آهنگری آلیاژ نیکل فرآیند قالب باز در مقابل قالب بسته و مقایسه کیفیت

آهنگری فلز داغ را به شکل فشرده در می آورد و نحوه فشرده شدن آن کیفیت قطعه را شکل می دهد. آلیاژهای نیکل مانندآلیاژ 625, مونل 400, آلیاژ C-276، وآلیاژ 718یک چالش را اضافه کنید: آنها در دمای بالا قوی می مانند، بنابراین در برابر تشکیل شدن مقاومت می کنند، و محدوده باریکی از دما دارند که می توان با خیال راحت کار کرد.

این راهنما دو مسیر اصلی آهنگری، قالب باز و قالب بسته، در سراسر فرآیند، کیفیت، هزینه و بازرسی را با نتیجه گیری ابتدا در هر بخش و استدلال پس از آن مقایسه می کند. ارقام نقل‌شده از داده‌ها و مشخصات تولیدکننده منتشر شده است. همیشه مقادیر را مطابق با مشخصات فعلی و رویه های تامین کننده خود تأیید کنید.

خوراکی های کلیدی

• آهنگری قالب باز با ضربات مکرر فلز را بین قالب های صاف یا ساده شکل می دهد، بنابراین برای قطعات بزرگ، سنگین یا کم حجم مناسب است. آهنگری قالب بسته، فلز را در حفره‌های قالب فشرده می‌فشرد، بنابراین برای شکل‌های قابل تکرار و نزدیک به تور مناسب است.
• آلیاژهای نیکل در برابر تغییر شکل در دمای کار گرم مقاومت می کنند و باید در یک پنجره مشخص کار شوند: به عنوان مثال، آلیاژ 625 در دمای 1650-2150 درجه فارنهایت (900-1177 درجه) گرم کار می شود، با کار سنگین تا حد ممکن نزدیک به بالای آن محدوده.
• آهنگری قالب بسته شکل های محکم تر، جریان دانه با همخوانی بهتر، و ماشینکاری کمتری می دهد. در یکی از نمونه‌های منتشر شده، آهنگری با قالب بسته نزدیک به خالص از حدود 30 درصد حجم یک پنکیک قالب باز جلوگیری می‌کند، تفاوتی که حدود 10 تا 20 درصد هزینه مقاله یا بیشتر برای آلیاژهای پایه نیکل گران قیمت است.
• آهنگری قالب باز ساختاری عمیق و خوب در بخش های بزرگ بدون ابزار اختصاصی می دهد، اما مواد بیشتری را برای ماشین کاری باقی می گذارد.
• هیچ یک از مسیرها به طور خودکار بهتر نیستند: کیفیت به کنترل دما، کاهش، عملیات حرارتی و بازرسی بستگی دارد. مشخصات و تست های مورد نیاز را مشخص کنید، نه فقط نام فرآیند را.
• ASTM B564 مشخصات اصلی آهنگرهای آلیاژ نیکل است و حداقل خواص آن به آلیاژ، شرایط و اندازه بخش بستگی دارد.

تفاوت بین آهنگری قالب باز و قالب بسته چیست؟

در آهنگری قالب باز، فلز گرم شده بین قالب های مسطح یا ساده شکلی که هرگز آن را کاملاً محصور نمی کند تغییر شکل می دهد. در آهنگری قالب بسته، فلز به داخل حفره های قالبی با شکل دقیق فشرده می شود که شکل آن را به قطعه می دهد.

آهنگری قالب باز مانند آهنگر با پرس بسیار بزرگ عمل می کند: قطعه کار فشرده می شود، کشیده می شود و بین ضربات چرخانده می شود تا آن را بیرون بکشد، به هم بزند، یا به شکل شفت، دیسک، بلوک و حلقه شکل دهد. شکل نهایی به مهارت اپراتور و توالی برنامه ریزی شده از مراحل بستگی دارد. فورج قالب بسته که به آن فورج قالب قالبی نیز می‌گویند، از یک جفت قالب همسان با شکل قطعه استفاده می‌کند. فلز جریان می یابد تا حفره را پر کند و مقدار کمی از اضافی آن به عنوان فلاش که از بین می رود فشرده می شود. مسیر سوم، حلقه نورد، یک دیسک سوراخ شده را به یک حلقه بدون درز منبسط می کند و اغلب با آهنگری قالب باز برای فلنج ها و بدنه ها گروه بندی می شود.

