RU2785111C1 - Method for hot forging of workpieces from hard to deform metals and alloys - Google Patents
Method for hot forging of workpieces from hard to deform metals and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785111C1 RU2785111C1 RU2021137190A RU2021137190A RU2785111C1 RU 2785111 C1 RU2785111 C1 RU 2785111C1 RU 2021137190 A RU2021137190 A RU 2021137190A RU 2021137190 A RU2021137190 A RU 2021137190A RU 2785111 C1 RU2785111 C1 RU 2785111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sheet
- glass
- enamel slip
- stamp
- workpiece
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005242 forging Methods 0.000 title description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 26
- 210000003298 Dental Enamel Anatomy 0.000 claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 11
- HWKQNAWCHQMZHK-UHFFFAOYSA-N Trolnitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCCN(CCO[N+]([O-])=O)CCO[N+]([O-])=O HWKQNAWCHQMZHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 22
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000002320 enamel (paints) Substances 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- -1 glass-enamel Substances 0.000 description 1
- 238000010275 isothermal forging Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных изделий из труднодеформируемых металлов и сплавов, в частности титановых.The invention relates to the field of metal forming and can be used in the manufacture of stamped products from hard-to-form metals and alloys, in particular titanium.
Современное машиностроение нуждается в деталях, изготовленных из сплавов, обладающих большой прочностью при комнатной и высоких температурах, значительной стойкостью в агрессивных средах, а также высокими магнитными, электрическими и другими физическими свойствами. Эти свойства сообщаются сплавам, главным образом, путем высокого легирования, которое во многих случаях повышает сопротивление деформации и вызывает трудности в проведении горячей обработки давлением таких сплавов. Вследствие высокого сопротивления деформации и низкой пластичности эти высоколегированные сплавы получили название труднодеформируемых.Modern mechanical engineering requires parts made of alloys with high strength at room and high temperatures, significant resistance in aggressive environments, as well as high magnetic, electrical and other physical properties. These properties are imparted to the alloys mainly by high alloying, which in many cases increases the resistance to deformation and makes it difficult to hot work such alloys. Due to the high resistance to deformation and low ductility, these high-alloy alloys are called difficult-to-deform.
В процессах горячего деформирования заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов широкое применение получили стеклоэмалевые, стеклокерамические и стеклометаллические покрытия, защищающие поверхность обрабатываемых изделий при высокой температуре. Эффективность стеклянных смазок при деформации труднодеформируемых сплавов во многом объясняется еще и хорошими теплоизолирующими свойствами стекла, что повышает однородность температурного поля деформируемой заготовки.In the processes of hot deformation of workpieces made of hard-to-form metals and alloys, glass-enamel, glass-ceramic and glass-metal coatings are widely used to protect the surface of workpieces at high temperatures. The effectiveness of glass lubricants in the deformation of hard-to-deform alloys is largely due to the good heat-insulating properties of glass, which increases the uniformity of the temperature field of the deformable workpiece.
В операциях горячей объемной штамповки заготовок, например из сплавов титана, широко используются стеклоэмалевые покрытия, основным назначением которых является защита от газонасыщения, при этом наравне с защитой от окисления при нагреве, в процессе самой деформации и последующем охлаждении целесообразно выполнение стеклоэмалями и смазочных функций. Дополнительная функция стеклоэмалевого покрытия - теплозащита заготовки, как при переносе от печи до штампа, так и при деформации и охлаждении. Применение указанных защитно-смазочных покрытий позволяет улучшать формообразование изделий-поковок, исключить окалинообразование на их поверхности, повысить стойкость штампов. Однако использование стеклоэмалевых покрытий при штамповке сопряжено с определенными сложностями в части повышения производственных затрат. Для получения качественных покрытий необходимо создание и обслуживание специализированного оборудования. При их приготовлении требуются дорогостоящие мелкодисперсные фритты, а подготовка и сохранение гомогенного раствора эмали повышает трудоемкость и стоимость операции. Поэтому специалисты занимаются поиском новых решений в области использования защитно-смазочных покрытий, позволяющих повысить качество поковок и эффективность процессов их изготовления.In the operations of hot die forging of workpieces, for example, from titanium alloys, glass-enamel coatings are widely used, the main purpose of which is protection against gas saturation, while along with protection against oxidation during heating, during the deformation itself and subsequent cooling, it is advisable to perform glass enamels and lubricating functions. An additional function of the glass-enamel coating is the thermal protection of the workpiece, both during transfer from the furnace to the stamp, and during deformation and cooling. The use of these protective and lubricating coatings makes it possible to improve the shaping of forged products, to exclude scale formation on their surface, and to increase the durability of dies. However, the use of glass-enamel coatings for stamping is associated with certain difficulties in terms of increasing production costs. To obtain high-quality coatings, it is necessary to create and maintain specialized equipment. Their preparation requires expensive fine frits, and the preparation and preservation of a homogeneous enamel solution increases the complexity and cost of the operation. Therefore, specialists are looking for new solutions in the field of using protective and lubricating coatings that can improve the quality of forgings and the efficiency of their manufacturing processes.
