Výkovky z niklovej zliatiny s otvoreným lisovaním verzus uzavretým lisovacím procesom a porovnanie kvality

Kovanie lisuje horúci kov do tvaru a spôsob jeho lisovania formuje kvalitu dielu. Zliatiny niklu ako naprZliatina 625, Monel 400, Zliatina C-276aZliatina 718pridajte výzvu: zostávajú pevné pri vysokej teplote, takže odolávajú formovaniu a majú úzky rozsah teplôt, pri ktorých sa s nimi dá bezpečne pracovať.

Táto príručka porovnáva dve hlavné cesty kovania, otvorenú a uzavretú, naprieč procesom, kvalitou, nákladmi a kontrolou, pričom závery sú v každej časti prvé a potom nasleduje odôvodnenie. Uvedené údaje pochádzajú z publikovaných údajov a špecifikácií výrobcu; vždy potvrďte hodnoty podľa aktuálnej špecifikácie a postupov vášho dodávateľa.

Kľúčové informácie

• Voľné kovanie tvaruje kov medzi plochými alebo jednoduchými zápustkami opakovanými ťahmi, takže je vhodné pre veľké, ťažké alebo maloobjemové diely. Kovanie v uzavretej zápustke stláča kov do tvarovaných dutín zápustky, takže vyhovuje opakovateľným tvarom takmer čistým.
• Zliatiny niklu odolávajú deformácii pri teplote spracovania za tepla a musia sa spracovávať v definovanom okne: napríklad zliatina 625 sa spracováva za tepla pri teplote 900 až 1177 stupňov F, pričom ťažká práca je čo najbližšie k vrcholu tohto rozsahu.
• Kovanie v uzavretej zápustke poskytuje tesnejšie tvary, lepšie prispôsobený tok zrna a menej obrábania; v jednom publikovanom príklade sa kovanie v uzavretej zápustke s takmer sieťou vyhlo asi 30 % objemu palacinky v otvorenej zápustke, čo je rozdiel v hodnote asi 10 až 20 % ceny výrobku alebo viac pre drahé zliatiny na báze niklu.
• Kovanie v zápustke poskytuje hlbokú, dobre spracovanú štruktúru vo veľkých častiach bez špeciálnych nástrojov, ale ponecháva viac materiálu na obrábanie.
• Žiadna cesta nie je automaticky lepšia: kvalita závisí od kontroly teploty, redukcie, tepelného spracovania a kontroly. Zadajte požadované vlastnosti a testy, nielen názov procesu.
• ASTM B564 je hlavná špecifikácia pre výkovky zo zliatiny niklu a jej minimálne vlastnosti závisia od zliatiny, stavu a veľkosti prierezu.

Aký je rozdiel medzi otvoreným a uzavretým kovaním?

Pri voľnom kovaní sa zahriaty kov deformuje medzi plochými alebo jednoducho tvarovanými zápustkami, ktoré ho nikdy úplne neobopnú; pri zápustkovom kovaní sa kov lisuje do presne tvarovaných zápustkových dutín, ktoré dávajú dielu tvar.

Voľné kovanie funguje ako kováč s veľmi veľkým lisom: obrobok sa medzi ťahmi stláča, naťahuje a otáča, aby sa vytiahol, rozrušil alebo sa z neho vyformovali hriadele, kotúče, bloky a krúžky. Konečný tvar závisí od zručnosti operátora a plánovanej postupnosti krokov. Kovanie v uzavretej zápustke, tiež nazývané zápustkové kovanie, používa zosúladený pár zápustiek s vyrezaným tvarom dielu. Kov tečie, aby vyplnil dutinu, pričom malé množstvo prebytku sa vytlačí ako záblesk, ktorý sa odreže. Tretia cesta, valcovanie krúžkov, rozširuje dierovaný kotúč na bezšvový krúžok a často sa spája s voľným kovaním pre príruby a plášte.

Prečo sú zliatiny niklu ťažšie kovať ako oceľ?

Zliatiny niklu sa ťažšie kujú, pretože si zachovávajú vysokú pevnosť pri teplotách opracovania za tepla, čo znamená, že je potrebná väčšia sila, a pretože majú úzke bezpečné teplotné okno, kde príliš studená práca môže spôsobiť praskanie a príliš horúca môže poškodiť kov.

