Изотермические условия сверхпластической деформации

[15,16]

Традиционные методы штамповки делают невозможным обеспечение процесса оптимальными температурно-скоростными режимами деформирования, в частности использование явления СПД. Исследования и практическое осуществление СПД возможны только в узком температурном интервале при изотермических условиях.

Идея изотермической штамповки и ее практической реализации возникла во второй половине XX века для удовлетворения потребностей, прежде всего авиационной промышленности, в поковках с развитой поверхностью, тонкими полотнами и узкими ребрами и замкнутой волокнистой структурой, для изготовления деталей из высокопрочных сплавов (панелей, корпусов, фитингов, лопаток и дисков ГТД и др.). Получать такие поковки высокого качества традиционными методами штамповки оказалось затруднительным или невозможным.

Изотермическая штамповка представляет собой процесс горячего деформирования заготовок в штамповом инструменте, при котором заготовка и инструмент нагреты до температуры горячей штамповки сплава. При этом термин «изотермическая штамповка» относится только к условиям выполнения технологической операции пластического деформирования, а не к температуре штампуемого металла, которая может повышаться из-за деформационного разогрева.

В зависимости от состава обрабатываемого сплава и температуры его штамповки различают низкотемпературную (температура штамповки не более 550°С) и высокотемпературную (температура штамповки от 550°С до Ю00...1100°С) изотермическую штамповку. Низкотемпературная изотермическая штамповка применяется для получения поковок из алюминиевых и магниевых сплавов, а высокотемпературная - для поковок из инструментальных быстрорежущих сталей, титановых и никелевых сплавов.

Изотермическую штамповку выполняют в специальных изотермических блоках, в конструкции которых предусмотрены нагрев и теплоизоляция штампов и штампового пространства. Для нагрева штампов используются: индукционный (блоки УИДИН)- (рис.9), элементами сопротивления (блоки УИС) и газовый (блоки УИГН).

Принципы расчета и конструирования инструмента для изотермического деформирования подробно описаны в специальной литературе.

Для выбора материалов штампа для точной изотермической штамповки поковок сложной формы рекомендуется пользоваться следующим правилом: напряжение течения обрабатываемого материала должно быть приблизительно равно одной трети предела текучести штампового материала при этой же температуре.

В отечественной промышленности для штампов при низкотемпературной изотермической деформации чаще всего применяются теплостойкие стали марок 5ХНВ (5ХНМ), 4Х5В2ФС и др., а при высокотемпературной - жаропрочные стали на никелевой основе типа ЖС 6.

Принципиальная схема штампового блока для изотермической штамповки с индукционным нагревом

Рис.9. Принципиальная схема штампового блока для изотермической штамповки с индукционным нагревом: 1- нижняя опорная плита; 2- кожух; 3-теплоизолирущая прокладка; 4- индуктор; 5- штамподержатель; б- нижний штамп; 7- заготовка; 8- верхний штамп;

9- штамподержатель;10-прокладка; 11- опорная плита; 12- подвижный кожух; 13- рабочее окно

зз

Реально изотермические блоки представляют достаточно сложную конструкцию (рис.10).

Внешний вид блока УИДИН 500 (теплоизоляционный кожух снят) для изотермической штамповки, установленного на вертикальном гидропрессе усилием 16 МН

Рис.10. Внешний вид блока УИДИН 500 (теплоизоляционный кожух снят) для изотермической штамповки, установленного на вертикальном гидропрессе усилием 16 МН

(1600 тс)

В качестве деформирующего оборудования для изотермической штамповки в условиях СПД используют, как правило, специализированные гидропрессы со скоростью рабочего хода до 10 мм/с (рис. 11).

Желательно, чтобы в устройстве пресса предусматривалась возможность регулирования скорости рабочего хода ползуна в широких пределах, а также выдержка ползуна под давлением, что необходимо для установления оптимального режима деформации.

Гидропресс усилием 2,5 МН для изотермической штамповки

Рис. 11. Гидропресс усилием 2,5 МН для изотермической штамповки

При расчете параметров технологического процесса объемной изотермической штамповки в условиях СПД необходимо учитывать следующие особенности изотермического деформирования:

1. Равномерная по объему заготовки температура штампуемого металла. В начальный момент деформирования температура заготовки и инструмента и изменяется только за счет действия теплового эффекта деформации. При небольших скоростях деформирования, свойственных

СПД, выделяющаяся теплота рассеивается, и процесс можно считать изотермическим.

2. Низкий коэффициент контактного трения, что обусловлено, во- первых, более низкими, по сравнению с обычной штамповкой, контактными напряжениями, а во-вторых, благоприятными условиями работы смазок и покрытий.

Возможность деформирования при любых, даже очень малых скоростях, хотя при этом снижается производительность процесса.

Высокая равномерность распределения температуры и малый коэффициент контактного трения позволяют аналитически рассчитать поле скоростей деформации в заготовке и учесть соответствующие изменения сопротивления деформированию.

Преимущества использования эффекта сверхпластичности при объемном формоизменении включают практически все преимущества изотермического деформирования с той лишь разницей, что еще больший запас пластичности и еще меньшее сопротивление деформации предоставляют возможность получать на менее мощном оборудовании более точные и сложные поковки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >