Otkovci od legure nikla: Otvoreni kalup u odnosu na zatvoreni kalup, prstenasto valjanje i diskovi

Otvoreno kovanje pravi je izbor za velike, prilagođene ili male{0}}oblike legure nikla kao što su osovine i blokovi, budući da koristi jednostavne, jeftine matrice. Zatvoreno kovanje kalupa najbolje je za-kompleksne dijelove koji imaju veliki-neto-oblik, budući da oblikovana šupljina kalupa proizvodi uske tolerancije i superiorno strujanje zrna oko geometrijskih obilježja. Valjanje prstena je standardna metoda za bilo koju komponentu u obliku-prstena, kao što su prirubnice ili prstenovi za ležajeve, jer proizvodi bešavni prsten s perifernim protokom zrna koji je idealno usklađen s radnim opterećenjem dijela.

Kovanje diskova rezervirano je za rotacijski simetrične, zamor{0}}kritične dijelove poput turbinskih diskova, jer proizvodi radijalni uzorak strujanja zrna koji daje najbolju moguću otpornost na zamor i pucanje u toj geometriji. Prava metoda određena je prvenstveno oblikom dijela i smjerom opterećenja, a ne samo legurom.

Koja je razlika između otvorenog kalupa, zatvorenog kalupa, prstenastog valjanja i kovanja diska?

Sva četiri postupka plastično deformiraju zagrijanu gredicu od legure nikla kako bi se razbila -lijevana struktura i uskladio protok zrna s oblikom dijela, ali se razlikuju u alatima, ostvarivoj geometriji i rezultirajućem uzorku toka zrna, zbog čega se svaki podudara s drugom vrstom komponente.

Kovanjem se poboljšavaju mehanička svojstva legura nikla u usporedbi s odljevcima zatvaranjem unutarnje poroznosti i poravnavanjem zrnate strukture metala duž smjera obrade. Četiri procesa u nastavku predstavljaju glavne načine na koje kovačnice oblikuju trupce legure nikla u upotrebljive oblike komponenti:

Otvoreno kovanje:Gredica se obrađuje između ravnih ili jednostavnih-oblikovanih matrica koje nikada u potpunosti ne obuhvaćaju dio, pri čemu operater ili manipulator premješta izradak između udaraca ili prešanja kako bi dobio konačni oblik. Alati su jednostavni i-opće namjene.

Zatvoreno kovanje u kalupu (kovanje utiskom):Gredica se stisne između dvije matrice strojno obrađene s negativnim oblikom gotovog dijela, tako da metal ispunjava šupljinu i poprima gotovo-neto oblik u jednom ili nekoliko udaraca. Alati su-specifični i skupi.

Kotrljanje prstena:Probušena predforma-u obliku krafne kotrlja se između pomoćnog valjka i pogonskog valjka, postupno smanjujući debljinu stjenke uz povećanje promjera, stvarajući bešavni prsten bez zavara i šupljine za matricu za vanjski oblik.

Kovanje diskova:Cilindrična gredica se savija (komprimira aksijalno) i zatim obrađuje, često u zatvorenim matricama, u ravni, rotacijski simetričan oblik diska, s protokom zrna koji je namjerno kontroliran da zrači prema van od središta prema rubu.

Koju metodu kovanja odabrati za velike, prilagođene oblike?

Otvoreno kovanje pravi je izbor za velike ili prilagođene oblike legure nikla, kao što su osovine, blokovi i male{0}}količine prototipnih dijelova, jer izbjegava visoke troškove alata i dugo vrijeme izrade posebnih zatvorenih matrica-za dijelove.

Ravne ili jednostavne{0}}konturne matrice otvorenog kovanog kovanja mogu oblikovati ogroman raspon geometrija dijelova bez ikakvog-ulaganja alata za određeni dio. To ga čini praktičnim izborom u nekoliko uobičajenih situacija:

Velike komponente iz jednog-dijela:Osovine, rotori i blokovi koji prelaze praktičnu granicu veličine zatvorene preše za kalupe rutinski se proizvode otvorenim kovanjem, budući da je kapacitet preše i manipulatora, a ne veličina kalupa, ograničavajući faktor.

Narudžbe male-količine ili prototipa:Izrada zatvorene matrice je ekonomična samo kada se troškovi alata mogu rasporediti na dovoljno dijelova. Za jednokratnu-ili kratkotrajnu-komponentu od legure nikla, otvorenim kovanjem u potpunosti se izbjegava taj početni trošak.

Jednostavna geometrija s velikim dodatkom za strojnu obradu:Kada će se dio nakon toga opsežno strojno obrađivati, kao što je kovani blok namijenjen za tijelo ventila, labavija tolerancija-kovanja otvorenog kovanja nije praktični nedostatak.

Kompromis-je u tome što otvoreno kovanje zahtijeva više zaliha strojne obrade i vještu prosudbu operatera da bi se postigao konačni oblik, tako da trošak po-komadu i vrijeme isporuke mogu biti viši od zatvorenog kovanja kada se obujam poveća.

Koja metoda daje najbolji protok zrna i mehanička svojstva?

Zatvorena matrica, prstenasto valjanje i kovanje s diskom proizvode protok zrna koji slijedi gotovu konturu dijela, što općenito daje bolja svojstva na zamor i udar od kovanja s otvorenim matricama na istoj lokaciji, jer otvoreni oblici matrica zahtijevaju više naknadne strojne obrade koja može presjeći tok zrna.

Protok zrna opisuje smjer u kojem su unutarnja zrnasta struktura metala i svi izduženi uključci poravnati nakon kovanja. Dio je najjači kada strujanje zrna teče paralelno sa smjerom glavnog naprezanja u radu, a najslabiji kada strojna obrada izlaže krajeve zrna (krajnje zrno) na visoko opterećenoj površini.

Zatvoreno kovanje:Budući da šupljina matrice odgovara obliku gotovog dijela, protok zrna izravno slijedi konture dijela i potrebno je manje završne strojne obrade da bi se postigle gotove dimenzije, čuvajući povoljnu orijentaciju zrna na kritičnim značajkama kao što su zaobljenici.

Kotrljanje prstena:Proizvodi protok zrna koji teče po obodu oko prstena, što se prirodno usklađuje s obručnim naprezanjem koje dominira opterećenjem u prirubnicama, nosačima ležajeva i-prstenovima za zadržavanje pritiska.

Kovanje diskova:Proizvodi kontrolirani radijalni ili spiralni uzorak protoka zrna od središta diska do njegovog ruba, koji je posebno projektiran da se odupre centrifugalnim i toplinskim naprezanjima koja se vide u rotirajućim komponentama poput turbinskih diskova.

Otvoreno kovanje:Protok zrna slijedi opći radni smjer trupca, ali budući da se više materijala uklanja strojnom obradom da bi se postigao konačni oblik, protok zrna na gotovoj površini je manje predvidljiv i vjerojatnije je da će izložiti krajnje zrno na kritičnim mjestima.

Koja je metoda najbolja za prstenaste-ili cilindrične komponente?

Prstenasto valjanje je standardna i najisplativija-metoda za bilo koju komponentu od legure nikla-u obliku prstena, jer proizvodi bešavne dijelove s perifernim strujanjem zrna u jednom kontinuiranom procesu, bez troškova kalupa zatvorenog kovanja.

Prirubnice, mlaznice tlačne posude, prstenovi ležajeva i prstenovi kućišta kompresora gotovo su uvijek specificirani kao prstenasti{0}}valjani otkovci kada su izrađeni od legure nikla. Proces počinje s probušenim predformom u obliku -krafne, koja se zatim progresivno valja kako bi se povećao promjer, dok se debljina njezine stijenke smanjuje na ciljnu dimenziju, slično u principu razvaljanju tijesta.

Bez zavarenog šava:Za razliku od valjanog-i-zavarenog prstena, prstenasto-valjano kovanje nema šavova, čime se eliminira potencijalno mjesto za napad korozije ili inicijaciju pukotina uslijed zamora, što je značajna prednost za-komponente legure nikla koje služe koroziji.

Učinkovito korištenje materijala:Budući da proces radi od probušene predforme blizu konačnog oblika prstena, troši se manje materijala u usporedbi sa strojnom obradom prstena od otvorenog kalupa ili ploče.

Skalabilni promjer:Prstenaste valjaonice mogu proizvoditi promjere od nekoliko centimetara do nekoliko metara, pokrivajući sve, od malih komponenti ventila do velikih vjetroturbina ili prstenova za proizvodnju električne energije.

Koja je metoda najbolja za komponente u-obliku diska poput turbinskih kotača?

Kovanje diskova jedina je metoda koja pouzdano proizvodi radijalni uzorak strujanja zrna potreban za-kritične komponente od zamora, rotacijski opterećene legure nikla kao što su turbinski diskovi, kotači kompresora i glavčine rotora.

Turbinski diskovi doživljavaju neka od najzahtjevnijih kombiniranih opterećenja bilo koje kovane komponente: visoko centrifugalno naprezanje od rotacije, toplinski gradijenti između vrućeg ruba i hladnijeg otvora i cikličko opterećenje od zamora tijekom desetaka tisuća letnih ili radnih ciklusa. Superlegure nikla kao što su Inconel 718 i Waspaloy odabrane su posebno za ove dijelove jer zadržavaju čvrstoću na povišenoj temperaturi, ali ta se prednost u pogledu čvrstoće u potpunosti ostvaruje samo ako proces kovanja daje odgovarajuću unutarnju strukturu zrna.

Kovanjem diska to se postiže savijanjem trupca i zatim obradom, često višestrukim udarcima ili kombinacijom otvorenih i zatvorenih operacija kalupa, tako da strujanje zrna zrači od središta diska prema van prema rubu. Ova orijentacija postavlja protok zrna paralelno s dominantnim smjerom centrifugalnog naprezanja, maksimizirajući vijek trajanja i otpornost na pucanje. Za najkritičnije zrakoplovne i svemirske primjene, diskovi se dalje obrađuju kroz kontrolirane cikluse hlađenja i toplinske obrade i često su podvrgnuti ultrazvučnom pregledu posebno dizajniranom za otkrivanje bilo kakvog poremećaja protoka ili unutarnjeg kvara prije nego što dio uđe u upotrebu.

Kako se vrijeme isporuke i trošak alata uspoređuju među metodama?

Otvoreno kovanje ima najnižu cijenu alata i najkraće vrijeme izrade alata, ali najveći trošak obrade po-komadu u volumenu; zatvorena matrica i kovanje diskova nose značajne početne troškove matrice koji se isplate samo pri umjerenim do velikim količinama proizvodnje; prstenasto valjanje nalazi se između, budući da je alat za prstenastu glodalicu (trnovi i valjci) daleko manje specifičan-od zatvorene šupljine kalupa.

Za jedan prototip turbinskog diska, inženjerski timovi ponekad zamjenjuju otvoreno kovanje nakon kojeg slijedi teška strojna obrada kako bi se izbjegao trošak matrice specifičan za disk-, prihvaćajući smanjenu optimizaciju protoka zrna u zamjenu za bržu,-isporuku razvojnog dijela.

Kako svaka metoda utječe na toleranciju dimenzija i dopuštenu obradu?

Zatvoreni kalupi i diskovi mogu se proizvesti bliže neto obliku s manje zaliha za strojnu obradu, dok otvoreni kalupi i, u manjoj mjeri, prstenasti{0}}valjani dijelovi zahtijevaju izdašniji dodatak za strojnu obradu kako bi se iskovala-površina.

Otvoreno kovanje:Ko-tolerancije kovanja su najlabavija od četiri metode, obično zahtijevaju 5 do 15 mm ili više materijala za obradu po površini, ovisno o veličini dijela, budući da oblik uvelike ovisi o tehnici operatera.

Zatvoreno kovanje:Šupljine matrice mogu držati tolerancije prikladne za dijelove gotovo-net-oblika, često zahtijevajući samo nekoliko milimetara materijala za strojnu obradu, što značajno smanjuje količinu skupe legure nikla koja se uklanja kao otpad.

Kotrljanje prstena:Moderne računalno{0}}kontrolirane prstenaste glodalice postižu dobru ponovljivost dimenzija na promjeru i debljini stjenke, iako površine prirubnica i rupe-za vijke i dalje zahtijevaju strojnu obradu nakon valjanja.

Kovanje diskova:Precizni procesi kovanja diskova, posebno za diskove zrakoplovnih turbina, mogu se približiti-neto obliku na tijelu diska, ostavljajući dopuštenje za strojnu obradu koncentrirano na kritičnim značajkama sučelja kao što su područja za pričvršćivanje provrta i ruba.

Koji kodeksi i standardi uređuju otkovke od legure nikla?

AMS specifikacije reguliraju zrakoplovne{0}}otkivke legure nikla kao što su turbinski diskovi, ASTM A961 i API 6A reguliraju opće industrijske i naftne otkovke, a ASME B16.5 ili B16.47 upravljaju prstenastim-valjanim prirubnicama, uz akreditaciju NADCAP procesa koja je često potrebna za dobavljače zrakoplovnih otkovaka.

AMS specifikacije (SAE Aerospace Material Specifications):Upravlja kemijom, mehaničkim svojstvima, zahtjevima za protok zrna i kriterijima inspekcije za zrakoplovne i svemirske otkivke od superlegure nikla kao što su Inconel 718 i Waspaloy turbinski diskovi.

ASTM A961:Pruža opće zahtjeve zajedničke za sve otkivke komponenti cjevovoda od kovanog čelika i legure nikla, koji pokrivaju zahtjeve za ispitivanje materijala, toplinsku obradu i označavanje na koje se pozivaju mnoge pojedinačne specifikacije proizvoda.

API 6A / API 6D:Reguliraju otkovke koji se koriste u opremi za ušće bušotine, ventile i cjevovode, dodajući zahtjeve za uslugu sumporovodika i usklađenost s NACE MR0175 gdje je relevantno.

ASME B16.5 / B16.47:Određuje dimenzije i zahtjeve za-temperaturu za prstenaste{1}}prirubnice cijevi, uključujući prirubnice od legure nikla koje se koriste u cjevovodima za korozivne procese.

NADCAP akreditacija:Certifikacija-posebnog procesa kojom upravlja industrija koja se često zahtijeva od dobavljača kovanja koji proizvode diskove i prstenove od-kritične nikalne superlegure za zrakoplove, koji pokriva toplinsku obradu, ne-destruktivno ispitivanje i kontrolu procesa kovanja.

Često postavljana pitanja

Može li se koristiti otvoreno kovanje za izradu oblika prstena?

Da, kroz proces koji se ponekad naziva kovanje prstena s otvorenim kalupom ili sedlasto kovanje, ali dobiveni prsten neće imati bešavnu, radijalno istanjenu stijenku i protok zrna po obodu kao pravi valjani prsten, i općenito je rezerviran za prstenove s vrlo velikim ili vrlo debelim-stjenkama izvan standardnog kapaciteta prstenastog mlina.

Zašto se zatvoreno kovanje ne može jednostavno koristiti za svaki dio od legure nikla?

Zatvoreno kovanje kalupa zahtijeva -matricu specifičnu za dio, što predstavlja značajno unaprijed ulaganje u alate koje ima ekonomskog smisla samo ako je raspoređeno na dovoljno dijelova. Za velike, prilagođene komponente ili komponente vrlo malog{2}}volumena, taj trošak alata nadmašuje gotovo-neto-dobar oblika.

Je li prstenasto valjanje prikladno za-prirubnice od legure nikla pod visokim pritiskom?

Da. Prstenasto valjanje standardna je proizvodna metoda za-tlačne prirubnice od legure nikla, budući da bešavna konstrukcija i obodno strujanje zrna izravno podupiru naprezanje obruča koje dominira opterećenjem prirubnice pod unutarnjim pritiskom.

Zašto je smjer protoka zrna toliko važan posebno za turbinske diskove?

Diskovi turbine rade pod kontinuiranom-rotacijom velikom brzinom, što stvara značajno centrifugalno naprezanje koje se širi prema van od provrta prema rubu. Usklađivanje protoka zrna u istom radijalnom smjeru povećava otpornost diska na pucanje uslijed zamora i katastrofalno pucanje tijekom radnog vijeka.

Utječe li metoda kovanja na otpornost legure nikla na koroziju?

Ne izravno. Otpornost na koroziju prvenstveno ovisi o kemiji legure i stanju površine, a ne o metodi kovanja. Međutim, metoda kovanja utječe na unutarnju čvrstoću i protok zrna, što može utjecati na otpornost na pucanje od korozije u nekim radnim okruženjima.