Zliatina 625 bola navrhnutá tak, aby si zachovala pevnosť pri vysokej teplote, takže výrobca uvádza, že odoláva deformácii za tepla a potrebuje adekvátne výkonné vybavenie. Monel 400 je naopak opísaný ako mäkší ako mnohé ocele, keď je horúci, ale môže sa trvalo poškodiť, ak je zahriaty na teplotu vyššiu ako 2150 stupňov F (1175 stupňov).

Superzliatiny ako Alloy 718 majú ešte tesnejšie okno, kde sa uvádzané teploty kovania pohybujú okolo 950 – 1 050 stupňov, pretože ich fázy spevňovania a veľkosť zrna prudko reagujú na teplotu a rýchlosť deformácie. Pri nižších teplotách prietokové napätie rýchlo stúpa, a preto publikované metódy stanovujú minimálnu počiatočnú teplotu pre výkovky.

Kvôli týmto limitom závisí kovanie zliatiny niklu na presnom riadení pece, rýchlom prenose, opätovnom ohreve, keď sa obrobok ochladí, a pri niektorých vysokopevnostných typoch vyhrievaných alebo izotermických lisovníc, ktoré udržujú kov a lisovnicu pri podobných teplotách. Palivo a mazivá pre pece by mali mať nízky obsah síry, pretože síra môže pri vysokej teplote skrehnúť zliatiny niklu.

Ako sa kovanie v otvorenej zápustke a v uzavretej zápustke porovnáva v kľúčových rozmeroch?

Voľné kovanie ponúka flexibilitu pre veľké a maloobjemové diely s malým množstvom nástrojov, zatiaľ čo uzavreté kovanie ponúka opakovateľnosť, užšie tvary a menšie obrábanie pre stredné až veľké objemy.

Ktorý proces poskytuje lepší tok zŕn a mechanické vlastnosti?

Kovanie v uzavretej zápustke zvyčajne poskytuje tok zrna, ktorý sleduje tvar dielu a konzistentnejšie vlastnosti od kusu k kusu, zatiaľ čo kovanie v otvorenom zápustke poskytuje silnú, dobre spracovanú štruktúru vo veľkých častiach; v oboch sú vlastnosti riadené teplotou, redukciou a tepelným spracovaním viac ako názvom procesu.

Tok zrna je smer, v ktorom sa zrná kovu počas kovania naťahujú, podobne ako zrná v kuse dreva. Časti sú najpevnejšie a najodolnejšie voči únave, keď tok zrna prebieha pozdĺž hlavných zaťažení, namiesto toho, aby boli rezané obrábaním. Kovanie v uzavretej zápustke tvaruje tok okolo obrysu dielu, takže kritické prvky, ako sú príruby a výstupky, majú nepretržitý tok. Kovanie v zápustke ťahá a narušuje kov, čím sa zušľachťuje hrubá liata štruktúra v hrubých častiach, ale obrábanie zložitej časti z jednoduchého kovania vedie k prerezaniu toku.

Tepelné spracovanie obnovuje veľkú časť štruktúry zliatin odolných voči korózii. ASTM B564 poznamenáva, že opracovanie za tepla alebo opätovné žíhanie môže výrazne zmeniť vlastnosti v závislosti od pracovnej histórie a teplôt a pre zliatinu 625 Grade 2 to vyžaduje rozpúšťacie žíhanie pri minimálne 2150 stupňoch F (1177 stupňov), po ktorom nasleduje ochladenie vodou alebo rýchle ochladenie. V prípade zliatin vytvrdzujúcich precipitáciou, ako je Alloy 718, sa veľkosť zrna riadi teplotou kovania a rýchlosťou deformácie, pričom publikované metódy dosahujú veľmi jemné zrná (ASTM 12–14) pri izotermickom kovaní, ktoré potom po žíhaní supersolvus zhrubnú na približne ASTM 6–8. Sú to ovládacie prvky na úrovni letectva, ale ukazujú, ako proces a tepelné spracovanie spolupracujú.

Koľko obrábania a materiálu ušetrí každý proces alebo koľko odpadu?

Kovanie s uzavretou zápustkou v tvare siete plytvá lacnejšou zliatinou niklu: v jednom publikovanom porovnaní pre veľký kotúč turbíny sa kovanie v uzavretej zápustke vyhlo približne 30 % objemu palacinky v otvorenej zápustke, čo je rozdiel, ktorý môže predstavovať 10 až 20 % alebo viac ceny výrobku.

Porovnanie pochádza z patentu popisujúceho veľké kotúčové výkovky zo superzliatin na báze niklu, kde bola na finálnu opracovanú časť položená plochá otvorená placka a výkovok s uzavretou zápustkou blízko siete. Obe potrebujú nejaké finálne opracovanie, ale palacinka potrebuje oveľa viac. Pretože zliatiny niklu stoja oveľa viac za kilogram ako oceľ, materiál odoberaný vo forme triesok je skutočným nákladom a dlhý čas obrábania na tvrdých zliatinách tvrditeľných opracovaním sa k tomu pridáva. Úspora je väčšia pri zložitých dieloch a veľkých objemoch a menšia pri jednoduchých tvaroch alebo jednorazových dieloch.

Jednoduchý vzorec vyrovnania

Rovnomerné množstvo=náklady na nástroje / úspora na diel

Príklad s hypotetickými číslami: ak súprava nástrojov s uzavretou matricou stojí 60 000 USD a ušetrí 150 USD na diel na materiáli a obrábaní, hranica rentability je približne 400 dielov. Nižšie môže byť voľné kovanie lacnejšie; nad ním vyhráva uzavretá kocka. Nahraďte čísla skutočnými citáciami.

Aké chyby a riziká by ste si mali všímať v každom procese?

Hlavnými rizikami sú práca mimo teplotného okna (praskanie alebo prehriatie), prelínanie a záhyby, nerovnomerná štruktúra zŕn a kontaminácia sírou; uzavretá matrica zvyšuje riziko opotrebovania matrice a nevyplnenia, zatiaľ čo otvorená matrica pridáva hrubú alebo nerovnomernú štruktúru v zle opracovaných oblastiach.

Čo vyžaduje ASTM B564 pre výkovky zo zliatiny niklu?

ASTM B564 pokrýva výkovky z mnohých zliatin niklu, vrátane UNS N04400, N06625, N08825, N10276 a N06022, a stanovuje minimálne vlastnosti v ťahu, ktoré závisia od zliatiny, stavu tepelného spracovania a veľkosti prierezu.

B564 platí bez ohľadu na to, ktorá cesta kovania sa použije. Minimálne vlastnosti pre žíhané alebo rozpúšťacie žíhané výkovky sú uvedené nižšie ako príklady čerpané z publikovaných kópií špecifikácie. Hodnoty sa líšia podľa vydania a veľkosti sekcie; napríklad žíhané výkovky Alloy 625 do 4 palcov (102 mm) musia spĺňať vyššie minimá ako výkovky nad 4 až 10 palcov (254 mm), čo odráža náročnosť úplného spracovania a rovnomerného tepelného spracovania hrubých profilov. Presné požiadavky nájdete v aktuálnom vydaní.

Ďalšie špecifikácie sa vzťahujú na špecifické použitia: ASTM B637 sa vzťahuje na tyče, výkovky a výkovky z niklovej zliatiny vytvrditeľnej precipitáciou na použitie pri stredných a vysokých teplotách a ASTM B462 a ASME B16.5 sa týkajú kovaných prírub a tvaroviek. Letecké produkty používajú špecifikácie AMS, ako napríklad AMS 5662 a 5663 pre zliatinu 718.

Ako sa porovnávajú náklady a dodacia lehota?

Kovanie v otvorenej zápustke má nižšie počiatočné náklady a kratší dodací čas, pretože potrebuje len málo nástrojov špecifických pre súčiastky, zatiaľ čo kovanie v uzavretej zápustke má vyššie náklady na nástroje a dlhší čas prípravy, ale nižšie náklady na diel v objeme.

Zápustkové nástroje musia byť navrhnuté, opracované z nástrojovej ocele na prácu za tepla alebo v prípade izotermického kovania zo zápustkových zliatin na báze niklu a overené skúšobnými výkovkami. Táto investícia sa vyplatí, keď je potrebných veľa rovnakých dielov. Voľné kovanie sa vyhýba kroku obrábania a môže začať so sochorom alebo ingotom, ale každý diel potrebuje viac obrábania. Celkové náklady preto závisia od množstva, veľkosti, zložitosti, ceny zliatiny, nákladov na obrábanie a rizika šrotu. Vyžiadajte si cenové ponuky, ktoré zahŕňajú prídavok na obrábanie a testovanie, aby sa porovnanie týkalo hotových nákladov.

Ktorý proces by ste si mali vybrať?

Vyberte si otvorené alebo prstencové výkovky pre veľké, jednoduché alebo maloobjemové súčiastky a výkovky s uzavretou zápustkou pre opakovateľné, zložité, takmer sieťové diely v strednom až veľkom objeme; používajte metódy horúcej formy alebo izotermické metódy len pre zliatiny s vysokou pevnosťou, ktoré vyžadujú tesnú kontrolu zrnitosti.

Čo by ste mali špecifikovať pri objednávaní výkovkov z niklovej zliatiny?

Uveďte zliatinu a číslo UNS, špecifikáciu produktu, stav tepelného spracovania, veľkosť a prídavok na opracovanie, požadované vlastnosti a skúšky a dokumentáciu a uveďte akékoľvek požiadavky na tok zŕn alebo cestu spracovania, aby dodávateľ mohol uviesť správny proces.

Číslo zliatiny a UNS (napríklad UNS N06625) a riadiaca špecifikácia, ako napríklad ASTM B564.

• Stav: žíhané, rozpúšťacie žíhanie alebo starnutie a pre zliatinu 625 bez ohľadu na to, či sa používa stupeň 1 alebo stupeň 2.
• Rozmery: hotový výkres, prídavok na opracovanie a veľkosť prierezu, pretože od toho závisia vlastnosti.
• Proces: otvorená matrica, uzavretá matrica alebo kruhové valcovanie alebo potrebný výkon, ako je smer toku zrna alebo minimálna redukcia.
• Testovanie: miesto a smer testu ťahu, tvrdosť, veľkosť zrna, kontrola ultrazvukom a kvapalinou a testovanie korózie tam, kde to služba vyžaduje.
• Dokumentácia: osvedčenia o skúške mlyna, záznamy o tepelnom spracovaní, vysledovateľnosť tepla a akákoľvek kontrola treťou stranou.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi otvoreným a uzavretým kovaním?

Voľné kovanie deformuje kov medzi plochými alebo jednoduchými zápustkami, ktoré ho neuzatvárajú, čo vyhovuje veľkým alebo maloobjemovým dielom. Kovanie v uzavretej zápustke lisuje kov do tvarovaných zápustkových dutín, čím sa získajú takmer čisté, opakovateľné tvary.

Aký teplotný rozsah sa používa na kovanie Inconel 625?

Rozsah výroby zliatiny 625 za tepla je 1 650 – 2 150 stupňov F (900 – 1 177 stupňov), s ťažkou prácou čo najbližšie k 2 150 stupňom F.

Prečo zliatiny niklu potrebujú väčšiu kovaciu silu ako oceľ?

Mnohé zliatiny niklu, najmä zliatina 625, si zachovávajú vysokú pevnosť pri teplotách spracovania za tepla, takže odolávajú deformácii a vyžadujú výkonné lisy a starostlivú kontrolu teploty.

Ktorý proces poskytuje lepší tok zrna?

Kovanie v uzavretej zápustke tvaruje tok zrna okolo obrysu dielu a je opakovateľné, zatiaľ čo kovanie v otvorenej forme zjemňuje štruktúru vo veľkých častiach. Konečné vlastnosti závisia od teploty, redukcie a tepelného spracovania.

Aká norma sa vzťahuje na výkovky zo zliatiny niklu?

ASTM B564 pokrýva výkovky z mnohých zliatin niklu, vrátane N04400, N06625, N08825, N10276 a N06022, s minimálnymi vlastnosťami podľa zliatiny, stavu a veľkosti prierezu. ASTM B637 sa vzťahuje na zliatiny tvrditeľné precipitáciou, ako je Alloy 718.

Je zápustkové kovanie vždy lacnejšie?

Nie. Šetrí materiál a obrábanie na diel, ale potrebuje matrice. Zvyčajne je to lacnejšie pre stredné až veľké objemy a zložité tvary a otvorené formy sú zvyčajne lacnejšie pre veľké alebo nízkoobjemové diely.

Môže kovanie zmeniť odolnosť proti korózii?

Kovanie a tepelné spracovanie, ktoré nasleduje po nastavenej veľkosti zrna a distribúcii fáz, takže nesprávne teploty alebo chladenie môžu znížiť odolnosť proti korózii. Uveďte požadovaný stav a testovanie korózie pre náročné služby.