RU2583564C1 - Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys - Google Patents
Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583564C1 RU2583564C1 RU2014147899/02A RU2014147899A RU2583564C1 RU 2583564 C1 RU2583564 C1 RU 2583564C1 RU 2014147899/02 A RU2014147899/02 A RU 2014147899/02A RU 2014147899 A RU2014147899 A RU 2014147899A RU 2583564 C1 RU2583564 C1 RU 2583564C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- granules
- alloy
- capsule
- Prior art date
Links
Landscapes
- Forging (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности при изготовлении заготовок и деталей из гранулированных жаропрочных сплавов, например,дисков роторов газотурбинных двигателей со смешанной наномикрокристаллической структурой.The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the metallurgical and engineering industries in the manufacture of billets and parts from granular heat-resistant alloys, for example, rotor disks of gas turbine engines with a mixed nanomicrocrystalline structure.
Необходимость получения поковок с наномикрокристаллической структурой обусловлена тем, что именно такая структура обеспечивает одновременное повышение прочностных и пластических характеристик сплавов (см. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Лопатин Ю.Г. и др. «О предельной прочности и пластичности при комнатной температуре нано- и микрокристаллических металлов, полученных методами интенсивного пластического деформирования. Эффект одновременного повышения прочности и пластичности» «Тяжелое машиностроение», 2011 г., №1, стр. 2.).The need to obtain forgings with a nanomicrocrystalline structure is due to the fact that just such a structure provides a simultaneous increase in the strength and plastic characteristics of alloys (see Chuvildeev V.N., Nokhrin A.V., Lopatin Yu.G. et al. “On ultimate strength and ductility at room temperature, nano- and microcrystalline metals obtained by intensive plastic deformation. Effect of simultaneous increase in strength and ductility "Heavy Engineering, 2011, No. 1, p. 2.).
Известно, что наноструктуры металлов, обладая повышенной прочностью, имеют низкую пластичность и вязкость. Кроме того, они не являются термически устойчивыми, так как границы зерен в них неравновесные и при повышенных температурах эти структуры укрупняются за счет рекристаллизации. Микрокристаллические структуры жаропрочных сплавов, обладая термической устойчивостью, также имеют пониженные характеристики пластичности и вязкости (см. Бурлаков И.А., Самойлов О.И., Поклад В.А. «Современные методы изготовления дисков газотурбинных двигателей из поковок с гранульной и ультрамелкозернистой структурой». Монография. Москва, Типография ММПП № Салют» 2008 г., 108 стр.).It is known that metal nanostructures, having increased strength, have low ductility and viscosity. In addition, they are not thermally stable, since the grain boundaries in them are nonequilibrium and, at elevated temperatures, these structures are enlarged due to recrystallization. The microcrystalline structures of heat-resistant alloys, while possessing thermal stability, also have reduced ductility and viscosity characteristics (see Burlakov I.A., Samoilov O.I., Poklad V.A. "Modern methods for manufacturing gas turbine engine disks from forgings with granular and ultrafine-grained structures). ". Monograph. Moscow, Printing house ММПП № Salut" 2008, 108 p.).
Известен способ изготовления нанокристаллического сплава на основе никелида титана, включающий многократное обжатие нагретой заготовки из сплава никелида титана при температуре 150-250°C и степени обжатия 15-25% волочением через фильеру или прокаткой между валками (см. патент РФ №2334825, кл. C22F 1/18, 2008 г.).A known method of manufacturing a nanocrystalline alloy based on titanium nickelide, comprising repeatedly compressing a heated preform of titanium nickelide alloy at a temperature of 150-250 ° C and a compression ratio of 15-25% by drawing through a die or rolling between rolls (see RF patent No. 2334825, cl. C22F 1/18, 2008).
Для данного способа характерны ограниченная применимость и нестабильность получения структуры сплава в связи с низкими температурами нагрева и получением термически нестабильной структуры.This method is characterized by limited applicability and instability of obtaining an alloy structure due to low heating temperatures and obtaining a thermally unstable structure.
Известен способ получения многослойного металлического листа со стабильной субмикро- или наноразмерной структурой слоев, включающий мерную резку листовых заготовок, обработку их поверхности, сборку нарезанных заготовок в пакет, вакуумирование, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и пластического деформирования по высоте с получением многослойного листа, причем в качестве исходных заготовок используют листы из сплавов на основе одного металла, имеющих разное строение кристаллических решеток в интервале температур горячей обработки давлением, и которые при сборке пакета попеременно чередуют (см. патент РФ №2380234, кл. В82В 3/00, 2010 г.).A known method of producing a multilayer metal sheet with a stable submicro- or nanoscale structure of the layers, including measuring cutting of the sheet blanks, processing their surface, assembling the cut blanks into a bag, evacuating, hot processing by pressure of the package by heating and plastic deformation in height to obtain a multilayer sheet, moreover, sheets of alloys based on the same metal having different structures of crystal lattices in the temperature range of flash processing, and which alternately alternate during assembly of the package (see RF patent No. 2380234, CL B82B 3/00, 2010).
Недостатком способа является высокая трудоемкость подготовки пакета из листов под прокатку, а также необходимость их тщательной обработки под сборку.The disadvantage of this method is the high complexity of preparing a package of sheets for rolling, as well as the need for their thorough processing for assembly.
Известен также способ получения многослойного металлического листа ультрамелкозернистой структуры в заготовках из металлов и сплавов, включающий многократное повторение операций осадки-протяжки с приложением к заготовке деформирующего усилия поочередно по трем осям ортогональной системы координат, при этом протяжку заготовок осуществляют через квадрат, а осадку - в штампе, имеющем гравюру в виде цилиндрической полости, ось симметрии которой совпадает с направлением прикладываемого усилия, обработку проводят в несколько циклов до достижения накопленной степени деформации e≥2 и таким образом, чтобы диагональ квадрата по окончании протяжки не превышала диаметра гравюры штампа, а на торцевых поверхностях заготовки формируют конические вытяжки (см. патент РФ №2456111, кл. В21В 3/00, 2012 г.).There is also known a method of producing a multilayer metal sheet of ultrafine-grained structure in metal and alloy billets, including repeated repetition of the draft-broaching operations with the application of a deforming force to the workpiece alternately along the three axes of the orthogonal coordinate system, while the billets are drawn through a square and the draft is stamped having an engraving in the form of a cylindrical cavity, the axis of symmetry of which coincides with the direction of the applied force, the treatment is carried out in several cycles until reducing the accumulated degree of deformation e≥2 and so that the diagonal of the square at the end of the drawing does not exceed the diameter of the engraving of the stamp, and conical hoods are formed on the end surfaces of the workpiece (see RF patent No. 2456111, class B21B 3/00, 2012) .
Недостатком данного способа является его высокая трудоемкость и необходимость проведения обработки в изотермических условиях при наличии специальной дорогостоящей оснастки.The disadvantage of this method is its high complexity and the need for processing in isothermal conditions in the presence of special expensive equipment.
Известен способ термомеханической обработки заготовок из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий компактирование заготовки путем горячего изостатического прессования, высокотемпературный отжиг компактированной заготовки и ее охлаждение с регламентированной скоростью 2-5°C/ч до температуры на 90-200°C ниже температуры отжига с последующим охлаждением до комнатной температуры, последующий нагрев заготовки до температуры деформации и ее многостадийную деформацию с общей степенью деформации 45-80%, включая степень деформации на заключительной стадии 27-45%, с промежуточными рекристаллизационными отжигами между стадиями и термическую обработку, состоящую из закалки и старения, при этом нагрев под закалку выполняют до температуры на 15-35°C ниже температуры перехода в однофазную область (см. патент РФ №2388844, кл. C22F 1/10, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.A known method of thermomechanical processing of preforms from granules of high-alloy heat-resistant nickel-based alloys, including compaction of the preform by hot isostatic pressing, high-temperature annealing of the compacted preform and its cooling at a controlled speed of 2-5 ° C / h to a temperature of 90-200 ° C below the annealing temperature followed by cooling to room temperature, subsequent heating of the workpiece to a deformation temperature and its multi-stage deformation with a total degree of deformation of 45-80%, including a high degree of deformation at the final stage of 27-45%, with intermediate recrystallization anneals between stages and a heat treatment consisting of hardening and aging, while heating under hardening is performed to a temperature of 15-35 ° C below the temperature of transition to the single-phase region (see RF patent No. 2388844, class C22F 1/10, 2010) - the closest analogue.
Недостатком данного способа является сложность его осуществления за счет необходимости строгой регламентации большого количества операций, а также режимов нагрева и охлаждения, а также невозможность получения поковок с высокими показателями прочности и пластичности.The disadvantage of this method is the difficulty of its implementation due to the need for strict regulation of a large number of operations, as well as heating and cooling modes, as well as the inability to obtain forgings with high strength and ductility.
