсивной внеконтактной деформации в прокатанной части, но и повышением стойкости инструмента.Maintaining a higher temperature in the rolled part compared with the rolling temperature is achieved, for example, by such a technique as rolling by cooled rollers. The expediency of this technique is due not only to providing more intensive non-contact deformation in the rolled part, but also to increasing the tool life.

Понижение температуры прокатанной части может осуществляться хладагентом, например воздухом, циркулирующим в каналах, выполненных в пинолях, или подаваемым на прокатанную часть из выходных отверстий каналов, выполненных в роликах.The temperature of the rolled part can be lowered by a refrigerant, for example, air circulating in the channels made in pins, or supplied to the rolled part from the outlet openings of the channels made in the rollers.

Увеличение или уменьшение толщины периферийной части соответственно уменьшает или увеличивает наружный диаметр исходной заготовки, т.к. ее размеры выбирают с учетом закона сохранения объема. В первом случае вследствие увеличения усилия и степени деформации периферийной части повышаются скорость и степень внеконтактной деформации прокатанной части, а во втором - уменьшаются. Для заготовок с подготовленной структурой, изготовленных промышленным способом, экспериментально выявили соотношения размеров периферийной части, выдерживание которых обеспечивает при прокатке на типовом оборудовании и поддержании в прокатанной части необходимой температуры внеконтактную деформацию прокатанной части в температурно-скоростных условиях сверхпластичности, приводящую к улучшению структуры.An increase or decrease in the thickness of the peripheral part accordingly reduces or increases the outer diameter of the initial workpiece, because its sizes are chosen taking into account the law of conservation of volume. In the first case, due to an increase in the force and the degree of deformation of the peripheral part, the speed and the degree of non-contact deformation of the rolled part increase, and in the second they decrease. For preforms with a prepared structure, manufactured by an industrial method, experimentally revealed the aspect ratio of the peripheral part, the keeping of which ensures that non-contact deformation of the rolled part under temperature and speed conditions of superplasticity during rolling on standard equipment and maintaining the required temperature in the rolled part leads to improvement of the structure.

Размеры периферийной части для заготовок из двухфазных титановых сплавов рекомендуется выбирать из следующих соотношений: 1,4≤Dн/Dв≤1,8, где Dн - наружный, a Dв - внутренний диаметры периферийной части, а также 0,4≤ε0=(Но-hп)/Но≤0,7, где ε0 - обжатие (степень деформации) периферийной части по толщине, Но и hп - соответственно исходная толщина периферийной части и полотна. Указанные соотношения справедливы для заготовок с разными формами: фигурных, имеющих поднутрения для ввода роликов, которые оформляют в процессе их штамповки, а также заготовок в виде шайб, которые получают посредством осадки плоскими бойками. Изготовление заготовок в виде шайб менее трудоемко, чем штампованных фигурных заготовок. Внутренний диаметр периферийной части в шайбе получают перед прокаткой путем внедрения в нее роликов на диаметре Dв, что увеличивает время изготовления детали и расход материала, поэтому шайбы применяют для изготовления небольших партий деталей.The dimensions of the peripheral part for billets of two-phase titanium alloys are recommended to be selected from the following ratios: 1.4≤D n / D in ≤1.8, where D n is the outer, and D in is the inner diameters of the peripheral part, as well as 0.4≤ ε 0 = (Н о -h p ) / Н о ≤0.7, where ε 0 is the compression (degree of deformation) of the peripheral part in thickness, and Н о and h p are the initial thickness of the peripheral part and web, respectively. The indicated ratios are valid for blanks with different shapes: shaped, with undercuts for introducing rollers, which are formed in the process of stamping, as well as blanks in the form of washers, which are obtained by upsetting by flat strikers. Making blanks in the form of washers is less time-consuming than stamped shaped blanks. The inner diameter of the peripheral part in the washer is obtained before rolling by introducing rollers of diameter D into it , which increases the manufacturing time of the part and the material consumption, therefore the washers are used for the manufacture of small batches of parts.

Размеры периферийной части для заготовок из жаропрочных никелевых сплавов с мелкозернистой исходной структурой, вследствие повышенных усилий прокатки, рекомендуется выбирать из следующих соотношений: 1,3≤Dн/Dв≤1,7, где Dн - наружный, a Dв - внутренний диаметры периферийной части, а также 0,4≤ε=(Но-hп)/Но≤0,7, где ε0 - обжатие (степень деформации) периферийной части по толщине. Но и hп - соответственно исходная толщина периферийной и прокатанной частей. Хотя прием выбора размеров заготовки основан на эмпирическом знании результатов предшествующих прокаток, тем не менее, он удобен для практического применения в серийном производстве;The dimensions of the peripheral part for billets of heat-resistant nickel alloys with a fine-grained initial structure, due to the increased rolling forces, it is recommended to choose from the following ratios: 1.3≤D n / D in ≤1.7, where D n is external, and D in is internal the diameters of the peripheral part, as well as 0.4≤ε = (Н о -h п ) / Н о ≤0.7, where ε 0 is the compression (degree of deformation) of the peripheral part in thickness. H about and h p - respectively, the initial thickness of the peripheral and rolled parts. Although the method of choosing the dimensions of the workpiece is based on empirical knowledge of the results of previous rolling, nevertheless, it is convenient for practical use in serial production;

Перечень фигур, поясняющих изобретениеThe list of figures illustrating the invention

На фиг.1 представлена схема прокатки диска из фигурной заготовки. На фиг.2 представлена схема прокатки диска из плоской заготовки: а - позиция роликов до внедрения их в заготовку; б - при прокатке. На фиг.3 показана структура прокатанного диска из сплава ВТ18У. На фиг.4 показана структура прокатанного диска из сплава ВТ9. На фиг.5 представлена фигурная заготовка для прокатки дисков.Figure 1 presents a diagram of a rolling disk from a curly blank. Figure 2 presents a diagram of the rolling of a disk from a flat workpiece: a - the position of the rollers before introducing them into the workpiece; b - during rolling. Figure 3 shows the structure of a rolled disk of VT18U alloy. Figure 4 shows the structure of a rolled disc made of VT9 alloy. Figure 5 presents a curly blank for rolling discs.

Фиг.1 поясняет наиболее распространенную схему прокатки дисков из жаропрочных сплавов с использованием пинолей и роликов. На фиг.1 приведены: 1 - прокатываемая заготовка, 2 и 3 - пиноли, 4, 5, 6, 7 - ролики с комбинированной формой рабочей части. Стрелками обозначены направления движения инструмента и заготовки.Figure 1 illustrates the most common scheme for rolling disks of heat-resistant alloys using pins and rollers. Figure 1 shows: 1 - rolled stock, 2 and 3 - pintles, 4, 5, 6, 7 - rollers with a combined form of the working part. The arrows indicate the direction of movement of the tool and the workpiece.

На фиг.2 приведены: 8 - прокатываемая заготовка, 9 и 10 - ролики с комбинированной формой рабочей части, 11 и 12 - ролики с конической рабочей частью. Узел фиксации заготовки на фиг.2 не показан.Figure 2 shows: 8 - rolled billet, 9 and 10 - rollers with a combined form of the working part, 11 and 12 - rollers with a conical working part. The fixation unit of the workpiece in figure 2 is not shown.

В качестве примеров рассмотрены способы изготовления дисков диаметром 450-800 мм, применяемых в газотурбинных двигателях, из заготовок, исходные диаметры которых были в 1,5-2 раза меньше.As examples, methods of manufacturing disks with a diameter of 450-800 mm, used in gas turbine engines, from blanks, the initial diameters of which were 1.5-2 times smaller, are considered.

Как правило, диски имеют центральную часть - ступицу. Деформацию ступицы пинолями используют для создания развитой контактной поверхности сцепления, обеспечивающей фиксацию заготовки для приведения ее пинолями во вращение при прокатке.As a rule, disks have a central part - a hub. The deformation of the hub with pins is used to create a developed contact surface of the clutch, which ensures the fixation of the workpiece to bring it with pins in rotation during rolling.

Диски имеют также полотно и обод, формируемые прокаткой в условиях сверхпластичности. При этом полотном диска становится уже обжатая роликами до заданной толщины периферийная части заготовки, а ободом - «остаток периферийной части, неизрасходованной на изготовление полотна в результате его смещения по радиусу без существенного изменения исходной толщины». В этой связи применительно к дискам прокатанной частью является сформированное к данному моменту полотно, поэтому при описании примеров вместо термина «прокатанная часть заготовки» употреблен термин «полотно диска».The disks also have a web and a rim formed by rolling under conditions of superplasticity. In this case, the peripheral part of the workpiece, already compressed by the rollers to a predetermined thickness, becomes the blade of the disk, and the rim - “the remainder of the peripheral part that is not used up for manufacturing the blade as a result of its displacement along the radius without a significant change in the original thickness”. In this regard, in relation to the disks, the rolled part is the web formed at this moment, therefore, when describing the examples, instead of the term “rolled part of the blank”, the term “disk web” is used.

Способ не исключает возможность повышения однородности структуры и механических свойств в ступице и ободе. Однако приемы, используемые для выравнивания структуры и повышения свойств во всем диске, выходят за рамки данного способа и не рассматриваются в нижеприведенных примерах.The method does not exclude the possibility of increasing the uniformity of the structure and mechanical properties in the hub and rim. However, the techniques used to level the structure and improve properties throughout the disk are beyond the scope of this method and are not considered in the examples below.

Примеры не исчерпывают всех возможных конкретных вариантов практической реализации предлагаемого способа изготовления осесимметричных деталей, а также используемых для этого материалов. Кроме дисков предлагаемый способ позволяет изготавливать также и другие изделия, имеющие центральную и прокатанную роликами части, например детали типа чаши. Во всех примерах приведены сплавы, проявляющие способность к СПД. Эта способность характеризуется тем, что при деформации в температурно-скоростных условиях сверхпластичности они демонстрируют большое равномерное удлинение до разрушения, низкое напряжение течения, высокую чувствительность напряжения течения к скорости деформации, а также тем, что в результате СПД в них формируется однородная мелкозернистая структура.The examples do not exhaust all possible specific options for the practical implementation of the proposed method for the manufacture of axisymmetric parts, as well as the materials used for this. In addition to the disks, the proposed method also makes it possible to manufacture other products having a central and roller-rolled parts, for example, bowl-type parts. In all examples, alloys exhibiting the ability to SPD are given. This ability is characterized by the fact that during deformation under temperature-speed conditions of superplasticity they exhibit a large uniform elongation to failure, low flow stress, high sensitivity of the flow stress to the strain rate, and also, as a result of SPD, a uniform fine-grained structure is formed in them.

