Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШТАМПОВКА ТОЧНЫХ ПОКОВОК В УСЛОВИЯХ ДИНАМИЧЕСКОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ

Читайте также:
  1. D) Отечественная культура в условиях тоталитарного общества.
  2. E. закономерности психического развития, протекающего в неблагоприятных условиях, патогенная сила которых превышает компенсаторные возможности индивида
  3. I. Исследование клеточных факторов неспецифической резистентности.
  4. Iii) При морской перевозке на коммерческих условиях фоб или
  5. III. Совершенствование систем водоотведения и очистки сточных вод
  6. XXII. Перевозка багажа и грузобагажа на особых условиях
  7. Анализ влияния менталитета на предпочтения потребителей восточных и западных стран
  8. Анализ инвестиционных проектов в условиях риска и неопределенности
  9. Анализ опыта работы по профориентации в условиях общеобразовательного учреждения
  10. Анализ структуры и содержания деятельности РДК в современных условиях

Глава 2

Термин "изотермическое деформирование", получивший распространение у нас в стране и за рубежом, отражает условия процесса, а не температуру металла, которая в процессе деформирования будет повышаться вследствие теплового эффекта деформации [89]. Кроме того, в некоторых случаях целесообразно (как будет показано далее) изначально задавать неодинаковые температуры нагрева заготовки и штампа.

Ниже приведены результаты исследований, освоения и внедрения технологичес­ких процессов с использованием изотермического деформирования. Большинство работ выполнены при участии С.З. Фиглина и В.В. Бойцова.

В настоящее время не существует единой классификации процессов обработки металлов давлением, объединенных общим признаком - деформацией в изотермичес­ких условиях, что вносит путаницу в терминологию и определения описываемых процессов.

Классификация, предложенная Д.И. Браславским, относит все процессы высокотемпературного деформирования металла Л > 0,5 Тп) с применением инструмента, нагретого до температуры деформации (или близкой к ней), к изотермическому деформированию. В основе классификации лежат механизмы пластической деформации. Условия их проявления при температурах выше 0,5 Тп определяются скоростью деформации и структурным состоянием металла (размером зерна в сплавах с матричной структурой или размерами частиц фаз в сплавах с дуплексной структурой). Предложенная


дуплексной структурой). Предложенная классификация иллюстрируется схе­мой, которая носит условный характер, так как граница скоростных интерва­лов строго определена быть не может (рис. 2.1). Кроме того, температурные интервалы проявления различных механизмов пластической деформации

 

 

могут существенно различаться. И все же, несмотря на указанные условности, схема (см. рис. 2.1) дает достаточно полное представление о классификации процессов изотермического деформирования.

Деформирование металла в условиях динамического разупрочнения осуществля­ется в весьма широком диапазоне скоростей деформации и не ограничено размерами зерна деформируемого металла. Чем меньше скорость деформации металла, тем интенсивнее проявляется динамическое разупрочнение. При высоких скоростях деформации динамическое разупрочнение несущественно, так как не успевают в полной мере осуществляться термически активируемые процессы восстановления структуры. Однако не существует строго определенных скоростей деформации, присущих областям несущественного и глубокого разупрочнений, поэтому на схеме (см. рис. 2.1) эти области условно разделены пунктирной линией.

Деформирование в условиях сверхпластичности металла осуществляется в диапазоне малых скоростей деформации (10-5...10-2 с-1). Сверхпластическая деформация характерна для сплавов с ультрамелким зерном (до 10 мкм). С уменьшением размера зерна скорость сверхпластической деформации может быть увеличена.

Деформирование в условиях диффузионной ползучести сплава осуществляется при постоянном усилии и при температуре, близкой к температуре плавления. Скорость деформации при этом самоустанавливается и при заданной температуре зависит от напряжения течения металла. Обычно скорость деформации весьма мала (менее 10-4 с-1). Диффузионная ползучесть проявляется у сплавов с размером зерна до 100 мкм.

Следует отметить, что сверхпластическая деформация, которая обычно ха­рактеризуется более высокими значениями коэффициента скоростного упрочнения п, может быть осуществлена в чистом виде в редких случаях:

у многих сплавов во время сверхпластической деформации наблюдается рост зерна, вследствие чего механизм межзеренного скольжения, ответственный за сверхпластическую деформацию, перестает быть преобладающим;

при объемной изотермической штамповке (в отличие от листовой) имеет место существенная неравномерность скоростей деформации по объему очага деформации, и чтобы не выйти за пределы скоростного интервала сверхпластичности, необходимо существенно снижать общую скорость деформирования (скорость движения инструмента), что далеко не всегда оправдано, так как снижает производительность процесса.

Большинство реальных процессов изотермической штамповки осуществляется в условиях динамического разупрочнения. Ответственными за разупрочнение могут быть динамический возврат, полигонизация и динамическая рекристаллизация (в зависимости от термомеханических условий деформации - температуры, степени и скорости деформации, а также от свойств самого деформируемого материала).

Возможности изотермической штамповки ограничиваются допускаемыми нагрузками на штамп. Наиболее распространенный штамповый материал для изотермического деформирования - литейный жаропрочный сплав на никелевой основе ЖС6К. В работе [89] несущую способность штампа оценивают пределом пропорциональности материала, из которого изготовлен штамп.

При этом считают, что несущая способность штампа не будет превышена, если средние удельные усилия деформиро­вания в 1,5 раза меньше предела пропорциональности материала штампа, это в какой-то степени учитывает неравномерность распределения нагрузки на штампе. Сопоставляя апи для сплава ЖС6К [см. (2.2)] для температур от 800 до 1000 °С и а, для деформируемых сплавов (см. табл. 2.1 и 2.2) для тех же температур при скоростях деформации от 10~3 до 10"' с"', нетрудно видеть, что изотермическое деформирование титановых сплавов можно достаточно уверенно осуществлять на штампах из сплава ЖС6К. Однако для изотермической штамповки жаропрочных никелевых сплавов и большинства легированных сталей несущая способность штампов, изготовленных из сплава ЖС6К, находится явно на пределе. Поэтому штамповка таких материалов возможна далеко не во всех случаях и требует применения специальных технологических процессов получения штампов, способных снизить максимальные удельные усилия на штампе за счет снижения общего усилия штамповки и более равномерного распределения этого усилия по площади рабочей поверхности штампа. Это можно достигнуть благодаря оптимизации воздействия технологических смазок за счет подбора наиболее благоприятных температурных условий их применения, а также поддерживанием температуры штампов на уровне 50...200 "С ниже температуры заготовок. При этом необходимо учитывать разогрев поверхности штампа за счет теплообмена с заготовкой и охлаждение самой заготовки, и что скорость деформации влияет на работоспособность штампа весьма неоднозначно. Такой процесс обычно называют "штамповкой в горячих штампах".

Установки для изотермического деформирования нагревают штамп и поддерживают его температуру на заданном уровне. Нагрев штампа может осуществляться индукционным способом, элементами сопротивления или газовыми горелками. В отечественном производстве используются индукционные установки промышленной частоты и установки с нагревом элементами сопротивления. Установки для изотермической штамповки можно подразделить по назначению:

для плоскостной (большей частью открытой) штамповки;

для изотермического выдавливания.

Технологические процессы выдавливания предъявляют ряд дополнительных требований к конструкциям штампов и установок по сравнению с установками для плоскостной штамповки, основные из них следующие:

увеличенная высота штампов;

увеличенное по высоте рабочее пространство, защищенное теплоизоляцией;

жесткое закрепление сменных частей штампа (пуансона и матрицы) в сочетании с возможностью их быстрой замены в нагретом состоянии.