Техническим результатом заявленного способа является обеспечение повышения качества получаемых поковок за счет обеспечения высоких показателей их прочности и пластичности, путем получения при реализации способа оптимальной наномикрокристаллической структуры поковок.The technical result of the claimed method is to improve the quality of the obtained forgings by ensuring high rates of their strength and ductility, by obtaining, when implementing the method, the optimal nanomicrocrystalline structure of the forgings.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе получения поковок из жаропрочных гранулированных сплавов, включающем компактирование заготовки из гранул, которое осуществляют горячим изостатическим прессованием с ее последующей термомеханической обработкой, которую осуществляют поэтапно, новым является то, что для проведения горячего изостатического прессования гранулы помещают в капсулу, вакуумированием полости капсулы проводят дегазацию помещенных в нее гранул, горячее изостатическое прессование гранул осуществляют вместе с капсулой, в которую они помещены, а термомеханическую обработку компактированной заготовки осуществляют в два этапа, на первом из которых осуществляют предварительную горячую деформацию заготовки с относительной деформацией не менее 0,7 и температуре на 10-50°C ниже температуры ликвидуса сплава, а окончательную - с относительной деформацией 0,9<ε<1,0 при температуре на 10-100°C выше температуры сольвуса сплава.The specified technical result is ensured by the fact that in the method for producing forgings from heat-resistant granular alloys, which includes compaction of a billet from granules, which is carried out by hot isostatic pressing with its subsequent thermomechanical processing, which is carried out in stages, it is new that the granules are placed in hot isostatic pressing the capsule, by evacuation of the capsule cavity, the granules placed in it are degassed, the isostatic pressing of the granules is carried out they are pressed together with the capsule in which they are placed, and the thermomechanical processing of the compacted workpiece is carried out in two stages, the first of which is the preliminary hot deformation of the workpiece with a relative deformation of at least 0.7 and a temperature of 10-50 ° C below the liquidus temperature of the alloy, and the final one with a relative deformation of 0.9 <ε <1.0 at a temperature of 10-100 ° C higher than the solvus temperature of the alloy.
Получение заготовок под деформацию из микрогранул, в отличие от традиционного - из слитка, позволяет без длительной предварительной обработки давлением получить заготовку с заданной микрозернистой структурой (величина гранул 50-150 мкм). Дегазация, герметизация и горячее изостатическое прессование в вакууме (в капсуле) позволяют при внутригранульной пористости заготовки (балл 3,0) достичь свойств, отвечающих требованиям технических условий на диски роторов газотурбинных двигателей (см. Катуков С.А., Дарьин В.В. «Исследование диска первой ступени турбины высокого давления двигателя ПС90А после наработки сверх назначенного ресурса». «Технология легких сплавов», 2002 г., №1, стр. 51-56). Однако наличие внутригранульной пористости в заготовках снижает их усталостные характеристики (предел выносливости сплава).Obtaining preforms for deformation from microgranules, in contrast to the traditional one, from an ingot, allows one to obtain a preform with a given micrograin structure (granule size 50-150 μm) without prolonged pressure pretreatment. Degassing, sealing and hot isostatic pressing in vacuum (in a capsule) allows for intragranular billet porosity (score 3.0) to achieve properties that meet the requirements of technical conditions for rotor disks of gas turbine engines (see Katukov S.A., Darin V.V. “The study of the disk of the first stage of the high pressure turbine of the PS90A engine after operating hours beyond the designated resource.” “Light alloy technology”, 2002, No. 1, pp. 51-56). However, the presence of intragranular porosity in the workpieces reduces their fatigue characteristics (alloy endurance limit).
Предварительная деформация заготовки, прошедшей горячее изостатическое прессование с относительной деформацией не менее 0,7 и температуре на 10-50°C ниже температуры ликвидуса сплава необходима для полной ликвидации внутригранульной пористости и получения сплошной заготовки с разнородной по величине зерна микроструктурой.Preliminary deformation of a billet that has undergone hot isostatic pressing with a relative deformation of at least 0.7 and a temperature of 10-50 ° C below the liquidus temperature of the alloy is necessary to completely eliminate intragranular porosity and to obtain a continuous billet with a heterogeneous grain size microstructure.
Окончательная деформация с величиной относительной деформации 0,9<ε<1,0 при температуре на 10-100°C выше температуры сольвуса сплава позволяет достичь измельчения зерна до наноуровня (см. Онищенко А.К. «Интенсивная, мегапластическая и псевдомегапластическая деформации» «Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением», 2003 г., №2, стр. 16-21).The final strain with a relative strain of 0.9 <ε <1.0 at a temperature of 10-100 ° C above the solvus temperature of the alloy allows grain refinement to the nanoscale (see A. Onishchenko, “Intense, megaplastic and pseudomegaplastic deformations” “ Forging and stamping production. Processing of metals by pressure ", 2003, No. 2, p. 16-21).
