ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
при значительном возрастании давлении не обеспечива ются максимальные прочностные свойства после термо обработки. Процессы горячего гидропрессования указан
ной группы |
сплавов позволяют получать |
прессизделия |
|
с максимальной прочностью после термообработки. |
|||
Основное |
преимущество |
горячего гидростатического |
|
прессования |
термически |
упрочняемых |
алюминиевых |
сплавов по сравнению с обычным горячим прессовани ем •— высокая равномерность механических свойств в продольном и поперечном направлениях прессизделий. Это находится в полном соответствии с плотной и равно мерной структурой, лишенной каких-либо огрублений (крупнокристаллический ободок в термообработанном состоянии). Важным преимуществом процесса гидро прессования является отсутствие анизотропии свойств в продольных и поперечных образцах, а также повышен ные значения ударной вязкости.
Поэтому промышленное внедрение процессов горя чего гпдропрессования термически упрочняемых алюми ниевых сплавов будет рентабельно лишь при производ стве прессизделий, в которых по условиям их эксплуата ции требуется исключительно высокая равномерность распределения механических свойств по длине и сечению, отсутствие анизотропии свойств поперечных н продоль ных образцов и повышенная ударная вязкость при удов летворительном качестве поверхности. Примером может служить производство пруткового полуфабриката для дальнейшей штамповки лопаток компрессора авиадви гателя.
Область рентабельного использования в промышлен ности процессов гпдропрессования титановых сплавов значительно шире, чем алюминиевых. Более того, на осно ве настоящих исследований можно сделать вывод, что целесообразно внедрять в промышленность процессы гидропрессовання при производстве прессизделий из любых титановых сплавов. Иными словами, при производстве прессовых полуфабрикатов титановых сплавов процессы гпдропрессования с нагревом должны вытеснить обычное прессование со смазкой. Это объясняется существенны ми преимуществами процесса гидропрессования титано вых сплавов. Не требуется нагрева заготовки до высоких температур, что снижает окисление металла, насыщение его газами и позволяет исключить ступенчатый нагрев и
мероприятия по безокпслительному нагреву. Для прессо вания можно применять заготовки больших размеров и диаметров. Пресспзделпя имеют высокий комплекс прочностных и пластических свойств при отличном каче стве поверхности прессизделий.
Освоение промышленностью процессов гидростати ческого прессования прутковых полуфабрикатов сплава ЖС6-КП — вопрос исключительной технико-экономичес кой важности. Получить качественный пруток данного сплава обычными методами прессования невозможно. Методом прокатки в настоящий момент получают прутки низкого качества (требуется удаление поверхностного слоя толщиной 5 мм па сторону) с минимальным диа метром 55 мм, хотя промышленность остро нуждается в прутках диаметром 40, 20 п 10 мм.
Технология гидростатического прессования жаропроч ных сплавов имеет следующие основные преимущества: возможность получения прутка любого требуемого диаметра за один проход, минимальная последующая ме ханическая обработка, минимальное количество техноло гических отходов металла (высокий коэффициент исполь зования металла — КИМ), высокая стойкость прессово го инструмента, хорошее сочетание прочностных и пла стических свойств металла в термообработанном состоя нии, увеличение вдвое показателя ударной вязкости— наиболее важной характеристики для металла, из кото рого изготовляют лопатки газовых турбин.
Ниже приведен расчет экономического эффекта внед рения процесса горячего гидропрессования квазижидки ми средами прутковых заготовок сплава ЖС6-КП, полу чаемого только за счет экономии дорогостоящего ме талла.
По существующей технологии заготовку под штампов
ку лопатки диаметром 21 мм и длиною 62 мм |
получают |
||||
токарной обработкой горячекатаного прутка |
|
диаметром |
|||
' 40 мм, который |
поставляют |
на |
завод в |
ободранном |
|
й шлифованном состоянии стоимостью Ц\ за |
|
1 т. |
|||
Суммарный |
коэффициент |
использования |
металла |
||
(без учета потерь поставщика) |
составляет |
0,08. Таким |
|||
образом, стоимость металла, необходимого для изготов ления одной тонны лопаток, составляет
СМі = |
Ul |
кимі |
По новой технологии для получения прутковой заго товки под штамповку лопатки использовали горячеката ный пруток диаметром 60 мм и стоимостью l\i за / г.
Пруток резали на заготовки длиной 60 мм, на абра зивном круге зачищали видимые дефекты и подвергали горячему гидропрессованпю по технологии, описанной в гл. IV (см. стр. 239). После гидропрессования получа ли пруток диаметром 21,6 мм высокого качества. Его подвергали пескоструйной обработке, шлифовке, ультра звуковому контролю и резке на мерные заготовки дли ной 60 мм.
Коэффициент использования металла при изготовле нии лопаток по новой технологии возрастает и при усло вии равенства прочих потерь металла составляет
КИМ., = КИМ,.— = 0,08-3,43 = 0,274.
*21,б 2
Стоимость металла, необходимого для изготовления 1 т изделий, определяется из соотношения
с= ц -
М~- КИМ2'
Экономический эффект составляет около 500 000 руб. на 1 г изделий.
Экономический эффект от внедрения новой техноло гии значительно возрастает при гидропрессовании прут кового полуфабриката конечных размеров из литой за готовки.
Исходя из приведенного ориентировочного экономи ческого анализа и учитывая, что при переходе на новую технологию почти не требуются капитальные затраты, напрашивается вывод о необходимости скорейшего и са мого широкого внедрения в промышленность технологии горячего гидропрессования жаропрочных и труднодеформируемых сплавов квазижидкими средами.
Новая технология позволяет также получать из этих сплавов изделия, которые раньше получали только ме ханической обработкой — сложные профили различного сечения, трубы, периодический профиль, проволоку.
Экономически целесообразно в ряде случаев сочетать гидропрессование с другими прогрессивными видами обработки давлением. Весьма перспективным является, например, способ получения проволоки из тугоплавких
металлов и сплавов (вольфрам, молибден и др.) много кратным волочением гидроэкструдированного прутка.
В настоящее время разрабатывается способ получе ния проволоки из особо труднодеформируемых и хруп ких металлов и сплавов, включающий предварительную горячую гидроэкструзию слитка и последующую прокат ку в многовалковых калибрах до требуемого размера.
Предварительное горячее гидропрессование формиру-
а |
6 |
Рис. 105. Схема гидропрессования газовоіі турбины |
в условиях сверх- |
пластнчностн: |
|
/ — плунжер - полуштамп; 2 — установка гидромеханического прессова
ния; 3 — заготовка; |
4 — рабочая |
жидкость; 5 — о т в е р с т и я |
для |
отвода |
|
жидкости из |
ручья |
матрицы; |
6 — держател ь матрицы; |
7 — к о л ь ц о ; |
|
8 — кольцевая |
матрица; Э — рабочая среда противодавления; |
10— |
каме |
||
ра противодавления; / / — компенсационная полость; 12 — лопатки тур бины; 13 — диск турбины
ет в металле плотную равномерную мелкозернистую структуру, которая значительно увеличивает деформа ционную способность материала. При прокатке в много валковых калибрах также действует благоприятная схе ма напряженно-деформированного состояния, аналогич ная прессованию.
Применение многовалковых калибров позволяет по лучить значительные вытяжки за проход (к = 1,5-т-4,0), повысить качество поверхности, улучшить макро- и мик роструктуру изделий.
Например, литую заготовку сплава ЖС6-КП диа метром 90 мм и длиной 120 мм горячей гидроэкструзией по прямой (бескомпрессориой) схеме деформируют на пруток диаметром 30 мм. Полученный пруток нагревают до температуры горячей деформации 1100—1150° С. За тем ведут непрерывную прокатку в приводных трехвалковых калибрах за три перехода: с диаметра 30 мм на диаметр 15 мм, с диаметра 15 мм на диаметр 8 мм, с диаметра 8 мм па диаметр 4 мм. В результате получают высококачественную проволоку сплава ЖС6-КП диа метром 4 мм.
Дальнейшего совершенствования требует технология обработки давлением гидропрессованных полуфабрика тов в состоянии сверхпластичности. Преимущества этого метода можно достаточно ярко проиллюстрировать иа примере разрабатываемой технологии получения готовой турбины из заготовки за один ход пресса (рис. 105).
Заготовкой служит полуфабрикат жаропрочного сплава, полученный горячим гидропрессованием со сте пенью деформации не менее 50%- Цель такой предвари тельной деформации — сформировать определенное структурное состояние в металле, создающее предпосыл ки для проявления эффекта сверхпластичности при даль нейшей обработке.
Подготовленную таким образом заготовку 3 помеща ют в установку гидромеханического прессования 2 (принцип работы подробно описан в гл. I I , стр. 78) и уплотняют по месту контакта с нижним полуштампомматрицей. Температурио-скоростной режим деформации выбирают таким, чтобы в течение всего цикла прессова ния металл заготовки находился в сверхпластичном со стоянии, при этом рабочая жидкость и установка долж ны обеспечивать изотермические условия прессования.
Весь цикл прессования делится на несколько этапов. На первом этапе происходит гидромеханическое (с тор цовым усилением) выдавливание металла заготовки через отверстие в матрице и формирование вала турби ны (рис. 105, а). Процесс на этом этапе протекает с по стоянным возрастанием противодавления, так как вы давливание происходит в замкнутую полость 10, запол ненную жидкостью.
При определенном давлении жидкости в приемной камере процесс истечения металла прекращается и на-
}8—739
чинается второй этап обработки. За счет изменения со отношения бокового п торцового давления происходит осадка заготовки. Металл заполняет полость верх него и нижнего полуштампов, формируя тело диска тур бины.
На третьем этапе под действием нарастающего тор цового давления начинается процесс бокового истечения металла в кольцевую матрицу 8, собранную из отдель ных элементов и баидажировапную кольцом 7. Этап заканчивается окончательным формированием всех ло паток турбин и калибровкой размеров диска, при этом избыток металла может вытекать через отверстие в при емной камере П.
По окончании процесса полученное изделие извлека ют из установки вместе с матричным узлом и освобож дают от инструмента. В это время устанавливают новый матричный узел и процесс прессования повторяют.
При этом способе становится экономически целесо образным исключительно медленный процесс обработки давлением в состоянии сверхпластичности, так как рез ко снижается общая трудоемкость изготовления узла и сокращается парк требуемого оборудования, коэффи циент использования металла приближается к единице. Кроме того, в изделии формируется структура с непре рывным волокном наиболее благоприятной ориентации (в направлении максимальных рабочих напряжений, действующих в условиях эксплуатации).
С уверенностью можно сказать, что описанная тех нология явится наиболее перспективным направлением развития обработки металлов давлением и получит в не далеком будущем широкое распространение па метал лургических и машиностроительных заводах.
В последнее время в технике все шире применяют новые материалы — гранулированные, порошковые спе ченные, материалы, армированные высокопрочными во локнами, многослойные (биметаллы, триметаллы и пр.).
Новые материалы обладают повышенным комплек сом физических, механических и специальных свойств, поэтому при изготовлении ряда изделий ответственного назначения они успешно конкурируют с обычными ме таллами и сплавами.
Основная операция при получении изделий из новых материалов — обработка давлением. Она вызывает опре-
деленные трудности; технология, |
как правило, |
сложна |
п громоздка, очень низок выход годного. |
|
|
Например, при изготовлении |
прутков из |
гранули |
рованных алюминиевых сплавов гранулы, подготовлен ные соответствующим образом, засыпают в алюминие вый стакан и нагревают до температуры горячего прес сования. Затем производят операцию брикетирования, осаживая пакет в глухом контейнере на гидропрессе. Применение смазки не допускается, так как при наличии ее ухудшится схватывание гранул. Высокий уровень сил контактного трения приводит к формированию брикета с ярко выраженной неравномерностью плотности по се чению. Полученные брикеты подвергают горячему прес сованию [154].
Описанная технология, помимо громоздкости, имеет и другие существенные недостатки, связанные с низким качеством получаемых прессизделий.
Недостатки, свойственные обычному процессу прессо вания (высокий уровень сил контактного трения, нерав номерность распределения деформации и др.), особенно отрицательно сказываются на качестве изделий, получа емых из гранулированных материалов.
Можно ожидать, что применение процессов гидро прессования гранулированных материалов существенно упростит технологию и повысит качество получаемых изделий.
По предлагаемой технологии пакет с гранулами под вергают вакуумированию и герметизации. Затем его на гревают до температуры горячей деформации и поме щают в рабочий контейнер гидропрессовой установки, обеспечивающей прессование с противодавлением. Про цесс брикетирования и выдавливания изделия ведут не прерывно за один ход пресса, для чего вначале одновре менно повышают давление в рабочем контейнере и при емной камере противодавления. При давлении, обеспечивающем качественное схватывание гранул, про изводят выдержку. При этом протекает процесс гидро статического спрессоваиия гранул — брикетирование.
Благодаря действию схемы всестороннего равномер ного сжатия и отсутствию сил контактного трения фор мируется брикет с высоким качеством схватывания гранул и исключительной равномерностью распределе ния плотности по объему. По окончании выдержки по-
