ОАО «Всероссийский институт легких сплавов» разработал новую технологию производства крупногабаритных корпусных изделий из жаропрочных деформируемых и гранулируемых сплавов. Изделия применяются для изготовления энергетических газотурбинных установок, которые широко применяются на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов в авиационной, судовой, автомобильной промышленности и других отраслях.
Новая технология опробована при изготовлении цельной заготовки крупногабаритного корпуса для энергоустановки мощностью 25МВт. В качестве исходной заготовки использовался слиток жаропрочного никелевого сплава ЭИ698-ВД массой 920 кг, он обрабатывался методом горячей объемной штамповки.
В настоящее время в ОАО «ВИЛС» разработан режим ГИП для получения компактной преформы под дальнейшую штамповку, определены температурно-скоростные параметры операций штамповки, подобран режим термической обработки для получения необходимого уровня механических свойств и длительной прочности. Разработан полный цикл изготовления заготовки крупногабаритного корпуса камеры сгорания – от выплавки электрода и распыления его на гранулы до окончательной механической обработки и контроля качества конечного полуфабриката.
«Новизна технологии заключается в использовании метода горячей объемной штамповки вместо традиционной сварки, – комментирует инженер-технолог научно-технологического бюро ОАО «ВИЛС» Дмитрий Князев. – Это обеспечивает улучшение прочностных и эксплуатационных характеристик изделия за счет уменьшения количества сварных соединений и повышения коэффициента использования металла. Наряду с повышением качества упрощается технологический процесс, снижается себестоимость производства и контроля».
Сейчас на машиностроительных заводах крупногабаритные корпусные детали диаметром более 800 мм в основном изготавливают методом электронно-лучевой сварки из кольцевых заготовок, количество которых может достигать от 2 до 8 штук. Сами кольцевые заготовки получают, применяя операции ковки, прошивки и раскатки исходных слитков. При этом жаропрочные никелевые сплавы, чтобы быть свариваемыми, должны иметь низкое суммарное содержание ниобия, титана и алюминия. Кроме того, требуется большой объем контроля качества сварной зоны, которая, как известно, понижает рабочий ресурс детали. При этом необходимо проводить испытания физико-механических свойств каждой кольцевой заготовки под сварку.
«Основными причинами разрушения сварной детали в процессе эксплуатации является структурная и прочностная неоднородность материала в зоне шва, отклонение в режимах термообработки, плохая совместимость по механическим и технологическим свойствам материала корпуса и ввариваемой арматуры – штуцеров, фланцев, переходников, – поясняет Дмитрий Князев. – Одним из путей повышения качества, упрощения технологии, снижения себестоимости производства и контроля является вариант изготовления крупногабаритных цельных корпусов методом горячей объемной штамповки».
Отличительной особенностью технологии, разработанной «ВИЛС», является применение дробной деформации на первых операциях штамповки, или осадки, которая позволяет сформировать мелкозернистую структуру по всему объему заготовки и обеспечить необходимый уровень механических свойств. За счет этого появляется возможность обойтись без ковки слитка, а под осадку используется литая обточенная заготовка.
По словам Дмитрия Князева, использование исходной компактированной заготовки под штамповку является наиболее рациональным способом повышения КИМ при изготовлении крупногабаритного корпусного изделия.
В качестве исходной заготовки для операции окончательной штамповки использовалась шайба с центральным отверстием, вырезанным на токарном станке. Внешний диаметр заготовки – 1170 мм при толщине полотна 70 мм. Для получения такой заготовки методом классической штамповки (осадки) слитка требуется прессовое оборудование усилием порядка 150 МН. На производстве «ВИЛС» установлен пресс номинальным усилием 100 МН, поэтому исходная заготовка для окончательной штамповки была получена методом штамповки с использованием специальных разгоночных бойков. Этот метод широко применяется при получении штампованных заготовок дисков диаметром выше 800 мм.
Проведенное компьютерное моделирование процесса окончательной штамповки корпусных деталей показало, что классическая схема изготовления корпусов из жаропрочных никелевых сплавов путем прошивки и раздачи требует больших усилий деформирования и мощных гидравлических прессов усилием выше 150 МН.
Для реализации нового способа была разработана оригинальная технология окончательной горячей объемной штамповки крупногабаритного корпуса за 1 переход, совмещающая две основные операции – свертки заготовки и калибровки.
«Металлургия гранул, позволяющая изготавливать изделия с плотной беспористой структурой, открывает нам возможности для дальнейшего повышения свойств конструкционных материалов в тех областях, где традиционная технология получения полуфабрикатов и деталей методом литья и деформации уже исчерпала себя», – резюмирует Дмитрий Князев.
Доклад о новой разработке «Всероссийского института легких сплавов» был представлен участникам международной промышленной выставки «Металл-Экспо'2017».