Приведенные в примерах сведения об использованном оборудовании типа дископрокатного стана СРД800 (не показан) подтверждают применимость способа в промышленных масштабах.The information given in the examples about the equipment used, such as the SRD800 disk rolling mill (not shown), confirms the applicability of the method on an industrial scale.

Деформацию, в том числе внеконтактную, заготовок, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, контролируют.The deformation, including non-contact, of the workpieces intended for the manufacture of critical parts is controlled.

Современные технические средства позволяют определить значение угла закручивания непосредственно во время прокатки. Для этого на не обкатываемую роликами цилиндрическую поверхность заготовки наносят метки в виде покрытия, спектр излучения которых в нагретом состоянии отличается от спектра материала заготовки. Период вращения таких меток определяют посредством оптоэлектронных приборов, например пирометра. Далее его используют для определения угла закручивания, сравнивая с периодом вращения центральной части вместе с пинолями. Угол закручивания соответствует степени сдвиговой деформации прокатанной части. При кручении в окрестностях некоторого радиуса Ri материал в прокатанной части движется с угловой скоростью ωi=2π/Тi, где Тi - период вращения материала на радиусе Ri, а в окрестностях радиуса Ri+1 - с угловой скоростью ωi+1=2π/Тi+1, где Тi+1 - период вращения материала на радиусе Ri+1. На расстоянии ΔR=Ri+1 - Ri материал за время прокатки Тр подвергнется сдвигу, равному углу закручиванияModern technical means make it possible to determine the value of the twist angle directly during rolling. For this purpose, labels in the form of a coating are applied onto the cylindrical surface of the workpiece that is not rolled around by rollers, the emission spectrum of which in the heated state differs from the spectrum of the workpiece material. The rotation period of such marks is determined by means of optoelectronic devices, for example a pyrometer. Further, it is used to determine the twist angle, comparing with the rotation period of the central part together with the pins. The twist angle corresponds to the degree of shear deformation of the rolled part. During torsion in the vicinity of a certain radius R i, the material in the rolled part moves with an angular velocity ω i = 2π / T i , where T i is the period of rotation of the material at a radius R i , and in the vicinity of a radius R i + 1 - with an angular speed ω i +1 = 2π / T i + 1 , where T i + 1 is the period of rotation of the material at a radius R i + 1 . At a distance ΔR = R i + 1 - R i, the material undergoes a shear equal to the twist angle during rolling T p

γ=|ωi+1iр=ΔωТр=2πТр|1/Ti+1-1/Тi|γ = | ω i + 1i | T p = ΔωT p = 2πT p | 1 / T i + 1 -1 / T i |

Закручивание прокатанной части может изменять направление. К этому приводит наличие зон опережения и отставания течения материала в очаге деформации, изменение условий согласования вращения роликов и заготовки, флуктуации напряжения в электросети и другие факторы. В этом случае деформацию определяют по сумме углов закручивания.Twisting the rolled part may change direction. This is caused by the presence of advance zones and lagging of the material flow in the deformation zone, a change in the conditions for matching the rotation of the rollers and the workpiece, voltage fluctuations in the power supply network, and other factors. In this case, the deformation is determined by the sum of the twist angles.

Норму угла закручивания (степень деформации сдвига) определяют по результатам предшествующей успешной прокатки диска или при испытании образца, подвергнутого кручению в эквивалентных прокатке условиях деформации. При отсутствии технических средств для определения угла закручивания прокатанной части в процессе деформации угол закручивания можно выявить после прокатки по естественным меткам, появляющимся на поверхности прокатанной части. Естественные метки представляют собой спиральные канавки глубиной ~ 0,1 мм. Поверхность обточенной заготовки при нагреве окисляется, образуя, например в титановых сплавах, малопластичный альфированный слой. В результате относительного сдвига материала окисленный слой растрескивается, образуя указанные канавки.The norm of the twist angle (degree of shear strain) is determined by the results of the previous successful rolling of the disk or when testing a sample subjected to torsion under equivalent rolling conditions of deformation. In the absence of technical means for determining the twist angle of the rolled part during deformation, the twist angle can be detected after rolling by natural marks that appear on the surface of the rolled part. Natural marks are spiral grooves with a depth of ~ 0.1 mm. When heated, the surface of the turned workpiece is oxidized, forming, for example, in titanium alloys, a low-plastic alpha layer. As a result of the relative shift of the material, the oxidized layer cracks to form these grooves.

Современные оптоэлектронные устройства позволяют также оценить деформацию прокатанной части при ее растяжении. В этом случае определяют изменение положений на светочувствительном датчике отраженных лучей при сканировании по поверхности прокатанной части прямого луча лазера. Изменение положений отраженных лучей происходит из-за удаления поверхности прокатанной части от источника света вследствие ее утонения при растяжении.Modern optoelectronic devices also make it possible to evaluate the deformation of the rolled part when it is stretched. In this case, the change in position on the photosensitive sensor of the reflected rays is determined when scanning the surface of the rolled part of the direct laser beam. The change in the positions of the reflected rays occurs due to the removal of the surface of the rolled part from the light source due to its thinning under tension.

Информация вышеотмеченных оптоэлектронных устройств обрабатывается, демонстрируется и используется управляющим прокаткой технологическим компьютером. Если утонение прокатанной части приводит к уменьшению толщины до размера, близкого к предельно необходимому, то уменьшают скорость деформации преимущественно за счет снижения радиальной подачи роликов. При чрезмерном закручивании прокатанной части уменьшают преимущественно окружную подачу заготовки.The information of the aforementioned optoelectronic devices is processed, demonstrated and used by the rolling control of a technological computer. If the thinning of the rolled part leads to a decrease in thickness to a size close to the maximum necessary, then the deformation rate is reduced mainly by reducing the radial feed of the rollers. With excessive twisting of the rolled part, the circumferential feed of the workpiece is reduced predominantly.

Пример 1. На стане СРД800 прокатывали диски для ГТД из фигурных заготовок, которые изготовили на металлургическом комбинате по типовой технологии из псевдоα - титанового сплава ВТ18У {Химический состав сплава, в % по массе: (6.2-7.3)Аl; (2.0-3.0)Sn; (3.5-4.5)Zr; (0.4-1.0)Мо; (0.5-1.5)Nb, остальное - Ti.} В исходном состоянии средний размер β-превращенных зерен составлял ~800 мкм.Example 1. At the mill SRD800 rolled disks for gas turbine engines from figured blanks, which were manufactured at a metallurgical plant using standard technology from pseudo-α-titanium alloy VT18U {Chemical composition of the alloy, in% by weight: (6.2-7.3) Al; (2.0-3.0) Sn; (3.5-4.5) Zr; (0.4-1.0) Mo; (0.5-1.5) Nb, the rest is Ti.} In the initial state, the average size of β-transformed grains was ~ 800 μm.

До нагрева заготовки под прокатку на цилиндрическую поверхность ее периферийной части (не обкатываемую роликами) нанесли искусственные метки в виде покрытия, имеющего отличный от заготовки спектр излученияBefore heating the billet for rolling, artificial marks were applied to the cylindrical surface of its peripheral part (not rolled by rollers) in the form of a coating having a radiation spectrum different from the billet

Перед прокаткой центральную часть заготовки зафиксировали пинолями (фиг.1). Затем посредством пинолей привели во вращение, задав тем самым заготовке окружную подачу. Локальное формообразование периферийной части прокаткой выполняли роликами. В данном случае использовали две пары роликов, каждый из которых вращался вокруг собственной оси и перемещался по траектории в соответствии с контуром детали посредством радиальной и осевой подач.Before rolling, the central part of the workpiece was fixed with pins (Fig. 1). Then, by means of the pines, they were brought into rotation, thereby setting the workpiece to the circumferential feed. Local shaping of the peripheral part by rolling was performed by rollers. In this case, two pairs of rollers were used, each of which rotated around its own axis and moved along the path in accordance with the contour of the part by means of radial and axial feeds.

Прокатку осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Температуру прокатки и в прокатанной части поддерживали практически одинаковой вследствие того, что прокатку выполняли в печи, которую (на фиг. печь не показана) нагрели до температуры, равной (985±15)°С. В относительных величинах эта температура составляет (Тп.п-35)°С или ~0.6 Тпл и лежит в интервале температур СПД титановых сплавов, ограниченного обычно значениями [(Тп.п-20)-(Тп.п-50)]°С, где Тпл - температура плавления, Тп.п - температура полиморфного превращения.Rolling was carried out with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity. The rolling temperature in the rolled part was maintained almost the same due to the fact that the rolling was performed in a furnace, which (not shown in the furnace), was heated to a temperature equal to (985 ± 15) ° С. In relative values, this temperature is (T pp -35) ° C or ~ 0.6 T pl and lies in the temperature range of the SPD of titanium alloys, usually limited by the values [(T pp -20) - (T pp -50 )] ° C, where T pl is the melting point, T pp is the temperature of the polymorphic transformation.

Регулирование скорости деформации при прокатке производили посредством системы управления станом (на фиг. не показана), поддерживающим заданные подачи роликов и заготовки. Подачам задали значения, обеспечивающие скорость деформации при прокатке, соответствующую скоростным условиям СПД. В частности, заготовку вращали с угловой скоростью ω=2πn/60≈10-1 с-1, где n - число оборотов, n=1 об/мин. При этой скорости вращения заготовки окружная подача составила Vo=Rзω=Rз2πn/60≈(12-25)мм/мин, где Rз - текущий радиус прокатки. Радиальную подачу увеличивали с 2,5 мм/мин в начале прокатки до 5 мм/мин к концу прокатки, а осевую подачу выдерживали равной 1 мм/мин в период внедрения, а затем снижали до нуля. При данных подачах средняя скорость деформации при прокатке составила ξ~ (1-2)×10-2 с-1.The control of the strain rate during rolling was carried out by means of a mill control system (not shown in FIG.), Which supports the given feeds of the rollers and the workpiece. The feeds were set to values that ensure the strain rate during rolling, corresponding to the SPD speed conditions. In particular, the workpiece was rotated with an angular velocity ω = 2πn / 60≈10 -1 s -1 , where n is the number of revolutions, n = 1 rpm. At this speed of rotation of the workpiece, the circumferential feed was V o = R z ω = R z 2πn / 60≈ (12-25) mm / min, where R z is the current rolling radius. The radial feed was increased from 2.5 mm / min at the beginning of rolling to 5 mm / min at the end of rolling, and the axial feed was kept at 1 mm / min during the introduction period, and then reduced to zero. At these feeds, the average strain rate during rolling was ξ ~ (1-2) × 10 -2 s -1 .