Кроме того, машиностроители регулярно ужесточают требования к точности размеров и формы штампованных изделий, используемых в качестве заготовки для изготовления деталей. Это обусловлено тем, что все большая часть продукции производится на автоматических поточных линиях, нормальное функционирование которых зависит от точности поставляемого металла. При этом увеличение эффективности производства готовых деталей может быть достигнуто уменьшением припусков и штамповочных уклонов получаемых изделий, что позволяет значительно сократить трудоемкость и металлоемкость последующей механообработки, однако усложняет задачу получения поковок повышенного качества.In addition, machine builders regularly tighten the requirements for the accuracy of dimensions and shapes of stamped products used as blanks for the manufacture of parts. This is due to the fact that an increasing part of the products are produced on automatic production lines, the normal functioning of which depends on the accuracy of the supplied metal. At the same time, an increase in the efficiency of production of finished parts can be achieved by reducing the allowances and stamping slopes of the resulting products, which can significantly reduce the labor intensity and metal intensity of subsequent machining, but complicates the task of obtaining high quality forgings.
Таким образом, для расширения применения штампованных изделий из труднодеформируемых металлов и сплавов в промышленности практическое значение приобретают новые способы, обеспечивающие высокую производительность и точность обработки с постоянным увеличением номенклатуры поковок. Следовательно, технологии горячей штамповки должны соответствовать высокому уровню требований к качеству обработки и безопасности процессов. Наличие острой конкуренции в сбыте аналогичных по назначению заготовок требует от предприятий-изготовителей повышать не только качество штампованных поковок, но и быть экономичными в изготовлении, снижая себестоимость, что в настоящее время является весьма актуальной задачей.Thus, to expand the use of forged products from hard-to-deform metals and alloys in industry, new methods are gaining practical importance that ensure high productivity and accuracy of processing with a constant increase in the range of forgings. Therefore, hot stamping technologies must meet high requirements for processing quality and process safety. The presence of intense competition in the sale of blanks similar in purpose requires manufacturers to improve not only the quality of stamped forgings, but also to be economical in manufacturing, reducing the cost, which is currently a very urgent task.
Известен способ получения уменьшающего термическое растрескивание поверхностного покрытия на заготовке из сплава, включающий размещение стеклополотна непосредственно на, по меньшей мере, части поверхности заготовки из сплава, нанесение стеклочастиц на, по меньшей мере, часть стеклополотна и нагревание упомянутых стекломатериалов с образованием упомянутого поверхностного покрытия на заготовке из сплава (Патент РФ на изобретение №2575061, публ. 10.06.2016, МПК С23С 26/02, В21С 23/32).A method is known for obtaining a thermal cracking reducing surface coating on an alloy workpiece, which includes placing a glass sheet directly on at least part of the surface of an alloy workpiece, applying glass particles to at least a part of the glass sheet and heating said glass materials to form said surface coating on the workpiece. from an alloy (RF Patent for the invention No. 2575061, publ. 06/10/2016, IPC S23S 26/02, V21S 23/32).
Известное решение предназначено, преимущественно, для снижения температурного растрескивания заготовок при операциях свободной ковки, характеризующихся ограниченным влиянием сил трения между заготовкой и инструментом, и, как следствие, изобретение направлено на повышение теплоизоляционных свойств покрытия и не учитывает смазочных свойств деформируемого металла и инструмента.The known solution is intended mainly to reduce the temperature cracking of blanks during free forging operations, characterized by a limited influence of friction forces between the blank and the tool, and, as a result, the invention is aimed at improving the thermal insulation properties of the coating and does not take into account the lubricating properties of the deformed metal and tool.
Известен способ штамповки заготовок с использованием смазки, включающий: размещение смазочного материала в виде листа твердого графита между матрицей штампа в штамповочном аппарате и заготовкой, при этом заготовка включает титан или титановые сплавы или цирконий или циркониевые сплавы; и приложение усилия к заготовке матрицей штампа для пластической деформации заготовки при температуре свыше 1000°F, причем в процессе пластического деформирования заготовки коэффициент сдвига между матрицей штампа и заготовкой устанавливают меньше 0,50, причем упомянутый коэффициент сдвига определяют по установленной формуле (Патент РФ на изобретение №2572639, публ. 20.01.2016, МПК B21J 3/00, В21С 23/32).A known method for stamping workpieces using a lubricant, including: placing a lubricant in the form of a sheet of solid graphite between the die matrix in the stamping apparatus and the workpiece, while the workpiece includes titanium or titanium alloys or zirconium or zirconium alloys; and applying force to the workpiece by the die matrix for plastic deformation of the workpiece at a temperature above 1000°F, and in the process of plastic deformation of the workpiece, the shear coefficient between the die matrix and the workpiece is set to be less than 0.50, and the mentioned shear coefficient is determined according to the established formula (RF Patent for Invention No. 2572639, published 01/20/2016, IPC B21J 3/00, B21C 23/32).
Известный способ обеспечивает удовлетворительные смазочные свойства дорогостоящего покрытия на границе «деформируемый металл-инструмент», однако низкая степень теплозащиты не предохраняет металл заготовки от газонасыщения, при этом состав покрытия не обеспечивает надежность процесса смазки на операции «теплой» штамповки (при температуре менее 700°С).The known method provides satisfactory lubricating properties of an expensive coating at the “deformable metal-tool” interface, however, the low degree of thermal protection does not protect the workpiece metal from gas saturation, while the coating composition does not ensure the reliability of the lubrication process at the “warm” stamping operation (at a temperature of less than 700 ° C ).
Известен способ изготовления штампованных поковок турбинных лопаток из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий подготовку заготовки, предварительную и окончательную штамповку нагретой до температуры деформации заготовки и термическую обработку. В известном способе предварительную и окончательную штамповку осуществляют, соответственно, в заготовительном и окончательном штампах, выполненных с верхней и нижней половинами, с использованием стеклоткани, на одну поверхность которой предварительно нанесен графитсодержащий слой с поверхностной плотностью 20-70 г/м2 и содержанием графита более 25%, которую перед началом предварительной и окончательной штамповки укладывают в нижнюю половину соответствующего штампа графитсодержащим слоем к поверхности нижней половины штампа, при этом заготовку перед штамповкой укладывают на стеклоткань в нижнюю половину штампа и укрывают стеклотканью, которую обращают графитсодержащим слоем к верхней половине штампа, а после предварительной и окончательной штамповки заготовку охлаждают в печи, нагретой до 250-350°С, в течение 30-90 мин с последующим охлаждением на воздухе (Патент РФ на изобретение №2679157, публ. 06.02.2019, МПК B21K 3/04)- прототип.A known method of manufacturing stamped forgings of turbine blades from nickel-based heat-resistant alloys, including the preparation of the workpiece, preliminary and final stamping heated to the deformation temperature of the workpiece and heat treatment. In the known method, preliminary and final stamping is carried out, respectively, in the blank and final stamps, made with the upper and lower halves, using fiberglass, on one surface of which a graphite-containing layer with a surface density of 20-70 g/m 2 and a graphite content of more 25%, which before the start of preliminary and final stamping is placed in the lower half of the corresponding stamp with a graphite-containing layer to the surface of the lower half of the stamp, while the workpiece before stamping is placed on fiberglass in the lower half of the stamp and covered with fiberglass, which is turned with a graphite-containing layer to the upper half of the stamp, and after preliminary and final stamping, the workpiece is cooled in a furnace heated to 250-350 ° C for 30-90 minutes, followed by cooling in air (RF Patent for invention No. prototype.
Известное решение не обеспечивает достаточную теплоизоляцию заготовки в приведенном диапазоне температур и не удовлетворяет требованиям технологических нормативов изготовителя по защите от газонасыщения, т.к. повышенные температуры и высокие контактные давления приводят к разрушению материала стеклоткани, особенно на локальных участках гравюры штампа, вызывают охрупчивание поверхностного слоя материала заготовки и, как следствие, поверхностные дефекты при деформировании. Поскольку стеклоткань разрушается при деформировании без образования защитного слоя, ускоряются процессы газонасыщения при охлаждении штампованных изделий из труднодеформируемых металлов и сплавов в печи или при последующих нагревах термической обработки. В результате необходимости удаления газонасыщенного слоя посредством механической или химической обработки повышаются потери металла. Кроме того, повышенная толщина стеклоткани снижает пластичность материала покрытия, что приводит к неоформлению детали при штамповке, а также к накоплению стеклоткани в гравюре штампа, что повышает трудоемкость процесса из-за дополнительных операций по очистке инструмента.The known solution does not provide sufficient thermal insulation of the workpiece in the given temperature range and does not meet the requirements of the manufacturer's technological standards for protection against gas saturation, because elevated temperatures and high contact pressures lead to the destruction of the fiberglass material, especially in local areas of the stamp engraving, cause embrittlement of the surface layer of the workpiece material and, as a result, surface defects during deformation. Since the glass fabric is destroyed during deformation without the formation of a protective layer, gas saturation processes are accelerated when the forged products from hard-to-deform metals and alloys are cooled in a furnace or during subsequent heating of the heat treatment. As a result of the need to remove the gas-saturated layer by mechanical or chemical treatment, metal losses increase. In addition, the increased thickness of the fiberglass reduces the plasticity of the coating material, which leads to the irregularity of the part during stamping, as well as to the accumulation of fiberglass in the engraving of the stamp, which increases the complexity of the process due to additional tool cleaning operations.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка низкозатратного способа штамповки заготовок из труднодеформируемых сплавов, позволяющего комплексно повысить теплоизоляционные, теплозащитные и смазочные свойства на границе «инструмент - деформируемый металл».The problem to be solved by the invention is the development of a low-cost method for stamping workpieces from hard-to-form alloys, which makes it possible to comprehensively improve the heat-insulating, heat-shielding and lubricating properties at the "tool - wrought metal" boundary.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении изобретения, являются улучшение формообразования поковок в штампе, повышение стойкости штампового инструмента, повышение технологичности и универсальности операции штамповки.The technical results achieved in the implementation of the invention are the improvement of the formation of forgings in the die, the increase in the durability of the die tool, the increase in manufacturability and versatility of the stamping operation.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе горячей штамповки заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов, включающем приготовление листа твердой смазки, состоящего из смазочных порошков и стеклоткани, нагрев заготовки и ее деформирование в штампе с использованием листа твердой смазки, согласно изобретению приготовление листа твердой смазки осуществляют посредством нанесения на одну поверхность стеклоткани коллоидной смазочной суспензии с поверхностной плотностью нанесенного слоя после сушки 20…80 г/м2 и покрытия противоположной поверхности стеклоткани эмалевым шликером, содержащим воду, стеклочастицы, бентонит и адгезивный наполнитель, при этом приготовленный лист твердой смазки перед деформированием размещают между поверхностью нагретой заготовки и поверхностью гравюры верхней и нижней половины штампа таким образом, что поверхность листа с нанесенным слоем коллоидной суспензиий обращена к поверхности гравюры обеих половин штампа, а поверхность листа, покрытая эмалевым шликером, обращена к поверхности заготовки. Стеклоткань выполнена в виде необработанного полотна с поверхностной плотностью 110…365 г/м2 и толщиной 0,11…0,30 мм. Коллоидная смазочная суспензия содержит коллоидно-графитовый препарат на водной основе. Нагрев заготовок осуществляют до температуры 650…1200°С. Содержание стеклочастиц в эмалевом шликере составляет 55…80 масс. %. Содержание бентонита в эмалевом шликере составляет не более 7 масс. %. В качестве адгезивного наполнителя в эмалевый шликер добавляют жидкое стекло. Содержание жидкого стекла в эмалевом шликере составляет 3…18 масс. %. Эмалевый шликер содержит стеклочастицы в виде стеклопорошка фракцией 40…400 мкм.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of hot stamping of workpieces from hard-to-deform metals and alloys, including the preparation of a solid lubricant sheet consisting of lubricating powders and fiberglass, heating the workpiece and its deformation in a stamp using a solid lubricant sheet, according to the invention, the preparation of a solid lubricant sheet carried out by applying to one surface of the fiberglass a colloidal lubricant suspension with a surface density of the applied layer after drying of 20 ... is placed between the surface of the heated workpiece and the surface of the engraving of the upper and lower half of the stamp in such a way that the surface of the sheet with the applied layer of colloidal suspensions faces the surface of the engraving of both halves of the stamp, and the surface of the sheet covered melting enamel slip, facing the surface of the workpiece. The fiberglass is made in the form of an untreated fabric with a surface density of 110...365 g/m 2 and a thickness of 0.11...0.30 mm. The colloidal lubricating suspension contains a water-based colloidal graphite preparation. The blanks are heated to a temperature of 650...1200°C. The content of glass particles in the enamel slip is 55...80 wt. %. The content of bentonite in the enamel slip is not more than 7 wt. %. Liquid glass is added to the enamel slip as an adhesive filler. The content of liquid glass in the enamel slip is 3...18 wt. %. Enamel slip contains glass particles in the form of glass powder with a fraction of 40...400 microns.
Сущность предлагаемого способа горячей штамповки заготовок из титановых сплавов заключается в следующем.The essence of the proposed method for hot stamping of blanks from titanium alloys is as follows.
Для изготовления заготовок под штамповку выплавляют слитки, которые деформируют с получением заготовок различных форм и типоразмеров: в частности, прутки, шайбы, фасонные заготовки и т.д. На заготовках, предназначенных для штамповки, целесообразно проводить адьюстажную обработку: механическую обработку, дробеметную обработку, травление, зачистку и т.п.For the manufacture of blanks for stamping, ingots are smelted, which are deformed to obtain blanks of various shapes and sizes: in particular, bars, washers, shaped blanks, etc. On workpieces intended for stamping, it is advisable to carry out adjusting processing: machining, shot blasting, pickling, cleaning, etc.
В предлагаемом способе процесс штамповки осуществляют с использованием листа твердой смазки, в состав которого входит ткань на основе стекловолокна, выполненного в виде тканого необработанного полотна с поверхностной плотностью 110…365 г/м2 и толщиной 0,11…0,30 мм. Стеклоткань указанной толщины и поверхностной плотности позволяет обеспечить защиту титановых заготовок в заявляемом диапазоне температур теплой и горячей деформации. Избыток стекловолокна приводит к переполнению гравюры штампа и к возникновению дефектов на поверхности изделий (вмятины, надрывы, отпечатки и др.). Недостаток стекловолокна вызывает прямой контакт на границе «инструмент-металл» и, соответственно, к возникновению абразивных задиров на поверхности заготовки и налипанию металла заготовки на поверхность инструмента. Экспериментально выявлена эмпирическая зависимость толщины ткани на основе стекловолокна от температуры деформирования.In the proposed method, the stamping process is carried out using a solid lubricant sheet, which includes a fiberglass-based fabric made in the form of a woven raw fabric with a surface density of 110...365 g/m 2 and a thickness of 0.11...0.30 mm. Fiberglass specified thickness and surface density allows you to protect titanium blanks in the claimed temperature range of warm and hot deformation. An excess of fiberglass leads to an overflow of the engraving of the stamp and to the appearance of defects on the surface of the products (dents, tears, prints, etc.). The lack of fiberglass causes direct contact at the “tool-metal” interface and, accordingly, to the occurrence of abrasive scratches on the surface of the workpiece and sticking of the metal of the workpiece to the surface of the tool. An empirical dependence of the thickness of a fiberglass-based fabric on the deformation temperature has been experimentally revealed.
С целью пластифицирования поверхности изделия в процессе деформирования на одну поверхность стеклоткани предварительно наносят коллоидную смазочную суспензию. Материал пропитывают до поверхностной плотности нанесенного слоя, составляющей после сушки 20…55 г/м2. Указанная поверхностная плотность позволяет обеспечить достаточное количество смазывающего материала в операциях теплой и горячей деформации. Количество смазывающего агента, в частности графита, устанавливают в соответствии со степенью обжатия и температуры деформирования для каждого конкретного типоразмера обрабатываемых изделий. Смазывающий агент в виде коллоидно-графитового препарата наносят преимущественно методом распыления с последующей сушкой при температуре не более 70°С.In order to plasticize the surface of the product in the process of deformation, a colloidal lubricating suspension is preliminarily applied to one surface of the fiberglass. The material is impregnated to the surface density of the applied layer, which after drying is 20...55 g/m 2 . The specified surface density allows you to provide a sufficient amount of lubricant in the operations of warm and hot deformation. The amount of lubricating agent, in particular graphite, is set in accordance with the degree of compression and deformation temperature for each specific size of the workpieces. A lubricating agent in the form of a colloid-graphite preparation is applied mainly by spraying, followed by drying at a temperature not exceeding 70°C.
Для улучшения формообразования штампованных изделий противоположную поверхность ткани дополнительно покрывают эмалевым шликером, включающим воду, стеклочастицы, бентонит и адгезивный наполнитель в виде жидкого стекла, что обеспечивает высокую пластичность обрабатываемого изделия при температурах теплого и горячего деформирования и больших степенях обжатия. Шликер наносят на стеклоткань методом напыления, погружения, обмазки.To improve the shaping of stamped products, the opposite surface of the fabric is additionally coated with an enamel slip, including water, glass particles, bentonite, and an adhesive filler in the form of liquid glass, which ensures high plasticity of the workpiece at temperatures of warm and hot deformation and high compression ratios. The slurry is applied to the fiberglass by spraying, dipping, coating.
Приготовление шликера осуществляют путем смешивания стеклочастиц в виде стеклопорошка в количестве 55…80 масс. %, бентонита не более 7 масс. % и адгезивного наполнителя в виде жидкого стекла в соотношении 3…18 масс. %, остальное - вода. Наличие в шликере 55…80 масс. % стеклопорошка обеспечивает требуемые показатели укрывистости и растекаемости шликера с размером частиц в заданном диапазоне.Slip preparation is carried out by mixing glass particles in the form of glass powder in the amount of 55...80 wt. %, bentonite not more than 7 wt. % and adhesive filler in the form of liquid glass in a ratio of 3...18 wt. %, the rest is water. The presence in the slip 55 ... 80 wt. % glass powder provides the required hiding power and spreadability of slip with a particle size in a given range.
Размер фракции стеклопорошка 40…400 мкм дает возможность регулировать толщину нанесенного покрытия. Содержание жидкого стекла в шликере менее 3 масс. % не обеспечивает прочности сцепления покрытия с основой; содержание жидкого стекла более 18 масс. % повышает риск расслоения и отслоения покрытия в процессе сушки. Наличие в эмалевом шликере до 7 масс. % бентонита уменьшает скорость седиментации стеклочастиц.The glass powder fraction size of 40…400 µm makes it possible to control the thickness of the applied coating. The content of liquid glass in the slip is less than 3 wt. % does not provide adhesion of the coating to the base; the content of liquid glass is more than 18 wt. % increases the risk of delamination and delamination of the coating during the drying process. The presence in the enamel slip up to 7 wt. % bentonite reduces the rate of sedimentation of glass particles.
Конкретные значения размеров частиц, их химического состав, температуру размягчения (плавления), тепловой коэффициент линейного расширения устанавливают для определенного режима применения в диапазоне теплой и горячей деформации.Specific values of particle sizes, their chemical composition, softening (melting) temperature, thermal coefficient of linear expansion are set for a certain application mode in the range of warm and hot deformation.
В предлагаемом способе достигнута совокупность свойств комбинированной смазки графитовыми препаратами и стеклочастицами, что дает возможность с минимальными затратами сформировать покрытие с оптимальными заявляемыми характеристиками.In the proposed method, a combination of properties of combined lubrication with graphite preparations and glass particles has been achieved, which makes it possible to form a coating with optimal claimed characteristics at minimal cost.
Необходимо отметить, что получение высококачественных изделий с наибольшей экономией металла заготовок может достигаться изотермической штамповкой, которая улучшает условия для пластического течения материала и позволяет получать штампованные поковки, значительно более близкие по форме к конечным изделиям. При этом изотермическая штамповка осуществляется при повышенных температурах инструмента, равных температуре металла, и низких скоростях деформирования, что весьма увеличивает время контакта металла с инструментом, снижая фрикционные свойства известных покрытий с наличием в их составе графитовых компонентов. Использование дополнительного смазывающего агента в виде смеси стеклочастиц позволяет решить эту проблему. Комбинированная смесь с частицами стекла заданного размера и химсостава в оптимальном количестве повышает фрикционные свойства покрытия, обеспечивает хорошее заполнение металлом гравюры штампа, устраняет опасность залипания изделия в гравюре штампа.It should be noted that the production of high-quality products with the greatest savings in the metal of blanks can be achieved by isothermal forging, which improves the conditions for the plastic flow of the material and makes it possible to obtain stamped forgings that are much closer in shape to the final products. At the same time, isothermal stamping is carried out at elevated tool temperatures equal to the metal temperature and low deformation rates, which greatly increases the metal-to-tool contact time, reducing the frictional properties of known coatings with the presence of graphite components in their composition. The use of an additional lubricating agent in the form of a mixture of glass particles solves this problem. The combined mixture with glass particles of a given size and chemical composition in the optimal amount increases the frictional properties of the coating, ensures good filling of the stamp engraving with metal, and eliminates the risk of product sticking in the stamp engraving.
