Widok Badania możliwości kształtowania stopu Hastelloy C-276 metodą zgniatania obrotowego rzutowego

(1)

Mgr inŜ. Tadeusz DRENGER, mgr inŜ. Sławomir FRĄCKOWIAK, mgr inŜ. Tomasz GĄDEK

Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań e-mail: drenger@inop.poznan.pl

Badania moŜliwości kształtowania

stopu Hastelloy C-276 metodą zgniatania

obrotowego rzutowego

Investigation of the possibility of shear forming

of Hastelloy C-276 material

Streszczenie

W artykule zamieszczono informacje na temat kształtowania materiału Hastelloy C-276, metodą zgniatania ob-rotowego rzutowego. Opisano przebieg badań przeprowadzonych w Instytucie Obróbki Plastycznej. KrąŜki o średnicy φ 200 mm kształtowano na trzech wzornikach, celem uzyskania wyrobu o połowie kąta rozwarcia stoŜka równym 30o. Badania prowadzono z zastosowaniem międzyoperacyjnej obróbki cieplnej. Dodatkowo przeprowadzono badania moŜliwości kształtowania materiału, z pominięciem jednej lub dwóch operacji, mają-cych na celu optymalizację kształtowania metodą zgniatania obrotowego rzutowego. W artykule zamieszczono wyniki badań, mających na celu doskonalenie metod kształtowania obrotowego.

Abstract

The paper contains information on shaping Hastelloy C-276 material by the method of shear forming. Investiga-tion performed by the Metal Forming Institute has been described. Disks with the diameter of φ 200 mm have been formed on three templets in order to obtain a product with half angle of cone equal to 30o. The investiga-tion has been performed with heat treatment between operainvestiga-tions. Addiinvestiga-tionally, tests of forming the material with the omission of one or two operations intended to optimize shaping by the method of shear forming.

Słowa kluczowe: zgniatanie obrotowe, stop niklu, laser diodowy

Keywords: flow forming, nickel alloy, diode laser

1. WSTĘP

Stop Hastelloy C-276 jest nadstopem ni-klu, chromu i molibdenu, o średniej zawartości niklu ok. 57%. Hastelloy C-276 wykazuje znaczną odporność korozyjną w róŜnych śro-dowiskach chemicznych, takŜe w środowisku silnych utleniaczy: chlorków miedzi i Ŝelaza, kwasu mrówkowego, wody morskiej. Dodat-kowo stop ten charakteryzuje się takŜe duŜą odpornością na wŜery i korozję napręŜeniową.

Stop Hastelloy C-276 jest powszechnie stosowany w przemyśle celulozowo-papier-niczym, na części wentylatorów uŜywanych podczas spalania i odsiarczania gazów oraz na elementy chłodnic.

1. INTRODUCTION

Hastelloy C-276 is a superalloy of nickel, chromium and molybdenum, with an average nickel content of 57%. Hastelloy C-276 reveals good corrosion resistance in various chemical environments, including those of strong oxi-dants: copper chlorides, iron chlorides, formic acid and sea water the alloy is also character-ized by good resistance to pits and stress cor-rosion.

Hastelloy C-276 is commonly used in pulp and paper industry, for the parts of ventilators used during gas burning and desulfurization, as well as for cooler elements.

(2)

Wyroby ze stopu Hastelloy C-276 stosowane są równieŜ w przemyśle produkcji i przetwa-rzania kwasu fosforowego, a takŜe w przemy-śle przetwarzania odpadów komunalnych, w farmaceutyce i w urządzeniach przemysłu spoŜywczego[1].

Ponadto ze stopów niklu wykonuje się wyroby rurowe stosowane przy eksploatacji tzw. źródeł zakwaszonych. Są to źródła ropy i gazu zawierające duŜo siarkowodoru, chlor-ków i dwutlenku węgla [2].

