Nikkellegeringssmedning Åben-matrice vs Closed-Die Process og Kvalitet Sammenligning

Smedning klemmer varmt metal i form, og den måde, det klemmes på, former kvaliteten af ​​delen. Nikkellegeringer som f.eksLegering 625, Monel 400, Legering C-276, ogLegering 718Tilføj en udfordring: De forbliver stærke ved høje temperaturer, så de modstår at blive dannet, og de har et snævert temperaturområde, hvor de kan arbejdes sikkert.

Denne vejledning sammenligner de to hovedsmedningsruter, åben matrice og lukket matrice, på tværs af proces, kvalitet, omkostninger og inspektion, med konklusionen først i hvert afsnit og ræsonnementet efter. De anførte tal stammer fra offentliggjorte producentdata og specifikationer; Bekræft altid værdier i forhold til den aktuelle specifikation og din leverandørs procedurer.

Nøgle takeaways

• Åben matricesmedning former metal mellem flade eller simple matricer ved gentagne strøg, så det passer til store, tunge eller lavvolumendele. Smedning med lukket matrice klemmer metallet ind i formede formhulrum, så det passer til gentagelige, næsten-net-former.
• Nikkellegeringer modstår deformation ved varmbearbejdningstemperatur og skal bearbejdes i et defineret vindue: For eksempel er Alloy 625 varmbearbejdet ved 1650-2150 grader F (900-1177 grader), med tungt arbejde så tæt på toppen af ​​dette område som muligt.
• Smedning med lukket matrice giver strammere former, bedre afstemt kornflow og mindre bearbejdning; i et offentliggjort eksempel undgik en lukket matricesmedning næsten netto omkring 30 % af volumen af ​​en pandekage med åben form, en forskel på omkring 10-20 % af artiklens pris eller mere for dyre nikkel-baserede legeringer.
• Åben smedning giver dyb, gennemarbejdet struktur i store sektioner uden dedikeret værktøj, men efterlader mere materiale at bearbejde.
• Ingen af ​​ruterne er automatisk bedre: Kvalitet afhænger af temperaturkontrol, reduktion, varmebehandling og inspektion. Angiv de nødvendige egenskaber og test, ikke kun procesnavnet.
• ASTM B564 er den primære specifikation for nikkellegeringssmedninger, og dens minimumsegenskaber afhænger af legering, tilstand og sektionsstørrelse.

Hvad er forskellen mellem åben-matrice og lukket-die-smedning?

Ved smedning med åben matrice deformeres det opvarmede metal mellem flade eller simpelt formede matricer, der aldrig helt omslutter det; i lukket matricesmedning presses metallet ind i præcist formede formhulrum, der giver delen dens form.

Åben smedning fungerer som en smed med en meget stor presse: arbejdsemnet klemmes, strækkes og drejes mellem slag for at trække det ud, forstyrre det eller forme det til skafter, skiver, blokke og ringe. Den endelige form afhænger af operatørens dygtighed og en planlagt rækkefølge af trin. Smedning med lukket matrice, også kaldet aftrykssmedning, bruger et matchende par matricer med delformen skåret ind i dem. Metallet flyder for at fylde hulrummet, med en lille mængde overskydende presset ud som flash, der trimmes af. En tredje rute, ringrullning, udvider en gennemboret skive til en sømløs ring og er ofte grupperet med åben smedning til flanger og hylstre.

Hvorfor er nikkellegeringer sværere at smede end stål?

Nikkellegeringer er sværere at smede, fordi de holder høj styrke ved varmebearbejdningstemperaturer, hvilket betyder, at der er behov for mere kraft, og fordi de har et smalt sikkert temperaturvindue, hvor arbejde for koldt kan forårsage revner, og arbejde for varmt kan beskadige metallet.

Alloy 625 er designet til at bevare styrke ved høj temperatur, så producenten bemærker, at den modstår deformation, når den er varm og har brug for tilstrækkeligt kraftigt udstyr. Monel 400 er derimod beskrevet som blødere end mange ståltyper, når de er varme, men den kan blive permanent beskadiget, hvis den opvarmes til over 2150 grader F (1175 grader).

Superlegeringer som Alloy 718 har et endnu tættere vindue, hvor rapporterede smedetemperaturer ligger omkring 950-1.050 grader, fordi deres forstærkningsfaser og kornstørrelse reagerer skarpt på temperatur og belastningshastighed. Ved lavere temperaturer stiger strømningsspændingen hurtigt, hvorfor offentliggjorte metoder sætter en minimum starttemperatur for smedning af emner.

På grund af disse grænser afhænger nikkellegeringssmedning af nøjagtig ovnstyring, hurtig overførsel, genopvarmning, når emnet afkøles, og, for nogle højstyrkekvaliteter, opvarmede eller isotermiske matricer, der holder metallet og matricen ved lignende temperaturer. Ovnbrændstof og smøremidler bør have et lavt svovlindhold, da svovl kan sprøde nikkellegeringer ved høj temperatur.

Hvordan sammenlignes Open-Die og Closed-Die Smedning på tværs af nøgledimensioner?

Åben smedning giver fleksibilitet til store og små dele med lidt værktøj, mens lukket smedning giver gentagelighed, tættere former og mindre bearbejdning for mellemstore til store volumener.

Hvilken proces giver bedre kornflow og mekaniske egenskaber?

Smedning med lukket matrice giver normalt kornflow, der følger delens form og mere ensartede egenskaber fra stykke til stykke, mens smedning med åben stans giver stærk, gennemarbejdet struktur i store sektioner; i begge styres egenskaber af temperatur, reduktion og varmebehandling mere end af procesnavnet.

Kornstrømning er den retning, hvori metallets korn strækkes under smedning, svarende til årerne i et stykke træ. Dele er stærkest og mest udmattelsesbestandige, når kornstrømmen løber langs hovedbelastningerne, i stedet for at blive skåret over ved bearbejdning. Smedning med lukket matrice former flowet rundt om delens kontur, så kritiske funktioner som flanger og fremspring får kontinuerlig flow. Åben smedning trækker og forstyrrer metallet, som forfiner groft støbt struktur i tykke sektioner, men bearbejdning af en kompleks del fra en simpel smedning skærer på tværs af strømmen.

Varmebehandling nulstiller meget af strukturen i korrosionsbestandige legeringer. ASTM B564 bemærker, at varmbearbejdning eller genudglødning kan ændre egenskaberne væsentligt afhængigt af arbejdshistorie og temperaturer, og for Alloy 625 Grade 2 kræver det opløsningsudglødning ved minimum 2150 grader F (1177 grader ) efterfulgt af en vandkøling eller hurtig afkøling. For udfældningshærdende legeringer som Alloy 718 styres kornstørrelsen gennem smedningstemperatur og deformationshastighed, med offentliggjorte metoder, der når meget fine korn (ASTM 12-14) i isotermisk smedning, som derefter gror til omkring ASTM 6-8 efter en supersolvus-udglødning. Disse er kontroller i rumfartskvalitet, men de viser, hvordan proces og varmebehandling fungerer sammen.

Hvor meget bearbejdning og materiale sparer eller spilder hver proces?

Smedning med lukket matrice spilder en billigere nikkellegering: I en offentliggjort sammenligning for en stor turbineskive undgik smedningen med lukket matrice med lukket matrice omkring 30% af volumen af ​​pandekagen med åben matrice, en forskel der kan udgøre 10-20% eller mere af artiklens omkostninger.

Sammenligningen kommer fra et patent, der beskriver store skivesmedninger fra nikkel-baserede superlegeringer, hvor en flad åben pandekage og en næsten-net lukket smedning blev lagt over den endelige bearbejdede del. Begge har brug for en sidste bearbejdning, men pandekagen har brug for meget mere. Fordi nikkellegeringer koster langt mere pr. kilogram end stål, er materiale fjernet som spåner en reel omkostning, og lang bearbejdningstid på hårde, arbejdshærdende legeringer tilføjer det. Besparelsen er større for komplekse dele og store volumener, og mindre for simple former eller engangsdele.

En simpel break-even formel

Break-even mængde=værktøjsomkostninger/besparelse pr. del

Eksempel med hypotetiske tal: Hvis et værktøjssæt med lukket matrice koster $60.000 og sparer $150 pr. del i materiale og bearbejdning, er break-even omkring 400 dele. Herunder kan smedning med åben matrice være billigere; over den vinder lukkede terninger. Erstat tallene med rigtige tilbud for din del.

Hvilke defekter og risici skal du holde øje med i hver proces?

De største risici er arbejde uden for temperaturvinduet (revner eller overophedning), lapninger og folder, ujævn kornstruktur og svovlforurening; lukket matrice tilføjer risici for slid og underfyldning, mens åben matrice tilføjer grov eller ujævn struktur i dårligt bearbejdede zoner.

Hvad kræver ASTM B564 for nikkellegeringssmedninger?

ASTM B564 dækker smedegods af mange nikkellegeringer, herunder UNS N04400, N06625, N08825, N10276 og N06022, og angiver minimumstrækegenskaber, der afhænger af legering, varmebehandlingstilstand og sektionsstørrelse.

B564 gælder, uanset hvilken smedevej der anvendes. Minimumsegenskaber for udglødet eller opløsningsudglødet smedegods er vist nedenfor som eksempler hentet fra offentliggjorte kopier af specifikationen. Værdier varierer efter udgave og sektionsstørrelse; for eksempel skal Alloy 625 udglødet smedegods på op til 4 tommer (102 mm) opfylde højere minimumskrav end dem over 4 til 10 tommer (254 mm), hvilket afspejler vanskeligheden ved fuldt ud at arbejde og ensartet varmebehandle tykke sektioner. Tjek den aktuelle udgave for nøjagtige krav.