Перед деформированием заготовки нагревают до температуры 650…1200°С. Конкретный интервал температуры нагрева заготовок обычно лежит в области максимальной пластичности материала и назначается отдельно для каждой конкретной марки сплава с учетом формирования структуры и свойств деформируемого материала.Before deformation, the blanks are heated to a temperature of 650...1200°C. A specific range of billet heating temperature usually lies in the area of maximum plasticity of the material and is assigned separately for each specific alloy grade, taking into account the formation of the structure and properties of the deformed material.
После достижения требуемой температуры и продолжительности выдержки заготовку выгружают из печи и транспортируют к столу кузнечно-прессовой установки, например гидравлического пресса, на котором установлен нагретый штамп, состоящий из верхней и нижней половин. Перед началом штамповки отрезок подготовленного листа твердой смазки, перекрывающий по площади гравюру и тормозящую площадку, укладывают в нижнюю половину штампа. Лист укладывают в нижнюю половину штампа таким образом, что поверхность, пропитанная коллоидной суспензией, обращена к поверхности гравюры нижней половины штампа, соответственно, поверхность с нанесенным эмалевым шликером обращена к поверхности заготовки. Традиционно смазку гравюры штампа осуществляют препаратом, аналогичным коллоидно-графитовому. Затем в штамп укладывают нагретую заготовку. После чего заготовку накрывают листом твердой смазки таким образом, что поверхность ткани, пропитанная коллоидной суспензией, обращена к поверхности гравюры верхней половины штампа, следовательно, поверхность ткани с нанесенным эмалевым шликером обращена к поверхности заготовки, далее осуществляют деформирование заготовки.After reaching the required temperature and holding time, the workpiece is unloaded from the furnace and transported to the table of the forging and pressing plant, for example, a hydraulic press, on which a heated stamp is installed, consisting of an upper and lower halves. Before stamping, a piece of the prepared solid lubricant sheet, covering the area of the engraving and the braking pad, is placed in the lower half of the stamp. The sheet is placed in the lower half of the stamp in such a way that the surface impregnated with a colloidal suspension faces the surface of the engraving of the lower half of the stamp, respectively, the surface with the applied enamel slip faces the surface of the workpiece. Traditionally, the stamp engraving is lubricated with a preparation similar to colloidal graphite. Then the heated billet is placed in the stamp. After that, the blank is covered with a solid lubricant sheet in such a way that the surface of the fabric impregnated with a colloidal suspension faces the surface of the engraving of the upper half of the stamp, therefore, the surface of the fabric coated with enamel slip faces the surface of the blank, then the blank is deformed.
В заявляемом способе приготовление и применение листа твердой смазки с дополнительным покрытием стеклочастицами и графитовыми препаратами за счет равномерного их распределения по всей поверхности способствует лучшему формообразованию поковок в штампе, позволяет получить более качественную поверхность, обеспечить лучшую теплозащиту заготовки, уменьшить вероятность залипания заготовки в штампе, забивку гравюры штампа излишками графита и повысить стойкость штампового инструмента. В отличие штамповки с использованием стеклоэмалей, способ не требует участка с дорогостоящим оборудованием для их приготовления, а отличается простотой приготовления покрытий, универсальностью и эффективностью их применения.In the claimed method, the preparation and use of a solid lubricant sheet with an additional coating of glass particles and graphite preparations, due to their uniform distribution over the entire surface, contributes to better shaping of forgings in the die, allows you to get a better surface, provide better thermal protection of the workpiece, reduce the likelihood of workpiece sticking in the die, driving engraving the die with excess graphite and increase the durability of the die tool. Unlike stamping with the use of glass enamels, the method does not require a site with expensive equipment for their preparation, but is distinguished by the simplicity of preparing coatings, the versatility and efficiency of their application.
Кроме того, за счет перехода от борсодержащих стеклоэмалей и стекол к материалам, не содержащим бор, в частности на основе стекловолокна без бора, создается возможность ликвидации негативного влияния борсодержащих элементов на окружающую среду.In addition, by switching from boron-containing glass enamels and glasses to materials that do not contain boron, in particular based on boron-free glass fibers, it is possible to eliminate the negative impact of boron-containing elements on the environment.
Промышленную применимость изобретения подтверждают примеры его конкретного выполнения.The industrial applicability of the invention is confirmed by examples of its specific implementation.
Пример 1.Example 1
Проведена штамповка партии поковок дисков (масса поковки -197 кг) из титанового сплава ВТ3-1 на гидравлическом прессе усилием 300 Мн в закрытом штампе из стали марки 5ХНМ. В качестве листа твердой смазки использовали ткань на основе стекловолокна марки СГ-13 толщиной 0,27 мм с поверхностной плотностью 285±12 г/м2 Стеклоткань пропитывали коллоидно-графитовым препаратом на водной основе марки CONDAFRORGE 298. Поверхностная плотность листа с нанесенным покрытием после сушки составляла 335±15 г/м2. На противоположную поверхность листа наносили эмалевый шликер, содержащий смесь стеклочастиц в виде стеклопорошка марки Ф2 фракцией 0,1…0,4 мм в количестве 69 масс. %, бентонит ГОСТ 7032 в количестве 5 масс. % и жидкое стекло ГОСТ 13078 в количестве 11 масс. %., остальное - вода. Лист твердой смазки подвергали сушке. Заготовки нагревали до температуры 940°С, штамп нагревали до температуры 310°С. Лист твердой смазки размещали на нижней половине штампа пропитанным слоем с графитом, обращенным к гравюре. На лист укладывали нагретую до температуры деформации заготовку. Поверх заготовки размещали другой лист твердой смазки, обращенный стороной с пропитанным графитом слоем к гравюре верхней половины штампа. Штамповку осуществляли со степенью относительной деформации 20…40% в различных сечениях детали. Замечаний в ходе операции штамповки (залипание заготовки в штампе и др.) не наблюдали. После охлаждения штамповок проводили операцию дробеметной обработки и кислотного травления для удаления остаточных слоев покрытия. Далее осуществляли визуальный осмотр и замер геометрических размеров поковок. Показатели качества поверхности соответствовали нормативам. Дефекты поверхности отсутствовали, геометрические размеры поковок в полной мере соответствовали требованиям чертежа.A batch of disc forgings (forging weight -197 kg) made of titanium alloy VT3-1 was forged on a hydraulic press with a force of 300 Mn in a closed die made of 5KhNM grade steel. As a sheet of solid lubrication, a fabric based on glass fiber brand SG-13 with a thickness of 0.27 mm and a surface density of 285 ± 12 g/m 2 was used. was 335±15 g/m 2 . An enamel slurry was applied to the opposite surface of the sheet, containing a mixture of glass particles in the form of F2 glass powder with a fraction of 0.1 ... 0.4 mm in the amount of 69 wt. %, bentonite GOST 7032 in the amount of 5 wt. % and liquid glass GOST 13078 in the amount of 11 wt. %., the rest is water. The solid lubricant sheet was dried. The workpieces were heated to a temperature of 940°C, the stamp was heated to a temperature of 310°C. A sheet of solid lubricant was placed on the bottom half of the die with an impregnated layer with graphite facing the engraving. A preform heated to the deformation temperature was placed on the sheet. Another sheet of solid lubricant was placed on top of the workpiece, with the side with the impregnated graphite layer facing the engraving of the upper half of the stamp. Stamping was carried out with a degree of relative deformation of 20...40% in various sections of the part. No remarks were observed during the stamping operation (sticking of the workpiece in the die, etc.). After the forgings were cooled, shot blasting and acid etching were performed to remove residual coating layers. Next, a visual inspection and measurement of the geometric dimensions of the forgings was carried out. The surface quality indicators corresponded to the standards. There were no surface defects, the geometric dimensions of the forgings fully complied with the requirements of the drawing.
Пример 2.Example 2
Проведена штамповка кольцевых заготовок из сплава Вт 6 на прессе усилием 100 кН в плоских штампах. Размеры заготовок перед штамповкой составляли ∅наруж 18 × ∅внутр 6 × 9 мм. Заготовки нагревали в печи до температуры 700°С, штамп нагревали до температуры 450°С. В качестве листа твердой смазки использовали ткань на основе стекловолокна марки СГ-13 толщиной 0,27 мм с поверхностной плотностью 285±12 г/м2. Стеклоткань пропитывали коллоидно-графитовым препаратом марки Berulit 935 и подвергали сушке. Поверхностная плотность стеклоткани с нанесенным слоем составила 315±15 г/м2.Stamping of ring blanks from alloy W 6 was carried out on a press with a force of 100 kN in flat dies. The blank dimensions before stamping were ∅ out 18 × ∅ in 6 × 9 mm. The workpieces were heated in a furnace to a temperature of 700°C, the stamp was heated to a temperature of 450°C. As a sheet of solid lubricant used fabric based on glass fiber brand SG-13 with a thickness of 0.27 mm with a surface density of 285±12 g/m 2 . The fiberglass was impregnated with Berulit 935 colloidal graphite and dried. The surface density of the coated fiberglass was 315±15 g/m 2 .
На противоположную поверхность ткани СГ 13 наносили шликер, содержащий воду, смесь стеклочастиц в виде стеклопорошка фракции 0,1…0,4 мм, бентонита ГОСТ 7032 и жидкого стекла ГОСТ 13078. Содержание стеклопорошка в шликере составило 73 масс. %, бентонита - 5 масс. %, жидкого стекла - 7 масс. %, остальное вода. Выполняли позиционирование листа твердой смазки на обрабатываемом изделии таким образом, что поверхность с покрытием из смеси стеклочастиц обращена к обрабатываемой детали, поверхность с графитовым покрытием обращена к инструменту. Заготовки выгружали из печи и деформировали в штампе со степенью относительной деформации ~ 50%. В целях оценки состояния приповерхностных слоев проводили металлографические исследования деформированных изделий. Газонасыщения в приповерхностных слоях металла не обнаружено. Кроме того, по номограмме Male были определены значения коэффициентов и факторов трения (см. табл. 1). Показано снижение усилий деформирования при использовании заявляемого способа.A slip containing water, a mixture of glass particles in the form of glass powder fraction 0.1 ... 0.4 mm, bentonite GOST 7032 and liquid glass GOST 13078 was applied to the opposite surface of the fabric SG 13. The content of glass powder in the slip was 73 wt. %, bentonite - 5 wt. %, liquid glass - 7 wt. %, the rest is water. The solid lubricant sheet was positioned on the workpiece in such a way that the surface coated with a mixture of glass particles faces the workpiece, the graphite-coated surface faces the tool. The workpieces were unloaded from the furnace and deformed in a stamp with a degree of relative deformation of ~50%. In order to assess the state of the near-surface layers, metallographic studies of deformed products were carried out. No gas saturation was found in the near-surface layers of the metal. In addition, the coefficients and friction factors were determined from the Male nomogram (see Table 1). Shown is the reduction of deformation forces when using the proposed method.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет синтезировать в процессе штамповки снижение фрикционных нагрузок на границе «инструмент-деформируемый металл», сохранение температуры заготовки при заданных условиях деформирования, обеспечение защиты от газонасыщения в заявленном диапазоне температур, а также дает возможность управления параметрами материала покрытия в зависимости от режимов пластической деформации.Thus, the proposed method makes it possible to synthesize, during the stamping process, a reduction in frictional loads at the “tool-deformable metal” interface, maintaining the temperature of the workpiece under specified deformation conditions, providing protection from gas saturation in the stated temperature range, and also makes it possible to control the parameters of the coating material depending on modes of plastic deformation.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785111C1 true RU2785111C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU620326A1 (en) * | 1977-01-03 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я А-7697 | Hot stamping tool |
| SU1323192A1 (en) * | 1986-03-20 | 1987-07-15 | Предприятие П/Я М-5591 | Lubricant coat for hot die forging |
| RU2020020C1 (en) * | 1989-05-16 | 1994-09-30 | Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей | Method of hot pressing of heat resistance titanium alloys |
| US20110302979A1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-12-15 | Ati Properties, Inc. | Lubrication processes for enhanced forgeability |
| WO2018117226A1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 日立金属株式会社 | Method for producing hot-forged material |
| RU2679157C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-02-06 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of manufacturing formed forces of turbine blades from heat-resistant alloys on the basis of nickel |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU620326A1 (en) * | 1977-01-03 | 1978-08-25 | Предприятие П/Я А-7697 | Hot stamping tool |
| SU1323192A1 (en) * | 1986-03-20 | 1987-07-15 | Предприятие П/Я М-5591 | Lubricant coat for hot die forging |
| RU2020020C1 (en) * | 1989-05-16 | 1994-09-30 | Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей | Method of hot pressing of heat resistance titanium alloys |
| US20110302979A1 (en) * | 2010-06-14 | 2011-12-15 | Ati Properties, Inc. | Lubrication processes for enhanced forgeability |
| WO2018117226A1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 日立金属株式会社 | Method for producing hot-forged material |
| RU2679157C1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-02-06 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of manufacturing formed forces of turbine blades from heat-resistant alloys on the basis of nickel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2580007B1 (en) | Lubrication processes for enhanced forgeability | |
| US3909921A (en) | Method and apparatus for making shaped articles from sprayed molten metal or metal alloy | |
| DE69933751T2 (en) | Production method for hot-rolled sheet steel parts | |
| US10875080B2 (en) | Method of producing forged product | |
| RU2640112C2 (en) | Products, systems and methods of forging alloys | |
| US8297091B2 (en) | Nanocomposite coating for hot metal forming tools | |
| Kchaou et al. | Failure mechanisms of H13 die on relation to the forging process–A case study of brass gas valves | |
| CN110252918B (en) | Ti for 3D printing powder2Preparation method of AlNb-based alloy bar | |
| US4788842A (en) | Open-die forging method | |
| CN106086618A (en) | A kind of automobile differential drives gear liquid technology of Liquid Die Forging | |
| RU2785111C1 (en) | Method for hot forging of workpieces from hard to deform metals and alloys | |
| RU2679157C1 (en) | Method of manufacturing formed forces of turbine blades from heat-resistant alloys on the basis of nickel | |
| CN106399818A (en) | Liquid-state die forging process for cam shaft gear for automobile engine | |
| Shahriari et al. | Effects of lubricant and temperature on friction coefficient during hot forging of Nimonic 115 superalloy | |
| Gupta et al. | Glass-lubricated hot extrusion of stainless steel | |
| RU2020020C1 (en) | Method of hot pressing of heat resistance titanium alloys | |
| JP2023116806A (en) | Manufacturing method for hot-forged member | |
| Dux | Forging of aluminum alloys | |
| DE69506012T2 (en) | Manufacturing process for a spatial element of a fluid | |
| KR100602897B1 (en) | Method for forming metal parts by cold deformation | |
| RU2741047C1 (en) | Protective-lubricant material for hot metal forming | |
| Kobelev et al. | Forging process flow development for plate production | |
| RU2756616C2 (en) | Protective and lubricating material for hot metal processing by pressure | |
| KR20120056122A (en) | The Method of Hot Backward Extrusion of Titanium Alloy | |
| RU2220850C2 (en) | Composite blank for hot strain |