Výkovky z niklové slitiny Otevřená zápustka vs. Proces s uzavřenou zápustkou a srovnání kvality

Kování lisuje horký kov do tvaru a způsob jeho lisování formuje kvalitu součásti. Slitiny niklu jako napřSlitina 625, Monel 400, Slitina C-276aSlitina 718přidat výzvu: zůstávají pevné při vysoké teplotě, takže odolávají formování, a mají úzký rozsah teplot, kde je lze bezpečně zpracovávat.

Tato příručka porovnává dvě hlavní cesty kování, otevřenou a uzavřenou zápustku, napříč procesem, kvalitou, náklady a kontrolou, přičemž závěry jsou uvedeny jako první v každé části a poté zdůvodnění. Uvedené údaje pocházejí z publikovaných údajů a specifikací výrobce; vždy potvrďte hodnoty podle aktuální specifikace a postupů vašeho dodavatele.

Klíčové věci

• Volné kování tvaruje kov mezi plochými nebo jednoduchými zápustkami opakovanými tahy, takže vyhovuje velkým, těžkým nebo maloobjemovým dílům. Kování v uzavřených zápustkách lisuje kov do tvarovaných dutin zápustek, takže vyhovuje opakovatelným tvarům blízkým síti.
• Slitiny niklu odolávají deformaci při teplotě zpracování za tepla a musí být zpracovány v definovaném okně: například slitina Alloy 625 se opracovává za tepla při teplotě 900–1177 stupňů F, přičemž těžká práce se co nejvíce blíží vrcholu tohoto rozsahu.
• Kování v uzavřené zápustce poskytuje těsnější tvary, lépe přizpůsobený tok zrna a méně obrábění; v jednom publikovaném příkladu se kování s uzavřenou zápustkou v blízkosti sítě vyhnulo asi 30 % objemu palačinky s otevřenou zápustkou, což je rozdíl v hodnotě asi 10–20 % ceny výrobku nebo více u drahých slitin na bázi niklu.
• Otevřené kování poskytuje hlubokou, dobře opracovanou strukturu ve velkých úsecích bez speciálních nástrojů, ale ponechává více materiálu k obrábění.
• Žádná cesta není automaticky lepší: kvalita závisí na kontrole teploty, redukci, tepelném zpracování a kontrole. Specifikujte požadované vlastnosti a testy, nejen název procesu.
• ASTM B564 je hlavní specifikací pro výkovky ze slitiny niklu a její minimální vlastnosti závisí na slitině, stavu a velikosti průřezu.

Jaký je rozdíl mezi otevřeným a uzavřeným kováním?

Při volném kování se zahřátý kov deformuje mezi plochými nebo jednoduše tvarovanými zápustkami, které jej nikdy zcela neuzavřou; při uzavřeném zápustkovém kování je kov lisován do přesně tvarovaných zápustkových dutin, které dávají součásti její tvar.

Volné kování funguje jako kovář s velmi velkým lisem: obrobek je mezi tahy stlačován, natahován a otáčen, aby se vytáhl, rozbil nebo zformoval do hřídelí, kotoučů, bloků a prstenců. Konečný tvar závisí na dovednosti operátora a plánovaném sledu kroků. Uzavřené zápustkové kování, také nazývané otiskovací zápustkové kování, využívá páru zápustek s vyřezaným tvarem součásti. Kov teče, aby vyplnil dutinu, přičemž malé množství přebytku je vytlačeno jako záblesk, který se odřízne. Třetí cesta, válcování prstenců, roztahuje děrovaný kotouč na bezešvý prstenec a je často spojena s volným kováním pro příruby a pouzdra.

Proč jsou slitiny niklu těžší kovat než ocel?

Slitiny niklu se hůře kují, protože si udržují vysokou pevnost při teplotách zpracování za tepla, což znamená, že je potřeba větší síly, a protože mají úzké okno pro bezpečnou teplotu, kdy práce za příliš chladnou hlavu může způsobit praskání a práce za tepla může poškodit kov.

Alloy 625 byla navržena tak, aby si uchovala pevnost při vysokých teplotách, takže výrobce poznamenává, že odolává deformaci za tepla a potřebuje adekvátně výkonné vybavení. Monel 400 je naproti tomu popisován jako měkčí než mnoho ocelí za tepla, ale může být trvale poškozen, pokud je zahřátý nad 2150 stupňů F (1175 stupňů).

Superslitiny jako Alloy 718 mají ještě těsnější okno, kde se udávané teploty kování pohybují kolem 950–1 050 stupňů, protože jejich fáze zpevnění a velikost zrna ostře reagují na teplotu a rychlost deformace. Při nižších teplotách tokové napětí rychle stoupá, a proto publikované metody stanovují minimální počáteční teplotu pro výkovky.

Kvůli těmto limitům závisí kování niklové slitiny na přesném řízení pece, rychlém přenosu, opětovném ohřevu, když se obrobek ochladí, a u některých vysoce pevných typů na vyhřívaných nebo izotermických zápustkách, které udržují kov a zápustku při podobných teplotách. Palivo a maziva pro pece by měly mít nízký obsah síry, protože síra může při vysoké teplotě zkřehnout slitiny niklu.

Jak se kování v otevřené zápustce a v uzavřené zápustce porovnávají v klíčových rozměrech?

Otevřené kování nabízí flexibilitu pro velké a maloobjemové díly s malým množstvím nástrojů, zatímco uzavřené kování nabízí opakovatelnost, užší tvary a menší obrábění pro střední až velké objemy.

Který proces poskytuje lepší tok zrn a mechanické vlastnosti?

Kování v uzavřených zápustkách obvykle poskytuje tok zrna, který sleduje tvar součásti a konzistentnější vlastnosti kus od kusu, zatímco kování v otevřeném zápustce poskytuje silnou, dobře opracovanou strukturu ve velkých úsecích; v obou jsou vlastnosti řízeny teplotou, redukcí a tepelným zpracováním více než názvem procesu.

Tok zrna je směr, ve kterém jsou zrna kovu natažena během kování, podobně jako zrna v kusu dřeva. Díly jsou nejpevnější a nejodolnější proti únavě, když tok zrna probíhá podél hlavních zatížení, spíše než aby byly rozřezávány obráběním. Kování v uzavřené zápustce tvaruje tok kolem obrysu součásti, takže kritické prvky, jako jsou příruby a nálitky, získávají kontinuální tok. Otevřené kování táhne a pěchuje kov, což zjemňuje hrubou litou strukturu v tlustých úsecích, ale obrábění složité součásti z jednoduchého kování vede přes tok.

Tepelné zpracování resetuje velkou část struktury do korozivzdorných slitin. ASTM B564 poznamenává, že zpracování za tepla nebo opětovné žíhání může výrazně změnit vlastnosti v závislosti na historii zpracování a teplotách a pro slitinu Alloy 625 Grade 2 vyžaduje rozpouštěcí žíhání při minimální teplotě 2150 stupňů F (1177 stupňů) následované vodním kalením nebo rychlým ochlazením. U precipitačně kalených slitin, jako je Alloy 718, je velikost zrna řízena teplotou kování a rychlostí deformace, přičemž publikované metody dosahují velmi jemných zrn (ASTM 12–14) při izotermickém kování, která pak po žíhání supersolvus zhrubnou na asi ASTM 6–8. Jedná se o ovládání leteckého průmyslu, ale ukazují, jak proces a tepelné zpracování spolupracují.

Kolik obrábění a materiálu každý proces ušetří nebo plýtvá?

Kování s uzavřenou zápustkou ve tvaru blízké sítě plýtvá levnější slitinou niklu: v jednom publikovaném srovnání pro velký kotouč turbíny se kování v blízkosti sítě s uzavřenou zápustkou vyhnulo asi 30 % objemu placky s otevřenou zápustkou, což je rozdíl, který může činit 10–20 % nebo více ceny výrobku.

Srovnání pochází z patentu popisujícího velké kotoučové výkovky ze superslitin na bázi niklu, kde byla přes finální obrobený díl položena plochá otevřená placka a výkovek s uzavřenou zápustkou. Oba potřebují nějaké finální opracování, ale palačinka potřebuje mnohem víc. Vzhledem k tomu, že slitiny niklu stojí mnohem více na kilogram než ocel, materiál odebraný jako třísky je skutečnou cenou a dlouhá doba obrábění na tvrdých slitinách zpevňujících práci k tomu přispívá. Úspora je větší u složitých dílů a velkých objemů a menší u jednoduchých tvarů nebo jednorázových dílů.

Jednoduchý vzorec pro dosažení rovnováhy

Zlomné množství=náklady na nástroje / úspora na díl

Příklad s hypotetickými čísly: pokud sada nástrojů s uzavřenou matricí stojí 60 000 USD a ušetří 150 USD na dílu na materiálu a obrábění, je zlomový výsledek asi 400 dílů. Pod tím může být volné kování levnější; nad tím vyhrává uzavřená kostka. Nahraďte čísla skutečnými citacemi ze své strany.

Jaké vady a rizika byste měli sledovat v každém procesu?

Hlavními riziky jsou práce mimo teplotní okno (praskání nebo přehřátí), přehyby a záhyby, nerovnoměrná struktura zrna a kontaminace sírou; Uzavřená matrice zvyšuje riziko opotřebení matrice a nedostatečné výplně, zatímco otevřená matrice přidává hrubou nebo nerovnoměrnou strukturu ve špatně opracovaných oblastech.

Co vyžaduje ASTM B564 pro výkovky z niklové slitiny?

ASTM B564 pokrývá výkovky z mnoha slitin niklu, včetně UNS N04400, N06625, N08825, N10276 a N06022, a stanoví minimální vlastnosti v tahu, které závisí na slitině, stavu tepelného zpracování a velikosti průřezu.

B564 platí bez ohledu na to, která cesta kování je použita. Minimální vlastnosti pro žíhané nebo roztokem žíhané výkovky jsou uvedeny níže jako příklady čerpané z publikovaných kopií specifikace. Hodnoty se liší podle vydání a velikosti sekce; například žíhané výkovky Alloy 625 do 4 in. (102 mm) musí splňovat vyšší minima než výkovky nad 4 až 10 in. (254 mm), což odráží obtížnost plného opracování a rovnoměrného tepelného zpracování tlustých profilů. Přesné požadavky najdete v aktuálním vydání.

Jiné specifikace platí pro specifická použití: ASTM B637 se vztahuje na tyče, výkovky a výkovky z precipitačně tvrzené niklové slitiny pro použití při středních a vysokých teplotách a ASTM B462 a ASME B16.5 se týkají kovaných přírub a tvarovek. Letecké produkty používají specifikace AMS, jako je AMS 5662 a 5663 pro Alloy 718.

Jak se porovnávají náklady a dodací lhůta?

Otevřené kování má nižší počáteční náklady a kratší dodací lhůtu, protože potřebuje jen málo nástrojů specifických pro díl, zatímco kování v uzavřené zápustce má vyšší náklady na nástroje a delší dodací lhůty, ale nižší náklady na díl při objemu.

Zápustky musí být navrženy, opracovány z nástrojové oceli pro práci za tepla nebo pro izotermické kování ze zápustkových slitin na bázi niklu a ověřeny zkušebními výkovky. Tato investice se vyplatí, když je potřeba mnoho stejných dílů. Volné kování se vyhýbá kroku obrábění a může začít sochorem nebo ingotem, ale každý díl potřebuje více obrábění. Celkové náklady proto závisí na množství, velikosti, složitosti, ceně slitiny, nákladech na obrábění a riziku zmetkovitosti. Vyžádejte si cenové nabídky, které zahrnují přídavky na obrábění a testování, aby bylo srovnání provedeno na hotových nákladech.

Jaký proces byste si měli vybrat?

Vyberte si otevřené nebo prstencové výkovky pro velké, jednoduché nebo maloobjemové díly a výkovky s uzavřenou zápustkou pro opakovatelné, složité, téměř čisté díly ve středním až velkém objemu; používejte metody horkého lisování nebo izotermické metody pouze pro vysoce pevné slitiny, které vyžadují těsnou kontrolu zrnitosti.

Co byste měli specifikovat při objednávání výkovků z niklové slitiny?

Specifikujte slitinu a číslo UNS, specifikaci produktu, stav tepelného zpracování, velikost a přídavek na obrábění, požadované vlastnosti a zkoušky a dokumentaci a uveďte jakékoli požadavky na tok zrna nebo cestu procesu, aby dodavatel mohl uvést správný proces.

Číslo slitiny a UNS (například UNS N06625) a řídící specifikace, jako je ASTM B564.

• Stav: žíhaná, rozpouštěcí žíhaná nebo stárnutá a pro slitinu 625 bez ohledu na to, zda platí stupeň 1 nebo stupeň 2.
• Rozměry: hotový výkres, přídavek na obrábění a velikost průřezu, protože na něm závisí vlastnosti.
• Proces: otevřený lis, uzavřený lis nebo prstencový válcovaný nebo požadovaný výkon, jako je směr toku zrna nebo minimální redukce.
• Testování: místo a směr tahové zkoušky, tvrdost, velikost zrna, ultrazvuková a kapalná penetrační kontrola a korozní zkoušky tam, kde to služba vyžaduje.
• Dokumentace: osvědčení o zkoušce mlýna, záznamy o tepelném zpracování, návaznost na teplo a jakákoliv kontrola třetí stranou.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi otevřeným a uzavřeným kováním?

Volné kování deformuje kov mezi plochými nebo jednoduchými zápustkami, které jej neuzavírají, což vyhovuje velkým nebo maloobjemovým dílům. Kování v uzavřené zápustce lisuje kov do tvarovaných dutin zápustek, čímž se získávají téměř čisté, opakovatelné tvary.

Jaký teplotní rozsah se používá pro kování Inconel 625?

Rozsah výrobce pro zpracování za tepla Alloy 625 je 1650–2150 stupňů F (900–1177 stupňů), s těžkým zpracováním co nejblíže 2150 stupňům F.

Proč slitiny niklu potřebují větší kovací sílu než ocel?

Mnoho slitin niklu, zejména slitina 625, si udržuje vysokou pevnost při teplotách zpracování za tepla, takže odolávají deformaci a vyžadují výkonné lisy a pečlivou kontrolu teploty.

Který proces zajišťuje lepší tok zrna?

Kování v uzavřené zápustce tvaruje tok zrna kolem obrysu součásti a je opakovatelné, zatímco kování v otevřeném zápustce zjemňuje strukturu ve velkých úsecích. Konečné vlastnosti závisí na teplotě, redukci a tepelném zpracování.

Jaká norma se vztahuje na výkovky ze slitiny niklu?

ASTM B564 pokrývá výkovky z mnoha slitin niklu, včetně N04400, N06625, N08825, N10276 a N06022, s minimálními vlastnostmi podle slitiny, stavu a velikosti průřezu. ASTM B637 pokrývá precipitačně tvrditelné slitiny, jako je Alloy 718.

Je zápustkové kování vždy levnější?

Ne. Šetří materiál a obrábění na součást, ale potřebuje matrice. Obvykle je levnější pro střední až velké objemy a složité tvary a open-dies je obvykle levnější pro velké nebo maloobjemové díly.

Může kování změnit odolnost proti korozi?

Kování a tepelné zpracování, které následuje po nastavené velikosti zrna a rozložení fází, takže nevhodné teploty nebo chlazení mohou snížit odolnost proti korozi. Specifikujte požadovaný stav a korozní zkoušky pro náročné služby.