способ изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов и устройство для его осуществления
Классы МПК: | B21K1/32 дисков, например дисков колес B21K21/02 заготовок в форме дисков или чаш для последующего изготовления из них полых изделий, например способом глубокой вытяжки или прессованием B21H1/02 дисков; дисковых колес C22F1/00 Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой |
Автор(ы): | Утяшев Ф.З., Кайбышев О.А., Плехов В.А., Валитов В.А. |
Патентообладатель(и): | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-15 публикация патента:
20.08.2002 |
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при получении точных заготовок деталей типа дисков сложной формы со значительными перепадами по толщине и диаметру и с глубокими нештампуемыми поднутрениями, изготавливаемых из трудодеформируемых многофазных сплавов, в частности из жаропрочных никелевых сплавов. Спрофилированную заготовку устанавливают с возможностью фиксации и вращения и подвергают локальному формообразованию ее периферийную часть при температурах выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102c-1. Локальное формообразование ведут обжатием периферийной части заготовки по меньшей мере одним роликом в направлении ее образующей на оправке, служащей одновременно для фиксации центральной части. Период вращения заготовки относительно локального инструмента задают не меньшим времени интенсивной релаксации напряжений в деформируемых участках. Устройство для изготовления деталей содержит узлы осевой фиксации и вращения заготовки, оснащенные приспособлениями для установки оправок, по меньшей мере один ролик с роликодержателем и рабочую печь. Печь имеет в стенках отверстия для ввода части узла фиксации роликов. Для вращения и перемещения роликов предназначены исполнительные механизмы. Стенки печи имеют подвижную часть, расположенную вокруг отверстия для ввода ролика с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с роликом на всю длину его рабочего хода. В результате обеспечивается повышение производительности и расширение технологических возможностей способа изготовления при одновременном упрощении устройства. 2 с. и 24 з.п.ф-лы, 23 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23
Формула изобретения
1. Способ изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно, в виде обода, части, включающий установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах, выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102 c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют обжатием периферийной части спрофилированной заготовки в направлении ее образующей посредством по меньшей мере одного ролика на оправке, служащей одновременно для фиксации центральной части спрофилированной заготовки, при этом период вращения заготовки относительно локального инструмента задают не меньшим времени интенсивной релаксации напряжений в деформируемых участках. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру периферийной части спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внешний диаметр, превышающий диаметр готовой детали. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внешнему диаметру спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внутренний диаметр, меньший диаметра готовой детали. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что период вращения заготовок из алюминиевых сплавов выбирают не более 0,25 с. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что период вращения заготовок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов выбирают в пределах 0,25-100 с. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с крупнозернистой структурой выбирают в пределах 50-100 с. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с мелкозернистой структурой выбирают в пределах 10-50 с. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что период вращения для заготовок с субмикрокристаллической структурой выбирают в пределах 0,25-10 с. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальное формообразование осуществляют за одну или несколько операций, количество которых выбирают в зависимости от предварительного профилирования исходной заготовки и ее структуры. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде стакана, а локальное формообразование выполняют за одну операцию. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве исходной берут заготовку с крупнозернистой структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного толстостенного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана с обжатием периферийной части на 50-75% в температурно-скоростных условиях сверхпластичности. 13. Способ по любому из пп.11 и 12, отличающийся тем, что первую операцию формообразования осуществляют за несколько переходов с использованием реверса перемещения ролика. 14. Способ по п.11, отличающийся тем, что используют сборно-разборную оправку. 15. Способ по любому из пп.1 и 11, отличающийся тем, что температуру на деформирующих поверхностях оправки поддерживают в температурном интервале сверхпластичности материала заготовки. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием одного ролика. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования с использованием одного ролика и оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части детали. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки. 19. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки, и оправки, причем на первой операции с использованием ролика и оправки, а на последующей - роликов. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что при локальном формообразовании деталей из жаропрочных никелевых сплавов обеспечивают температуру нагрева на деформируемой поверхности периферийной части заготовки в интервале от температуры деформации до температуры, превышающей нижний температурный порог сверхпластичности для мелкозернистого материала. 21. Устройство для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно, в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащее узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации и роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов, отличающееся тем, что стенки печи выполнены с подвижной частью, расположенной вокруг отверстия для ввода ролика с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с роликом на всю длину заданного рабочего хода ролика. 22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что узел фиксации оснащен приспособлениями для установки сборно-разборных оправок. 23. Устройство по п.21, отличающееся тем, что узел фиксации снабжен валом и втулками для передачи крутящего момента на заготовку. 24. Устройство по п.21, отличающееся тем, что роликодержатель дополнительно снабжен теплозащитным экраном. 25. Устройство по п.21, отличающееся тем, что рабочая печь дополнительно снабжена отдельной камерой для размещения в ней инструмента и предварительного его нагрева. 26. Устройство по п.25, отличающееся тем, что камера совмещена с подвижной частью стенки печи.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам получения точных заготовок деталей типа дисков сложной формы со значительными перепадами по толщине и диаметру, с глубокими нештампуемыми поднутрениями, изготовляемых из труднодеформируемых многофазных сплавов, в частности из жаропрочных никелевых сплавов. Известен способ изготовления деталей из труднодеформируемых сплавов методом штамповки мелкозернистой заготовки в условиях сверхпластичности, известный как "Gatorizing ТM" [1]. На первом этапе методом интенсивной пластической деформации (экструзия с большими вытяжками) изготавливают сверхпластичный полуфабрикат, который на втором этапе подвергается штамповке. Данный способ позволяет получать осесимметричные детали относительно сложной формы, например диски небольших диаметров с лопатками. Однако его возможности весьма ограничены недостатком метода штамповки, заключающегося в том, что практически каждое изделие изготавливается в соответствующем штампе. Поэтому с увеличением номенклатуры изделий растет количество дорогостоящих штампов. Кроме того, для реализации способа необходимо мощное прессовое оборудование и массивная дорогостоящая штамповая оснастка. Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части, включающий установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы [2]. Данный способ позволяет изготавливать сложные по конструкции осесимметричные детали. В обобщенном виде благоприятное распределение напряженного состояния в заготовке отражает следующее соотношение:



где



q - давление (удельное усилие) инструмента на заготовку. Однако существует большой класс осесимметричных деталей с центральной и периферийной частями, у которых периферийная часть отличается не только сложным профилем и развитой поверхностью, но по объему и площади поверхности существенно превосходит центральную часть. Кроме того, часто форма периферийной части является нештампуемой, поскольку имеет сужающуюся или с поднутрениями полость. Прототип не позволяет решить задачу получения таких деталей потому, что для формирования сложной по форме и развитой по площади поверхностью периферийной части необходимо прокатать массивную периферийную часть заготовки с большими степенями деформации. Это можно сделать лишь в условиях горячей деформации, включая сверхпластические, обеспечивающие высокие пластические свойства материала. Несмотря на то что в этих условиях напряжение течения металла мало, для деформации (смещения) массивного объема периферийной части требуются большие нагрузки - усилия и удельные усилия, которые тем больше, чем больше так называемый "жесткий конец" у деформируемой заготовки. В сущности жесткий конец в рассматриваемой прокатке это зона (стесненной) затрудненной деформации, характеризуемая расстоянием между его внешним и внутренним диаметрами. Ролики при прокатке оказывают давление на внутреннюю поверхность обода, но для того, чтобы заготовка увеличивалась в диаметре, очаг деформации должен быть развит до внешней поверхности обода. Чем больше это расстояние, тем с большим давлением (удельным усилием) должен воздействовать инструмент на заготовку. Величину жесткого конца можно оценить отношением вышеуказанных диаметров. Если это отношение больше значения 1,5 -1,8, то требуется приложить такие давления и усилия, которые приведут к изменению размеров и формы также и в уже ранее сформированной прокаткой тонкой части диска - в полотне. Примерно таким же значением ограничено отношение осевых размеров центральной и периферийной части, т.е. прокатываемого обода и прокатанного полотна. Следовательно, объем и масса прокатываемой периферийной части диска в целом также ограничены. Используемые в прототипе приемы предотвращения деформации полотна не обеспечивают решение задачи прокатки заготовки с более массивной, чем это допустимо, периферийной частью. Так, в прототипе повышают сопротивление полотна упрочнением материала в результате его подстуживания. Однако степень возможного подстуживания ограничена теплопроводностью материала и опасностью переохлаждения деформируемой части до критических температур, при которых снижается пластичность сплава, растут напряжения течения и это вновь приводит к росту усилий деформации. В иных случаях нерегламентированное охлаждение приводит к разнозернистости. Нельзя также существенно уменьшить радиальную скорость деформирования, т. к. при этом уменьшится пятно контакта инструмента с заготовкой, очаг деформации, что в большей мере усилит влияние жесткого конца. Одним из условий реализации локального формообразования по способу прототипа является наличие заготовки с подготовленной для сверхпластической деформации структурой. Подготовка мелкозернистой структуры осуществляется по отдельному достаточно трудоемкому технологическому процессу, связанному с необходимостью проведения интенсивной деформации заготовки. Таким образом, при изготовлении сложнопрофильных крупногабаритных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов существует проблема получения точных деталей со сложной по форме и развитой периферийной частью. Задачей данного изобретения является создание способа изготовления из многофазных сплавов сложнопрофильных осесимметричных деталей с центральной и развитой периферийной частями при обеспечении высокой производительности формообразования. Кроме того, задачей способа является расширение технологических возможностей за счет использования как заготовок с мелкозернистой, так и с крупнозернистой структурой и соответствующего структуре режима деформации. Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей из труднодеформируемых многофазных сплавов, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части, включающем установку спрофилированной заготовки с возможностью ее фиксации и вращения и локальное формообразование периферийной части при температурах выше 0,4 температуры плавления, но ниже температуры собирательной рекристаллизации, со скоростью 10-3-102c-1 посредством инструмента для локальной деформации в виде ролика, имеющего по меньшей мере три степени свободы, локальное формообразование осуществляют обжатием периферийной части спрофилированной заготовки в направлении ее образующей посредством по меньшей мере одного ролика на оправке, служащей одновременно для фиксации центральной части спрофилированной заготовки, при этом период вращения заготовки относительно локального инструмента задают не меньшим времени интенсивной релаксации напряжений в деформируемых участках. Локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру периферийной части спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внешний диаметр, превышающий диаметр готовой детали. Локальное формообразование осуществляют с помощью оправки, диаметр которой соответствует внешнему диаметру спрофилированной заготовки, при этом используют заготовку, по меньшей мере часть спрофилированной периферийной части которой имеет внутренний диаметр, меньший диаметра готовой детали:
период вращения заготовок из алюминиевых сплавов выбирают не более 0,25 с;
период вращения заготовок из титановых и жаропрочных никелевых сплавов выбирают в пределах 0,25-100 с;
период вращения для заготовок с крупнозернистой структурой выбирают в пределах 50-100 с;
