Совершенствование технологии изготовления баллонов высокого давления из титанового сплава ВТ23 методом газовой формовки в условиях кратковременной ползучести Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

ВТ23 МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ФОРМОВКИ В УСЛОВИЯХ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ

Я.А. Соболев, Г.Г. Кривенко, С.М. Вайцехович

Рассмотрен усовершенствованный вариант изготовления штамповок титановых полусфер методом газовой формовки в вакууме. Предложены новый штамп и оригинальный способ извлечения отформованной полусферы из штампа, а также оборудование для повышения производительности процесса.

Ключевые слова: сверхпластичность, газовая формовка, титановая полусфера, установка.

Применение технологии газовой формовки для изготовления топливных баков из титанового сплава ВТ23 диаметром 600 мм для международного ракетоносителя "Вега" показали высокую эффективность технологии в плане снижения объемов механической обработки и высоких эксплуатационных свойств. В то же время ряд серьезных проблем требует решения для дальнейшего совершенствования технологии.

Одними из таких проблем являются продолжительный нагрев и медленное охлаждение титановой заготовки в технологическом процессе формовки, что связано с большими массами оснастки и низкими скоростями охлаждения в вакууме, используемом для защиты титанового сплава от окисления. Время нагрева оснастки массой две тонны составляет от 5 до 8 часов, а охлаждение в вакууме до температуры 100 °С составляет более 18 часов. Производительность установки СДДС-1 по данной технологии - одна штамповка в сутки. Высокие температуры формовки титановых сплавов требуют применения сплавов с высоким содержанием никеля типа Х20Н25. В результате различие коэффициентов линейного расширения составляет до 30 %, что приводит к защемлению штамповки в матрице при охлаждении. Для извлечения холодной штамповки применяется разборная оснастка. Усилие выпрессовки достигает 500 кН [1]. Решение проблемы загрузки титановой заготовки в горячий штамп, съем и выгрузка позволят значительно повысить технологичность и производительность данного процесса, конкурентоспособность.

В целях совершенствования технологии газовой формовки создан новый штамп (рис.1), позволяющий вынимать формованную заготовку из матрицы при температуре 600... 800 °С.

Заготовка 1 размещается в штампе на опорном кольце 2 (рис.2). Герметизация верхней и нижней частей штампа и заготовки происходит за

счет внедрения герметизирующего «зуба» в верхней матрице 3 и паза в нижней 4. По завершению процесса формообразования заготовки производится сброс давления в обеих полостях штампа, снижение температуры детали для придания достаточной прочности и раскрытие штампа движением штока 5 вверх. Заготовку извлекают за кольцо 2 толщиной 5... 10 мм тремя съемниками 6 при температуре 650.700 °С. Отсутствие остаточных напряжений в штамповке предотвращает искажение формы готовой детали при последующей вырезке металла в куполе и на боковой поверхности.

Рис. 1. Штамп для съема формованной детали в горячем состоянии

Рис. 2. Схема штампа: 1 - заготовка; 2 - опорное кольцо; 3 - герметизирующий «зуб»; 4 - паз; 5 - шток

Скорость охлаждения полусферы, извлеченной из оснастки, значительно возрастает.

Дальнейшее совершенствование технологии газовой формовки в направлении повышения производительности процесса связано с созданием специализированного оборудования (рис. 3).

ш

Рис. 3. Схема установки для газовой формовки с непрерывной загрузкой

Оборудование представляет собой вакуумную камеру 1 со средствами вакуумирования, нагрева 2, газовыми вводами 3 и штамповой оснасткой 4.

Титановая заготовка помещается в загрузочную камеру 5 на устройство перемещения 6. По достижению разряжения 10-4 мм.рт.ст. через открывающийся вакуумный затвор 7 заготовка передается в штамп. В это время верхние части нагревателя и штампа находятся в верху камеры. Встроенные в штамп толкатели снимают заготовку с устройства перемещения и загружают в штамп. Верхняя часть штампа опускается штоком 8, жестко связанным с силовым гидроцилиндром 9. Нагреватель перемещается вниз гидроцилиндрами 10.

Производятся циклы нагрева и формообразования газом заготовки.

После раскрытия оснастки и нагревателя выталкиватель 11 через толкатели поднимает штамповку, и устройство перемещения камеры охлаждения 12 забирает ее. При температуре ниже 50 °C она вынимается из камеры охлаждения.

Цикл штамповки определяется временем нагрева и формовки заготовки и составляет 2..3 часа. Постоянное нахождение нагретой заготовки и оснастки в высоком вакууме исключает окисление титана и образование альфированного слоя.

Выводы

1. Применение штампа с механизмом извлечения штамповки в нагретом состоянии позволяет упростить конструкцию матрицы, уменьшить время охлаждения заготовки и снизить остаточные напряжения в штамповке;

2. Создание оборудования с непрерывным циклом нагрева оснастки и камерами для загрузки-выгрузки штамповки позволит сократить время штамповки по сравнению с циклом изготовления на установке СДДС-1 в 8 раз.

Список литературы

1. Газовая изотермическая формовка полусфер титановых шаробал-лонов в вакууме / С.М. Вайцехович [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. 2013. №10. С.23.

Соболев Яков Алексееви, д-р техн. наук, проф., Yasoholevamail.ru Россия, Москва, Университет машиностроения,

Кривенко Георгий Георгиевич, нач.отделения. infoa tmnpo.ru Россия, Москва, ФГУП «НПО «Техномаш»,

Вайцехович Сергей Михайлович, канд. техн. наук, нач. сектора. [email protected] Россия, Москва, ФГУП «НПО «Техномаш»

IMPROVED TECHNOLOGY MANUFACTURING HIGH PRESSURE CYLINDERS OF TITANIUM ALLOY VT23 BY GAS FORMING IN THE SHORT-TERM CREEP

Ya.A. Soholev, G.G. Krivko, S.M. Vaicehovich

An advanced path of manufacturing hemispheres for titanium spherical balloons with the use of gas isothermal stamping method in vacuum environment is considered. A new type of die and an original method of the extraction of a formed hemisphere from a die have heen proposed along with the centering device for the upper and lower halves of a die.

Key words: gas isothermal forming; creep; hemisphere; spherical balloon; super-plasticity.

Sobolev Yakov Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, Yasobo-lev@ mail.ru, Russia, Moscow, University of Engineering

Krivko Georgiy Georgievich, head of division, info@, tmnpo. ru, Russia, Moscow, NPO "Technomash"

Vaicehovich Sergey Michailovich, candidate of technical sciences, head of sector, info@,tmnpo. ru, Russia, Moscow, NPO "Technomash "

УДК 621.77

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРОИЗВОДСТВА НА СВОЙСТВА КАТАНКИ ДИАМЕТРОМ 16,5 ММ ИЗ СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ОСАДКИ

К.Б. Лабер, Х.С. Дыя, С.З. Савицкий

Представлены результаты исследований влияния технологических условий производственного процесса на свойства катанки из стали для холодной осадки. Исследования были проведены для катанки диаметром 16,5 мм из стали 20МпВ4. Проанализированы условия многоэтапного контроллированного ускоренного охлаждения полосы непосредственно в потоке стана и после процеса прокатки на рольганге 8ТЕЬМОЯ. Область проведенных в работе исследований включала также анализ влияния применяемых условий охлаждения на температуру, микроструктуру и свойства исследуемой марки стали. Также представлены результаты холодной осадки исследуемого материала с целью определения его склонности к дальнейшей холодной деформации.

Ключевые слова: прокатка катанки, сталь для холодной осадки, микроструктура, механические свойства, условия прокатки.

1. Введение. Удержание доминирующей позиции на рынке производства катанки является возможным только при постоянном расширении сортамента и улучшения качества продукции по механическим свойствам и точности размеров [1].

По мнению авторов работы [1], существующие в стране технологические линии и применяемая на них технология продукции в настоящее время не позволяет изготовлять катанку, соответствующую постоянно увеличивающимся требованиям потребителей по уровню и стабильности ме-

73