Otkovci od legure nikla Otvoreni i zatvoreni procesi i poređenje kvaliteta

Kovanjem se vruć metal stišće u oblik, a način na koji se stišće oblikuje kvalitet dijela. Legure nikla kao nprLegura 625, Monel 400, legura C-276, iLegura 718dodaju izazov: ostaju jaki na visokim temperaturama, tako da se odupiru formiranju i imaju uski raspon temperatura na kojima se može bezbedno raditi.

Ovaj vodič uspoređuje dva glavna puta kovanja, otvorenog i zatvorenog kalupa, kroz proces, kvalitet, trošak i inspekciju, sa prvim zaključkom u svakom dijelu i obrazloženjem nakon toga. Navedene brojke potiču iz objavljenih podataka proizvođača i specifikacija; uvijek potvrdite vrijednosti prema trenutnoj specifikaciji i procedurama vašeg dobavljača.

Key Takeaways

• Otvoreno kovanje oblikuje metal između ravnih ili jednostavnih kalupa ponovljenim potezima, tako da odgovara velikim, teškim dijelovima ili dijelovima male zapremine. Zatvoreno kovanje stisne metal u oblikovane šupljine kalupa, tako da odgovara ponovljivim oblicima koji su blizu mreže.
• Legure nikla otporne su na deformacije na temperaturi vruće obrade i moraju se obraditi u definisanom prozoru: na primjer, legura 625 je vruća obrađena na 1650–2150 stepeni F (900–1177 stepeni), sa teškim radom što je bliže vrhu tog opsega.
• Zatvoreno kovanje daje čvršće oblike, bolje usklađen protok zrna i manje obrade; u jednom objavljenom primjeru, skoro neto kovanje sa zatvorenim kalupom izbjeglo je oko 30% volumena otvorene palačinke, što je razlika u vrijednosti od oko 10-20% cijene proizvoda ili više za skupe legure na bazi nikla.
• Otvoreno kovanje daje duboku, dobro obrađenu strukturu u velikim profilima bez namenskog alata, ali ostavlja više materijala za mašinsku obradu.
• Niti jedan put nije automatski bolji: kvalitet ovisi o kontroli temperature, redukciji, toplinskoj obradi i inspekciji. Navedite potrebna svojstva i testove, a ne samo naziv procesa.
• ASTM B564 je glavna specifikacija za otkovke od legure nikla, a njegova minimalna svojstva zavise od legure, stanja i veličine preseka.

Koja je razlika između otvorenog i zatvorenog kovanja?

Kod otvorenog kovanja, zagrijani metal se deformiše između ravnih ili jednostavno oblikovanih kalupa koje ga nikada u potpunosti ne zatvaraju; kod kovanja sa zatvorenim kalupima, metal se utiskuje u precizno oblikovane šupljine kalupa koje delu daju oblik.

Otvoreno kovanje radi kao kovač s vrlo velikom presom: radni komad se stisne, rasteže i okreće između poteza kako bi se izvukao, uznemirio ili formirao u osovine, diskove, blokove i prstenove. Konačni oblik ovisi o vještini operatera i planiranom redoslijedu koraka. Zatvoreno kovanje, koje se naziva i kovanje sa otisnutim kalupom, koristi par podudarnih matrica s oblikom dijela koji je urezan u njih. Metal teče kako bi ispunio šupljinu, a mala količina viška se istiskuje kao bljesak koji je odrezan. Treći put, valjanje prstena, proširuje probušeni disk u bešavni prsten i često se grupiše sa otvorenim kovanjem za prirubnice i kućišta.

Zašto je legure nikla teže kovati od čelika?

Legure nikla je teže kovati jer zadržavaju visoku čvrstoću na vrućim temperaturama, što znači da je potrebna veća sila, i zato što imaju uski bezbedni temperaturni prozor gde rad na previše hladnom može da izazove pucanje, a prevrući može da ošteti metal.

Legura 625 je dizajnirana da zadrži snagu na visokim temperaturama, pa proizvođač napominje da je otporna na deformacije kada je vruća i da joj je potrebna adekvatno snažna oprema. Monel 400, nasuprot tome, opisuje se kao mekši od mnogih čelika kada je vruć, ali se može trajno oštetiti ako se zagrije iznad 2150 stepeni F (1175 stepeni).

Superlegure kao što je Alloy 718 imaju još čvršći prozor, gdje je prijavljena temperatura kovanja oko 950–1050 stepeni, jer njihove faze jačanja i veličina zrna oštro reaguju na temperaturu i brzinu deformacije. Na nižim temperaturama napon tečenja brzo raste, zbog čega objavljene metode postavljaju minimalnu početnu temperaturu za kovanje zaliha.

Zbog ovih ograničenja, kovanje legure nikla ovisi o preciznoj kontroli peći, brzom prijenosu, ponovnom zagrijavanju kada se radni komad ohladi, i, za neke klase visoke čvrstoće, zagrijanim ili izotermnim kalupima koji drže metal i umiru na sličnim temperaturama. Gorivo i maziva za peći treba da imaju malo sumpora, jer sumpor može na visokoj temperaturi oboriti legure nikla.

Kako se kovanje na otvorenom i zatvorenom kalupu upoređuju po ključnim dimenzijama?

Otvoreno kovanje nudi fleksibilnost za velike i male dijelove s malo alata, dok kovanje sa zatvorenim kalupima nudi ponovljivost, bliže oblike i manje obrade za srednje do velike zapremine.

Koji proces daje bolji protok zrna i mehanička svojstva?

Zatvoreno kovanje obično daje protok zrna koji prati oblik dijela i konzistentnija svojstva od komada do komada, dok otvoreno kovanje daje jaku, dobro obrađenu strukturu u velikim dijelovima; u oba se svojstva kontroliraju temperaturom, redukcijom i toplinskom obradom više nego imenom procesa.

Protok zrna je smjer u kojem se zrna metala rastežu tokom kovanja, slično zrnu u komadu drveta. Dijelovi su najjači i najotporniji na zamor kada tok zrna teče duž glavnih opterećenja, umjesto da se presijeca obradom. Zatvoreno kovanje oblikuje tok oko konture dela, tako da kritične karakteristike kao što su prirubnice i ivice dobijaju kontinuiran protok. Otvoreno kovanje izvlači i narušava metal, čime se rafinira gruba livena struktura u debelim profilima, ali mašinska obrada složenog dela od jednostavnog kovanja seče preko toka.

Toplinska obrada resetuje veći dio strukture u legurama otpornim na koroziju. ASTM B564 napominje da vruća obrada ili ponovno žarenje mogu značajno promijeniti svojstva ovisno o radnoj povijesti i temperaturama, a za leguru 625 Grade 2 zahtijeva žarenje u rastvoru na minimalnoj temperaturi od 2150 stepeni F (1177 stepeni) nakon čega sledi gašenje vodom ili brzo hlađenje. Za legure koje se stvrdnjavaju taloženjem kao što je Alloy 718, veličina zrna se kontrolira temperaturom kovanja i brzinom deformacije, s objavljenim metodama koje postižu vrlo fina zrna (ASTM 12–14) u izotermnom kovanju, koja se zatim grube na oko ASTM 6–8 nakon žarenja u supersolvusu. Ovo su kontrole za vazduhoplovstvo, ali pokazuju kako proces i toplotna obrada funkcionišu zajedno.

Koliko strojne obrade i materijala svaki proces štedi ili gubi?

Zatvoreno kovanje gotovo u obliku mreže troši jeftiniju leguru nikla: u jednom objavljenom poređenju za veliki disk turbine, kovanjem sa zatvorenom matricom gotovo je izbjegnuto oko 30% volumena otvorene palačinke, što je razlika koja može iznositi 10-20% ili više cijene proizvoda.

Poređenje dolazi iz patenta koji opisuje otkovke velikih diskova od superlegura na bazi nikla, gdje su ravna palačinka s otvorenim kalupom i skoro mrežasta zatvorena kovanja položena preko konačnog obrađenog dijela. I jednom i drugom je potrebna konačna obrada, ali palačinki treba mnogo više. Budući da legure nikla koštaju mnogo više po kilogramu od čelika, materijal koji se uklanja u obliku strugotine je pravi trošak, a dugo vrijeme strojne obrade na tvrdim legurama koje se očvršćavaju pri radu doprinosi tome. Ušteda je veća za složene dijelove i velike količine, a manja za jednostavne oblike ili jednokratne dijelove.

Jednostavna formula rentabilnosti

Ispravna količina=cijena alata / ušteda po dijelu

Primjer sa hipotetičkim brojevima: ako set alata sa zatvorenom matricom košta 60.000 USD i štedi 150 USD po dijelu u materijalu i mašinskoj obradi, isplativost je oko 400 dijelova. Ispod toga, kovanje otvorenog kalupa može biti jeftinije; iznad njega pobjeđuje zatvorena kocka. Zamijenite brojeve stvarnim citatima za svoju stranu.

Na koje nedostatke i rizike treba paziti u svakom procesu?

Glavni rizici su rad izvan temperaturnog prozora (pucanje ili pregrijavanje), preklopi i nabori, neujednačena struktura zrna i kontaminacija sumporom; Zatvorena matrica povećava rizik od habanja matrice i nedovoljno punjenja, dok otvorena matrica dodaje grubu ili neravnu strukturu u loše obrađenim zonama.

Šta ASTM B564 zahtijeva za otkovke od legure nikla?

ASTM B564 pokriva otkovke od mnogih legura nikla, uključujući UNS N04400, N06625, N08825, N10276 i N06022, i postavlja minimalna vlačna svojstva koja zavise od legure, uslova termičke obrade i veličine preseka.

B564 primjenjuje bilo koji put kovanja koji se koristi. Minimalna svojstva za žarene ili otopinom žarene otkovke prikazane su u nastavku kao primjeri izvučeni iz objavljenih kopija specifikacije. Vrijednosti se razlikuju prema izdanju i veličini odjeljka; na primjer, Alloy 625 žareni otkovci do 4 in. (102 mm) moraju zadovoljiti više minimume od onih preko 4 do 10 in. (254 mm), što odražava poteškoće potpunog rada i ravnomjerne termičke obrade debelih profila. Provjerite trenutno izdanje za tačne zahtjeve.

Ostale specifikacije se primjenjuju na posebne namjene: ASTM B637 pokriva šipku od legure nikla koja se otvrdnjava precipitacijom, otkovke i materijal za kovanje za umjerene i visoke temperature, a ASTM B462 i ASME B16.5 se odnose na kovane prirubnice i spojeve. Vazdušni proizvodi koriste AMS specifikacije kao što su AMS 5662 i 5663 za Alloy 718.

Kako se upoređuju cijena i vrijeme isporuke?

Kovanje otvorenog kalupa ima nižu početnu cenu i kraće vreme isporuke jer mu je potrebno malo alata za specifične delove, dok kovanje sa zatvorenim kalupom ima veće troškove alata i duže vreme isporuke, ali nižu cenu po delu po zapremini.

Zatvorene kalupe moraju biti projektovane, obrađene od alatnog čelika za vruću obradu ili, za izotermno kovanje, od legura matrice na bazi nikla i dokazane probnim otkovcima. Ta investicija se isplati kada je potrebno mnogo identičnih dijelova. Otvoreno kovanje izbjegava korak izrade alata i može početi sa gredicom ili ingotom, ali svaki dio zahtijeva više strojne obrade. Ukupni troškovi stoga zavise od količine, veličine, složenosti, cijene legure, troškova obrade i rizika od otpada. Zatražite ponude koje uključuju dodatak za obradu i testiranje kako bi poređenje bilo na gotovim troškovima.

Koji proces biste trebali odabrati?

Odaberite otkovke s otvorenim kalupom ili prstenasto valjane otkovke za velike, jednostavne ili male dijelove, i zatvorene otkovke za ponovljive, složene dijelove koji su blizu mreže u srednjem do velikom volumenu; koristiti metode vruće matrice ili izotermne samo za legure visoke čvrstoće koje zahtijevaju strogu kontrolu zrna.

Šta treba da navedete kada naručujete otkovke od legure nikla?

Navedite legure i UNS broj, specifikaciju proizvoda, stanje termičke obrade, veličinu i dopuštenje obrade, potrebna svojstva i ispitivanja i dokumentaciju i navedite sve zahtjeve za protok zrna ili rutu procesa, tako da dobavljač može citirati pravi proces.

Legura i UNS broj (na primjer UNS N06625) i mjerodavna specifikacija, kao što je ASTM B564.

• Stanje: žareno, rastvoreno žareno ili ostarjelo, a za leguru 625 da li se primjenjuje Grade 1 ili Grade 2.
• Dimenzije: gotovi crtež, dodatak za obradu i veličina preseka, jer svojstva zavise od toga.
• Proces: otvorenog kalupa, zatvorenog kalupa ili prstenastog valjanja, ili potrebne performanse, kao što je smjer toka zrna ili minimalna redukcija.
• Ispitivanje: lokacija i smjer zateznog ispitivanja, tvrdoća, veličina zrna, ultrazvučna i tečna penetrantska inspekcija, te ispitivanje korozije gdje usluga to zahtijeva.
• Dokumentacija: sertifikati o ispitivanju mlinova, zapisi o termičkoj obradi, sledljivost do toplote i svaka inspekcija treće strane.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između otvorenog i zatvorenog kovanja?

Otvoreno kovanje deformira metal između ravnih ili jednostavnih kalupa koje ga ne zatvaraju, što odgovara velikim dijelovima ili dijelovima male zapremine. Zatvoreno kovanje utiskuje metal u oblikovane šupljine kalupa, dajući gotovo neto, ponovljive oblike.

Koji temperaturni raspon se koristi za kovanje Inconela 625?

Proizvođačev opseg vruće obrade za Alloy 625 je 1650–2150 stepeni F (900–1177 stepeni), sa teškim radom što je bliže 2150 stepeni F.

Zašto legurama nikla je potrebna veća sila kovanja od čelika?

Mnoge legure nikla, posebno legura 625, održavaju visoku čvrstoću na vrućim temperaturama rada, tako da su otporne na deformacije i potrebna im je snažna presa i pažljiva kontrola temperature.

Koji proces daje bolji protok zrna?

Zatvoreno kovanje oblikuje tok zrna oko konture dijela i može se ponoviti, dok kovanje otvorenog kalupa rafinira strukturu u velikim dijelovima. Konačna svojstva zavise od temperature, redukcije i termičke obrade.

Koji standard pokriva otkovke od legura nikla?

ASTM B564 pokriva otkovke od mnogih legura nikla, uključujući N04400, N06625, N08825, N10276 i N06022, sa minimalnim svojstvima prema leguri, stanju i veličini preseka. ASTM B637 pokriva legure koje se stvrdnjavaju precipitacijom, kao što je legura 718.

Da li je zatvoreno kovanje uvijek jeftinije?

Ne. Štedi materijal i mašinsku obradu po delu, ali su potrebne matrice. Obično je jeftiniji za srednje do velike zapremine i složene oblike, a otvoreni kalup je obično jeftiniji za velike ili male dijelove.

Može li kovanje promijeniti otpornost na koroziju?

Kovanje i termička obrada koja prati zadatu veličinu zrna i faznu distribuciju, tako da nepravilne temperature ili hlađenje mogu smanjiti otpornost na koroziju. Navedite potrebno stanje i ispitivanje korozije za zahtjevne usluge.