С учетом этих требований была разработана индукционная установка (А.с. 727304), которая в процессе эксплуатации модернизировалась (А.с. 1011313,1117113) с целью выравнивания температурного поля по высоте рабочего пространства; кроме того, жесткое закрепление матрицы с помощью прижимов и болтов было заменено гидравлическим прижимом, запитанным от системы гидроуправления пресса,

Как индукционные установки, так и установки с нагревом элементами сопротивления имеют преимущества и недостатки.

Преимуществом индукционных установок (по сравнению с элементами сопротивления) является долговечность нагревателя (индуктора), который не имеет естественного износа и может быть выведен из строя только в результате аварийной ситуации (нарушение в работе системы охлаждения в сочетании с отказом блокировки, механические повреждения самого индуктора или его электроизоляции и т.п.).

К недостаткам индукционных установок можно отнести громоздкость системы электропитания, требующей значительных площадей для ее размещения. Система питания установок промышленной частоты содержит понижающие трансформаторы завышенной мощности (по сравнению с активной мощностью, потребляемой установкой) и конденсаторную батарею для компенсации реактивного тока (для разгрузки подводящего кабеля). Недостатком является также сложность смены штампов: для извлечения штампа из установки его необходимо сначала переместить по вертикали, вдоль оси индуктора. Для осуществления такой процедуры открытая высота и ход пресса должны быть достаточно большими. Кроме того, индукционный нагрев некруглых в плане штампов, особенно токами промышленной частоты (в связи с большой глубиной проникновения индукционного тока), связан с неравномерностью нагрева штамподержателя и с возможностью его коробления и разрушения.

Установки с нагревом элементами сопротивления лишены перечисленных недостатков, но имеют свои. Главный из них—маленький срок службы нагревателей, зависящий от условий окисления их поверхности, определяется удельной поверхностной мощностью - мощностью, выделяющейся (излучаемой) с единицы площади поверхности нагревателя. Обычно в установках для изотермического деформирования применяют стержневые силитовые или металлические проволочные нагреватели [89]. И в том и в другом случае сечение нагревателя - круглое, что обусловливает большое значение отношения площади сечения к его периметру, а следовательно, высокие значения удельной поверхностной мощности. Общая мощность, излучаемая нагревателями, увеличивается с повышением их температуры и с увеличением излучающей площади. Силитовые нагреватели по сравнению с металлическими допускают большую температуру, но в связи с высоким электросоп­ротивлением требуют относительно высокого напряжения (выше безопасного уровня). Кроме того, значительное превышение температуры нагревателей над заданной температурой нагреваемого объекта ведет к неравномерному нагреву последнего. Для обеспечения работоспособности металлических проволочных нагревателей, допускающих меньшую температуру, приходится увеличивать площадь их излучающей поверхности, что обусловливает относительно большую длину нагревателей. В этом случае на нагревателе возможно возникновение участков, которые по тем или иным причинам имеют сопротивление, большее, чем соседние. Такими участками с увеличенным сопротивлением могут быть местные утонения проволоки (например, в местах изгиба), места дефектов, а также участки, от которых затруднена теплоотдача (например, участки, на которых проволока поддерживается керамическими гребенками). Участки, имеющие большее электросопротивление, перегреваются и являются местами, где происходит перегорание нагревателя. Опыт эксплуатации установки с проволочными нагревателями показал, что при ежедневной работе срок службы нагревателей не превышает двух месяцев. Была разработана установка (А.с. 1496892, 1748909) с металлическими листовыми нагревателями, лишенная недостатков, присущих установкам со стержневыми силитовыми и металлическими проволочными нагревателями. При ежедневной работе металлические листовые нагреватели прослужили более года.

Специфика изотермического деформирования накладывает отпечаток на конструкции штампов. Нагрев штамповых вставок и примыкающих к ним деталей до высокой температуры затрудняет жесткое закрепление вставок. Поэтому направляющие элементы (например, колонки) находятся непосредственно в штамповых вставках [89]. Это существенно увеличивает габариты вставок, что отрицательно сказывается на их работоспособности, которая снижается по мере увеличения массы отливаемых заготовок, и на качестве и свойствах литого жаропрочного сплава вследствие увеличения в нем числа раковин, пор и инородных включений. Влияние размеров вставок на свойства литого материала подтверждено исследованием образцов сплава ЖС6К [81]. В связи с этим была предложена и испытана с положительным результатом оригинальная конструкция штампа с вставками без колонок (А.с. 1003984), позволившая существенно уменьшить габариты и массу вставок.

Процессы изотермического деформирования позволяют получать точные поковки без припусков на механическую обработку или с небольшими припусками, что обусловливает высокие требования к качеству поверхностного слоя поковок. В результате химического взаимодействия металла заготовки с окружающей средой при нагреве под деформацию происходит изменение химического состава поверхностного слоя и, в частности, окисление с образованием окалины. Стеклосмазки, применяемые при изотермическом деформировании, действуют и как защитные покрытия, предохраняя заготовки от взаимодействия с окружающей средой при нагреве, защищая их в большей или меньшей степени от окисления, газонасыщения и обеднения поверхностного слоя легирующими элементами. Защитные свойства стеклопокрытий зависят от их химического состава, вязкости и смачивающей способности, т.е. от способности образовывать на поверхности металла непрерывную пленку. С повышением вязкости стекла степень защиты стеклопокрытий повышается и может достигать 95 % (по данным Ю.В. Манегина и И.В. Анисимовой). Однако вязкость стеклянных защитно-смазочных покрытий, обеспечивающих максимальную степень защиты, значительно превышает уровень вязкости, необходимый для обеспечения режима оптимального гидродинамического трения, что ограничивает выбор стеклосмазки, сочетающей высокую степень защиты с возможностью проводить процесс изотермического деформирования в условиях оптимального или несколько нагруженного гидродинамического трения. Это особенно важно для изотермической штамповки сталей, так как заготовки нагревают до температур, больших, чем температура деформации. В связи с этим была предложена дополнительная защита с помощью подслоя, наносимого на заготовки до нанесения стеклосмазки (А,с. 912380). Такая защита успешно применялась при штамповке лопаток из стали 15Х12Н2ВМФАБ-Ш.

Основными параметрами, характеризующими термомеханический режим изотермического деформирования, являются величина деформации за одну операцию, скорость деформирования, температура и усилие. Он должен обеспечить высокую производительность, удовлетворительную стойкость штампа и сохранение температуры заготовки в заданном диапазоне. Для повышения производительности необходимо увеличить скорость деформирования и величину деформации за одну операцию. Величина деформации определяется принятой в каждом конкретном технологическом процессе схемой деформации (например, при выдавливании), а в некоторых случаях она ограничивается условиями работы технической смазки или иными причинами. С увеличением скорости деформирования при прочих равных условиях менее полно протекают процессы динамического разупрочнения в материале заготовки, в связи с чем возрастает сопротивление деформированию, а следовательно, растут нагрузки на штамп и величина теплового эффекта деформа­ции, повышающего температуру заготовки и рабочей поверхности штампа.

Как уже было сказано выше, при изотермической штамповке поковок из титановых сплавов проблем, связанных со стойкостью штампов, значительно меньше. С применением изотермической штамповки получены поковки лопаток из сплава ВТЗ-1 с припуском по перу 0,3...0,7 мм на сторону. Обжатие пера на изотермической штамповке составляло ~1 мм; предварительную штамповку выполняли на винтовом прессе. Следует отметить, что при большой закрутке пера лопатки при изотермической штамповке возникает сдвигающее усилие, которое воспринимается направляющими колонками штампа. Поэтому сечение колонок и расстояние между их осями должны быть достаточно большими. Расход металла при изготовлении лопаток с применением изотермической штамповки на 30...40 % меньше, чем по традиционной технологии.


 




Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 64 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Глава 2| Нормативно-правовая база налоговой политики Республики Беларусь

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав