способ производства труднодеформируемых поковок из высоколегированных сталей и сплавов

Формула изобретения

1. Способ производства труднодеформируемых поковок из высоколегированных сталей и сплавов, включающий посадку слитка металла без предварительной обдирки в разогретую нагревательную печь, нагрев слитка в упомянутой печи и выдержку при этой температуре, нагрев слитка до ковочной температуры с выдержкой при этой температуре, ковку с промежуточной зачисткой и охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что посадку слитка металла осуществляют в нагревательную печь, разогретую до 400±10°С, слиток в нагревательной печи сначала нагревают до температуры 600±10°С со скоростью не более 50°С в час и выдерживают при этой температуре в течение 1,5-2,5 ч, а затем - до температуры 700±10°С со скоростью не более 50°С в час и выдерживают при этой температуре в течение 0,8-1,2 ч, нагрев слитка до ковочной температуры, которая составляет (1150-1180)±10°С, производят с произвольной скоростью, а выдержку при этой температуре осуществляют в течение 3-5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед последним выносом ковки из головной и донной частей слитка отковывают цапфы, расков разрубают пополам и производят окончательный отков каждой половины в отдельности с последующим удалением цапф.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковку слитка осуществляют путем осадки, при этом предварительно перед осадкой из головной части слитка отковывают цапфу.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ковку слитка осуществляют протяжкой со степенью укова не менее 3 в вырезных бойках по схеме круг-круг с обжатием за один вынос не более 20 мм в первых проходах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии производства поковок из высоколегированных сталей и сплавов, преимущественно на основе никеля, являющихся труднодеформируемыми. При этом для обеспечения высокого уровня механических свойств и технологичности дальнейшего передела, поковки должны иметь мелкозернистую структуру с величиной зерна не более 4 балла.

Известен способ нагрева слитков под ковку, заключающийся в загрузке слитка в печь после достижения в ней температуры, максимально допустимой для сохранения сплошности нагреваемого слитка, а повышение температуры рабочего пространства печи производят в момент достижения наибольшей разности температур между поверхностью и центральной зоной слитка. Определение момента достижения наибольшей разности в поперечном сечении нагреваемого слитка производится по графикам и номограммам изменения теплового поля слитка перед посадкой в печь, построенным для поковок, составляющих номенклатуру выпуска цеха (1).

Недостатком данного способа является то, что такой ступенчатый нагрев малопластичных сталей и сплавов в интервале температур до 700-800°С способствует образованию внутренних напряжений и расслоений, которые могут привести к забраковке металла, и не учитывает повышения пластичности металла по мере прогрева слитка.

Также известен способ ковки литых заготовок, заключающийся в формировании на гранях заготовки выступов и впадин в процессе деформации и перемене направления последующего прохода относительно предыдущего с кантовкой заготовки на 90°, причем с целью повышения качества поковок прямоугольного сечения путем интенсификации деформирования литой структуры металла центральной зоны и заваривания внутренних дефектов, выступы на гранях заготовки при деформации формируют в шахматном порядке, а заготовку после каждого прохода смещают относительно бойков на половину расстояния между выступами (2).

Недостатком данного способа является вероятность подстывания гребней волн и особенно углов заготовки, что может приводить к образованию рванин и необходимости проведения промежуточных зачисток и, как следствие, снижению выхода годного.

Известен способ нагрева заготовок перед ковкой, заключающийся в том, что заготовку помещают в нагревательную печь, выдерживают до достижения поверхностными слоями заготовки ковочной температуры, удаляют ее из печи и выдерживают на воздухе до достижения поверхностными слоями заготовки температуры, которую имели центральные слои при удалении ее из печи, а затем снова помещают заготовку в печь. При этом улучшение качества поверхностных слоев заготовки достигается за счет уменьшения интенсивности роста зерен при подогревах. (3)

Недостатком известного способа является возможность образования внутренних трещин и расслоений из-за растягивающих напряжений, возникающих при нагреве металла без ограничения скорости нагрева сплавов на хромоникелевой основе. Также недостатком данного способа является повышенный расход газа из-за промежуточного подстуживания металла на воздухе.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ нагрева и деформации хромоникелевых сплавов, описанный в (4), включающий:

- нагрев ободранных слитков по режиму:

посадка слитков в печь при температуре не более 600...700°С и выдержке при этой температуре в течение 1 часа;

подъем температуры до 1160...1180°С в течение 8 часов, выдержка при этой температуре 3...4 часа;

- ковка в плоских, вырезных или комбинированных бойках с промежуточными подогревами и последним подогревом в конечном профиле (3, схема технологического процесса, стр.232);

- охлаждение на воздухе.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: нагрев слитков в нагревательных печах с посадом при температуре не более 600°С, выдержка при температуре посада не менее 1 часа, постепенный подъем до ковочной температуры, выдержка при ковочной температуре 3...4 часа, последующая ковка в вырезных бойках с промежуточными подогревами, охлаждение на воздухе.

Недостатками известного способа являются:

- возможность образования внутренних трещин и расслоений в процессе нагрева слитков из-за отсутствия выдержек в нагревательной печи при температурах 600°С и 700°С, необходимых для полного прогрева слитков по сечению в интервале температур резкого изменения термического коэффициента линейного расширения;

- получение крупнозернистой структуры вследствие проведения операции подогрева поковок в конечном профиле, что снижает уровень механических свойств и технологичность дальнейшего передела.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение выхода годного, а также получение мелкозернистой структуры для обеспечения высокого уровня механических свойств и технологичности дальнейшего передела поковок.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ производства труднодеформируемых поковок из высоколегированных сталей и сплавов, включающий посадку слитка металла без предварительной обдирки в разогретую нагревательную печь, нагрев слитка в упомянутой печи и выдержку при этой температуре, нагрев слитка до ковочной температуры с выдержкой при этой температуре, ковку с промежуточной зачисткой и охлаждение на воздухе, при том что посадку слитка металла осуществляют в нагревательную печь, разогретую до 400°С±10°С, слиток в нагревательной печи сначала нагревают до температуры 600°C±10°С со скоростью не более 50°С в час и выдерживают при этой температуре в течение 1,5-2,5 часов, а затем - до температуры 700°С±10°С со скоростью не более 50°С в час и выдерживают при этой температуре в течение 0,8-1,2 часа, нагрев слитка до ковочной температуры, которая составляет (1150-1180)±10°С, производят с произвольной скоростью, а выдержку при этой температуре осуществляют в течение 3-5 часов, причем перед последним выносом ковки из головной и донной частей слитка отковывают цапфы, расков разрубают пополам и производят окончательный отков каждой половины в отдельности с последующим удалением цапф, а ковку слитка осуществляют путем осадки, при этом предварительно перед осадкой из головной части слитка отковывают цапфу, ковку слитка осуществляют протяжкой со степенью укова не менее 3 в вырезных бойках по схеме круг-круг с обжатием за один вынос не более 20 мм в первых проходах.

Исключение операции предварительной обдирки позволяет сохранить мелкозернистый поверхностный слой, что снизит вероятность появления трещин в процессе деформации сплавов, особенно в первых выносах. Эту же цель преследует ограничение обжатия за ход пресса не более 20 мм в первом выносе.

Выдержка в нагревательной печи при температурах 600°С и 700°С производится для полного прогрева слитков в интервале температур резкого изменения термического коэффициента линейного расширения с целью исключения внутренних трещин напряжения. Выдержка менее 1,5 часа при температуре 600°С и 0,8 часа при температуре 700°С неэффективна, так как не приведет к прогреву слитка. Выдержка более 2,5 часа при температуре 600°С и 1,2 часа при температуре 700°С нерациональна, так как приводит к бесполезному расходу топлива в печи.

Отков цапфы перед осадкой из головной части слитка позволяет вывести усадочную раковину в цапфу, что повысит выход годного, так как исключит развитие усадочной трещины в тело слитка в процессе осадки.

Отков цапфы из головной и донной части слитка с последующей разрубкой раскова пополам и с окончательным отковом каждой половины в отдельности с последующим удалением цапф позволит получить равномерную мелкозернистую структуру, так как исключит последний подогрев в конечном профиле, необходимый для откова второго конца, разрубания раскова и удаления головной и донной обрези.

Пример исполнения:

1. По технологии прототипа.

Слитки диаметром 400 мм сплавов на никелевой основе садили в нагревательную печь, разогретую до 400°С, и нагревали по режиму:

- выдержка при 400°С в течение 2 ч;

- нагрев со скоростью 50°С/ч до температуры (1150±10)°С;

- выдержка при ковочной температуре 4 часа;

Слитки ковали на передельную заготовку диаметром кр.305-325 мм для осадки на шайбы, кв.220 мм для молотов, поковки диаметром от 225 до 305 мм за 4-6 выносов в зависимости от конечного профиля, с единичными обжатиями до 20 мм за ход пресса в первых выносах и до 50 мм - в последующих. Последний переход при ковке поковок производили с подогревом в конечном профиле с разрубкой пополам.

По данной технологии нагрева и ковки продеформировано и проконтролировано 315 поковок сплавов. На 27 поковках обнаружены внутренние дефекты и участки недефектоскопичности.

2. По предлагаемой технологии.

Слитки диаметром 400 мм сплавов на никелевой основе садили в нагревательную печь, разогретую до 400°С, и нагревали по режиму:

- выдержка при 400°С в течение 2 ч;

- нагрев со скоростью 50°С/ч до 600°С;

- выдержка при 600°С в течение 2 ч;

- нагрев со скоростью 50°С до 700°С;

- выдержка при 700°С в течение 1 ч;

- нагрев до температуры (1150±10)°С;

- выдержка при ковочной температуре не менее 3 ч и не более 5 ч.

Слитки ковали на передельную заготовку диаметром кр.305-325 мм для осадки на шайбы, кв.220 мм для молотов, поковки диаметром от 225 до 305 мм за 4-6 выносов в зависимости от конечного профиля, с единичными обжатиями до 20 мм за ход пресса в первых выносах и до 50 мм - в последующих. Поковки ковали с предварительной осадкой до диаметра 420-460 мм после откова цапфы из головной части слитков, передельные заготовки без осадки. Последний переход при ковке поковок производили без подогрева в конечном профиле после откова цапф и разрубки пополам.

По данной технологии нагрева и ковки продеформировано и проконтролировано более 200 поковок сплавов. Внутренних дефектов и участков недефектоскопичности не обнаружено. Выход годного вырос на 10-12% по сравнению с технологией прототипа. Уровень механических свойств по сравнению с технологией прототипа вырос в среднем на 10...15%.

Источники информации

1. А.с. №728968, кл. В 21 J 1/06, пр. 10.05.78 г.

2. А.с. №963661, кл. В 21 J 1/04, пр. 22.01.81 г.

3. А.с. №897372, кл. В 21 J 1/06, пр. 23.04.80 г.

4. Дзугутов М.Я., Пластичность и деформируемость высоколегированных сталей и сплавов, М., Металлургия, 1990 г., стр.230-232..