Поддерживая указанную скорость деформации при прокатке, а также температуру в прокатанном полотне, равной (без учета случайных флуктуаций) температуре деформации при прокатке и печи, обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией прокатанной части в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. При указанных выше значениях подач полотно подвергалось кручению.Maintaining the indicated rate of deformation during rolling, as well as the temperature in the rolled sheet, equal to (without taking into account random fluctuations) the temperature of deformation during rolling and in the furnace, the local shaping was combined with non-contact deformation of the rolled part under temperature and superplasticity conditions. At the above feed rates, the web was torsionally.

Внеконтактную деформацию контролировали по углу закручивания полотна посредством автоматического пирометра. Пирометр через специальное отверстие, выполненное в стенке печи, фиксировал период вращения искусственных меток, нанесенных на обод заготовки в виде покрытия, имеющего отличный от заготовки спектр излучения. Сигналы от пирометра и от датчика скорости вращения пинолей и центральной части заготовки поступали в технологический компьютер, который рассчитывал угол закручивания, степень деформации, а также ее производную по времени - скорость деформации. Угол закручивания составил ~0,6 рад, соответствующей углу была также деформация полотна сдвигом. Средняя скорость деформации была ~5×10-4 с-1. Кроме того, после прокатки и охлаждения угол закручивания полотна замерили по спиральным линиям, сформировавшимся на поверхности полотна. Расхождение результатов измерений угла закручивания указанными методами было небольшим, в пределах 10%.Non-contact deformation was controlled by the angle of twisting of the canvas by means of an automatic pyrometer. A pyrometer through a special hole made in the furnace wall recorded the period of rotation of the artificial marks applied to the rim of the workpiece in the form of a coating having a radiation spectrum different from the workpiece. The signals from the pyrometer and from the pinole rotation speed sensor and the central part of the workpiece were sent to a technological computer, which calculated the twist angle, the degree of deformation, and its time derivative, the deformation rate. The twist angle was ~ 0.6 rad, the corresponding angle was also deformation of the canvas by shear. The average strain rate was ~ 5 × 10 -4 s -1 . In addition, after rolling and cooling, the twist angle of the web was measured along spiral lines formed on the surface of the web. The discrepancy in the results of measurements of the twist angle by the indicated methods was small, within 10%.

Измерение размеров дисков показало их соответствие требованиям чертежа. Металлографическими исследованиями было выявлено влияние внеконтактной деформации на структуру диска. Исследования показали, что наиболее однородная мелкозернистая структура сформировалась в полотне диска (центральная позиция на фиг.3). В ободе (левая позиция на фиг.3) структура изменилась в меньшей степени, приобрела так называемый тип «корзиночного плетения» и соответствовала 3-4 баллу и типу. В центральной части диска - ступице (правая позиция на фиг.3) структура практически не изменилась по сравнению с заготовкой, поскольку эта часть деформировалась пинолями с малым, необходимым только для фиксации, обжатием ~1%. Степени деформации обода и полотна при их локальном формообразовании отличались незначительно: - 0,75 и 0,7. Однако существенно различающиеся структурные изменения в прокатанном полотне и ободе наглядно демонстрируют, что действительная степень деформации в полотне была значительно большей, чем в ободе. Накопление большей деформации в полотне было обеспечено внеконтактной деформацией кручением, которая и привела к формированию в полотне однородной мелкозернистой структуры с равноосными зернами размером менее 10 мкм. Качественная оценка суммарной степени сверхпластической деформации прокатанного полотна по произошедшим структурным изменениям показала, что в нем была накоплена деформация ~1,3. Такой вывод согласуется с результатами аналогичной трансформации структуры в данном сплаве, наблюдаемой в результате его всесторонней ковки в режиме СПД.Measurement of disk sizes showed their compliance with the requirements of the drawing. Metallographic studies revealed the effect of non-contact deformation on the structure of the disk. Studies have shown that the most uniform fine-grained structure has formed in the disk web (central position in figure 3). In the rim (left position in Fig. 3), the structure changed to a lesser extent, acquired the so-called “basket weaving” type and corresponded to 3-4 points and type. In the central part of the disk - the hub (the right position in Fig. 3), the structure practically did not change in comparison with the workpiece, since this part was deformed by pins with a small, necessary only for fixation, compression of ~ 1%. The degree of deformation of the rim and the web during their local shaping differed slightly: - 0.75 and 0.7. However, significantly different structural changes in the rolled web and the rim clearly demonstrate that the actual degree of deformation in the web was much greater than in the rim. The accumulation of greater deformation in the fabric was ensured by non-contact torsional deformation, which led to the formation of a uniform fine-grained structure with equiaxed grains less than 10 microns in the fabric. A qualitative assessment of the total degree of superplastic deformation of the rolled sheet from the structural changes that have occurred showed that a strain of ~ 1.3 was accumulated in it. This conclusion is consistent with the results of a similar transformation of the structure in this alloy, observed as a result of its comprehensive forging in the SPD mode.

Ряд прокатанных дисков термообработали с применением первого отжига в течение 30 минут при температуре выше Тп.п на (15-20)°С с охлаждением на воздухе и второго отжига при температуре 940° с охлаждением на воздухе. Термообработка привела к росту зерен и выравниванию структуры в ступице, полотне и ободе. Механические свойства образцов, вырезанных из указанных частей, соответствовали требуемым техническими условиями нормам. При этом механические свойства образцов, вырезанных из полотна, были на 5-7% выше чем из остальных частей и отличались стабильностью.A number of rolled discs were heat-treated using the first annealing for 30 minutes at a temperature above T pp at (15-20) ° С with cooling in air and the second annealing at a temperature of 940 ° with cooling in air. Heat treatment led to grain growth and alignment of the structure in the hub, web and rim. The mechanical properties of the samples cut from these parts corresponded to the required technical specifications. Moreover, the mechanical properties of the samples cut from the canvas were 5-7% higher than from the rest of the parts and were stable.

По стандартной методике измерили внутренние напряжения в диске. Результаты измерения выявили наличие в районе ступицы небольших сжимающих напряжений ~30-50 МПа, происхождение которых обусловлено термической и механической обработками. Растягивающие напряжения в полотне диска не зафиксированы. Измерение глубины наклепанного слоя показало, что она составляет ~30-40 мкм, степень наклепа не более 14-17%.The standard method was used to measure internal stresses in the disk. The measurement results revealed the presence in the hub area of small compressive stresses of ~ 30-50 MPa, the origin of which is due to thermal and mechanical treatments. Tensile stresses in the disk blade are not fixed. Measurement of the depth of the riveted layer showed that it is ~ 30-40 μm, the degree of hardening is not more than 14-17%.

Все напряжения были небольшими и соответствовали предъявляемым к таким изделиям нормам.All voltages were small and corresponded to the standards imposed on such products.

Два диска использовали для сравнительного УЗК контроля. До этого в одном диске термообработкой предварительно укрупнили зерна до размера ~600 мкм и в обоих дисках выполнили искусственные дефекты в виде отверстий диаметром менее 1 мм. При УЗК полотна диска с мелкозернистой структурой, сформировавшейся в результате внеконтактной СПД кручением, отношение уровня полезного звукового сигнала к уровню шума было во много раз больше, чем в его ободной части, в которой структура имела меньшую однородность, а также в сравнении с термообработанным диском, в котором структура была крупнозернистой. Высокий уровень полезного сигнала в однородной мелкозернистой структуре, сформированной в полотне в результате интенсивной внеконтактной СПД, позволил легко обнаружить наличие в нем внесенных дефектов.Two discs were used for comparative ultrasonic testing. Prior to this, grains were pre-enlarged in one disk by heat treatment to a size of ~ 600 μm, and artificial defects were made in both disks in the form of holes with a diameter of less than 1 mm. In ultrasonic testing of the blade web with a fine-grained structure formed as a result of non-contact SPD torsion, the ratio of the level of the useful sound signal to the noise level was many times greater than in its rim, in which the structure had less uniformity, and also in comparison with the heat-treated disc, in which the structure was coarse-grained. The high level of the useful signal in a homogeneous fine-grained structure formed in the canvas as a result of intense non-contact SPD made it easy to detect the presence of introduced defects in it.

Пример 2. На стане СРД800 изготавливали диск с переменной толщиной полотна и ободом из двухфазного титанового сплава ВТ9. {Химический состав сплава, в % по массе: (5.8-7.0)Аl; (0.8-2.5)Zr; (2.8-3.8)Мо; (0.2-0.35)Si; остальное - титан.} Заготовку получили всесторонней ковкой в изотермических условиях. Макро- и микроструктура сплава в заготовке была мелкозернистой, со средним размером зерен ~10-12 мкм.Example 2. At the mill SRD800 a disk was made with a variable web thickness and a rim of two-phase VT9 titanium alloy. {The chemical composition of the alloy, in% by weight: (5.8-7.0) Al; (0.8-2.5) Zr; (2.8-3.8) Mo; (0.2-0.35) Si; the rest is titanium.} The workpiece was obtained by comprehensive forging in isothermal conditions. The macro- and microstructure of the alloy in the preform was fine-grained, with an average grain size of ~ 10-12 μm.

Предварительный расчет показал, что степень деформации толстостенной части полотна при формообразовании роликами составит ~ 0,4, а тонкостенной части - ~0,7. Из опыта известно, что для получения детали с однородной структурой из заготовки с указанной огрубленной структурой необходима немонотонная деформация со степенью ~(0,9-1,0). Отсюда установили, что для равномерного распределения деформации и формирования однородной структуры в прокатанном полотне степень внеконтактной деформации в его толстом сечении должна быть ~(0,5-0,6), а в тонком - ~(0,2-0,3).A preliminary calculation showed that the degree of deformation of a thick-walled part of the web during shaping by rollers is ~ 0.4, and that of a thin-walled part is ~ 0.7. It is known from experience that in order to obtain a part with a homogeneous structure from a workpiece with the indicated coarsened structure, nonmonotonic deformation with a degree of ~ (0.9-1.0) is required. Hence, it was found that for a uniform distribution of deformation and the formation of a homogeneous structure in a rolled sheet, the degree of non-contact deformation in its thick section should be ~ (0.5-0.6), and in the thin section ~ (0.2-0.3).

До нагрева заготовки под прокатку на цилиндрическую поверхность ее периферийной части (не обкатываемую роликами) нанесли искусственные метки в виде покрытия, имеющего отличный от заготовки спектр излучения. Центральную часть заготовки зафиксировали пинолями и посредством них привели во вращение.Before heating the billet for rolling, artificial marks were applied to the cylindrical surface of its peripheral part (not rolled in by rollers) in the form of a coating having a radiation spectrum different from the billet. The central part of the workpiece was fixed with pins and through them brought into rotation.

Прокатку осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Температуру в заготовке поддерживали равной 950°С - оптимальной для СПД данного сплава (посредством рабочей печи). Скорости деформации при прокатке регулировали изменениями окружной и радиальной подач. При этом наряду с пинолями окружную подачу заготовке задавали также роликами, вращение которых согласовывали с вращением заготовки так, чтобы в зоне контакта проскальзывание между ними было минимальным (такое условие выполнялось автоматической подстройкой скорости вращения роликов до значений, обеспечивающих минимальные затраты электроэнергии в приводах). В период формообразования толстостенной части полотна заготовку вращали со скоростью 5 об/мин. Радиальная подача при этом была равной 5 мм/мин. Осевую подачу, равную 2 мм/об, выдерживали в период внедрения, а затем снизили до нуля. Скорость деформации при прокатке с указанными подачами составила ~10-1 с-1.Rolling was carried out with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity. The temperature in the billet was maintained equal to 950 ° C, which is optimal for the SPD of this alloy (by means of a working furnace). The rolling strain rates were controlled by changes in circumferential and radial feeds. At the same time, along with the pines, the circumferential feed to the workpiece was also set by rollers, the rotation of which was coordinated with the workpiece rotation so that slippage between them was minimal in the contact zone (this condition was fulfilled by automatically adjusting the speed of rotation of the rollers to values that ensure minimal energy consumption in the drives). During the formation of a thick-walled part of the web, the workpiece was rotated at a speed of 5 rpm. The radial feed was equal to 5 mm / min. An axial feed of 2 mm / rev was maintained during the introduction period and then reduced to zero. The deformation rate during rolling with the indicated feeds was ~ 10 -1 s -1 .

Поддерживая указанную скорость деформации при прокатке и температуру в полотне, обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией толстостенной части полотна кручением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Угол закручивания полотна γ был ~0,6 рад, соответственно степень деформации сдвигом была ~0,6. Скорость внеконтактной деформации этой части полотна составила ~3×10-3 с-1.Maintaining the indicated rate of deformation during rolling and the temperature in the fabric, they ensured that local shaping was combined with non-contact deformation of the thick-walled part of the fabric by torsion under temperature and speed conditions of superplasticity. The twist angle of the sheet γ was ~ 0.6 rad, respectively, the degree of shear deformation was ~ 0.6. The non-contact strain rate of this part of the web was ~ 3 × 10 −3 s −1 .

При прокатке переходного к тонкостенной части полотна участка окружную подачу уменьшили в пять раз, радиальную - в два раза, а осевую выбрали равной 1 мм/мин, а затем уменьшили до нуля. При таких подачах кроме закручивания (~0,35 рад) тонкостенная часть подверглась внеконтактной деформацией растяжением, которое привело к допустимому с учетом назначенного припуска утонению полотна (~на 20%). Скорость внеконтактной деформации тонкостенной части полотна составила ~10-4 с-1.When rolling the transition to the thin-walled part of the web, the circumferential feed was reduced by five times, the radial feed was halved, and the axial feed was chosen to be 1 mm / min, and then reduced to zero. With such feeds, in addition to twisting (~ 0.35 rad), the thin-walled part was subjected to non-contact tensile deformation, which led to an acceptable thinning of the canvas, taking into account the designated allowance (~ 20%). The rate of non-contact deformation of the thin-walled part of the web was ~ 10 -4 s -1 .

Степень деформации прокатанного полотна при растяжении контролировали посредством дистанционного оптоэлектронного устройства. Оно фиксировало изменение положений на светочувствительном датчике (линейке) отраженных от поверхности полотна лучей при сканировании по этой поверхности прямого луча лазера. Для ввода и вывода лучей в печи были выполнены специальные отверстия и использовались защищенные от нагрева световоды. Информация, поступающая с оптоэлектронного устройства, также обрабатывалась технологическим компьютером, который рассчитывал величину деформации (утонение) полотна в абсолютных и относительных значениях, в частности: Δh=h-hп и Δh/hф, где h - задаваемая при прокатке роликами толщина полотна, а hф - фактически полученная в результате деформирования растяжением толщина полотна.The degree of deformation of the rolled sheet under tension was controlled by means of a remote optoelectronic device. It recorded a change in position on a photosensitive sensor (line) of rays reflected from the surface of the web when scanning a direct laser beam along this surface. Special holes were made for input and output of rays in the furnace, and heat-protected fibers were used. Information from an optoelectronic device was also processed by a technological computer that calculated the deformation (thinning) of the web in absolute and relative values, in particular: Δh = hh p and Δh / h f , where h is the thickness of the web specified when rolling by rollers, and h f - the thickness of the web actually obtained as a result of tensile deformation.

Последующие исследования выявили, что в сравнении с исходной макро- и микроструктурой заготовки структура в полотне диска (фиг.4) приобрела высокую однородность и мелкозернистость.Subsequent studies revealed that, in comparison with the initial macro- and microstructure of the workpiece, the structure in the disk sheet (Fig. 4) acquired high uniformity and fine grain.

Ультразвуковой контроль диска показал отсутствие в нем дефектов. Механические свойства прокатанного диска после стандартной термообработки, выполненной с применением нагрева на первой ступени отжига до температуры ниже температуры полиморфного превращения сплава, удовлетворяли верхнему уровню технических требований.Ultrasonic inspection of the disk showed no defects in it. The mechanical properties of the rolled disk after standard heat treatment, performed using heating in the first stage of annealing to a temperature below the polymorphic transformation temperature of the alloy, satisfied the upper level of technical requirements.

Пример 3. Изготавливали такой же, как в примере 1, диск из титанового сплава ВТ18У. В отличие от примера 1:Example 3. Made the same as in example 1, a disk of titanium alloy VT18U. Unlike example 1:

- использовали заготовку со смешанной структурой, которую получили в результате многопереходной всесторонней ковки в (α+β)-области, выполненной со снижением температуры. Свыше, чем в 50% объема заготовки зерна приобрели глобулярную форму и субмикрокристаллической размер ~(0,7-0,9) мкм. В менее деформированных зонах структура была глобулярная, ~2-5 мкм, но наблюдались также участки с глобулярно-пластинчатой структурой;- used a workpiece with a mixed structure, which was obtained as a result of multi-junction comprehensive forging in the (α + β) region, performed with decreasing temperature. Over 50% of the volume of grain stocks acquired a globular shape and a submicrocrystalline size of ~ (0.7-0.9) microns. In less deformed zones, the structure was globular, ~ 2-5 microns, but areas with a globular lamellar structure were also observed;

- температурно-скоростные условия прокатки регулировали в пределах (850-900)°С и (1-2)×10°с-1;- temperature-speed rolling conditions were regulated in the range of (850-900) ° C and (1-2) × 10 ° s -1 ;

- температуру в прокатанной части поддерживали в пределах (750-800)°С путем ее охлаждения посредством воздуха, циркулирующего в каналах, выполненных в пинолях, и воздуха, подаваемого на поверхность прокатанной части из выходных отверстий каналов, выполненных в роликах.- the temperature in the rolled part was maintained within the range of (750-800) ° C by its cooling by means of air circulating in the channels made in pins and air supplied to the surface of the rolled part from the outlet openings of the channels made in the rollers.

Регулированием скорости деформации при прокатке, а также температуры в полотне в пределах, соответствующих температурно-скоростному интервалу сверхпластичности сплава, обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией прокатанной части кручением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Степень деформации сдвигом была ~0,9. Средняя скорость внеконтактной деформации составила ~10-3 с-1.By controlling the rate of deformation during rolling, as well as the temperature in the sheet, within the limits corresponding to the temperature and speed range of superplasticity of the alloy, the local shaping was combined with non-contact deformation of the rolled part by torsion under temperature and speed conditions of superplasticity. The degree of shear strain was ~ 0.9. The average rate of non-contact deformation was ~ 10 −3 s −1 .

Исследования структуры и свойств показали, что микроструктура в полотне приобрела высокую однородность и бестекстурность, средний размер зерен в прокатанном полотне составил ~2 мкм. После термообработки механические свойства образцов, вырезанных из полотна диска, отличались большей стабильностью и повышенным уровнем свойств по сравнению с образцами, вырезанными из обода, в котором структура при прокатке была проработана в меньшей степени.Studies of the structure and properties showed that the microstructure in the sheet acquired high uniformity and texturelessness, the average grain size in the rolled sheet was ~ 2 μm. After heat treatment, the mechanical properties of samples cut from a disk web were more stable and have a higher level of properties compared to samples cut from a rim in which the structure was worked out to a lesser extent during rolling.