Поэтапное проведение предварительной и окончательной горячих деформаций обусловлено их разными задачами, оказывающими непосредственное влияние на указанный технический результат. За счет проведения предварительной деформации обеспечивается максимальная плотность заготовки за счет заварки пор в заготовке при верхней температуре деформации. За счет окончательной деформации формируется наномикрокристаллическая структура в нижнем интервале температур деформации. При этом, чем выше температура предварительной деформации, тем при меньшей величине относительной деформации происходит заварка пористости (0,5-0,7). Соответственно, чем ниже температура окончательной деформации, тем мельче конечное зерно в получаемой поковке.The phased conduct of the preliminary and final hot deformations is due to their different tasks that have a direct impact on the specified technical result. Due to the preliminary deformation, the maximum density of the workpiece is ensured by welding the pores in the workpiece at the upper deformation temperature. Due to the final deformation, a nanomicrocrystalline structure is formed in the lower range of deformation temperatures. At the same time, the higher the temperature of preliminary deformation, the lower the relative strain occurs welding porosity (0.5-0.7). Accordingly, the lower the temperature of the final deformation, the finer the final grain in the resulting forging.
Однако для получения термически устойчивой наномикрокристаллической структуры в поковке величина относительной деформации на последнем этапе окончательной деформации должна быть не менее величины деформации, соответствующей началу метадинамической рекристаллизации сплава при температуре деформации. В этом случае процесс рекристаллизации зерна происходит непосредственно при горячей обработке, именно поэтому эта структура является термически устойчивой при последующих нагревах детали.However, in order to obtain a thermally stable nanomicrocrystalline structure in the forging, the value of the relative deformation at the last stage of the final deformation should be not less than the value of the deformation corresponding to the onset of metadynamic recrystallization of the alloy at the deformation temperature. In this case, the process of grain recrystallization occurs directly during hot processing, which is why this structure is thermally stable during subsequent heating of the part.
Величину относительной деформации на последнем этапе окончательной деформации (εр) определяют путем испытания на растяжение образцов сплава (в состоянии после предварительной деформации) при температурах горячей деформации и скорости деформации не менее 10-2 с-1 по «зубу» текучести на диаграмме «напряжение - деформация» (см. Онищенко А.К. «Масштабные уровни пластической деформации и оптимальные параметры ковки крупных поковок», «Тяжелое машиностроение», 2007 г., №6, стр. 13-18).The value of the relative deformation at the last stage of the final deformation (εр) is determined by tensile testing of alloy samples (in the state after preliminary deformation) at hot deformation temperatures and the deformation rate of at least 10 -2 s -1 according to the yield stress in the diagram “stress - deformation ”(see Onishchenko AK“ Large-scale levels of plastic deformation and optimal forging parameters of large forgings ”,“ Heavy engineering ”, 2007, No. 6, p. 13-18).
Сущность заявленного изобретения поясняется таблицей, в которой представлены механические свойства изделия из сплава ВТ8 с мелкозернистой и нанокристаллической структурами полученного при использовании заявленного способа, а также указанные в технических условиях (ТУ).The essence of the claimed invention is illustrated in the table, which presents the mechanical properties of the product from alloy VT8 with fine-grained and nanocrystalline structures obtained using the claimed method, as well as those specified in the technical specifications (TU).
Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.
Для получения поковки в капсулу, имеющую форму цилиндра с дном с соотношением наружного его диаметра к высоте не более 2,5, засыпают гранулы сплава, производят их утряску-уплотнение и закрывают крышкой с отверстием, приваривают крышку к цилиндру, обеспечивая герметичность полости капсулы и вакуумным насосом через отверстие крышки производят откачку воздуха из капсулы, проводя дегазацию гранул, после чего отверстие герметизируют, например заваривают.To obtain forgings in a capsule having the shape of a cylinder with a bottom with a ratio of its outer diameter to a height of no more than 2.5, the alloy granules are poured, they are shock-sealed and closed with a lid with a hole, the lid is welded to the cylinder, ensuring the capsule cavity is sealed and vacuum the pump through the opening of the lid is pumping air out of the capsule, degassing the granules, after which the opening is sealed, for example brewed.