период вращения для заготовок с мелкозернистой структурой выбирают в пределах 10-50 с;
период вращения для заготовок с субмикрокристаллической структурой выбирают в пределах 0,25-10 с;
локальное формообразование осуществляют за одну или несколько операций, количество которых выбирают в зависимости от предварительного профилирования исходной заготовки и ее структуры;
в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде стакана, локальное формообразование выполняют за одну операцию;
в качестве исходной берут заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана;
в качестве исходной берут заготовку с крупнозернистой структурой, спрофилированную в виде центральной части и периферийного толстостенного выступа, локальное формообразование выполняют за две операции, причем на первой операции получают заготовку в виде стакана с обжатием периферийной части на 50-75% в температурно-скоростных условиях сверхпластичности;
первую операцию формообразования осуществляют за несколько переходов с использованием реверса перемещения ролика;
используют сборно-разборную оправку;
температуру на деформирующих поверхностях оправки поддерживают в температурном интервале сверхпластичности материала заготовки;
при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием одного ролика;
при получении детали типа стакан с монотонно сужающимся профилем локальное формообразование периферийной части осуществляют с использованием одного ролика и оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части детали;
осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки;
осуществляют дополнительную операцию локального формообразования периферийной части заготовки с использованием двух роликов, расположенных с разных сторон формируемой стенки, и оправки, причем на первой операции с использованием ролика и оправки, а на последующей - роликов;
при локальном формообразовании деталей из жаропрочных никелевых сплавов обеспечивают температуру нагрева на деформируемой поверхности периферийной части заготовки в интервале от температуры деформации до температуры, превышающей нижний температурный порог сверхпластичности для мелкозернистого материала. Известно устройство для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащее узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов [2]. В данном устройстве используется большое число приводных роликов, любые движения, в том числе вращение, которые требуют согласования как между собой, так и с вращением детали. Последнее значительно усложняет конструкцию, увеличивает количество исполнительных механизмов, усложняет систему управления и контроля. Невозможно удовлетворительное согласование скоростей вращения роликов в случае раскатки заготовок, имеющих поднутрения, так называемые нештампуемые профили. Кроме того, для того чтобы осуществить деформацию центральной части - вала требуется введение в печь консольных роликов на большую глубину. Это возможно только для деталей очень простой конфигурации типа вала. Устройство не может быть использовано для деталей, имеющих развитую периферийную часть в виде сложнопрофильного тонкостенного обода, имеющего поднутрения и значительные перепады по диаметру в осевом направлении. Задачей изобретения является обеспечение возможности изготовления деталей типа диск, обечайка, имеющих развитую периферийную часть в виде сложнопрофильного тонкостенного обода, имеющего поднутрения и значительные перепады по диаметру в осевом направлении при одновременном упрощении устройства. Для решения поставленной задачи в известном устройстве для изготовления сложнопрофильных осесимметричных деталей, имеющих центральную и периферийную, преимущественно в виде обода, части из труднодеформируемых многофазных сплавов, содержащем узлы осевой фиксации и вращения заготовки, которые оснащены приспособлениями для установки оправок, и по меньшей мере один ролик с роликодержателем, рабочую печь с отверстиями в стенках для ввода части узла фиксации роликов и исполнительные механизмы для обеспечения вращения и перемещения роликов, стенки печи выполнены с подвижной частью, расположенной вокруг отверстия для ввода ролика с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с роликом на всю длину заданного рабочего хода ролика. Узел фиксации оснащен приспособлениями для установки сборно-разборных оправок. Узел фиксации снабжен валом и втулками для передачи крутящего момента на заготовку. Роликодержатель дополнительно снабжен теплозащитным экраном. Рабочая печь дополнительно снабжена отдельной камерой для размещения в ней инструмента и предварительного его нагрева. Камера совмещена с подвижной частью стенки печи. В результате обеспечивается создание благоприятного распределения напряженно-деформированных состояний (НДС) в заготовке, при которых в деформируемой зоне напряжения достаточны для пластического течения материала в заданном инструментом направлении, а в остальных меньше уровня, вызывающего пластическую деформацию. При этом под благоприятным НДС понимается не только соответствие величин деформации приобретаемой форме, но также формирование или сохранение при этом необходимой деформационной структуры, в частности без накопления опасных для формообразования или эксплуатации дефектов и по возможности обеспечения ее однородности. Оценим влияние геометрических факторов - размеров смещаемого объема заготовки и скорости деформации - на соотношение (1), отражающее в обобщенном виде благоприятное распределение НДС. Средняя величина давления q, оказываемого роликом на заготовку, определяется как
q=F/S, (2)
где S - площадь контакта инструмента с заготовкой, F - полное усилие инструмента на заготовку в пятне контакта. Величину этого усилия можно представить также через внутренние напряжения в деформируемом теле
F = n


где n











где К - эмпирический коэффициент, m - скоростная чувствительность напряжения течения. Используя выражения (2), (3) и (4), получим
q = n


В последних уравнениях



где V - скорость набегания металла заготовки на инструмент, L - длина контакта заготовки с инструментом в направлении набегания. При постоянной величине обжатия инструмента (в направлении к оси в предлагаемом способе и между роликами в прототипе) скорость V состоит из двух компонент: V




Средняя скорость за оборот составит:



где













Используемые параметры между собой связаны так: -







Отсюда мгновенную и среднюю скорость можно соответственно представить как:






После подстановки выражения (10) в выражение (5) получим:
q







или, если учесть, что V




q








Выражение (12) справедливо для предлагаемого способа и для прототипа, только в последнем случае вместо Va надо подставит скорость Vr. В выражении (12) величина выражения, заключенная в квадратных скобках, близка к единице, поскольку при формообразовании крупногабаритных деталей длина окружности (2




q





Таким образом, общее для рассматриваемого способа и прототипа уравнение (13) показывает, что если не принимать во внимание коэффициенты К и m, отражающие влияние структуры, а это вполне допустимо при горячей деформации в условиях СПД, то давление зависит от периода -















Устройство для осуществления способа (фиг.1) содержит узлы фиксации 1 и 2, которые соосны и снабжены приводами (на фиг.1 не показаны) для их относительного осевого перемещения по направляющим 3 и 4, выполненным на станине (на фиг. 1 не показана), и вращения заготовки 5, включая реверсивное. Узлы фиксации связаны валом 6 с установленными на нем втулками 7, посредством которых осуществляется передача крутящего момента на заготовку 3. На станине также установлена каретка 8, снабженная приводом (на фиг.1 показан) для ее перемещения вдоль направляющей 9 станины, т. е. вдоль оси вращения заготовки. На каретке 8 смонтирован роликодержатель 10 с роликом 11. Приводы для перемещения ролика на фиг. 1 не показаны. Позицией 12 показана высокотемпературная печь для нагрева и поддержания заданной температуры в заготовке во время деформации. Печь снабжена подвижной шторкой 13 с отверстием 14 для ввода ролика. Печь имеет также отверстия 15 и 16 для ввода частей узлов фиксации 1 и 2. Роликодержатель 10 оснащен теплозащитным экраном 17. Устройство также дополнительно снабжено отдельной камерой 18 с возможностью размещения в ней инструмента в нерабочем положении и предварительного нагрева. Для формообразования заготовки 3, показанной на фиг.1, устройство дополнительно содержит оправки 19, 20. Пример 1. Ставилась задача получения детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава BT25(Ti-6,5Al-4Zr-2Mo-l,5Sn-lW). Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде двустороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 450 мм и толщиной одного выступа 25 мм и другого выступа - 30 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная глобулярная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). В качестве исходной под штамповку была использована цилиндрическая заготовка, вырезанная из отливки диаметром 390 мм. Заготовка с литой структурой была подвергнута многостадийной деформации с поворотом направления деформирования на 90o в двухфазной области на прессе усилием 1600 тс в квазиизотермических условиях. В результате такой обработки в осаженной шайбе была сформирована микрокристаллическая структура, которая затем была продеформирована с использованием изотермического штампового блока при 950oС. Перед локальным формообразованием штамповка была подвергнута черновой механической обработке с целью удаления окисленного слоя и изготовления центровочного отверстия. Схема формообразования детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 приведена на фиг.3. Локальное формообразование детали осуществляли в устройстве, принципиальная схема которого приведена на фиг.1. Заготовку вместе с оправками закрепляли в узле фиксации. Затем закрывали печь и осуществляли нагрев печи до температуры деформации (950oС). Одновременно через втулки, установленные на валу узла фиксации заготовки, обеспечили вращение заготовки с целью обеспечения ее равномерного прогрева. Первую операцию локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправок и одного ролика, выполненных из сплава ЖС6У (Ni-9Cr-10Co-9,7W-5,5Al-2,6Ti-l,6Mol,lV). Температура нагрева заготовки и оправок в рабочей печи составляла 950oС. Ролик нагревался в камере предварительного нагрева до температуры на 100-200oС ниже указанной. Ролик вводился в рабочую печь вместе с роликодержателем через окно, выполненное в подвижной стенке печи. При этом узел крепления ролика к роликодержателю подстуживался посредством сжатого воздуха, пропускаемого через каналы, выполненные в роликодержателе. Локальное формообразование осуществляли за несколько операций с использованием одного ролика и оправки. Период вращения заготовки относительно ролика составлял 25 с. На первой операции осуществляли локальное формообразование первого выступа на профиль типа цилиндрический стакан. На первом проходе толщина первого выступа была уменьшена с 25 мм до 15 мм. Аналогичным образом осуществляли локальное формообразование второго