Пример 4. На стане СРД800 изготавливали диск из высоколегированного жаропрочного никелевого сплава, полученного методом порошковой металлургии. Сплав содержал около 50% интерметаллидной γ' фазы, часть которой была относительно крупной ~ (0,3-1,5) мкм, а другая - дисперсной, менее 0,1 мкм. Исходная структура заготовки имела средний размер зерен матрицы ~20 мкм.Example 4. At the mill SRD800 a disk was made of high-alloy heat-resistant nickel alloy obtained by powder metallurgy. The alloy contained about 50% of the intermetallic γ 'phase, part of which was relatively large ~ (0.3-1.5) microns, and the other was dispersed, less than 0.1 microns. The initial preform structure had an average matrix grain size of ~ 20 μm.

Для прокатки использовали фигурную заготовку, имеющую центральную и периферийную части, разделенные поднутрениями для ввода роликов перед периферийной частью. Наружный Dн и внутренний Dв диаметры периферийной части выбирали из условия Dн/Dg=1,5, а толщину - из условия εo=(Но-hп)/Ho=0,6, где εo - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, Но и hп - соответственно толщина периферийной части и прокатанной части.For rolling, we used a shaped blank having a central and peripheral part, separated by undercuts to introduce rollers in front of the peripheral part. The outer D n and inner D in the diameters of the peripheral part were selected from the condition D n / D g = 1.5, and the thickness from the condition ε o = (Н о -h п ) / H o = 0.6, where ε o - the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, N about and h p - respectively, the thickness of the peripheral part and the rolled part.

Прокатку осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Температуру в заготовке поддерживали, равной температуре печи, нагретой до (1100-1120)°С, при этом прокатку выполняли охлаждаемыми роликами, понижавшими температуру периферийной части в локальном очаге деформации до (1050 -1070)°С. Скорость деформации при прокатке поддерживали в интервале (5-8)×10-3 с-1 Температуру в полотне поддерживали, равной температуре печи, т.е. в пределах (1100-1120)°С.Rolling was carried out with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity. The temperature in the billet was maintained equal to the temperature of the furnace heated to (1100-1120) ° С, while rolling was performed by cooled rollers, which reduced the temperature of the peripheral part in the local deformation zone to (1050 -1070) ° С. The deformation rate during rolling was maintained in the range of (5-8) × 10 -3 s -1 The temperature in the web was maintained equal to the temperature of the furnace, i.e. in the range of (1100-1120) ° C.

Регулируя скорость деформации при прокатке и температуру в полотне в указанных интервалах, обеспечили совмещение локального формообразования диска с внеконтактной деформацией полотна кручением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Степень деформации сдвигом была ~0,8, а средняя скорость внеконтактной деформации полотна ~10-4 с-1.By adjusting the deformation rate during rolling and the temperature in the sheet at the indicated intervals, they ensured that the local formation of the disk is combined with non-contact deformation of the sheet by torsion under temperature and speed conditions of superplasticity. The degree of shear deformation was ~ 0.8, and the average rate of non-contact deformation of the web was ~ 10 -4 s -1 .

После прокатки структура в полотне измельчилась и приобрела однородность. В частности, средний размер зерен матрицы (γ'-фазы) составил 5 мкм, практически вся интерметаллидная γ'-фаза укрупнилась и приобрела размер 2-3 мкм. Повысилась также однородность химического состава. Распределение кристаллографических ориентировок зерен приобрело хаотичность, т.е. отсутствовала текстура.After rolling, the structure in the sheet was crushed and acquired uniformity. In particular, the average grain size of the matrix (γ'-phase) was 5 μm, almost the entire intermetallic γ'-phase was enlarged and acquired a size of 2-3 μm. The uniformity of the chemical composition also increased. The distribution of crystallographic orientations of grains acquired randomness, i.e. There was no texture.

Сравнение механических свойств образцов, вырезанных из полотна диска и из исходной заготовки, термообработанных по одинаковым режимам, показало, что интенсивная деформационная проработка структуры порошкового сплава в условиях сверхпластичности, имевшая место в результате локального формообразования и внеконтактной деформации полотна при прокатке, обеспечила сплаву более высокий (~ на 10%) комплекс свойств по сравнению с исходным состоянием.A comparison of the mechanical properties of the samples cut from the disk blade and from the initial billet, heat-treated according to the same conditions, showed that the intensive deformation study of the structure of the powder alloy under superplasticity conditions, which occurred as a result of local shaping and non-contact deformation of the sheet during rolling, provided the alloy with a higher ( ~ 10%) complex of properties compared with the initial state.

Пример 5. На стане СРД800 изготавливали диски с различными диаметрами от 500 до 800 мм из двухфазного (α+β) - титанового сплава ВТ25У. {Химический состав сплава, в % по массе: (6.0-7.0)Аl; (1.0-2.5)Sn; (3.0-4.5)Zr; (3.5-4.5)Mo; (0.1-0.25)Si; (0.4-1.5)W; остальное - титан.} В исходном состоянии структура сплава была крупнозернистой с размером зерен, превосходящим 20 мкм.Example 5. At the mill SRD800, disks with various diameters from 500 to 800 mm were made of two-phase (α + β) - VT25U titanium alloy. {The chemical composition of the alloy, in% by weight: (6.0-7.0) Al; (1.0-2.5) Sn; (3.0-4.5) Zr; (3.5-4.5) Mo; (0.1-0.25) Si; (0.4-1.5) W; the rest is titanium.} In the initial state, the alloy structure was coarse-grained with a grain size exceeding 20 microns.

Для прокатки использовали фигурные заготовки, имеющие центральную и периферийную части (фиг.5). Размеры периферийной части заготовок были выбраны исходя из рекомендуемых соотношений между наружным Dн и внутренним Dв диаметрами и отношения εо=(Но-hп)/Ho, где εo - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, Но и hп - соответственно толщина периферийной части и прокатанного полотна.For rolling used shaped blanks having a Central and peripheral parts (figure 5). The dimensions of the peripheral part of the blanks were selected based on the recommended ratios between the outer D n and inner D in diameters and the ratio ε о = (Н о -h п ) / H o , where ε o is the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, But and h p - respectively, the thickness of the peripheral part and the rolled sheet.

Соотношения, по которым выбирали размеры периферийной части, указаны в таблице, там же приведены:The ratios by which the sizes of the peripheral part were selected are indicated in the table, there are also shown:

- температура и скорость деформации при прокатке, соответствующие температурно-скоростному интервалу сверхпластической деформации сплава с крупнозернистой пластинчатой структурой, причем скорость деформации при прокатке обеспечили заданием максимально производительных для данной линии значений окружной и радиальной подач, а температуру деформации поддерживали ниже температуры в печи за счет прокатки охлаждаемыми роликами;- temperature and strain rate during rolling, corresponding to the temperature-speed interval of superplastic deformation of an alloy with a coarse-grained lamellar structure, and the strain rate during rolling was ensured by setting the maximum circumferential and radial feed rates for a given line, and the deformation temperature was kept below the temperature in the furnace due to rolling cooled rollers;

- температурно-скоростные условия сверхпластической внеконтактной деформации в полотне;- temperature and speed conditions of superplastic non-contact deformation in the canvas;

- ее вид и степень;- its type and degree;

- сформированная в полотне структура.- the structure formed in the canvas.

ТаблицаTable № заготовкиStock No. Соотношение размеров периферийной частиPeripheral aspect ratio Температурно-скоростной интервал прокаткиTemperature-speed rolling interval Внеконтактная деформация полотнаNon-contact deformation of the canvas Температура, °СTemperature ° C Скорость, с-1 Speed, s -1 Вид и степеньType and degree Сформированная структураFormed structure 11 Dн/Dв=1,8 εo=0,7D n / D in = 1.8 ε o = 0.7 (940-960)°С ~10-1 c-1,(940-960) ° С ~ 10 -1 s -1 , 970-980970-980 2×10-3 2 × 10 -3 Кручение ~ 1,5 и растяжение ~20%Torsion ~ 1.5 and elongation ~ 20% ОднороднаяHomogeneous 22 dн/dв=1,8 εo=0,4;d n / d in = 1.8 ε o = 0.4; 2×10-4 2 × 10 -4 Кручение ~0,9Torsion ~ 0.9 ОднороднаяHomogeneous 33 dн/dв=1,4 εo=0,7;d n / d in = 1.4 ε o = 0.7; 10-3 10 -3 Кручение ~1,2.Torsion ~ 1.2. ОднороднаяHomogeneous 44 dн/dв=1.4 εo=0, 4d n / d in = 1.4 ε o = 0, 4 5×10-4 5 × 10 -4 Кручение ~0,7Torsion ~ 0.7 ОднороднаяHomogeneous

Представленные в таблице данные показывают, что полотно диска, полученное из заготовки №1, имевшей наибольшие исходные размеры периферийной части, которое при прокатке подверглось обжатию (εo=0,7), а затем внеконтактной деформации, накопило наибольшую деформацию кручением и растяжением. Минимальную деформацию приобрело полотно диска, прокатанного из заготовки №4, имевшей минимальные исходные размеры периферийной части, подвергнутое при прокатке меньшему обжатию по высоте и меньшей внеконтактной деформации.The data presented in the table show that the disk blade obtained from blank No. 1, which had the largest initial dimensions of the peripheral part, which underwent compression during rolling (ε o = 0.7) and then non-contact deformation, accumulated the greatest torsional and tensile deformation. The blade deformation rolled from billet No. 4, which had the minimum initial dimensions of the peripheral part, subjected to less reduction in height and less non-contact deformation during rolling, acquired minimal deformation.

Во всех случаях прокатка заготовок с размерами периферийной части, выбранными с соблюдением указанных соотношений, в большей для заготовок №№1, 3 и несколько меньшей для заготовок №№2, 4 мере, привела в результате накопления деформации к существенному измельчению исходной структуры и повышению ее однородности.In all cases, rolling of billets with peripheral dimensions selected in accordance with the indicated ratios, to a greater extent for billets Nos. 1, 3 and slightly less for billets Nos. 2, 4, resulted in a substantial refinement of the initial structure and an increase in its size as a result of accumulation of deformation homogeneity.

Прокатывали также заготовки, у которых размеры периферийной части выбирались вне указанных рамок. При прокатке заготовок, у которых размеры периферийной части выбирались из соотношений Dн/Dв>1,8 и/или εo>0,7, в зонах, примыкающих к ступице диске, наблюдалась локализация внеконтактной деформации с увеличением скорости выше верхнего предела интервала СПД. К неравномерному распределению внеконтактной деформации кручением, из-за недостаточного предварительного измельчения структуры в полотне при формообразовании, приводила прокатка заготовок с разными соотношениями Dн/Dв, у которых толщину периферийной части выбирали из условия малого обжатия - εо<0,4.Billets were also rolled in which the dimensions of the peripheral part were selected outside the specified frames. When rolling billets, in which the sizes of the peripheral part were selected from the ratios D n / D of > 1.8 and / or ε o > 0.7, localization of non-contact deformation was observed in the areas adjacent to the disk hub with an increase in speed above the upper limit of the interval SPD. The uneven distribution of non-contact torsion deformation, due to insufficient preliminary grinding of the structure in the fabric during shaping, resulted in the rolling of billets with different ratios D n / D in which the thickness of the peripheral part was chosen from the condition of small reduction - ε о <0.4.

После прокатки диски, изготовленные из заготовок №№1-4, были термообработаны с нагревом на первой ступени отжига ниже температуры полиморфного превращения и с последующим стандартным отжигом. Из дисков вырезали образцы и провели тестирование механических свойств и структурные исследования.After rolling, the disks made from billets Nos. 1–4 were heat treated with heating at the first annealing stage below the polymorphic transformation temperature and subsequent standard annealing. Samples were cut from the disks and tested for mechanical properties and structural studies.

Результаты показали, что во всех дисках механические свойства превышают уровень, определяемый техническими условиями для соответствующих деталей.The results showed that in all discs the mechanical properties exceed the level determined by the technical conditions for the respective parts.

Пример 6. На стане СРД800 изготавливали диск из заготовки, выполненной в виде плоской шайбы из двухфазного (α+β)-титанового сплава ВТ25У. Исходная структура в шайбе была смешанной: глобулярно-пластинчатой, со средним размером зерен 25-30 мкм.Example 6. At the mill SRD800 a disk was made from a workpiece made in the form of a flat washer from a two-phase (α + β) -titanium alloy VT25U. The initial structure in the puck was mixed: globular-lamellar, with an average grain size of 25-30 microns.

Толщину шайбы выбрали из условия обжатия периферийной части в осевом направлении εo в соответствие с соотношением εo=(Но-hп)/Но=0,7.The thickness of the washer was selected from the condition of compression of the peripheral part in the axial direction ε o in accordance with the ratio ε o = (Н о -h п ) / Н о = 0.7.

Прокатку осуществляли двумя парами роликов в соответствие со схемой, приведенной на фиг.2. Одна пара роликов имела коническую рабочую часть, а другая - комбинированную, сочетающую, по меньшей мере, калибрующую поверхность полотна - концевой конус и средний конус, наклонный к плоскости прокатки. На фиг.2 ролики имеют также начальные конуса, которые в реализации, описанной в данном примере, не использовались.Rolling was carried out by two pairs of rollers in accordance with the scheme shown in figure 2. One pair of rollers had a conical working part, and the other a combined one, combining at least a calibrating surface of the web — an end cone and a middle cone inclined to the rolling plane. 2, the rollers also have initial cones, which were not used in the implementation described in this example.

Прокатку плоской заготовки начинали с внедрения в нее комбинированных роликов так, чтобы соотношение между наружным Dн и внутренним Dв диаметрами составило 1,8.Rolling a flat billet began with the introduction of combined rollers in it so that the ratio between the outer D n and the inner D in diameters was 1.8.

При прокатке комбинированные ролики перемещали по траектории, соответствующей контуру детали, посредством задаваемых им подач. При этом на этапе внедрения они вытесняли материала за пределы среднего конуса.When rolling, the combined rollers were moved along a path corresponding to the contour of the part by means of the feeds specified by them. At the same time, at the implementation stage, they displaced the material beyond the middle cone.

Минимальное расстояние между роликами с конической рабочей частью установили равным Но и при прокатке их перемещали только в радиальном направлении. В результате ролики с конической рабочей частью обжимали вытесняемый комбинированными роликами материал, обеспечивая толщину обода Но.The minimum distance between the rollers with the conical working part was set equal to H about and during rolling they were moved only in the radial direction. As a result, the rollers with a conical working part crimped the material displaced by the combined rollers, providing a rim thickness of H about .

Локальное формообразование периферийной части осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации при прокатке в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Скорость деформации была ~10-1 с-1, температура прокатки - (960-980)°С.The local shaping of the peripheral part was carried out with the temperature and strain rate controlled during rolling in the temperature-speed range of superplasticity. The strain rate was ~ 10 -1 s -1 , the rolling temperature was (960-980) ° С.

Вследствие поддержания указанной скорости деформации при прокатке, а также температуры в полотне, равной температуре прокатки обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией полотна кручением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Степень сдвиговой деформации при кручении полотна была ~0,9. Средняя скорость неконтактной деформации составляла ~ 7×10-4 с-1.Due to the maintenance of the specified strain rate during rolling, as well as the temperature in the sheet equal to the temperature of rolling, a combination of local shaping with non-contact deformation of the sheet by torsion under temperature and speed conditions of superplasticity was ensured. The degree of shear deformation during torsion of the web was ~ 0.9. The average rate of non-contact deformation was ~ 7 × 10 -4 s -1 .

В результате прокатки получили диск с однородной мелкозернистой структурой в полотне, соответствующей 1 баллу и 1 типу по стандартным шкалам. После прокатки диски подвергли термической и механической обработкам и проверили механические свойства. Контроль диска показал соответствие всех его параметров требованиям технических условий.As a result of rolling, a disk with a uniform fine-grained structure in the sheet corresponding to 1 point and 1 type according to standard scales was obtained. After rolling, the disks were subjected to thermal and mechanical treatments and the mechanical properties were checked. Disk control showed compliance of all its parameters with the requirements of technical conditions.

Пример 7. На стане СРД800 изготавливали диск с переменной толщиной полотна и ободом из двухфазного титанового сплава ВТ9. {Химический состав сплава, в % по массе: (5.8-7.0)Аl; (0.8-2.5)Zr; (2.8-3.8)Мо; (0.2-0.35)Si; остальное - титан.} Заготовку получили всесторонней ковкой в изотермических условиях. Макро- и микроструктура сплава в заготовке была мелкозернистой, со средним размером зерен ~10-12 мкм.Example 7. At the mill SRD800 a disk was made with a variable web thickness and a rim of two-phase VT9 titanium alloy. {The chemical composition of the alloy, in% by weight: (5.8-7.0) Al; (0.8-2.5) Zr; (2.8-3.8) Mo; (0.2-0.35) Si; the rest is titanium.} The workpiece was obtained by comprehensive forging in isothermal conditions. The macro- and microstructure of the alloy in the preform was fine-grained, with an average grain size of ~ 10-12 μm.

Предварительный расчет показал, что степень деформации толстостенной части полотна при формообразовании роликами составит ~ 0,4, а тонкостенной части - ~0,7. Из опыта известно, что для получения детали с однородной структурой из заготовки с указанной огрубленной структурой необходима немонотонная деформация со степенью ~(0,9-1,0). Отсюда установили, что для равномерного распределения деформации и формирования однородной структуры в прокатанном полотне степень внеконтактной деформации в его толстом сечении должна быть ~(0,5-0,6), а в тонком - ~(0,2-0,3).A preliminary calculation showed that the degree of deformation of a thick-walled part of the web during shaping by rollers is ~ 0.4, and that of a thin-walled part is ~ 0.7. It is known from experience that in order to obtain a part with a homogeneous structure from a workpiece with the indicated coarsened structure, nonmonotonic deformation with a degree of ~ (0.9-1.0) is required. Hence, it was found that for a uniform distribution of deformation and the formation of a homogeneous structure in a rolled sheet, the degree of non-contact deformation in its thick section should be ~ (0.5-0.6), and in the thin section ~ (0.2-0.3).

До нагрева заготовки под прокатку на цилиндрическую поверхность ее периферийной части (не обкатываемую роликами) нанесли искусственные метки в виде покрытия, имеющего отличный от заготовки спектр излучения. Центральную часть заготовки зафиксировали пинолями и посредством них привели во вращение.Before heating the billet for rolling, artificial marks were applied to the cylindrical surface of its peripheral part (not rolled in by rollers) in the form of a coating having a radiation spectrum different from the billet. The central part of the workpiece was fixed with pins and through them brought into rotation.

Прокатку осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Температуру в заготовке поддерживали равной 950°С - оптимальной для СПД данного сплава (посредством рабочей печи). Скорости деформации при прокатке регулировали изменениями окружной и радиальной подач. При этом наряду с пинолями окружную подачу заготовке задавали также роликами, вращение которых согласовывали с вращением заготовки так, чтобы в зоне контакта проскальзывание между ними было минимальным (такое условие выполнялось автоматической подстройкой скорости вращения роликов до значений, обеспечивающих минимальные затраты электроэнергии в приводах). В период формообразования толстостенной части полотна заготовку вращали со скоростью 5 об/мин. Радиальная подача при этом была равной 5 мм/мин. Осевую подачу, равную 2 мм/об, выдерживали в период внедрения, а затем снизили до нуля. Скорость деформации при прокатке с указанными подачами составила ~10-1 с-1.Rolling was carried out with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity. The temperature in the billet was maintained equal to 950 ° C, which is optimal for the SPD of this alloy (by means of a working furnace). The rolling strain rates were controlled by changes in circumferential and radial feeds. At the same time, along with the pins, the circumferential feed to the workpiece was also set by rollers, the rotation of which was coordinated with the workpiece rotation so that slippage between them was minimal in the contact zone (this condition was fulfilled by automatically adjusting the speed of rotation of the rollers to values ensuring the minimum energy consumption in the drives). During the formation of a thick-walled part of the web, the workpiece was rotated at a speed of 5 rpm. The radial feed was equal to 5 mm / min. An axial feed of 2 mm / rev was maintained during the introduction period and then reduced to zero. The deformation rate during rolling with the indicated feeds was ~ 10 -1 s -1 .