چرا جعل آلیاژهای نیکل سخت تر از فولاد است؟

آلیاژهای نیکل به سختی جعل می شوند زیرا در دماهای گرم کار استحکام بالایی دارند و این بدان معناست که نیروی بیشتری مورد نیاز است و به این دلیل که دارای یک پنجره دمای ایمن باریک هستند که در آن کار بسیار سرد می تواند باعث ترک خوردگی شود و کار بیش از حد گرم می تواند به فلز آسیب برساند.

آلیاژ 625 برای حفظ استحکام در دمای بالا طراحی شده است، بنابراین تولید کننده خاطرنشان می کند که در برابر تغییر شکل در هنگام گرم شدن مقاومت می کند و به تجهیزات به اندازه کافی قدرتمند نیاز دارد. در مقابل، Monel 400 به عنوان نرم‌تر از بسیاری از فولادها در هنگام گرما توصیف می‌شود، اما اگر در دمای بالاتر از 2150 درجه فارنهایت (1175 درجه) گرم شود، می‌تواند برای همیشه آسیب ببیند.

سوپرآلیاژهایی مانند آلیاژ 718 دارای پنجره سفت‌تری هستند، جایی که دمای آهنگری گزارش شده در حدود 950 تا 1050 درجه است، زیرا فازهای تقویتی و اندازه دانه آنها به شدت به دما و نرخ کرنش پاسخ می‌دهند. در دماهای پایین تر، تنش جریان به سرعت افزایش می یابد، به همین دلیل است که روش های منتشر شده حداقل دمای شروع را برای قطعات فورج تعیین می کنند.

به دلیل این محدودیت ها، آهنگری آلیاژ نیکل به کنترل دقیق کوره، انتقال سریع، گرم شدن مجدد هنگام سرد شدن قطعه کار و برای برخی از گریدهای با مقاومت بالا، قالب های گرم شده یا همدما بستگی دارد که فلز را در دماهای مشابه نگه می دارند و می میرند. سوخت و روان کننده های کوره باید گوگرد کمی داشته باشند، زیرا گوگرد می تواند آلیاژهای نیکل را در دمای بالا ترد کند.

چگونه فورج قالب باز و قالب بسته در ابعاد کلیدی مقایسه می شوند؟

فورج قالب باز انعطاف پذیری را برای قطعات بزرگ و کم حجم با ابزار کم ارائه می دهد، در حالی که آهنگری قالب بسته قابلیت تکرار، شکل های نزدیک تر و ماشین کاری کمتر را برای حجم های متوسط ​​به بالا ارائه می دهد.

کدام فرآیند جریان دانه و خواص مکانیکی بهتری می دهد؟

آهنگری قالب بسته معمولاً جریان دانه ای را ایجاد می کند که از شکل قطعه پیروی می کند و خواص ثابت تری را از قطعه به قطعه دیگر می دهد، در حالی که آهنگری قالب باز ساختاری قوی و خوب در بخش های بزرگ می دهد. در هر دو، خواص بیشتر توسط دما، کاهش و عملیات حرارتی کنترل می‌شوند تا با نام فرآیند.

جریان دانه جهتی است که در آن دانه های فلز در حین آهنگری کشیده می شوند، مشابه دانه در یک تکه چوب. هنگامی که جریان دانه در امتداد بارهای اصلی جریان دارد، به جای اینکه توسط ماشینکاری بریده شوند، قطعات قوی ترین و مقاوم ترین در برابر خستگی هستند. فورج قالب بسته جریان را در اطراف کانتور قطعه شکل می دهد، بنابراین ویژگی های مهم مانند فلنج ها و باس ها جریان پیوسته دارند. آهنگری قالب باز فلز را می کشد و به هم می زند، که ساختار درشت ریخته گری را در بخش های ضخیم اصلاح می کند، اما ماشینکاری یک بخش پیچیده از یک آهنگری ساده، جریان را برش می دهد.

عملیات حرارتی بسیاری از ساختار آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی را بازنشانی می کند. ASTM B564 خاطرنشان می‌کند که کار گرم یا آنیل مجدد ممکن است بسته به سابقه کار و دما، ویژگی‌های قابل توجهی را تغییر دهد، و برای آلیاژ 625 درجه 2، نیاز به بازپخت محلول در حداقل دمای 2150 درجه فارنهایت (1177 درجه) و سپس خاموش کردن آب یا خنک‌سازی سریع دارد. برای آلیاژهای سخت‌کننده بارش مانند آلیاژ 718، اندازه دانه از طریق دمای آهنگری و نرخ کرنش کنترل می‌شود، با روش‌های منتشر شده به دانه‌های بسیار ریز (ASTM 12-14) در آهنگری همدما می‌رسد، که پس از بازپخت فوق‌العاده به ASTM 6-8 درشت می‌شود. این‌ها کنترل‌های درجه هوافضا هستند، اما نشان می‌دهند که فرآیند و عملیات حرارتی چگونه با هم کار می‌کنند.

هر فرآیند چقدر در ماشین کاری و مواد صرفه جویی یا هدر می دهد؟

آهنگری قالب بسته، آلیاژ نیکل ارزان‌تر را هدر می‌دهد: در یک مقایسه منتشر شده برای یک دیسک توربین بزرگ، آهنگر قالب بسته نزدیک به تور از حدود 30 درصد حجم پنکیک قالب باز جلوگیری کرد، تفاوتی که می‌تواند 10 تا 20 درصد یا بیشتر از هزینه مقاله باشد.

این مقایسه از حق ثبت اختراعی است که آهنگری دیسکی بزرگ از سوپرآلیاژهای پایه نیکل را توصیف می کند، جایی که یک پنکیک قالب باز مسطح و یک قالب قالب بسته نزدیک به شبکه بر روی قسمت نهایی ماشین کاری شده گذاشته شده است. هر دو نیاز به ماشینکاری نهایی دارند، اما پنکیک به مقدار بیشتری نیاز دارد. از آنجایی که آلیاژهای نیکل به ازای هر کیلوگرم قیمت بسیار بیشتری نسبت به فولاد دارند، مواد حذف شده به عنوان تراشه هزینه واقعی است و زمان طولانی ماشینکاری روی آلیاژهای سخت و سخت کننده به آن اضافه می کند. صرفه جویی برای قطعات پیچیده و حجم های بزرگ بیشتر است و برای اشکال ساده یا قطعات یکباره کوچکتر است.

یک فرمول سربه سر ساده

مقدار سرسام آور=هزینه ابزار / صرفه جویی در هر قطعه

مثال با اعداد فرضی: اگر یک مجموعه ابزار قالب بسته 60000 دلار قیمت داشته باشد و در هر قطعه 150 دلار در مواد و ماشینکاری صرفه جویی کند، نقطه سربه سر حدود 400 قطعه است. در زیر آن، آهنگری با قالب باز ممکن است ارزان تر باشد. بالاتر از آن، بسته-مرگ برنده است. اعداد را با نقل قول های واقعی جایگزین کنید.

در هر فرآیند باید مراقب چه عیوب و خطراتی باشید؟

خطرات اصلی کار در خارج از پنجره دما (ترک خوردن یا گرم شدن بیش از حد)، دور و برها، ساختار دانه ناهموار، و آلودگی گوگرد است. قالب بسته باعث سایش قالب و خطرات پر شدن کم می‌شود، در حالی که قالب باز ساختار درشت یا ناهموار را در مناطق ضعیف اضافه می‌کند.

ASTM B564 برای آهنگری های آلیاژ نیکل به چه چیزی نیاز دارد؟

ASTM B564 آهنگری بسیاری از آلیاژهای نیکل، از جمله UNS N04400، N06625، N08825، N10276 و N06022 را پوشش می دهد و حداقل خواص کششی را تنظیم می کند که به آلیاژ، شرایط عملیات حرارتی و اندازه مقطع بستگی دارد.

B564 هر مسیر آهنگری را که استفاده می شود اعمال می کند. حداقل خواص برای آهنگری آنیل شده یا آنیل شده با محلول به عنوان نمونه هایی که از نسخه های منتشر شده مشخصات گرفته شده اند در زیر نشان داده شده است. مقادیر بر اساس نسخه و اندازه بخش متفاوت است. به عنوان مثال، آهنگری های آنیل شده آلیاژی 625 تا 4 اینچ (102 میلی متر) باید حداقل های بالاتری را نسبت به 4 تا 10 اینچ (254 میلی متر) داشته باشند، که نشان دهنده دشواری کار کردن کامل و عملیات حرارتی یکنواخت بخش های ضخیم است. نسخه فعلی را برای شرایط دقیق بررسی کنید.

سایر مشخصات برای استفاده‌های خاص اعمال می‌شود: ASTM B637 میله‌های آلیاژ نیکل مقاوم در برابر بارش، آهنگری‌ها و ذخایر آهنگری را برای سرویس‌های با دمای متوسط ​​و بالا پوشش می‌دهد و ASTM B462 و ASME B16.5 مربوط به فلنج‌ها و اتصالات آهنگری هستند. محصولات هوافضا از مشخصات AMS مانند AMS 5662 و 5663 برای آلیاژ 718 استفاده می کنند.

چگونه هزینه و زمان پیش بینی مقایسه می شود؟

آهنگری با قالب باز هزینه اولیه کمتر و زمان تحویل کمتری دارد، زیرا به ابزارهای جزئی کمی نیاز دارد، در حالی که آهنگری قالب بسته هزینه ابزارآلات بالاتر و زمان طولانی‌تری دارد اما هزینه هر قطعه در حجم کمتر است.

قالب های بسته باید از فولاد ابزار کار گرم یا برای آهنگری همدما از آلیاژ قالب نیکل ساخته شده و با آهنگری آزمایشی ثابت شود. این سرمایه زمانی نتیجه می دهد که به بسیاری از قطعات یکسان نیاز باشد. آهنگری قالب باز از مرحله ابزارسازی اجتناب می کند و می تواند با بیلت یا شمش شروع شود، اما هر قسمت نیاز به ماشینکاری بیشتری دارد. بنابراین هزینه کل به کمیت، اندازه، پیچیدگی، قیمت آلیاژ، هزینه ماشینکاری و ریسک ضایعات بستگی دارد. مظنه هایی را درخواست کنید که شامل کمک هزینه ماشینکاری و آزمایش می شود تا مقایسه بر روی هزینه تمام شده باشد.

کدام فرآیند را باید انتخاب کنید؟

آهنگری با قالب باز یا حلقه نورد برای قطعات بزرگ، ساده یا کم حجم، و آهنگری قالب بسته برای قطعات تکرارپذیر، پیچیده و نزدیک به تور در حجم متوسط ​​تا زیاد را انتخاب کنید. فقط برای آلیاژهای با استحکام بالا که نیاز به کنترل دقیق دانه دارند، از روش های داغ یا همدما استفاده کنید.

هنگام سفارش آهنگری آلیاژ نیکل چه چیزی را باید مشخص کنید؟

شماره آلیاژ و UNS، مشخصات محصول، شرایط عملیات حرارتی، اندازه و ماشینکاری مجاز، خواص و آزمایش‌های مورد نیاز، و مستندات را مشخص کنید و هر الزامی را برای جریان دانه یا مسیر فرآیند بیان کنید، تا تامین‌کننده بتواند فرآیند مناسب را نقل‌قول کند.

شماره آلیاژ و UNS (به عنوان مثال UNS N06625) و مشخصات حاکم، مانند ASTM B564.

• شرایط: آنیل شده، محلول آنیل شده یا کهنه شده، و برای آلیاژ 625 درجه 1 یا درجه 2 اعمال می شود.
• ابعاد: نقشه نهایی، کمک هزینه ماشینکاری، و اندازه بخش، زیرا خواص به آن بستگی دارد.
• فرآیند: قالب باز، قالب بسته، یا حلقه نورد، یا عملکرد مورد نیاز، مانند جهت جریان دانه یا حداقل کاهش.
• تست: مکان و جهت تست کششی، سختی، اندازه دانه، بازرسی اولتراسونیک و نفوذ مایع، و تست خوردگی در جایی که سرویس آن را می خواهد.
• مستندات: گواهی‌های آزمایش آسیاب، سوابق عملیات حرارتی، قابلیت ردیابی گرما، و هرگونه بازرسی شخص ثالث.

سوالات متداول

تفاوت بین فورج قالب باز و قالب بسته چیست؟

آهنگری قالب باز فلز را بین قالب های مسطح یا ساده که آن را محصور نمی کند تغییر شکل می دهد و مناسب قطعات بزرگ یا کم حجم است. آهنگری قالب بسته، فلز را به داخل حفره‌های قالبی شکل‌دهی می‌کند و شکل‌هایی شبیه به تور و قابل تکرار می‌دهد.

برای جعل اینکونل 625 از چه محدوده دمایی استفاده می شود؟

محدوده کار گرم تولید کننده برای آلیاژ 625 1650-2150 درجه فارنهایت (900-1177 درجه) است، با کار سنگین تا حد امکان نزدیک به 2150 درجه فارنهایت.

چرا آلیاژهای نیکل به نیروی آهنگری بیشتر از فولاد نیاز دارند؟

بسیاری از آلیاژهای نیکل، به ویژه آلیاژ 625، استحکام بالایی در دمای کار گرم دارند، بنابراین در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و به فشارهای قوی و کنترل دقیق دما نیاز دارند.

کدام فرآیند جریان دانه بهتری می دهد؟

آهنگری قالب بسته جریان دانه را در اطراف کانتور قطعه شکل می دهد و قابل تکرار است، در حالی که آهنگری قالب باز ساختار را در بخش های بزرگ اصلاح می کند. خواص نهایی به دما، کاهش و عملیات حرارتی بستگی دارد.

چه استانداردی آهنگرهای آلیاژ نیکل را پوشش می دهد؟

ASTM B564 آهنگری بسیاری از آلیاژهای نیکل از جمله N04400، N06625، N08825، N10276 و N06022 را با حداقل خواص بر اساس آلیاژ، شرایط و اندازه مقطع پوشش می دهد. ASTM B637 آلیاژهای مقاوم در برابر بارش مانند آلیاژ 718 را پوشش می دهد.

آیا آهنگری قالب بسته همیشه ارزانتر است؟

خیر. این باعث صرفه جویی در مواد و ماشینکاری در هر قطعه می شود اما نیاز به مرگ دارد. معمولاً برای حجم های متوسط ​​تا زیاد و اشکال پیچیده ارزان تر است و قالب باز معمولاً برای قطعات بزرگ یا کم حجم ارزان تر است.

آیا آهنگری می تواند مقاومت در برابر خوردگی را تغییر دهد؟

آهنگری و عملیات حرارتی که به دنبال اندازه دانه و توزیع فاز تعیین می شود، بنابراین دماهای نامناسب یا خنک کننده می تواند مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهد. شرایط مورد نیاز و تست خوردگی را برای خدمات درخواستی مشخص کنید.