Изотермическая штамповка титановых полусфер для криогенных шар-баллонов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетневскце чтения

A. K. Abkaryan, L. I. Kveglis, F. M. Noskov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

A. D. Matrosov

Institute of Hydrodynamics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Novosibirsk

E. V. Mazurova

Institute of Chemistry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch,Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF STRUCTURE FORMATION IN THE IRON-COPPER SYSTEM AT HIGH DYNAMIC LOADING

The authors investigate a possibility of metastable phases formation at the interface of two metals with limited solubility (Cu-Fe) and reveal that such phases may be a product of solid state reactions and appear under high pressure.

© Абкарян А. К., Квеглис Л. И., Матросов А. Д., Носков Ф. М., Мазурова Е. В., 2011

УДК 621.7.043

В. В. Азингареев

ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ШТАМПОВКА ТИТАНОВЫХ ПОЛУСФЕР ДЛЯ КРИОГЕННЫХ ШАР-БАЛЛОНОВ

Рассмотрена технология изготовления полусфер для титановых шар-баллонов с помощью изотермической штамповки.

Деформация в изотермических условиях в наибольшей степени удовлетворяет требованиям ракетно-космической техники в получении качественных, экономичных и точных заготовок для высоконагру-женных деталей с длительным ресурсом эксплуатации таких, например, как шар-баллоны высокого давления. Поэтому внедрение этого технологического процесса является актуальной задачей.

На примере изотермической штамповки унифицированных заготовок полусфер из высокопрочного титанового сплава ВТ23 автором рассмотрено преимущества этого вида обработки металлов давлением перед традиционной горячей объемной штамповкой как ресурсосберегающей технологии.

По результатам математического моделирования за два перехода была разработана технология изотермической штамповки поковок полусфер. На первом переходе выполняли штамповку предварительной заготовки в виде вогнутой линзы с плоским основанием в штампе (рис. 1), состоящем из сферического пуансона 1 и плоского байка 0 400 *100 мм, устанавливаемого вместо матрицы 3 и выталкивателя 4. На втором переходе выполняли окончательную штамповку заготовок полусфер в штампе полной сборки. Использование во втором переходе заготовки в виде односторонней вогнутой линзы позволило существенно уменьшить высоту заготовки и тем самым обеспечить смыкание пуансона и матрицы по колонкам до начала деформирования, сцентрировать заготовку по пуансону; подготовить равномерное течение металла при формировании сферической поверхности поковок [1].

¿-л

Рис. 1. Штамповая оснастка для осуществления

второго перехода: 1 - пуансон; 2 - бандажное кольцо; 3 - матрица; 4 - выталкиватель, формирующий штуцерную и донную части поковок; 5 - толкатель; 6 - направляющие колонки

Качество поковок оценивали по результатам механических испытаний на растяжение и ударную вязкость, по анализу макро- и микроструктуры металла. Заготовки под образцы вырезали в тангенциальном направлении из цилиндрической части поковки. Структуру металла определяли на темплетах, вырезанных в меридиональном сечении поковки. В макро-

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

Результаты сдаточных механических испытаний термоупрочненных (нагрев до 800 °С, выдержка 1 ч, охлаждение в воду; нагрев до 500 °С, выдержка 5 ч, охлаждение на воздухе) поковок полусфер при температуре 20 оС приведены в таблице.

Исследования показали, что структура и уровень механических свойств поковок полностью удовлетво -ряют требованиям технических условий.

Анализ технологических параметров изотермической штамповки показал, что фактические режимы деформирования поковок хорошо согласовываются с расчетными, полученными при компьютерном моделировании.

На основе проведенной изотермической штамповки титановых заготовок полусфер позволит в 2 раза повысить КИМ, сократить время изготовления одной поковки в 3 раза, уменьшить объем механической обработки полусфер на 50 %. При многоцикловом нагружении значительно повышена надежность работы баллонов за счет большей пластичности при высокой прочности металла. Это позволит увеличить срок эксплуатации баллонов до 15 лет.

Библиографические ссылки

1. Опытно-промышленное освоение изотермической штамповки поковок полусфер из титанового сплава ВТ23 / С. И. Синельников, О. В. Спирин, Ю. К. Бармин и др. // Авиакосмическая техника и технология. 2003.

2. Исследование влияния режимов ковки на структуру и механические свойства прутковых заготовок из (а+Р)-тигановых сплавов / В. М. Аржаков, М. Я. Брун, А. И. Журавлев // Металловедение и обработка титановых и жаропрочных сплавов. ВИЛС. 1991.

Механические свойства поковок полусфер

Режим деформирования Механические свойства

sB, Мпа s0,2, Мпа Ô, % У, % KCU, МДж/м2

Факт 1278-1319 1177-1206 9,4-9,6 22,0-24,1 0,25-0,27

Требования ТУ 1270 1176 6,0 10,0 0,245

V. V. Azingareev

JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant», Russia, Krasnoyarsk

ISOTHERMAL STAMPING OF TITANIUM HEMISPHERES FOR CRYOGENIC BALL-CYLINDERS

The authors consider a technology of manufacture of hemispheres for titanium ball-cylinders with the help of isothermal forging.

© Â3HHrapeeB B. B., 2011

структуре наблюдалась тонковолокнистая структура; в штуцерной зоне имеются отдельные мелкие зерна не более 2-го балла по 10-ти бальной шкале макроструктур инструкции ВИАМ № 1054-76. Микроструктура поковок полусфер в зоне стенки соответствовала второму типу (рис. 2), а в штуцерной зоне - третьему, четвертому типам (рис. 3), шкалы микроструктур двухфазных титановых сплавов - инструкции ВИАМ № 1054-76.

Рис. 2. Микроструктура в зоне стенки полусферы (х 500)

Рис. 3. Микроструктура в штуцерной зоне полусферы (х 500)

Таким образом, анализ микроструктуры подтвер-ждает соответствие деформации поковок из сплава ВТ23 в (а+р)-области [2].