Celem zwiększenia wytrzymałości, stopy niklu są zwykle utwardzane przez odkształca-nie plastyczne na zimno w temperaturze niŜszej od temperatury rekrystalizacji. W odkształco-nym plastycznie na zimno metalu ziarna są zdeformowane, a gęstość dyslokacji jest wyŜ-sza, niŜ w materiale przesyconym. Ze wzro-stem odkształcenia plastycznego na zimno wzrasta twardość i wytrzymałość stopu, nato-miast wydłuŜenie ulega obniŜeniu [1].

W wyniku zastosowania 50% stopnia od-kształcenia plastycznego na zimno, twardość stopu C-276 moŜe zostać zwiększona dwukrot-nie od 190 HB (w stadwukrot-nie przesyconym), do 380 HB [11].

W Instytucie Obróbki Plastycznej w Po-znaniu podjęto badania kształtowania materiału Hastelloy C-276 metodą zgniatania obrotowe-go rzutoweobrotowe-go. Badania miały na celu określe-nie moŜliwości kształtowania materiału Haste-lloy C-276 metodami inkrementalnymi obróbki plastycznej.

PoniewaŜ w literaturze technicznej krajo-wej i zagranicznej jest bardzo mało publikacji dotyczących obróbki plastycznej materiału Hastelloy C-276, technologia została opraco-wana na podstawie literatury [1, 3-10] oraz w oparciu o wcześniejsze doświadczenia.

2. MATERIAŁ DO BADAŃ

Materiałem wyjściowym do badań były krąŜki wykrojone strumieniem wody z blachy o wymiarach: φ 200x2 i φ 200x3 ze stopu Ha-stelloy C-276 (rys. 1). Twardość krąŜków w stanie wyjściowym wynosiła średnio 53 HRA. Skład chemiczny stopu Hastelloy C-276przedstawiono w tablicy 1.

Hastelloy C-276 products are also in the phos-phoric acid production and processing indus-try, as well as in municipal waste treatment, in pharmaceutical industry and in food produc-tion devices [1].

Nickel alloys are also used for tubular products applied in the exploitation of the so called acidified sources. Those are sources of oil and gas containing much hydrogen sul-fide, chlorides and carbon dioxide [2].

In order to increase their strength, nickel alloys are usually hardened by cold plastic deformation at a temperature lower than that of recrystallization. In cold plastically de-formed metal, the grains are dede-formed and the density of dislocations is higher than that in a supersaturated material. With the increase of cold plastic deformation, the alloy hardness and strength grow while elongation goes down [1].

As result of 50% plastic deformation, the C-276 alloy hardness can be doubled from 190 HB (in the supersaturated condition) to 380 HB [11].

The Metal Forming Institute in Poznań has undertaken investigation of shear forming of the C-276 Hastelloy material. The investiga-tion aimed at determinainvestiga-tion of the possibility of forming the Hastelloy C-276 material by incremental methods of metal forming.

Since there are very few publications on plastic forming of the Hastelloy C-276 ma-terial, the technology has been elaborated basing on literature [1, 3-10] and on earlier experience.

2. TESTING MATERIAL

The initial material for tests was disks cut out of a Hastelloy C-276 sheet dimensioned

φ

200x2 and

φ

200x3 (fig. 1). The average hardness of the disk in the initial state was 53 HRA. The chemical composition of the Haste-lloy C-276 aHaste-lloy can be found in table 1.

(3)

Tablica 1. Skład chemiczny stopu Hastelloy C-276 Table 1. Chemical composition of Hastelloy C-276

Ni Mo Cr Fe W Mn Co C S

56,8-57,4 16,1-16,3 16 - 16,2 5,95-6,14 3,35-3,45 0,44-0,5 0,16-0,5 0,003 0,002

Rys. 1. KrąŜki do badań procesu tłoczenia z wyrobów ze stopu Hastelloy C-276 Fig. 1. Disks for the investigation of the process of stamping products of Hastelloy C-276

Rys. 2. Zgniatarka obrotowa MZH-400 Fig. 2. MZH-400 rotary extrusion machine

Stop ten charakteryzuje się duŜą podatno-ścią do umocnienia podczas kształtowania me-todami obróbki plastycznej. Stop Hastelloy C-276 charakteryzuje się granicą plastyczności R0,2 = 405 MPa i wytrzymałością na rozciąga-nie Rm = 765 MPa oraz wydłuŜeniem A5 do zerwania min. 62% [12].