Andre specifikationer gælder for specifikke anvendelser: ASTM B637 dækker udfældningshærdelig nikkellegeringsstang, smedegods og smedemateriale til moderat og høj temperatur service, og ASTM B462 og ASME B16.5 vedrører smedede flanger og fittings. Luftfartsprodukter bruger AMS-specifikationer såsom AMS 5662 og 5663 for Alloy 718.

Hvordan sammenlignes omkostninger og leveringstid?

Smedning med åben matrice har de lavere forudgående omkostninger og kortere gennemløbstid, fordi det kræver lidt delspecifik værktøj, mens lukket matricesmedning har højere værktøjsomkostninger og længere leveringstid, men lavere pris pr. del i volumen.

Lukkematricer skal være konstrueret, bearbejdet af varmtbearbejdet værktøjsstål eller, til isotermisk smedning, nikkel-baserede matricelegeringer og afprøvet med prøvesmedning. Den investering betaler sig, når der er brug for mange identiske dele. Åben smedning undgår værktøjstrinnet og kan starte med barre eller barre, men hver del har brug for mere bearbejdning. Samlede omkostninger afhænger derfor af mængde, størrelse, kompleksitet, legeringspris, bearbejdningsomkostninger og skrotrisiko. Anmod om tilbud, der inkluderer bearbejdningstillæg og test, så sammenligningen er på færdige omkostninger.

Hvilken proces skal du vælge?

Vælg åben matrice eller ringvalset smedning til store, simple eller lavt volumendele, og lukkede smedninger til repeterbare, komplekse, næsten-net-dele i medium til stor volumen; Brug kun varme- eller isotermiske metoder til højstyrkelegeringer, der kræver stram kornkontrol.

Hvad skal du angive, når du bestiller nikkellegeringssmedninger?

Angiv legerings- og UNS-nummer, produktspecifikation, varmebehandlingstilstand, størrelse og bearbejdningsgodtgørelse, nødvendige egenskaber og tests og dokumentation, og angiv eventuelle krav til kornflow eller procesrute, så leverandøren kan tilbyde den rigtige proces.

Legering og UNS-nummer (for eksempel UNS N06625) og den gældende specifikation, såsom ASTM B564.

• Tilstand: udglødet, opløsningsudglødet eller ældet, og for legering 625, om grad 1 eller grad 2 gælder.
• Dimensioner: færdigtegning, bearbejdningstillæg og snitstørrelse, da egenskaberne afhænger af det.
• Proces: åben matrice, lukket matrice eller ringvalset, eller den nødvendige ydeevne, såsom kornstrømningsretning eller minimumsreduktion.
• Prøvning: trækprøveplacering og retning, hårdhed, kornstørrelse, ultralyds- og væskegennemtrængningsinspektion og korrosionstestning, hvor servicen kræver det.
• Dokumentation: mølletestcertifikater, varmebehandlingsjournaler, sporbarhed til varmen og eventuel tredjepartsinspektion.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem åben matrice og lukket matrice smedning?

Smedning med åben matrice deformerer metal mellem flade eller simple matricer, der ikke omslutter det, og passer til store eller små dele. Smedning med lukket matrice presser metal ind i formede formhulrum, hvilket giver næsten-net, gentagelige former.

Hvilket temperaturområde bruges til at smede Inconel 625?

Producentens varmbearbejdningsområde for Alloy 625 er 1650–2150 grader F (900–1177 grader), med tungt arbejde så tæt på 2150 grader F som muligt.

Hvorfor har nikkellegeringer brug for mere smedningskraft end stål?

Mange nikkellegeringer, især Alloy 625, holder høj styrke ved varmbearbejdningstemperaturer, så de modstår deformation og har brug for kraftige presser og omhyggelig temperaturkontrol.

Hvilken proces giver bedre kornflow?

Smedning med lukket matrice former kornstrømmen rundt om delens kontur og kan gentages, mens smedning med åben matrice forfiner strukturen i store sektioner. De endelige egenskaber afhænger af temperatur, reduktion og varmebehandling.

Hvilken standard dækker smedning af nikkellegeringer?

ASTM B564 dækker smedegods af mange nikkellegeringer, herunder N04400, N06625, N08825, N10276 og N06022, med minimumsegenskaber efter legering, tilstand og sektionsstørrelse. ASTM B637 dækker udfældningshærdelige legeringer såsom Alloy 718.

Er smedning altid billigere?

Nej. Det sparer materiale og bearbejdning pr. del, men har brug for matricer. Det er normalt billigere for mellemstore til høje volumener og komplekse former, og open-die er normalt billigere for store eller lave dele.

Kan smedning ændre korrosionsbestandigheden?

Smedning og den efterfølgende varmebehandling indstiller kornstørrelse og fasefordeling, så forkerte temperaturer eller afkøling kan reducere korrosionsbestandigheden. Angiv den påkrævede tilstand og korrosionstestning for krævende tjenester.