Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Для придания необходимой конфигурации заготовкам жаропрочных сплавов, полученным экструзией или горячим изостатическим прессованием, применяют штамповку. Температурный интервал, в пределах которого жаропрочный сплав обычно может быть подвергнут горячей обработке давлением, относительно невелик и зависит от состава сплава. Для большей части операций штамповки этот интервал определяется температурой начала плавления, с одной стороны, и температурой сольвуса γ-фазы, с другой. С увеличением объемной доли γ-фазы температура начала плавления сплава понижается, а температура γ-сольвуса повышается. Одновременно повышается температура рекристаллизации и снижается пластичность. Ширина интервала технологической пластичности может составлять всего 10 °С. При этом она зависит также от захолаживания металла стенками штампа и адиабатического разогрева при высокой скорости деформации.
Возможны два варианта штамповки жаропрочных сплавов:
— деформация с высокой скоростью при малом времени контакта между заготовкой и штампом;
— деформация с малой скоростью в обогреваемых штампах при минимальном теплообмене.
При выборе оптимальных условий горячей деформации жаропрочных сплавов необходимо учитывать всю совокупность технологических факторов:
— характеристики пластического течения, зависящие от микроструктуры, температуры, степени и скорости деформации;
— свойства материала матрицы, определяемые составом, температурой и контактными напряжениями;
— свойства смазки в зазоре между заготовкой и стенками штампа, выражаемые коэффициентами трения и теплопередачи;
— характеристики штамповочного оборудования;
— микроструктуру штампованной детали и связанные с ней механические свойства.
Выбор оптимальных параметров горячей деформации жаропрочных сплавов является сложной задачей: необходимо использовать результаты испытаний на технологическую пластичность, осуществлять специальную термическую и термомеханическую обработку, обеспечивающую подготовку оптимальной микроструктуры заготовки.
В жаропрочных сплавах, полученных компактированием быстрозакаленных порошков, благодаря присущей им мелкозернистой структуре могут достигаться большие значения высокотемпературной пластичности. При определенных условиях в этих материалах возможно проявление сверхпластичности. Необходимость применения малых скоростей деформации обусловила создание новых методов штамповки, таких, как изотермическая штамповка, штамповка в условиях сверхпластичности и штамповка в обогреваемых штампах (рис. 8.10).
Традиционная горячая штамповка нагретой заготовки осуществляется в относительно холодных штампах в температурно-временных условиях, представленных на рис. 8.10 для сплавов алюминия и сталей (области 1, 2).
Штамповка в обогреваемых штампах проводится при нагреве инструмента до температуры на 200—400 °С ниже температуры заготовки, при изотермической штамповке температуры штампа и заготовки равны (области 3, 4). Возможна горячая деформация компактных заготовок быстрозакаленных жаропрочных сплавов в условиях сверхпластичности при малой скорости и больших значениях высокотемпературной деформации (область S).
В качестве примера изотермической штамповки в условиях сверхпластичности можно привести геторайзинг-процесс (Gatorizing), разработанный фирмой Pratt and Whitney для деформации жаропрочных никелевых сплавов (рис. 8.11). Штампы изготовляют из молибденового сплава TZM, при температуре 925 °С они выдерживают несколько сотен циклов штамповки сплава 1N 100. При горячем прессовании применяются смазки, роль которых заключается в выполнении двух функций:
— уменьшение сил трения между инструментом (штампом) и заготовкой;
— изолирование штампа и заготовки для устранения задиров и повреждений поверхности.
Объемная изотермическая штамповка компактных заготовок из быстрозакаленных порошков (гранул) жаропрочных никелевых сплавов с использованием эффекта сверхпластичности позволяет за один технологический переход получать детали, предельно близкие по геометрии к конечному изделию при сравнительно невысоких напряжениях течения.