выступа за два перехода до толщины 12 мм с использованием реверса перемещения ролика. При этом использовалась другая оправка, поскольку внутренний диаметр второго выступа несколько меньше, чем второго. Затем произвели замену цилиндрических оправок на сборно-разборные, соответствующие внутреннему профилю периферийной части, и произвели локальное формообразование стенок стаканов, полученных на первой операции с использованием двух инструментов: сборно-разборных оправок и ролика по температурно-скоростным режимам, указанным выше. Сначала производили окончательное формообразование первого выступа, а затем с использованием того же ролика - второго выступа. Фотография готовой детали приведена на фиг.12. Как видно на фиг. 12, макроструктура детали непосредственно после окончательного формообразования однородная мелкозернистая по всему сечению детали. Пример 2. Для формообразования детали типа стакан с двусторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 использовали такую же заготовку и те же режимы деформации, как и в примере 1. Операция локального формообразования осуществлялась следующим образом. Использовались два ролика и две оправки. На первой операции осуществлялось локальной формообразование выступов на форму типа цилиндрический стакан с одновременным внедрением роликов и их перемещением в противоположные стороны от центральной части заготовки. На второй операции с использованием сборно-разборных оправок осуществлялось окончательное локальное формообразование выступов детали одновременно двумя роликами. В результате была получена деталь, аналогичная по форме и структуре, как в примере 1. Пример 3. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25. Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовки с наружным диаметром 450 мм и толщиной выступа - 25 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная глобулярная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). Режимы подготовки структуры и окончательного формообразования аналогичны, как в примере 1. Схема формообразования детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 приведена на фиг.7. Операцию локального формообразования осуществляли следующим образом. На первой операции формообразование проводили с использованием одного ролика и оправки, на второй операции использовали только ролик. Заключительная стадия локального формообразования была совмещена с операцией калибровки. При этом осуществлялась обкатка по профилю периферийной части диска при удельных усилиях в пятне контакта, вызывающих пластическую деформацию заготовки с величиной, не превышающей пределы допуска по чертежу. Проведение такой операции позволило стабилизировать размеры и форму готовой детали и способствовало практически полной релаксации в ней остаточных напряжений. Пример 4. Первую операцию локального формообразования детали осуществляли аналогичным образом, как и в примере 3. В то же время вторую операцию проводили с использованием сборно-разборной оправки и ролика. Схема формообразования диска по данному варианту приведена на фиг.18. Пример 5. Первую операцию локального формообразования детали осуществляли аналогичным образом, как и в примере 3. Вторую операцию проводили с использованием оправки с наружным диаметром, равным минимальному внутреннему диаметру периферийной части. В результате обработки по всем трем вариантам (примеры 3, 4, 5) были изготовлены диски с однородной микрокристаллической структурой, полностью удовлетворяющей по форме и размерам требованиям чертежа. Пример 6. Ставилась задача получения детали из титанового сплава ВТ25 типа стакан с односторонним расширяющимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части. Первую операцию локального формообразования осуществляли с использованием одного ролика и внутренней оправки аналогично, как в примере 3. После первой операции толщина периферийной части составила 12 мм. Затем произвели смену внутренней оправки на наружную. Одновременно заменили ролик, а также изменили угол его наклона относительно оси вращения заготовки таким образом, чтобы можно было осуществить локальное формообразование внутренней поверхности периферийной части. В результате обработки по данному варианту удалось получить деталь с развитой внутренней и внешней поверхностями периферийной части детали. Пример 7. Ставилась задача получить деталь, аналогичную, как в примере 6. Первую операцию локального формообразования осуществить таким же образом, как и в примере 6. В отличие от примера 6 вторую операцию локального формообразования осуществляли двумя роликами, которые были расположены с разных сторон формируемой стенки периферийной части. В результате обработки по данному варианту удалось получить деталь с развитой внутренней поверхностью периферийной части. Пример 8. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из титанового сплава ВТ25 с исходной крупнозернистой структурой. Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 450 мм и толщиной выступа - 50 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована крупнозернистая структура с размером зерен 200-500 мкм. Первую операцию локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправки и одного ролика, нагретых в рабочей печи до 990-960oС. Локальное формообразование периферийной части на профиль типа стакан с постоянным наружным диаметром осуществляли за три перехода с использованием реверса перемещения ролика. На первом переходе толщина периферийной части уменьшилась до 35 мм. На втором и третьем переходах температура деформации уменьшалась на 10-20oС. Период вращения заготовки относительно ролика составлял 100 с на первом переходе, на втором и третьем переходах соответственно 25 и 10 с. При этом толщина периферийной части уменьшилась соответственно до 25 и 12 мм. Анализ микроструктуры периферийной части заготовки, проведенный после третьего перехода, показал, что в периферийной части сформирована микрокристаллическая структура с размером зерен 5-7 мкм, аналогичная как в примере 1. Далее производили замену цилиндрических оправок на сборно-разборные, соответствующие внутреннему профилю периферийной части, и производили обжим стенок стаканов, полученных на первой операции, на сборно-разборные оправки по тем же режимам. Сначала произвели замену оправки на сборно-разборную и осуществили окончательное формообразование периферийной части так же, как и в примере 4. Окончательную операцию локального формообразования осуществляли за два перехода, причем на первом переходе период вращения заготовки относительно ролика составлял 25 с, а на втором переходе - 5 с. На первой операции период вращения заготовки относительно ролика был больше, чем на второй операции. Это связано с тем, что в крупнозернистом состоянии требуется более длительное время для релаксации напряжений, чем в мелкозернистом состоянии. В последнем случае существенно увеличивается протяженность границ зерен, способствующая активизиции процесса зернограничного проскальзывания, способствующего эффективной релаксации напряжений при сверхпластической деформации. Пример 9. Ставилась задача получения детали типа стакан с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из порошкового никелевого сплава ЭП962 (Ni-13Cr-10,lCo-4,3Mo-3,2Al-2,6Ti-3,4Nb-2,8W). Форма готовой детали и заготовки для формообразования аналогичны, как в примере 3. Для локального формообразования использовали заготовку с подготовленной для сверхпластической деформации микрокристаллической структурой типа микродуплекс с размером зерен 2-3 мкм, полученную методом порошковой металлургии. При этом ее периферийная часть спрофилирована на форму типа стакан, с толщиной стенки 12 мм, готовую для окончательного локального формообразования, которое осуществляли с использованием одного ролика аналогично, как на второй операции в примере 3. Температура нагрева заготовки с оправкой составляла 1050oС. Ролик использовался такой же, как и в примере 1. В результате обработки по данному варианту практически за одну операцию локального формообразования была получена деталь с односторонним сужающимся в направлении от центральной части конусообразным профилем периферийной части из труднодеформируемого никелевого сплава ЭП962. В результате обработки по данному варианту была получена деталь по форме, аналогичной, как и в примере 4. Пример 10. Ставилась задача получения детали типа стакан из никелевого сплава состава (Ni-16Cr-13Co-4Mo-4W-2,lAl-3,7Ti) c сужающимся в направлении от центральной конусообразным профилем периферийной части. Локальное формообразование осуществляли, используя спрофилированную заготовку, имеющую центральную и периферийную часть в виде одностороннего выступа. Заготовка с наружным диаметром 410 мм и толщиной выступа 25 мм была получена штамповкой, при этом в ней была сформирована однородная микрокристаллическая структура типа микродуплекс (5 мкм). В качестве исходной под штамповку была использована цилиндрическая заготовка, вырезанная из горячепрессованного прутка диаметром 230 мм. Штамповку осуществляли на прессе усилием 1600 тс в квазиизотермических условиях. Заготовка была нагрета до температуры 1050oС, штамп нагревался до 950oС. Операции локального формообразования периферийной части осуществляли с использованием оправки и одного ролика аналогично, как в примере 3. Температура нагрева заготовки и оправки в рабочей печи составляла 1050oС. Ролик нагревался в камере предварительного нагрева до температуры на 100-200oС ниже указанной. Ролик вводился в рабочую печь вместе с роликодержателем, при этом узел крепления ролика к роликодержателю подстуживался посредством сжатого воздуха, пропускаемого через каналы, выполненные в роликодержателе. В результате локального формообразования была получена деталь заданной конфигурации с толщиной периферийной части 12 мм. Анализ микроструктуры периферийной части показал, что непосредственно после ротационного выдавливания микроструктура в периферийной части сохранилась мелкозернистой с размером зерен ~5 мкм. С целью устранения остаточных внутренних напряжений, вызванных изменением геометрии, был проведен отжиг диска в двухфазной






1. Патент США 3519503, кл. С 22 F 1/10, 1970. 2. Патент РФ 2119842, кл. В 21 К 1/32, С 22 F 1 /10, 1998. 3. О.А. Kaibyshev, Superplasticity of alloys, Intermetallides and Ceramics, Springer Verlag, Berlin (1992).
Класс B21K1/32 дисков, например дисков колес
Класс B21K21/02 заготовок в форме дисков или чаш для последующего изготовления из них полых изделий, например способом глубокой вытяжки или прессованием
Класс B21H1/02 дисков; дисковых колес
Класс C22F1/00 Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой