Odkovki iz nikljeve zlitine Odprti v primerjavi z zaprtim odkovki in primerjava kakovosti

Kovanje stisne vročo kovino v obliko, način stiskanja pa oblikuje kakovost dela. Nikljeve zlitine, kot nprZlitina 625, Monel 400, Zlitina C-276, inZlitina 718dodaj izziv: ostanejo močni pri visoki temperaturi, zato se upirajo nastajanju, in imajo ozek razpon temperatur, kjer je z njimi mogoče varno delati.

Ta vodnik primerja dve glavni poti kovanja, odprto in zaprto kovanje, glede na postopek, kakovost, stroške in pregled, s sklepom na prvem mestu v vsakem razdelku in obrazložitvijo za njim. Navedene številke izhajajo iz objavljenih podatkov in specifikacij proizvajalca; vedno potrdite vrednosti glede na trenutno specifikacijo in postopke vašega dobavitelja.

Ključni zaključki

• Kovanje z odprto matrico oblikuje kovino med ravnimi ali preprostimi matricami s ponavljajočimi se udarci, tako da je primerno za velike, težke dele ali dele majhne količine. Kovanje z zaprto matrico stisne kovino v oblikovane votline matrice, tako da ustreza ponovljivim, skoraj neto oblikam.
• Nikljeve zlitine so odporne proti deformacijam pri temperaturi vroče obdelave in jih je treba obdelati v določenem oknu: na primer, zlitina 625 je vroče obdelana pri 1650–2150 stopinj F (900–1177 stopinj), s težkim delom čim bližje vrhu tega območja.
• Kovanje z zaprto matrico daje tesnejše oblike, bolje usklajen pretok zrn in manj strojne obdelave; v enem objavljenem primeru se je skoraj neto kovanje v zaprti matrici izognilo približno 30 % prostornine odprte matrične palačinke, kar je razlika v vrednosti približno 10–20 % cene izdelka ali več za drage zlitine na osnovi niklja.
• Odprto kovanje daje globoko, dobro obdelano strukturo v velikih odsekih brez namenskega orodja, vendar pusti več materiala za obdelavo.
• Nobena pot ni samodejno boljša: kakovost je odvisna od nadzora temperature, redukcije, toplotne obdelave in pregleda. Določite zahtevane lastnosti in teste, ne le imena procesa.
• ASTM B564 je glavna specifikacija za odkovke iz nikljeve zlitine, njene minimalne lastnosti pa so odvisne od zlitine, stanja in velikosti preseka.

Kakšna je razlika med kovanjem z odprtim in zaprtim kovanjem?

Pri kovanju z odprto matrico se segreta kovina deformira med ravnimi ali preprosto oblikovanimi matricami, ki je nikoli popolnoma ne objamejo; pri zaprtem kovanju je kovina stisnjena v natančno oblikovane votline matrice, ki dajejo delu obliko.

Odprto kovanje deluje kot kovač z zelo veliko stiskalnico: obdelovanec se stisne, raztegne in obrača med gibi, da ga izvlečemo, prevrnemo ali oblikujemo v gredi, diske, bloke in obroče. Končna oblika je odvisna od spretnosti operaterja in načrtovanega zaporedja korakov. Kovanje z zaprto matrico, imenovano tudi kovanje z vtiskovanjem, uporablja ujemajoč se par matric z obliko dela, ki je vrezana vanje. Kovina teče, da zapolni votlino, z majhno količino presežka, iztisnjenega kot blisk, ki je odrezan. Tretja pot, obročasto valjanje, razširi preluknjano ploščo v brezšivni obroč in je pogosto združena s kovanjem z odprto matrico za prirobnice in ohišja.

Zakaj je nikljeve zlitine težje kovati kot jeklo?

Nikljeve zlitine je težje kovati, ker ohranjajo visoko trdnost pri temperaturah vroče obdelave, kar pomeni, da je potrebna večja sila, in ker imajo ozko varno temperaturno okno, kjer lahko prehladno delo povzroči razpoke, prevroče pa lahko poškoduje kovino.