Поддерживая указанную скорость деформации при прокатке и температуру в полотне, обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией толстостенной части полотна кручением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Угол закручивания полотна γ был ~0,6 рад, соответственно степень деформации сдвигом была ~0,6. Скорость внеконтактной деформации этой части полотна составила ~3×10-3 с-1.Maintaining the indicated rate of deformation during rolling and the temperature in the fabric, they ensured that local shaping was combined with non-contact deformation of the thick-walled part of the fabric by torsion under temperature and speed conditions of superplasticity. The twist angle of the sheet γ was ~ 0.6 rad, respectively, the degree of shear deformation was ~ 0.6. The non-contact strain rate of this part of the web was ~ 3 × 10 −3 s −1 .

При прокатке переходного к тонкостенной части полотна участка окружную подачу уменьшили в пять раз, радиальную - в два раза, а осевую выбрали равной 1 мм/мин, а затем уменьшили до нуля. При таких подачах кроме закручивания (~0,35 рад) тонкостенная часть подверглась внеконтактной деформацией растяжением, которое привело к допустимому с учетом назначенного припуска утонению полотна (~на 20%). Скорость внеконтактной деформации тонкостенной части полотна составила ~10-4 с-1.When rolling the transition to the thin-walled part of the web, the circumferential feed was reduced by five times, the radial feed was halved, and the axial feed was chosen to be 1 mm / min, and then reduced to zero. With such feeds, in addition to twisting (~ 0.35 rad), the thin-walled part was subjected to non-contact tensile deformation, which led to an acceptable thinning of the canvas, taking into account the designated allowance (~ 20%). The rate of non-contact deformation of the thin-walled part of the web was ~ 10 -4 s -1 .

Степень деформации прокатанного полотна при растяжении контролировали посредством дистанционного оптоэлектронного устройства. Оно фиксировало изменение положений на светочувствительном датчике (линейке) отраженных от поверхности полотна лучей при сканировании по этой поверхности прямого луча лазера. Для ввода и вывода лучей в печи были выполнены специальные отверстия и использовались защищенные от нагрева световоды. Информация, поступающая с оптоэлектронного устройства, также обрабатывалась технологическим компьютером, который рассчитывал величину деформации (утонение) полотна в абсолютных и относительных значениях, в частности Δh=h-hп и Δh/hф, где h - задаваемая при прокатке роликами толщина полотна, а hф - фактически полученная в результате деформирования растяжением толщина полотна.The degree of deformation of the rolled sheet under tension was controlled by means of a remote optoelectronic device. It recorded a change in position on a photosensitive sensor (line) of rays reflected from the surface of the web when scanning a direct laser beam along this surface. Special holes were made for input and output of rays in the furnace, and heat-protected fibers were used. Information from an optoelectronic device was also processed by a technological computer, which calculated the deformation (thinning) of the web in absolute and relative values, in particular Δh = hh p and Δh / h f , where h is the thickness of the web specified when rolling by rollers, and h f - the thickness of the web actually obtained as a result of tensile deformation.

Последующие исследования выявили, что в сравнении с исходной макро- и микроструктурой заготовки структура в полотне диска (фиг.4) приобрела высокую однородность и мелкозернистость.Subsequent studies revealed that, in comparison with the initial macro- and microstructure of the workpiece, the structure in the disk sheet (Fig. 4) acquired high uniformity and fine grain.

Ультразвуковой контроль диска показал отсутствие в нем дефектов. Механические свойства прокатанного диска после стандартной термообработки, выполненной с применением нагрева на первой ступени отжига до температуры ниже температуры полиморфного превращения сплава, удовлетворяли верхнему уровню технических требований.Ultrasonic inspection of the disk showed no defects in it. The mechanical properties of the rolled disk after standard heat treatment, performed using heating in the first stage of annealing to a temperature below the polymorphic transformation temperature of the alloy, satisfied the upper level of technical requirements.

Пример 8. На стане СРД800 изготавливали диск из двухфазного титанового сплава ВТ9. Заготовку получили всесторонней ковкой в изотермических условиях. Макро- и микроструктура сплава в заготовке была ультрамелкозернистой, со средним размером зерен ~0,5 мкм. Наличие такой структуры в сплаве обеспечивало повышение его конструкционной прочности на 30-40%, что позволяло использовать сплав с такой структурой для изготовления диска для второй ступени компрессора. Вследствие относительно высокой исходной однородности структуры прокатку такого диска выполняли с максимальным приближением его размеров к окончательным.Example 8. At the mill SRD800 a disc was made of two-phase VT9 titanium alloy. The workpiece was obtained by comprehensive forging in isothermal conditions. The macro- and microstructure of the alloy in the preform was ultrafine-grained, with an average grain size of ~ 0.5 μm. The presence of such a structure in the alloy ensured an increase in its structural strength by 30–40%, which made it possible to use an alloy with such a structure for manufacturing a disk for the second compressor stage. Due to the relatively high initial uniformity of the structure, rolling of such a disk was performed with the maximum approximation of its size to the final one.

Предварительный расчет показал, что степень деформации полотна при формообразовании роликами составит ~ 0,8. Отсюда установили, что для окончательного выравнивания структуры (придания бестекстурного состояния, повышающего изотропность механических свойств и для снятия деформационных напряжений) достаточна внеконтактная деформация растяжением, не превышающая 20%.Preliminary calculation showed that the degree of deformation of the web during shaping by rollers will be ~ 0.8. From this it was established that for non-contact deformation by stretching, not exceeding 20% is sufficient for the final alignment of the structure (imparting a textureless state that increases the isotropy of mechanical properties and for removing strain stresses).

Заготовку фиксировали на цилиндрической оправке, установленной в отверстии заготовки с возможностью свободного вращения последней (схема такой прокатки на фиг. не показана).The workpiece was fixed on a cylindrical mandrel installed in the hole of the workpiece with the possibility of free rotation of the latter (the scheme of such rolling is not shown in Fig.).

Прокатку осуществляли двумя парами приводных, противоположно расположенных роликов. При этом заготовка вращалась за счет вращения роликов.Rolling was carried out by two pairs of drive, opposite rollers. In this case, the workpiece rotated due to the rotation of the rollers.

Прокатку осуществляли с регулированием температуры и скорости деформации в температурно-скоростном интервале сверхпластичности. Температуру в заготовке поддерживали равной 750°С - оптимальной для СПД данного сплава с СМК структурой, (посредством рабочей печи). Скорости деформации при прокатке регулировали изменениями окружной и радиальной подач. Радиальная подача при этом была равной 3 мм/мин. Осевую подачу, равную 2 мм/об, выдерживали в период внедрения, а затем снизили до нуля. Скорость деформации при прокатке с указанными подачами составила ~10-1 с-1 Rolling was carried out with temperature and strain rate control in the temperature-speed range of superplasticity. The temperature in the billet was maintained equal to 750 ° C, which is optimal for the SPD of this alloy with a SMC structure (by means of a working furnace). The rolling strain rates were controlled by changes in circumferential and radial feeds. The radial feed was equal to 3 mm / min. An axial feed of 2 mm / rev was maintained during the introduction period and then reduced to zero. The deformation rate during rolling with the indicated feeds was ~ 10 -1 s -1

Поддерживая указанную скорость деформации при прокатке и температуру в полотне, обеспечили совмещение локального формообразования с внеконтактной деформацией полотна растяжением в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. Скорость внеконтактной деформации полотна составила ~3×10-3 с-1.Maintaining the indicated strain rate during rolling and the temperature in the web, they ensured that local shaping was combined with non-contact web deformation by stretching under temperature and speed conditions of superplasticity. The speed of non-contact deformation of the canvas was ~ 3 × 10 -3 s -1 .

Степень деформации прокатанного полотна при растяжении контролировали посредством дистанционного оптоэлектронного устройства. Оно фиксировало изменение положений на светочувствительном датчике (линейке) отраженных от поверхности полотна лучей при сканировании по этой поверхности прямого луча лазера. Для ввода и вывода лучей в печи были выполнены специальные отверстия и использовались защищенные от нагрева световоды. Информация, поступающая с оптоэлектронного устройства, также обрабатывалась технологическим компьютером, который рассчитывал величину деформации (утонение) полотна в абсолютных и относительных значениях, в частности Δh=h-hп и Δh/hф, где h - задаваемая при прокатке роликами толщина полотна, а hф - фактически полученная в результате деформирования растяжением толщина полотна. Степень внеконтактной деформации диска растяжением не превышала 20%, а в среднем по полотну составила 16%The degree of deformation of the rolled sheet under tension was controlled by means of a remote optoelectronic device. It recorded a change in position on a photosensitive sensor (line) of rays reflected from the surface of the web when scanning a direct laser beam along this surface. Special holes were made for input and output of rays in the furnace, and heat-protected fibers were used. Information from an optoelectronic device was also processed by a technological computer that calculated the deformation (thinning) of the web in absolute and relative values, in particular Δh = hh p and Δh / h f , where h is the thickness of the web specified when rolling by rollers, and h f - the thickness of the web actually obtained as a result of tensile deformation. The degree of non-contact deformation of the disk by stretching did not exceed 20%, and on average over the canvas was 16%

Последующие исследования выявили, что в сравнении с исходной макро- и микроструктурой заготовки структура в полотне диска (фиг.4) приобрела высокую однородность за счет получения бестекстурного состояния.Subsequent studies revealed that, in comparison with the initial macro- and microstructure of the workpiece, the structure in the disk sheet (Fig. 4) acquired high uniformity due to the obtainment of a textureless state.

Ультразвуковой контроль диска показал отсутствие в нем дефектов. Механические свойства прокатанного диска после отжига при температуре, не превышающей температуру эксплуатации отличались высоким уровнем прочностных и пластических свойств. Причем разброс свойств для образцов, вырезанных в тангенциальном и в радиальном направлениях, не превышал 3,5%.Ultrasonic inspection of the disk showed no defects in it. The mechanical properties of the rolled disk after annealing at a temperature not exceeding the operating temperature were characterized by a high level of strength and plastic properties. Moreover, the spread of properties for samples cut in the tangential and radial directions did not exceed 3.5%.

Источники информацииSources of information

1. А.С. СССР №536883, В 21 К 1/32, 1975 г.1. A.S. USSR No. 536883, 21 K 1/32, 1975

2. Патент РФ №2119842, В 21 К 1/32, С 22 F 1/10, 1998 г.2. RF patent No. 2119842, B 21 K 1/32, C 22 F 1/10, 1998

3. В.М.Колмогоров. Механика обработки металлов давлением. М., Металлургия, 1986 г., с.688.3. V.M.Kolmogorov. Mechanics of metal forming. M., Metallurgy, 1986, p. 688.

