Способ изготовления профилированных кольцевых заготовок с торцевыми буртами

 

Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок. Сущность изобретения: исходные обечайки для отбортовки изготавливают не сварными из листа, а цельнораскатными из биллета, причем раскатку осуществляют в условиях, близких к изотермическим, которые обеспечивают за счет регулирования теплопотерь посредством подбора оптимального сочетания скорости вращения заготовки, температуры и степени ее деформации, а температуру индукционного нагрева под отбортовку принимают адекватной температуре раскатки, т.е. на 40 - 120^oC выше. Данный способ обеспечивает формирование однородной структуры во всех зонах сечений готовой продукции и, как следствие, обеспечение высокого и стабильного уровня механических и эксплуатационных свойств. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок для деталей газотурбинных двигателей, и может найти применение в отраслях машиностроительной промышленности, где изготавливаются кольцеобразные изделия с торцевыми буртами.

Известен способ изготовления профилированных кольцевых заготовок посредством раскатки на кольцепрокатных станах [1] Этот способ позволяет получать заготовки с сечениями большей высоты (в зависимости от технических характеристик станов), с торцовыми буртами, ориентированными внутрь или наружу изделия.

Недостаток этого способа невозможность получения тонкостенных заготовок с торцовыми буртами, имеющими величину выступания (внутрь или наружу) с коэффициентом кратности к толщине сечения более единицы. Другим недостатком этого способа является то, что размер конечного сечения в радиальном направлении (вместе с выступами) всегда меньше толщины сечения исходной заготовки.

Известен способ изготовления профилированных кольцевых заготовок методом отбортовки в горячем состоянии обечаек из листа посредством формообразования торцовых буртов изнутри и/или снаружи при локальном нагреве деформируемой зоны [2] прототип.

Этот способ позволяет преодолеть недостатки предыдущего способа и дает широкие возможности варьирования размеров сечений кольцевых заготовок, в частности, торцовых буртов.

Недостатком этого способа является то, что в сечениях готовых изделий формируется структура, существенно отличающаяся по зонам, например, структура в буртах резко отличается от структуры в исходной части сечения, т.к. сварные обечайки очень склонны к образованию разнозернистых структур. Это обусловливает большой разброс механических свойств в указанных зонах и может быть причиной забракования продукции или понижения ее надежности в работе (общеизвестно, что один и тот же материал с грубой структурой имеет более низкие механические свойства, чем со структурой оптимальной).

Техническим результатом изобретения является формирование однородной структуры во всех зонах сечений готовой продукции и как следствие, обеспечение высокого и стабильного уровня механических и эксплуатационных свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что: исходные заготовки-обечайки для отбортовки изготавливают не из листа путем гибки и сварки, а в цельнораскатном варианте, путем осадки, прошивки, разгонки и раскатки заготовок из биллетов, что позволяет исключить сварной шов, явновыраженную зону слабины в контуре обечайки, характеризующейся разнозернистой структурой имеющей по сравнению с основным металлом существенно пониженный уровень механических свойств; раскатку обечаек на кольцепрокатном стане осуществляют в условиях, близких к изотермическим; условия близкие к изотермическим создают за счет управляемой компенсации теплопотерь посредством регулирования величины теплового эффекта теплой деформации подбором степени, скорости и температуры деформации в интервале 850-1000^oC (чем ниже температура, выше степень и скорость деформации, тем больше тепловой эффект); необходимый тепловой эффект получают посредством подбора скорости вращения при заданной степени и температуре деформации; температуру индукционного нагрева при отбортовке торцовых буртов принимают адекватной температуре раскатки, обеспечиваемой посредством печного нагрева (чем более легирован сплав, тем больше величина приращения температуры в заданном интервале), где t^lta&_инд. температура индукционного нагрева при отбортовке, ^oC;
t^lta&_печн. температура печного нагрева при раскатке, ^oC.

Данный способ опробован при изготовлении профилированных заготовок с одним торцовым буртом из титанового сплава ВТ20. Из заготовок, вырезанных из биллетов и прошедших осадку, прошивку и разгонку, на кольцепрокатном стане КПС-1000М были раскатаны обечайки диаметром 715 мм с толщиной сечения 12 мм и высотой сечения 86 мм. Температурный интервал раскатки 870-910 ^oC, скорость раскатки 1,5-2,0 м/сек. Потом была проведена отбортовка одного торцового бурта наружу толщиной 10 мм и высотой 23 мм при температуре в зоне деформирующих роликов 920-980^oC.

После отбортовки заготовки подвергались стандартному отжигу на продукцию из сплава ВТ20 (850^oC, ч). Затем из одной готовой заготовки вырезали темплеты для исследования микроструктуры и образцы для механических испытаний. Для сравнения отбортовка была произведена и на обечайке, изготовленной по способу-прототипу.

Аналогичный эксперимент был проведен на заготовках из никелевых сплавов ЭИ437БУВД. При этом использовались обечайки диаметром 821 мм с толщиной сечения 13 мм. Размеры бурта 14х30 мм. Температура раскатки 870-910^oC, скорость раскатки 1,5-2,0 м/сек, температура отбортовки 950-1000^oC. Одно готовое изделие изрезано на образцы и темплеты. Термообработка: закалка на воздухе с 1080^oC (1 ч) старение при 750^oC, 16 ч.

Механические свойства кольцевых заготовок из сплавов ВТ20 и ЭИ4377БУВД приведены в табл.1 и 2. Полученные результаты подтверждают технический результат изобретения.

Использование данного способа изготовления кольцевых заготовок с торцовыми буртами позволит существенно повысить качество и надежность работы в ГТД деталей, выточенных из них, по сравнению с деталями, выточенными из кольцевых заготовок, изготовленных по способу-прототипу.

Кроме того, кольцевые заготовки, изготовленные по данному способу, имеют полную себестоимость на 10 30% более низкую, чем заготовки, изготовленные по способу-прототипу.

Формула изобретения

1. Способ изготовления профилированных кольцевых заготовок с торцевыми буртами, включающий изготовление тонкостенных обечаек, профилирование торцевых буртов путем отбортовки при локальном индукционном нагреве деформируемой зоны и окончательную термообработку, отличающийся тем, что тонкостенные обечайки изготавливают путем раскатки на кольцепрокатном стане заготовок из биллета, предварительно осуществив их осадку, прошивку и разгонку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раскатку обечаек на кольцепрокатном стане осуществляют в условиях, близких к изотермическим.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что изотермические условия раскатки обеспечивают путем использования теплой деформации при температурах 850 1000^oС с регулированием теплопотерь.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что регулирование теплопотерь осуществляют путем регулирования скорости вращения изделий в валках и степени их разового обжатия.

5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что температуру индукционного нагрева при отбортовке торцевых буртов принимают адекватной температуре раскатки, обеспеченной путем печного нагрева, согласно соотношению
t^деф_инд ≈ t^деф_печ + (40-120)°C,
где t^lta_инд - температура индукционного нагрева при отбортовке, ^oС;
t^lta_печ - температура печного нагрева при раскатке, ^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2