Zlitina 625 je bila zasnovana tako, da ohranja trdnost pri visokih temperaturah, zato proizvajalec ugotavlja, da se upira deformacijam, ko je vroča, in potrebuje ustrezno močno opremo. Monel 400 je nasprotno opisan kot mehkejši od mnogih jekel, ko je vroč, vendar se lahko trajno poškoduje, če se segreje nad 2150 stopinj F (1175 stopinj).

Superzlitine, kot je zlitina 718, imajo še bolj tesno okno, kjer so poročane temperature kovanja okoli 950–1050 stopinj, ker se njihove faze utrjevanja in velikost zrn ostro odzivajo na temperaturo in stopnjo deformacije. Pri nižjih temperaturah napetost tečenja hitro narašča, zato objavljene metode določajo najnižjo začetno temperaturo za kovanje surovcev.

Zaradi teh omejitev je kovanje nikljevih zlitin odvisno od natančnega nadzora peči, hitrega prenosa, ponovnega segrevanja, ko se obdelovanec ohladi, in pri nekaterih visoko trdnih razredih ogrevanih ali izotermičnih matric, ki ohranjajo kovino in matrice pri podobnih temperaturah. Gorivo in maziva za peč morajo vsebovati nizko vsebnost žvepla, saj lahko žveplo pri visoki temperaturi povzroči krhkost nikljevih zlitin.

Kakšna je primerjava odprtega in zaprtega kovanja po ključnih dimenzijah?

Odprto kovanje nudi prilagodljivost za velike in majhne dele z malo orodja, medtem ko zaprto kovanje ponuja ponovljivost, bližje oblike in manj strojne obdelave za srednje do velike količine.

Kateri postopek zagotavlja boljši pretok zrn in mehanske lastnosti?

Kovanje z zaprto matrico običajno daje pretok zrn, ki sledi obliki dela in bolj dosledne lastnosti od kosa do kosa, medtem ko kovanje z odprto matrico daje močno, dobro obdelano strukturo v velikih odsekih; pri obeh so lastnosti bolj kot z imenom postopka nadzorovane s temperaturo, redukcijo in toplotno obdelavo.

Tok zrn je smer, v kateri so zrna kovine raztegnjena med kovanjem, podobno kot zrna v kosu lesa. Deli so najmočnejši in najbolj odporni na utrujenost, ko tok zrn poteka vzdolž glavnih obremenitev, namesto da bi jih strojna obdelava prerezala. Kovanje z zaprto matrico oblikuje tok okoli obrisa dela, tako da kritične funkcije, kot so prirobnice in izbokline, dobijo neprekinjen tok. Kovanje z odprto matrico vleče in razbija kovino, kar izboljšuje grobo ulito strukturo v debelih delih, vendar obdelava kompleksnega dela iz preprostega kovanja preseka tok.

Toplotna obdelava ponastavi velik del strukture v zlitinah, odpornih proti koroziji. ASTM B564 ugotavlja, da lahko vroča obdelava ali ponovno žarjenje bistveno spremeni lastnosti glede na delovno zgodovino in temperature, za zlitino 625 stopnje 2 pa je potrebno žarjenje v raztopini pri najmanj 2150 stopinj F (1177 stopinj), čemur sledi kaljenje z vodo ali hitro ohlajanje. Pri izločevalno utrjenih zlitinah, kot je zlitina 718, je velikost zrn nadzorovana s temperaturo kovanja in hitrostjo deformacije, pri čemer objavljene metode dosežejo zelo drobna zrna (ASTM 12–14) pri izotermičnem kovanju, ki se nato po supersolvusnem žarjenju zgrobijo na približno ASTM 6–8. To so kontrole za vesoljsko uporabo, vendar prikazujejo, kako proces in toplotna obdelava delujeta skupaj.

Koliko strojne obdelave in materiala prihrani ali izgubi vsak postopek?

Skoraj neto kovanje z zaprto matrico zapravlja cenejšo nikljevo zlitino: v eni objavljeni primerjavi za velik turbinski disk se je skoraj neto kovanje z zaprto matrico izognilo približno 30 % volumna odprte matrične palačinke, razlika, ki lahko znaša 10–20 % ali več stroškov izdelka.

Primerjava izhaja iz patenta, ki opisuje velike diskaste odkovke iz superzlitin na osnovi niklja, kjer sta bila čez končni strojno obdelan del položena ploščata odprta palačinka in skoraj neto zaprti odkovek. Oba potrebujeta nekaj končne obdelave, vendar palačinka potrebuje veliko več. Ker nikljeve zlitine stanejo veliko več na kilogram kot jeklo, je material, odstranjen kot ostružki, dejanski strošek, k temu pa prispeva tudi dolg čas strojne obdelave trdih zlitin, ki se utrjujejo. Prihranek je večji pri kompleksnih delih in velikih volumnih, manjši pa pri enostavnih oblikah ali enkratnih delih.

Preprosta formula za prelom

Prelomna količina=strošek orodja / prihranek na del

Primer s hipotetičnimi številkami: če komplet orodij z zaprto matrico stane 60.000 $ in prihrani 150 $ na del pri materialu in strojni obdelavi, je prag rentabilnosti približno 400 delov. Pod tem je lahko kovanje z odprto matrico cenejše; nad njim zmaga zaprta kocka. Zamenjajte številke z resničnimi citati z vaše strani.

Na katere napake in tveganja morate biti pozorni pri vsakem procesu?

Glavna tveganja so delo zunaj temperaturnega okna (razpoke ali pregrevanje), pregibi in gube, neenakomerna struktura zrn in kontaminacija z žveplom; zaprta matrica dodaja tveganje obrabe matrice in premajhnega polnjenja, medtem ko odprta matrika dodaja grobo ali neenakomerno strukturo v slabo obdelanih območjih.

Kaj zahteva ASTM B564 za odkovke iz nikljeve zlitine?

ASTM B564 pokriva odkovke številnih nikljevih zlitin, vključno z UNS N04400, N06625, N08825, N10276 in N06022, in določa minimalne natezne lastnosti, ki so odvisne od zlitine, stanja toplotne obdelave in velikosti odseka.

B564 velja ne glede na uporabljeno pot kovanja. Minimalne lastnosti za žarjene ali v raztopini žarjene odkovke so prikazane spodaj kot primeri iz objavljenih izvodov specifikacije. Vrednosti se razlikujejo glede na izdajo in velikost razdelka; na primer, žarjeni odkovki iz zlitine 625 do 4 palcev (102 mm) morajo izpolnjevati višje minimalne vrednosti kot tisti nad 4 do 10 palcev (254 mm), kar odraža težave pri popolni obdelavi in ​​enakomerni toplotni obdelavi debelih profilov. Za natančne zahteve preverite trenutno izdajo.

Druge specifikacije veljajo za posebne uporabe: ASTM B637 zajema palice iz nikljeve zlitine, ki se utrjujejo z izločanjem, odkovke in material za kovanje za uporabo pri zmernih in visokih temperaturah, ASTM B462 in ASME B16.5 pa se nanašata na kovane prirobnice in priključke. Aerospace izdelki uporabljajo specifikacije AMS, kot sta AMS 5662 in 5663 za Alloy 718.

Kako se primerjajo stroški in dobavni rok?

Kovanje z odprto matrico ima nižje vnaprejšnje stroške in krajši dobavni čas, ker potrebuje malo orodja, specifičnega za del, medtem ko ima kovanje z zaprto matrico višje stroške orodja in daljši čas priprave, vendar nižje stroške na del pri količini.

Zaprte matrice morajo biti zasnovane, obdelane iz orodnega jekla za vroče delo ali, za izotermično kovanje, iz zlitin na osnovi niklja in preverjene s poskusnimi odkovki. Ta naložba se povrne, ko je potrebnih veliko enakih delov. Odprto kovanje se izogne ​​koraku orodja in se lahko začne z gredico ali ingotom, vendar je za vsak del potrebna večja strojna obdelava. Skupni stroški so torej odvisni od količine, velikosti, kompleksnosti, cene zlitine, stroškov obdelave in tveganja za odpad. Zahtevajte ponudbe, ki vključujejo dodatek za strojno obdelavo in testiranje, tako da je primerjava na končnih stroških.

Kateri postopek bi morali izbrati?

Izberite odprte ali obročasto valjane odkovke za velike, enostavne dele ali dele z majhnim volumnom in zaprte odkovke za ponovljive, zapletene dele skoraj neto v srednjem do velikem obsegu; uporabljajte vroče matrice ali izotermne metode samo za zlitine visoke trdnosti, ki zahtevajo tesno kontrolo zrn.

Kaj morate navesti pri naročanju odkovkov iz nikljeve zlitine?

Določite zlitino in številko UNS, specifikacijo izdelka, stanje toplotne obdelave, velikost in dodatek za strojno obdelavo, zahtevane lastnosti in preskuse ter dokumentacijo in navedite vse zahteve za pretok zrn ali procesno pot, tako da lahko dobavitelj ponudi pravi postopek.

Zlitina in številka UNS (na primer UNS N06625) ter veljavna specifikacija, kot je ASTM B564.

• Pogoj: žarjeno, žarjeno v raztopini ali starano, za zlitino 625 pa velja razred 1 ali razred 2.
• Mere: končana risba, dodatek za obdelavo in velikost preseka, saj so od tega odvisne lastnosti.
• Postopek: odprta matrica, zaprta matrica ali obročasto valjanje ali zahtevana zmogljivost, kot je smer toka zrn ali minimalno zmanjšanje.
• Preizkušanje: lokacija in smer nateznega preizkusa, trdota, velikost zrn, ultrazvočni in tekočinski penetrantni pregled ter korozijsko testiranje, kjer storitev to zahteva.
• Dokumentacija: potrdila o preskusih mlina, zapisi o toplotni obdelavi, sledljivost do toplote in morebitni pregledi tretjih oseb.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kakšna je razlika med kovanjem z odprtim in zaprtim kovanjem?

Kovanje z odprto matriko deformira kovino med ravnimi ali preprostimi matricami, ki je ne obdajajo, kar ustreza velikim ali majhnim delom. Zaprto kovanje stisne kovino v oblikovane votline matrice, kar daje skoraj neto ponovljive oblike.

Kakšno temperaturno območje se uporablja za kovanje Inconela 625?

Proizvajalčevo območje vroče obdelave za zlitino 625 je 1650–2150 stopinj F (900–1177 stopinj), s težko obdelavo čim bližje 2150 stopinj F.

Zakaj nikljeve zlitine potrebujejo več sile kovanja kot jeklo?

Številne nikljeve zlitine, zlasti zlitina 625, ohranjajo visoko trdnost pri vročih delovnih temperaturah, zato so odporne na deformacije in potrebujejo močne stiskalnice in skrbno kontrolo temperature.

Kateri postopek zagotavlja boljši pretok zrn?

Kovanje z zaprto matrico oblikuje tok zrn okoli konture dela in je ponovljivo, medtem ko kovanje z odprto matrico izboljša strukturo v velikih odsekih. Končne lastnosti so odvisne od temperature, redukcije in toplotne obdelave.

Kateri standard zajema odkovke iz nikljeve zlitine?

ASTM B564 zajema odkovke številnih nikljevih zlitin, vključno z N04400, N06625, N08825, N10276 in N06022, z minimalnimi lastnostmi glede na zlitino, stanje in velikost preseka. ASTM B637 zajema zlitine, ki se utrjujejo z izločanjem, kot je zlitina 718.

Je zaprto kovanje vedno cenejše?

Ne. Prihrani material in strojno obdelavo na del, vendar potrebuje matrice. Običajno je cenejša za srednje do velike količine in zapletene oblike, odprta matrica pa je običajno cenejša za velike ali majhne dele.

Ali lahko kovanje spremeni odpornost proti koroziji?

Kovanje in toplotna obdelava, ki sledi nastavljeni velikosti zrn in porazdelitvi faz, zato lahko neustrezne temperature ali hlajenje zmanjšajo odpornost proti koroziji. Določite zahtevane pogoje in korozijsko testiranje za zahtevne storitve.