4. Патент РФ №2134308, С 22 F 1/18, 1999 г.4. RF patent No. 2134308, C 22 F 1/18, 1999

Claims (10)

1. Способ изготовления осесимметричных деталей из заготовок, выполненных из многофазных сплавов, способных к сверхпластической деформации, включающий прокатку с регулированием температуры и скорости деформации при прокатке в температурно-скоростном интервале сверхпластичности, регулирование температуры в прокатанной части заготовки, а также термообработку, отличающийся тем, что прокатку совмещают с внеконтактной сверхпластической деформацией прокатанной части заготовки, которую обеспечивают выбором значений скорости деформации при прокатке и температуры прокатанной части заготовки.1. A method of manufacturing axisymmetric parts from workpieces made of multiphase alloys capable of superplastic deformation, including rolling with temperature and strain rate control during rolling in the temperature-speed range of superplasticity, temperature control in the rolled part of the workpiece, and heat treatment, characterized in that rolling is combined with non-contact superplastic deformation of the rolled part of the billet, which is provided by the choice of strain rate When the rolling temperature and rolled portion of the billet. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен в которой равен или превышает 20 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (10-3-10-1) с-1 и температуру в прокатанной части не ниже температуры деформации при прокатке.2. The method according to claim 1, characterized in that the rolling of the workpieces with the original structure, the average grain size of which is equal to or greater than 20 microns, is carried out, maintaining the strain rate during rolling in the range (10 -3 -10 -1 ) s -1 and the temperature in the rolled part is not lower than the deformation temperature during rolling. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при изготовлении дисков из двухфазных титановых сплавов используют фигурную осесимметричную заготовку, имеющую центральную и периферийную части, разделенные поднутрениями для ввода роликов перед периферийной частью, причем наружный Dн и внутренний Dв диаметры периферийной части выбирают из соотношения 1,4≤Dн/Dв≤1,8, а толщину Но - из соотношения 0,4≤εо=(Но-hп)/Но≤0,7, где εo - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, а hп - толщина прокатанной части.3. The method according to claim 2, characterized in that in the manufacture of disks of two-phase titanium alloys, a curly axisymmetric billet is used having a central and peripheral part, separated by undercuts to introduce rollers in front of the peripheral part, the outer D n and inner D in the diameters of the peripheral part choose from a ratio of 1.4≤D n / D to ≤1.8, and the thickness of H about from the ratio of 0.4≤ε about = (N about -h p ) / N about ≤0.7, where ε o - the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, and h p the thickness of the rolled part. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при изготовлении дисков из двухфазных титановых сплавов используют плоскую осесимметричную заготовку - шайбу, толщину Но которой выбирают из соотношения 0,4≤εo=(Но-hп)/Но≤0,7, где εo - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, hп - толщина прокатанной части, при этом внутренний диаметр периферийной части Dв определяют с учетом соотношения 1,4≤Dн/Dв≤1,8, где Dн - наружный диаметр периферийной части, и формируют перед его прокаткой внедрением в заготовку роликов.4. The method according to claim 2, characterized in that in the manufacture of disks of two-phase titanium alloys, a plane axisymmetric billet is used - a washer, the thickness H about which is chosen from the ratio 0.4≤ε o = (N about -h p ) / N about ≤0.7, where ε o is the relative compression of the peripheral part by rollers in thickness, h p is the thickness of the rolled part, while the inner diameter of the peripheral part D in is determined taking into account the ratio of 1.4≤D n / D in ≤1.8, where D n - the outer diameter of the peripheral part, and form before rolling by introducing rollers into the workpiece. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что при изготовлении дисков из жаропрочных никелевых сплавов используют фигурную осесимметричную заготовку, имеющую центральную и периферийную части, разделенные поднутрениями для ввода роликов перед периферийной частью, причем наружный Dн и внутренний Dв диаметры периферийной части выбирают из условия 1,3≤Dн/Dв≤1,7, а толщину - из условия 0,5≤εо=(Но-hп)/Но≤0,7, где εо - относительное обжатие периферийной части роликами по толщине, Но и hп - соответственно толщина периферийной части и прокатанной части.5. The method according to claim 2, characterized in that in the manufacture of disks of heat-resistant nickel alloys, a curly axisymmetric billet is used having a central and peripheral part, separated by undercuts to introduce rollers in front of the peripheral part, the outer D n and inner D in the diameters of the peripheral part choose from the condition 1.3≤D n / D to ≤1.7, and the thickness from the condition 0.5≤ε о = (Н о -h п ) / Н о ≤0.7, where ε о is the relative compression the peripheral part of the rollers in thickness, N about and h p - respectively, the thickness of the peripheral part and the rolled part. 6. Способ по любому из пп.2, 3, 4, 5, отличающийся тем, что прокатку выполняют охлаждаемыми роликами.6. The method according to any one of claims 2, 3, 4, 5, characterized in that the rolling is performed by cooled rollers. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен которой ограничен интервалом 1-20 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (10-1-100) с-1 и температуру в прокатанной части не выше температуры деформации при прокатке.7. The method according to claim 1, characterized in that the rolling of the workpieces with the original structure, the average grain size of which is limited to an interval of 1-20 microns, is carried out while maintaining the strain rate during rolling in the interval (10 -1 -10 0 ) s -1 and the temperature in the rolled part is not higher than the deformation temperature during rolling. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок с исходной структурой, средний размер зерен в которой менее 1 мкм, осуществляют, поддерживая скорость деформации при прокатке в интервале (100-102) с-1 и температуру в прокатанной части не выше температуры деформации при прокатке.8. The method according to claim 1, characterized in that the rolling of billets with an initial structure, the average grain size of which is less than 1 μm, is carried out, maintaining the strain rate during rolling in the range (10 0 -10 2 ) s -1 and the temperature in the rolled parts not higher than the deformation temperature during rolling. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что фиксацию заготовки выполняют охлаждаемыми пинолями.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the fixation of the workpiece is performed by cooled pins. 10. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что прокатанную часть охлаждают посредством воздуха, подаваемого на ее поверхность из выходных отверстий каналов, выполненных в роликах.10. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the rolled part is cooled by air supplied to its surface from the outlet holes of the channels made in the rollers.
RU2004102585/02A 2004-01-30 2004-01-30 Axially symmetrical part forming method RU2254195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102585/02A RU2254195C1 (en) 2004-01-30 2004-01-30 Axially symmetrical part forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102585/02A RU2254195C1 (en) 2004-01-30 2004-01-30 Axially symmetrical part forming method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2254195C1 true RU2254195C1 (en) 2005-06-20

Family

ID=35835708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004102585/02A RU2254195C1 (en) 2004-01-30 2004-01-30 Axially symmetrical part forming method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2254195C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567084C2 (en) * 2013-12-27 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Production of disc-type axially symmetric parts
RU2704045C1 (en) * 2019-03-22 2019-10-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of hollow disc from heat-resistant alloy manufacturing
CN112275977A (en) * 2020-10-16 2021-01-29 北京机电研究所有限公司 Disc rolling forming system and method
RU2796033C1 (en) * 2022-09-01 2023-05-16 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Имекс" Method for manufacturing large-sized disks

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567084C2 (en) * 2013-12-27 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Production of disc-type axially symmetric parts
RU2704045C1 (en) * 2019-03-22 2019-10-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of hollow disc from heat-resistant alloy manufacturing
CN112275977A (en) * 2020-10-16 2021-01-29 北京机电研究所有限公司 Disc rolling forming system and method
RU2796033C1 (en) * 2022-09-01 2023-05-16 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Имекс" Method for manufacturing large-sized disks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6939419B1 (en) Method for producing axially symmetric parts and the article
RU2159162C2 (en) Method for working blanks of metals and alloys
JPH03140447A (en) Forging of microcrystalline titanium powder and method of its manufacture
Semiatin et al. Plastic flow and microstructure evolution during thermomechanical processing of a PM nickel-base superalloy
Bewlay et al. Net-shape manufacturing of aircraft engine disks by roll forming and hot die forging
WO1997048509A9 (en) Method for producing axially symmetric parts and the article
US20020157740A1 (en) Method for the treatment of metallic materials
Bewlay et al. Superplastic roll forming of Ti alloys
RU2254195C1 (en) Axially symmetrical part forming method
Zhu et al. Microstructure evolution of Inconel 718 alloy during ring rolling process
Nayak et al. Development of microstructural heterogeneities and dynamic restoration activity during ring rolling of Ti-6Al-4V alloy and its tensile response
Li et al. Microstructure evolution of laser cladding coatings treated by multi-pass power spinning
Wang et al. Deformation characteristic and microstructure evolution of GH4169 alloy induced by axial upsetting and axial rotary forging
Wang et al. Influence of tube spinning on formability of friction stir welded Aluminum alloy tubes for hydroforming application
Soldatenkov et al. A Mesoscale Study of Fatigue Fracture of Near β Titanium Alloy VT22 after Radial Shear Rolling with Subsequent Aging
Li et al. Research on a new counter-roller active spinning process for forming Al alloy thin-walled cylinders
Eruç et al. A summary of ring rolling technology—II. Recent trends in process modeling, simulation, planning, and control
Bikmukhametova et al. The influence of radial shear rolling on the structure and properties of 58Ni-Cr-Mo-B-Al-Cu superalloy
US20240268927A1 (en) Base material for screw, screw, and method for producing same
US5039356A (en) Method to produce fatigue resistant axisymmetric titanium alloy components
CN116159916A (en) High-performance spin forming method for large-thickness 5B70 sealed cabin
Utyashev et al. New technologies development and equipment for local shape-forming of the complicated parts made of heat-resistant alloys under superplastic deformation conditions
RU2687324C1 (en) Forming device for production of profile roll ring, in particular of turbo-compressor disc
Esbolat et al. Development of Asymmetric Rolling as a Severe Plastic Deformation Method: A Review
Herrmann et al. Material improvement of mild steel S355J2C by hot rotary swaging

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160914

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190424