Капсулу с гранулами сплава помещают в печь и нагревают до температуры на 10-50°C ниже температуры ликвидуса сплава. Выдерживают при этой температуре «n» часов (1 минута выдержки на 1 миллиметр диаметра капсулы), обеспечивая равномерный нагрев содержимого капсулы, после чего изостатическим прессованием осуществляют компактирование помещенных в капсулу гранул, для чего нагретую капсулу подают на бойки пресса и осуществляют ее осадку по высоте.A capsule with alloy granules is placed in a furnace and heated to a temperature of 10-50 ° C below the liquidus temperature of the alloy. Maintain at this temperature “n” hours (1 minute exposure per 1 millimeter of the diameter of the capsule), ensuring uniform heating of the contents of the capsule, after which the granules placed in the capsule are compacted by isostatic pressing, for which the heated capsule is fed to the die strikers, and it settles in height .
Далее осуществляют термомеханическую обработку компактированной заготовки, которую проводят в два этапа.Next, thermomechanical processing of the compacted billet is carried out, which is carried out in two stages.
На первом этапе (предварительном) осуществляют повторный нагрев капсулы с заготовкой до температуры на 10-50°C ниже температуры ликвидуса сплава и проводят ее деформацию повторной осадкой на прессе до 0,1 начальной высоты цилиндра (величина относительной деформации 0,9). В результате получаем равномерную микрокристаллическую структуру во всем объеме материала капсулы. После проведения первого этапа деформации сплав становится деформируемым. После проведения первого этапа деформации капсулу срезают с заготовкиAt the first stage (preliminary), the capsule with the workpiece is reheated to a temperature of 10-50 ° C below the liquidus temperature of the alloy and is deformed by repeated sediment in the press to 0.1 of the initial cylinder height (relative deformation value of 0.9). As a result, we obtain a uniform microcrystalline structure in the entire volume of the capsule material. After the first stage of deformation, the alloy becomes deformable. After the first stage of deformation, the capsule is cut from the workpiece
Для осуществления второго этапа термомеханической обработки (окончательного) заготовку помещают в печь, где ее подогревают до температуры на 10-100°C выше температуры сольвуса (температуры полного растворения Y-фазы), выдерживают при этой температуре в печи в течение времени из расчета 2 минуты выдержки на 1 миллиметр диаметра капсулы, после чего выдают заготовку из печи и устанавливают на нижнюю поворотную плиту пресса.To carry out the second stage of thermomechanical processing (final), the preform is placed in a furnace, where it is heated to a temperature of 10-100 ° C above the solvus temperature (temperature of complete dissolution of the Y phase), kept at this temperature in the furnace for a time of 2 minutes extracts per 1 millimeter of the diameter of the capsule, after which the workpiece is discharged from the furnace and mounted on the lower rotary press plate.
Производят разгонку заготовки узким верхним бойком пресса с относительной деформацией 0,9<ε<1,0. При этом величина относительной деформации при разгонке не должна быть менее εр (для жаропрочных сплавов εр=0,03). В результате получаем поковку с наномикрокристаллической структурой.The workpiece is distilled with a narrow upper press head with a relative deformation of 0.9 <ε <1.0. In this case, the value of the relative deformation during acceleration should not be less than εр (for heat-resistant alloys εр = 0.03). As a result, we obtain a forging with a nanomicrocrystalline structure.
В случае использования предлагаемого технического решения при протяжке, прокатке или выдавливании (используются для получения поковок типа вала, профиля, трубы и др.) получение поковки с наномикрокристаллической структурой возможно при укове гранульной заготовки более 100.In the case of using the proposed technical solution for broaching, rolling or extrusion (used to obtain forgings such as a shaft, profile, pipe, etc.), it is possible to obtain a forgings with a nanomicrocrystalline structure when forging a granular billet of more than 100.
Сущность заявленного способа будет более понятна из приведенного ниже примера изготовления поковки диска ротора турбины газотурбинного двигателя.The essence of the claimed method will be more clear from the following example of the manufacture of forgings of the rotor disc of a turbine of a gas turbine engine.
В цилиндрическую капсулу с наружным диаметром 200 мм и высотой 500 мм, изготовленную из листовой стали 20 толщиной стенки 6 мм, засыпали гранулы крупностью 50-150 мм сплава ЭИ741НП, произвели их утряску. Загруженную гранулами капсулу закрыли крышкой, в которой выполнено отверстие, приварили крышку к цилиндру, провели вакуумирование полости капсулы до 10-3 тор, закрыли и заварили отверстие. Загруженную капсулу передали в кузнечно-прессовый цех, где ее поместили в электрическую нагревательную печь, произвели нагрев гранул вместе с капсулой до 1200°C (температура ликвидуса сплава ЭИ741НП составляет 1231°C) и выдержали при данной температуре 3,5 часа.In a cylindrical capsule with an outer diameter of 200 mm and a height of 500 mm, made of sheet steel 20 with a wall thickness of 6 mm, granules with a particle size of 50-150 mm of the EI741NP alloy were poured, they were shaken. The capsule loaded with granules was closed with a lid in which the hole was made, the lid was welded to the cylinder, the capsule cavity was evacuated to 10 -3 torr, the hole was closed and welded. The loaded capsule was transferred to the forge-and-press workshop, where it was placed in an electric heating furnace, the pellets and the capsule were heated to 1200 ° C (the liquidus temperature of the EI741NP alloy is 1231 ° C) and kept at this temperature for 3.5 hours.
Нижний боек гидравлического пресса 16МН накрыли листом асбеста толщиной 8 мм, после чего на него установили нагретую капсулу с гранулами, которую также сверху накрыли листом асбеста. Осадили капсулу с гранулами до высоты 100 мм (ε=0,5), компактируя заготовку.The lower hammer of the hydraulic press 16MN was covered with an 8 mm thick asbestos sheet, after which a heated capsule with granules was placed on it, which was also covered with an asbestos sheet. The capsule with granules was precipitated to a height of 100 mm (ε = 0.5), compacting the preform.
Для проведения термомеханической обработки капсулу с компактированной заготовкой поместили в печь на нагрев. Выдержали заготовку в печи при температуре 1200°C в течение 1,5 часов и провели ее осадку до высоты 50 мм (ε=0,9). После предварительной деформации капсулы получили деформируемую заготовку диаметром 600 мм и высотой 50 мм. Срезали капсулу с заготовки.To perform thermomechanical treatment, a capsule with a compacted preform was placed in a furnace for heating. The billet was kept in the oven at a temperature of 1200 ° C for 1.5 hours and was upset to a height of 50 mm (ε = 0.9). After preliminary deformation of the capsule, a deformable preform with a diameter of 600 mm and a height of 50 mm was obtained. Cut the capsule from the workpiece.
Экспериментально установлено, что в состоянии после горячего изостатического прессования сплав ЭИ741НП является недеформируемым в интервале температур 1150-850°C. Его ковкость даже при температуре 1150°C и необходимом минимуме показателя ковкости 0,003 МПа-1 не превышает 0, 0009 МПа-1. При нагреве до 1200°C его ковкость приближается к нулю (0,00002-1 МПа). Только после горячего изостатического прессования и горячей осадки на прессе с деформацией 0,6-0,7 сплав становится деформируемым, приобретая удовлетворительную ковкость (0,0065 МПа-1) при температуре 1100°C (см. Онищенко А.К. «О критерии ковкости металлов и сплавов». «Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением», 2009 г., №11, стр. 14-17).It was experimentally established that in the state after hot isostatic pressing, the alloy EI741NP is non-deformable in the temperature range 1150-850 ° C. Its malleability even at a temperature of 1150 ° C and the required minimum ductility index of 0.003 MPa -1 does not exceed 0, 0009 MPa -1 . When heated to 1200 ° C, its malleability approaches zero (0.00002 -1 MPa). Only after hot isostatic pressing and hot settlement on a press with a strain of 0.6-0.7 does the alloy become deformable, acquiring a satisfactory ductility (0.0065 MPa -1 ) at a temperature of 1100 ° C (see A. Onishchenko, “On the criterion malleability of metals and alloys. ”“ Forging and stamping. Metal forming ”, 2009, No. 11, pp. 14-17).
Руководствуясь указанными данными, полученную после предварительной деформации заготовку загрузили в печь, нагрели до температуры 1100°C (температура сольвуса материала заготовки составляет 1020°C) и выдержали при этой температуре 1 час, после чего нагретую заготовку установили на нижнюю поворотную плиту пресса и верхним бойком шириной 60 мм разогнали заготовку при относительной деформации 0,95.Based on the indicated data, the preform obtained after preliminary deformation was loaded into the furnace, heated to a temperature of 1100 ° C (the solvus temperature of the preform material was 1020 ° C) and held at this temperature for 1 hour, after which the heated preform was installed on the lower rotary press plate and the upper striker 60 mm wide, the workpiece was dispersed at a relative deformation of 0.95.
В результате была получена поковка диска газотурбинного двигателя диаметром 650 мм из сплава ЭИ741НП со смешанной наномикрокристаллическлой структурой, с пределом прочности 1470 МПа и относительным удлинением 29,0%.As a result, a forging of a disk of a gas turbine engine with a diameter of 650 mm was obtained from the alloy EI741NP with a mixed nanomicrocrystalline structure, with a tensile strength of 1470 MPa and a relative elongation of 29.0%.
По сравнению с известными способами улучшения характеристик материалов дисков перспективных газотурбинных двигателей (см. Гарибов Г.С., Гриц И.М. «Улучшение характеристик гранулированных материалов для турбинных дисков перспективных авиационных двигателей». «Заготовительные производства в машиностроении», 2003, №1, стр. 43-48), предлагаемое решение является менее трудоемким и позволяет существенно повысить характеристики применяемых в газотурбинных двигателях жаропрочных материалов.Compared with the known methods for improving the characteristics of the materials of the discs of promising gas turbine engines (see Garibov G.S., Grits I.M. “Improving the characteristics of granular materials for the turbine disks of promising aircraft engines.” “Procurement in mechanical engineering”, 2003, No. 1 , pp. 43-48), the proposed solution is less time-consuming and can significantly improve the characteristics of heat-resistant materials used in gas turbine engines.
Подтверждением получения наномикрокристаллических структур в поковках и повышения характеристик жаропрочных сплавов нашло подтверждение и на широко применяемом в газотурбинных двигателях жаропрочном титановом сплаве ВТ8.Confirmation of the production of nanomicrocrystalline structures in forgings and an increase in the characteristics of heat-resistant alloys was also confirmed by the VT8 heat-resistant titanium alloy widely used in gas turbine engines.
Было проведено исследование влияния деформации более 0,8 на структуру и механические свойства сплава ВТ8. С этой целью заготовки сечением 60×60 мм из штанги диаметром 190 мм (У=8,8) поставки АВИСМА-ВСМПО были прокованы протяжкой (при температурах 1150-950°C) на размер 20×20 мм - прутки под штамповку лопаток (У=13,0). То есть общий уков изготовленных прутков составил 114,4 (ε=0,907).A study was made of the influence of deformation of more than 0.8 on the structure and mechanical properties of the VT8 alloy. For this purpose, blanks with a 60 × 60 mm cross section from a rod with a diameter of 190 mm (Y = 8.8), AVISMA-VSMPO supplies were forged with a broach (at temperatures 1150-950 ° C) for a size of 20 × 20 mm - rods for stamping blades (U = 13.0). That is, the total yields of manufactured rods amounted to 114.4 (ε = 0.907).
При такой величине деформации структура поковки должна быть наномикрокристаллического уровня. Подтверждением этого факта явилось одновременное повышение прочности и пластичности сплава ВТ8 после ковки (см. таблицу, в которой приведены механические свойства сплава ВТ8 с мелкозернистой и наномикрокристаллической структурами.With such a strain, the forging structure should be of a nanomicrocrystalline level. This fact was confirmed by the simultaneous increase in the strength and ductility of the VT8 alloy after forging (see the table, which shows the mechanical properties of the VT8 alloy with fine-grained and nanomicrocrystalline structures.
Из данных, приведенных в таблице, видно, что после ковки со степенью деформации 0,9 и достижения наномикрокристаллической структуры прочностные свойства сплава ВТ8 повышаются более чем на 27%, а удлинение - более чем в два раза. Высокие результаты были получены и при горячих испытаниях.From the data given in the table, it can be seen that after forging with a degree of deformation of 0.9 and the achievement of a nanomicrocrystalline structure, the strength properties of the VT8 alloy increase by more than 27%, and elongation by more than double. High results were obtained during hot tests.
Так, при испытаниях на растяжение при температуре 500°C предел прочности образца с мелкозернистой структурой составил 598,9 МПа, а нанокристаллической - 897,2 МПа при требованиях технических условий - не менее 620 МПа.Thus, in tensile tests at a temperature of 500 ° C, the tensile strength of a specimen with a fine-grained structure was 598.9 MPa, and that of a nanocrystalline one was 897.2 MPa with technical specifications not less than 620 MPa.
Испытания на длительную прочность при температуре 500°C показали высокие результаты. При требованиях технических условий по стойкости не менее 50 часов под рабочим напряжением 490 МПа получены результаты, значительно их превышающие. Если образец с мелкозернистой структурой сломался через 370 часов 53 минуты, то с нанокристаллической - не сломался и был снят через 795 часов 46 минут ввиду производственной необходимости освобождения испытательного оборудования, то есть, требования технических условий были уже превышены более чем в 15 раз.Tests for long-term strength at a temperature of 500 ° C showed high results. Under the requirements of technical conditions for resistance of at least 50 hours under an operating voltage of 490 MPa, results were obtained that significantly exceeded them. If a sample with a fine-grained structure broke down after 370 hours 53 minutes, then with a nanocrystalline one it did not break and was removed after 795 hours 46 minutes due to the production need to release the test equipment, that is, the technical requirements were already exceeded more than 15 times.
Представленные результаты подтверждают применимость и эффективность предлагаемого технического решения не только к гранульным сплавам, но и слитковым, получаемым по традиционной металлургической технологии.The presented results confirm the applicability and effectiveness of the proposed technical solution not only to granular alloys, but also to ingots obtained by traditional metallurgical technology.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147899/02A RU2583564C1 (en) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147899/02A RU2583564C1 (en) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2583564C1 true RU2583564C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014147899/02A RU2583564C1 (en) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2583564C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625361C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-07-13 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Method of manufacturing ribbons from difficult-to-form alloy based on chrome |
| RU2649103C1 (en) * | 2017-04-18 | 2018-03-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of obtaining a product of heat-resistant nickel alloy |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2388844C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Procedure for thermo-mechanical processing of work-pieces out of granules of high-alloyed heat-resistant alloys on nickel base |
| RU2433204C1 (en) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Олег Хикметович Фаткуллин | Manufacturing method of items in form of discs or rolls of gas-turbine engines from pelletised heat-resistant nickel alloys |
| RU2453398C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method for production of product out of alloy type "tt751¦" with high strength and heat resistance |
| RU2516267C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method to produce products from complex-alloyed powder heat-resistant nickel alloys |
-
2014
- 2014-11-28 RU RU2014147899/02A patent/RU2583564C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2388844C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Procedure for thermo-mechanical processing of work-pieces out of granules of high-alloyed heat-resistant alloys on nickel base |
| RU2433204C1 (en) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Олег Хикметович Фаткуллин | Manufacturing method of items in form of discs or rolls of gas-turbine engines from pelletised heat-resistant nickel alloys |
| RU2453398C1 (en) * | 2011-06-14 | 2012-06-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method for production of product out of alloy type "tt751¦" with high strength and heat resistance |
| RU2516267C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Method to produce products from complex-alloyed powder heat-resistant nickel alloys |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625361C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-07-13 | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") | Method of manufacturing ribbons from difficult-to-form alloy based on chrome |
| RU2649103C1 (en) * | 2017-04-18 | 2018-03-29 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of obtaining a product of heat-resistant nickel alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6626441B2 (en) | Method of manufacturing forged products and other processed products | |
| RU2393936C1 (en) | Method of producing ultra-fine-grain billets from metals and alloys | |
| CN101537466B (en) | Method for manufacturing aluminium alloy rings with high performance and low residual stress | |
| KR101237122B1 (en) | Titanium alloy microstructural refinement method and high temperature-high strain superplastic forming of titanium alloys | |
| RU2368695C1 (en) | Method of product's receiving made of high-alloy heat-resistant nickel alloy | |
| CN1009741B (en) | Nickel base superalloy articles and method for making | |
| CN103447433B (en) | A kind of preparation method of large scale magnesium alloy forging cake | |
| WO2012044204A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING DEFORMED ARTICLES FROM PSEUDO-β-TITANIUM ALLOYS | |
| Sizova et al. | Wire-arc additive manufacturing of pre-forms for forging of a Ti–6Al–4V turbine blade | |
| Śliwa et al. | Metal forming of lightweight magnesium alloys for aviation applications | |
| WO2017105290A2 (en) | Method for making blanks from alloys based on titanium intermetallic compound with ortho-phase | |
| RU2301845C1 (en) | Method of production of items from high-temperature wrought nickel alloy | |
| Sizova et al. | Hot workability and microstructure evolution of pre-forms for forgings produced by additive manufacturing | |
| RU2583564C1 (en) | Method of producing forgings from heat-resistant granular alloys | |
| RU2374028C1 (en) | Production method of gas turbine engine disk | |
| US9920403B2 (en) | Magnesium alloy member and production method therefor | |
| RU2702880C2 (en) | Titanium-containing structure and titanium product | |
| Pramono et al. | Aluminum alloys by ECAP consolidation for industrial application | |
| RU2761398C1 (en) | Method for processing rods made of ortho-titanium alloys for producing blades of a gas turbine engine compressor | |
| RU2707006C1 (en) | Method of forging workpieces with ultra-fine-grained structure of two-phase titanium alloys | |
| RU2371512C1 (en) | Method of product receiving from heatproof nickel alloy | |
| EP2540856A1 (en) | Forging of glassy aluminum-based alloys | |
| CN114074167A (en) | Difficult-deformation aluminum alloy plate cake component and composite forming method thereof | |
| RU2354486C1 (en) | Method of intensive plastic straining in round flat work pieces | |
| RU2520924C1 (en) | Production of disc-shape forged pieces from alloy of aluminium with ortho-phase titanium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190821 |