RU96112649A - Способ изготовления осесимметричных деталей и способы изготовления заготовок из многофазных сплавов для его осуществления - Google Patents

Claims (31)

1. Способ изготовления осесимметричных деталей, например дисков, включающий локальное формообразование прокаткой заготовки с центральной и периферийными частями, а также термообработку, отличающийся тем, что используют исходную заготовку из многофазных сплавов с подготовленной структурой, ее локальное формообразование осуществляют в регулируемых термомеханических условиях в интервале температур выше 0,4 Т_пл, но ниже температуры собирательной рекристаллизации материала заготовки, и скоростей локальной деформации 10² - 10^-3 с^-1, причем центральную часть заготовки деформируют сжатием или сжатием с кручением посредством пинолей, а периферийные части прокатывают роликами, имеющими по меньшей мере три независимых степени свободы перемещений, с нагрузкой q, удовлетворяющей условиям:
σ_sн>q≥σ_sд,
K•σ_sи>q,
где σ_sд - напряжение течения материала заготовки в деформируемых, центральной до начала прокатки, и прокатываемых периферийных, частях;
σ_sн - сопротивление деформации материала заготовки в продеформированных, центральной перед прокаткой, и уже прокатанных периферийных, частях;
σ_sи - сопротивление деформации материала инструмента при температуре деформации заготовки;
К - эмпирический коэффициент, К≤2,
кроме того, окончательную термообработку деталей проводят с нагревом выше или ниже температуры растворения второй фазы или аллотропической модификации матрицы в зависимости от сформированной в результате раскатки микроструктуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю скорость локальной деформации выбирают равной 10² - 10^-2 с^-1 или 10^-2 - 10^-3 с^-1 соответственно при наличии мелкозернистой, менее 10 мкм, или крупнозернистой структуры в раскатываемой части.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формообразование заготовки ведут по заданной программе, управляя течением металла при формоизменении посредством контроля и сравнения заданных и действительных параметров процесса, например, усилий, моментов, приложенных к инструменту и заготовке, положения, скорости, величины и направления перемещения инструмента и действительных размеров заготовки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку с одновременным принудительным вращением заготовки и роликов производят с согласованием их угловых скоростей до значений, соответствующих минимальному проскальзыванию между ними.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что моменты от нагрузки для каждой пары наклонных роликов, взаимно уравновешивают в соответствии с соотношением
q_i • S_i • L_i = q_i+1 • S_i+1 • L_i+1,
где q_i, q_i+1 - удельные усилия роликов;
S_i, S_i+1 - площади контакта роликов с заготовкой;
L_i, L_i+1 - расстояния от центра тяжести площади контакта до оси вращения заготовки;
i - 1, 2, 3, 4 ... количество роликов.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при прокатке снижают температуру в прокатанной части посредством охлаждения центральной части.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку производят по крайней мере двумя парами роликов, при этом усилия деформирования для каждого ролика задают в каждый момент времени одинаковые.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формообразование деталей типа дисков производят попеременным смещением при прокатке в радиальном направлении роликов, формирующих внутреннюю поверхность обода диска, друг относительно друга на величину, не превышающую длину образующей их начального конуса.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формообразование деталей типа дисков производят одновременно по меньшей мере тремя роликами, образующими вместе калибр, один из которых формирует внешнюю поверхность обода диска с усилием не большим, чем усилия от двух других роликов, формирующих внутреннюю поверхность обода.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формообразование деталей типа оболочек производят с периодическим или непрерывным смещением пинолей относительно исходной плоскости прокатки на суммарную величину, равную заданной стреле прогиба детали.

11. Способ по пп. 1 и 10, отличающийся тем, что формообразование деталей типа оболочек производят роликами, расположенными на разных расстояниях от центра вращения заготовки, не превышающих длину начального конуса роликов.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку ведут с увеличением скорости перемещения роликов в радиальном направлении от оси диска.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку сложнопрофильных, например, комбинированных деталей типа диска с валом, ведут по меньшей мере тремя роликами, собственные оси которых могут поворачиваться в пределах от 0 до 1 радиана по отношению к оси вращения заготовки и составлять с другими роликами угол в пределах от 0 до 2π радиан.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заготовку прокатывают роликами, смещенными относительно плоскости, проходящей через ось заготовки на величину, не превышающую средний радиус рабочей части инструмента.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщину прокатываемой заготовки уменьшают с увеличением ее диаметра.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку ведут изменяя направление вращения заготовки и роликов.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прокатку ведут, изменяя радиальное направление перемещения роликов на противоположное.

18. Способ по пп. 1-17, отличающийся тем, что прокатку производят в безокислительной среде.

19. Способ изготовления заготовок для осуществления способа по п. 1 с подготовленной структурой из многофазных сплавов, заключающийся в деформационно-термической обработке, отличающийся тем, что последнюю осуществляют начиная с температуры, при которой суммарное содержание выделенных фаз или аллотропической модификации матрицы составляет более 7%, и последующим постадийным снижением температуры обработки до температуры получения стабильной мелкозернистой структуры с соотношением размеров зерен разных фаз, различающихся не более чем в 10 раз, при этом деформацию на первой и каждой последующей стадии проводят со степенями, эквивалентными степени деформации при осадке или протяжке, и составляющими 1,2-3,9 кратное изменение площади поперечного сечения заготовок соответственно исходной и на предыдущей стадии, деформационно-термическую обработку совмещают с предварительным формообразованием заготовки под прокатку.

20. Способ изготовления заготовок для осуществления способа по п. 1 с подготовленной структурой из никелевых сплавов, заключающийся в деформационно-термической обработке (ДТО), отличающийся тем, что ДТО осуществляют в интервале температур, начиная с температуры, при которой суммарное содержание γ′-фазы составляет более 7%, до температуры старения, причем в указанном интервале осуществляют постадийное снижение температуры обработки, обеспечивая прирост количества γ′-фазы на каждой стадии не более, чем на 14%, деформацию на первой и каждой последующей стадии проводят со степенями, эквивалентными степени деформации при осадке или протяжке, и составляющими 1,2-3,9 кратное изменение площади поперечного сечения заготовок соответственно исходной и на предыдущей стадии, а в конце каждой стадии проводят последеформационный отжиг, при этом деформационно-термическую обработку совмещают с предварительным формообразованием заготовки под прокатку.

21. Способ по пп.19 и 20, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят последеформационный отжиг без приложения нагрузки при температуре не выше температуры начала деформации, в течение времени τ
τ = K_т•f_ф/f_м,
где K_т - эмпирический коэффициент, зависящий от химического и фазового состава и температурных условий обработки (K_т = 12-48);
f_м, f_ф - объемная доля матрицы и второй фазы.

22. Способ по пп.19 и 20, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят последеформационный отжиг с приложением нагрузки посредством изменения скорости деформации в соответствии с зависимостью

где

скорость деформации в конце стадии;

скорость деформации в начале стадии;
K_д - эмпирический коэффициент, зависящий от химического состава сплава и температурно-скоростных режимов деформации (K_д = 0,1 - 0,9);
f_ф ≥ 0,07.

23. Способ по пп. 19 и 20, отличающийся тем, что деформацию на первой стадии осуществляют со скоростью 10^-2 - 10^-3 с^-1, а скорость деформации на последующих стадиях выбирают в соответствии с зависимостью

где

скорость деформации на последующей стадии;

скорость деформации на предыдущей стадии;
Т_д - температура деформации;
Т_п.р.ф - температура полного растворения второй фазы;
К_ф - эмпирический коэффициент, зависящий от химического и фазового состава сплава (K_ф = 0,5 - 2).

24. Способ по пп. 19 и 20, отличающийся тем, что для высоколегированных сплавов преимущественно с литой структурой, а также малолегированных сплавов осуществляют предварительную ДТО в интервале температур от 0,95 Тпл до температуры, при которой содержание второй фазы составляет не более 7%, при этом обработку ведут с постадийным снижением температуры, причем на каждой стадии температуру и скорость деформации регламентируют согласно соотношению

где

- скорость деформации в конце стадии;

- скорость деформации в начале стадии;
Т_к - температура деформации в конце стадии;
Т_н - температура деформации в начале стадии;
К_ф - эмпирический коэффициент, зависящий от химического и фазового состава сплава (K_ф = 0,5 - 2).

25. Способ по пп.19 и 20, отличающийся тем, что перед деформацией заготовки помещают в теплоизолирующий контейнер, толщина стенки которого выбирается из соотношения:
Δ = K_м•σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{з}}{\text{s}}$ /σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{к}}{\text{s}}$ ,
где Δ - толщина стенки контейнера;
σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{з}}{\text{s}}$ - напряжение течения материала заготовки при температуре деформации;
σ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{к}}{\text{s}}$ - напряжение течения материала контейнера при температуре деформации;
K_м - эмпирический коэффициент, зависящий от конструкции контейнера, характеристик промежуточного между заготовкой и стенками контейнера теплоизоляционного материала (K_м = 4 - 8).

26. Способ по п. 1 или 1 и 20, отличающийся тем, что перед прокаткой заготовок из дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов проводят дополнительный отжиг в однофазной области, но не выше 1,07 Т п.р.γ′ (температуры полного растворения γ′-фазы) с последующим охлаждением с температуры отжига до температуры не выше температуры деформации, с постоянной или переменной скоростью, обеспечивающей прирост количества γ′-фазы в интервале 5 - 50%/ч, а окончательную термообработку проводят при температуре ниже Тп.р. γ′-фазы.

27. Способ по пп.1 и 20, отличающийся тем, что перед прокаткой по крайней мере в двух соседних частях заготовки проводят отжиг с созданием градиента температур, причем температуру изменяют в интервале от температуры, равной 0,8 Т п.р. γ′ в одной части заготовки до температуры, составляющей не более 1,07 Тп. р. γ′- в другой части, причем последующее охлаждение с температуры отжига до температуры не выше температуры деформации осуществляют с постоянной или переменной скоростью, обеспечивающей прирост количества γ′-фазы в интервале 5 - 50%/ч, а окончательную термообработку проводят при температуре ниже Тп.р. γ′-фазы.

28. Способ по пп.1 и 20, отличающийся тем, что прокатку деталей проводят в два этапа: на первом в пределах температурного интервала сверхпластичности заготовку деформируют до размеров, составляющих 0,6 - 0,9 от конечных размеров детали, а на втором этапе проводят отжиг в однофазной области и охлаждение с температуры отжига до температуры не выше температуры деформации, с постоянной или переменной скоростью, обеспечивающей прирост количества γ′-фазы в интервале 5 - 50%/ч, затем производят последующую деформацию до конечных размеров и окончательную термообработку при температуре ниже Тп.р. γ′-фазы.

29. Способ по пп. 1 и 26 или 1 и 27, отличающийся тем, что операцию локального формообразования по крайней мере в двух соседних частях заготовки проводят с разными степенями, изменяющимися монотонно от одной части заготовки к другой на 0,25 - 0,75 от степени деформации соседней части.

30. Способ по пп. 1 и 26 или 1 и 27, отличающийся тем, что операции локального формообразования совмещают с охлаждением после отжига заготовки до температуры деформации, при этом в начальный момент времени совмещения скорость деформации снижают в 10 - 100 раз, и далее к концу охлаждения скорость деформации увеличивают до заданной.

31. Способ по пп.1, 19 и 20, отличающийся тем, что окончательную термообработку деталей с мелкозернистой структурой, преимущественно, предназначенных для эксплуатации при температурах, близких к температуре старения сплавов, проводят с нагревом выше температуры растворения второй фазы или низкотемпературной аллотропической модификации матрицы в течение времени, достаточного для укрупнения зерен до 2 - 10-кратного размера.