Badania przeprowadzono na stanowisku badawczym na sterowanej numerycznie zgnia-tarce obrotowej MZH-400 znajdującej się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu (rys. 2).

The Alloy is characterized by strong rapid cold work hardening when shaped by the me-thods of metal forming. Hastelloy C-276 has yield point of R0.2= 405 MPa and tensile strength of Rm = 765 MPa and elongation, A5 of minimum 62% [12].

The tests were performed on a test stand on a numerically controlled rotary extrusion machine, MZH-400 which is in possession of the Metal Forming Institute in Poznań (fig. 2).

(4)

Do badań procesu zgniatania obrotowego rzutowego zastosowano komplet wzorników o kącie 60o, 45o i 30o oraz komplet rolek zgnia-tających.

3. METODYKA BADAŃ

Badania przeprowadzono celem sprawdze-nia moŜliwości odkształcasprawdze-nia plastycznego stopu Hastelloy C-276 w procesie zgniatania obrotowego rzutowego. Zgniatarka obrotowa MZH-400 znajdująca się w Instytucie została wyposaŜona w dwie rolki umieszczone naprze-ciw siebie oraz komplet wzorników (rys. 3). Dodatkowo przeprowadzono badania zgniata-nia rzutowego z pominięciem jednego oraz dwóch wzorników. Badanie to miało na celu określenie w jednej operacji maksymalnego odkształcenia materiału Hastelloy C-276 w procesie kształtowania na zimno.

Badania procesu zgniatania obrotowego rzutowego przeprowadzono na krąŜkach o gru-bości 2 i 3 mm z zastosowaniem międzyopera-cyjnej obróbki cieplnej.

Podczas kształtowania z zastosowaniem trzech wzorników o kącie 60o, 45o i 30o (rys. 3), próby przeprowadzono przy posuwie na obrót równym 0,4 [mm/obr.], 0,3 [mm/obr.] i 0,2 [mm/obr.]. Dodatkowo, celem określenia maksymalnego odkształcenia dla materiału Hastelloy C-276, próby przeprowadzono na dwóch wzornikach o kącie 45o i 30o oraz na jednym wzorniku o kącie 30o.

The tests of the shear forming process have been performed with the use of asset of templets with the angle of 60o, 45o and 30o and a set of extruding rolls.

3. TESTING METHODOLOGY

The investigation has been performed in order to check the possibility of plastic de-formation of the Hastelloy C-276 material in the process of shear forming. The MZH-400 rotary extrusion machine in possession of the Institute has been provided with two rolls located opposite each other and set of templets (fig. 3). Additionally, shear forming tests with the omission of one and two templets have been performed. This test was to find the maximum deformation of the Hastelloy C-276 material in one operation in the process of cold forming. The tests of the shear forming process have been performed on 2 and 3 mm thick disks with the application of interoperation heat treatment.

When forming on templets with the angle of 60o, 45o and 30o (fig. 3), the tests were per-formed with the feed of 0.4 [mm/revolution], 0.3 [mm/rev.] and 0.2 [mm/rev]. Additionally, in order to determine the maximum deforma-tion of the Hastelloy C-276 material, the tests were affected on two templets with the angle of 45o and 30o and on one templet with angle of 30o.

Rys. 3. Narzędzia do zgniatania obrotowego rzutowego Fig. 3. Shear forming tools

(5)

W przypadku kształtowania na dwóch wzorni-kach próby przeprowadzono przy posuwie na obrót równym 0,4 [mm/obr.], 0,3 [mm/obr.], zaś w przypadku kształtowania na wzorniku o kącie 30o próby przeprowadzono przy posu-wie na obrót równym 0,3 [mm/obr.] oraz 0,2 [mm/obr.].

W badaniach załoŜono uzyskanie grubości ścianki 1 mm dla materiału wyjściowego rów-nego 2 mm oraz 1,5 mm dla materiału wyj-ściowego równego 3 mm oraz osiągnięcie po-łowy kąta rozwarcia stoŜka równego 30o. Do-datkowo załoŜono, Ŝe dla kompletu wzorników próbki zostaną przebadana odpowiednio przy odkształceniu w poszczególnych operacjach równym 15%, 20% oraz 30%. Dla operacji przeprowadzonej na dwóch wzornikach od-kształcenie wynosiło 30%, zaś dla operacji przeprowadzonej na jednym wzorniku od-kształcenie wynosiło 50%.

Odkształcenie względne ścianki stoŜka określono wg wzoru (1): % 100 0 1 0− _⋅ = t t t ε (1) gdzie:

t0 – grubość ścianki pobocznicy przed zgniata-niem obrotowym [mm],

t1 – grubość ścianki pobocznicy po zgniataniu obrotowym [mm].

Podczas procesu zgniatania obrotowego stosowano międzyoperacyjną obróbkę cieplną po kaŜdej operacji zgniatania. Próbki były wy-grzewane przez godzinę w piecu w atmosferze ochronnej w temperaturze T = 1120 oC i chło-dzone w oleju.

4. WYNIKI BADAŃ

4.1. Badania procesu zgniatania obrotowego rzutowego z zastosowaniem trzech wzorników na zgniatarce obrotowej MZH-400

Próby kształtowania materiału Hastelloy C-276 przeprowadzono dla materiału o grubo-ści 2 i 3 mm. Pomiędzy poszczególnymi opera-cjami zgniatania obrotowego stosowano ob-róbkę cieplną, celem wyeliminowania napręŜeń powstałych podczas obróbki plastycznej.

In the case of forming on two templets, the tri-als were effected with the feed of 0.4 [mm/rev], 0.3 [mm/rev]; in the case of forming on the 30o templet, the trials were effewcted with feed of 0.3 [mm/rev] and 0.2 [mm/rev].

It was assumed in the investigation that wall thickness to be obtained was 1 mm 2 mm thick initial material and 1.5 mm for 3 mm thick initial material; the assumed half of the angle of cone was to be 30o. It has also been assumed that, for the set of templets, the samples will be examined with the deforma-tion of 15%, 20% and 30% respectively. In the operation performed on two templets, the deformation was 30%; for the operation performed on one templet, the deformation was 50%.

The true strain of the cone wall has been calculated according to the formula:

% 100 0 1 0− _⋅ = t t t ε (1) where:

t0 – side wall thickness prior to shear forming [mm],

t1 – side wall thickness after shear forming. During the shear forming process, inter-operation heat treatment was applied after each operation of extrusion. The samples were soaked for an hour in at the temperature of T = 1120 oC in a furnace with protective atmosphere and cooled in oil.

4. INVESTIGATION RESULTS

4.1. Investigation of the shear forming pro-cess with the use of three templets on the MZH-400 rotary extrusion machine

The tests of forming Hastelloy C-276 were performed for the material of 2 mm and 3 mm thickness. Between the individual forming operations, heat treatment was applied in or-der to eliminated the stresses arisen during plastic forming.

(6)

Tablica 2. Wyniki pomiarów wyrobów ze stopu Hastelloy C-276 o grubości 2 mm po operacji zgniatania obrotowego rzutowego

Table 2. Measurement results of 2 mm trick Hastelloy C-276 products after shear forming operation Min. i max. odkształcenie

w poszczególnych operacjach

Min. and max deformation in individual operations ε % Nr próbki Sample No. Posuw [mm/obr] Feed [mm/rev.] planowane planned rzeczywiste actual Średnia grubość ścianki w ostatniej operacji Average wall thickness in the last operation tn [mm] Połowa kąta rozwarcia stoŜka w ostatniej operacji Half of the angle of cone in the last operation [o] Twardość Hardness [HRA] Chropowatość w ostatniej operacji Roughness in the last operation [µ m] 1-4 0,4 od 13,5 do 27 1,04 31 69,4-70,4 9,4 5-8 0,3 od 15 do 29 0,98 30 69,4-70,9 8,3 9-12 0,2 15-30 od 15,5 do 29,5 0,93 30 69,4-71,5 11,2

Table 3. Measurement results of 3 mm thick Hastelloy C-276 products after the operation of shear forming Min. i max. odkształcenie

Min. and max deformation

in individual operations ε % Nr próbki Sample No. Posuw [mm/obr] Feed [mm/rev.] planowane planned rzeczywiste actual Średnia grubość ścianki w ostatniej operacji Average wall thickness in the last operation tn [mm] Połowa kąta rozwarcia stoŜka w ostatniej operacji Half of the angle of cone in the last operation [o] Twardość Hardness [HRA] Chropowatość w ostatniej operacji Roughness in the last operation [µ m] 1-4 0,4 od 12,5 do 23 1,58 31 67,9-68,4 5-8 0,3 od 12 do 26,1 1,54 30,5 68,9-70,4 9-12 0,2 15-30 od 12,5 do 23,6 1,6 30,5 69,9-71,5 Ze wzg. na jakość pow. nie badano

chropowatości Due to the surface quality, roughness

has not been examined

W tablicy 2 zestawiono wyniki pomiarów wyrobów z materiału Hastelloy C-276 o grubo-ści 2 mm po operacji zgniatania obrotowego rzutowego. Dla materiału o grubości 3 mm wyniki przedstawiono w tablicy 3.

Przy odkształceniu w zakresie 15–30% materiał bardzo dobrze się kształtował. Twar-dość materiału po ostatniej operacji zgniatania obrotowego wahała się w przedziale od 69,4 HRA do 71,5 HRA. Sposób pomiaru twardości wyrobu uzyskanego metodą zgniatania obro-towego rzuobro-towego z materiału Hastelloy C-276 przedstawiono na rys. 4.Wyrób zgodny z zało-Ŝeniami uzyskano dla posuwu 0,3 [mm/obr].

In table 2, one can find the results of mea-surements of 2 mm thick Hastelloy C-276 pro-ducts after the operation of shear forming. For the 3 mm thick material, the results are pre-sented in table 3.

By the deformation in the within 15–30% the material got formed very well. Its hardness after the last operation varied within the range of 69.4 to 71.5 HRA. The way of measuring the hardness of a product obtained by shear forming of Hastelloy C-276 material is shown in figure 4. A product in accordance with the assumptions has been obtained with the feed of 0.3 [mm/rev].

(7)

Rys. 4. Pomiar twardości na pobocznicy wyrobu wykonanego metodą zgniatania obrotowego rzutowego na maszynie MZH-400

Fig. 4. Hardness measurement on the side wall of a product made by the method of shear forming on the MZH-400 machine

Twardość materiału po ostatniej operacji zgniatania obrotowego wahała się w przedziale od 67,9 HRA do 71,5 HRA. Wyrób zgodny z załoŜeniami uzyskano równieŜ dla posuwu 0,3 [mm/obr.].

Przypuszcza się, iŜ w przypadku materiału o grubości 3 mm jedną z przyczyn nieoczeki-wanej i niskiej, jakości powierzchni widocznej na rys. 5 mogło być przeprowadzenie obróbki cieplnej w dolnym zakresie wygrzewania w trakcie procesu przesycania. PoniewaŜ wy-magałoby to dodatkowych badań, planuje się tego rodzaju badania w ramach innego projek-tu.

Podczas zgniatania obrotowego rzutowego na całej długości wyrobu następowało nierów-nomierne pocienienie ścianki (rys. 6). Wynika-ło to z niedostatecznej sztywności maszyny oraz umocnienia się materiału podczas procesu kształtowania, co potwierdzają wyniki pomiaru twardości, przestawione w tablicy 4. Przykła-dowy pomiar pocienienia ścianki na wyrobie końcowym przedstawiono na rys. 7.

The material hardness after the last opera-tion of shear forming varied within the range of 67.9 HRA to 71.5 HRA. A product in accor-dance with the assumptions has also been ob-tained with the feed of 0.3 [mm/rev].

It is supposed that, in the case of 3 mm thick material, one of the reasons of unex-pected and low surface quality visible in fig. 5 could be heat treatment performed in the lower range of soaking during the process of impreg-nation. Since this would require additional examination, this kind of investigation is planned within another project.

During shear forming, uneven wall thinning took place along the whole length of the product (fig. 6). It was due to the insuffi-cient stiffness of the machine and material cold work during the process of forming, which is proved by the results of hardness measure-ment shown in table 4. An example of wall thinning measurement on the final product is presented in figure 7.

(8)

Rys. 5. Jakość powierzchni materiału Hastelloy C-276 po ostatniej operacji zgniatania obrotowego rzutowego dla materiału o grubości: a) 2 mm, b) 3 mm

Fig. 5. Hastelloy C-276 surface quality after the last shear forming operation, for the material thickness of: a) 2 mm, b) 3mm

Rys. 6. Pomiar grubości ścianki na pobocznicy mierzony od dna wyrobu po ostatniej operacji zgniatania obrotowego dla materiału wyjściowego: a) 2 mm, b) 3 mm. A, B – przeciwległe strony wytłoczki

Fig. 6. Side wall thickness measured from the product bottom after the last shear forming operation for the initial material thickness of: a) 2 mm, b) 3 mm. A, B – opposite sides of the drawpiece

Tablica 4. Wyniki pomiaru twardości wyrobów gotowych z materiału Hastelloy C-276 zgniatanych obrotowo na maszynie MZH-400

Table 4. Results of hardness measurements of ready made products of Hastelloy C-276 material executed by shear forming on the MZH-400 machine

Ilość wzorników, na których uzyskano wyrób

Number of templets on which the product

has been obtained

Obszar 1 Area 1 Obszar 2 Area 2 Obszar 3 Area 3 Średnia wartość Average value [HRA] 3 wzorniki 3 templets 69,4 69,9 70,4 69,9 2 wzorniki 2 templets 70,6 70,4 70,9 70,7 1 wzornik 1 templet 69,9 71,5 72 71,1

(9)

Rys. 7. Przykład pomiaru grubości ścianki na pobocznicy wyrobu gotowego Fig. 7. An example of side wall thickness measurement of a ready made product

4.2. Badania procesu zgniatania obrotowego rzutowego z zastosowaniem dwóch wzorników o kącie 45o oraz 30o na zgniatarce obrotowej MZH-400

Próby kształtowania materiału Hastelloy C-276 z zastosowaniem dwóch wzorników o kącie 45o oraz 30o przeprowadzono dla mate-riału o grubości 2 i 3 mm, z zastosowaniem międzyoperacyjnej obróbki cieplnej.

W tablicy 5 zestawiono wyniki pomiarów po operacji zgniatania obrotowego rzutowego wyrobów z materiału Hastelloy C-276 o grubo-ści 2 mm, natomiast dla materiału o grubogrubo-ści 3 mm wyniki przedstawiono w tablicy 6.

Przy odkształceniu w zakresie 26-27,5% materiał bardzo dobrze się kształtował. Twar-dość materiału po ostatniej operacji zgniatania obrotowego wahała się w przedziale od 67,9 HRA do 70,9 HRA. Wyrób zgodny z załoŜe-niami uzyskano dla posuwu 0,3 [mm/obr.].

4.2. Investigation of the shear forming pro-cess with the use of two templets with the angle of 45o and 30o on the MZH-400 rotary extrusion machine

Tests of forming the Hastelloy C-276 ma-terial with the use of two templets have been performed for the material thickness of 2 and 3 mm, with the application of interoperation heat treatment.

In table 5, one can find the results of mea-surement results after the operation of shear forming of 2 mm thick Hastelloy C-276 pro-ducts; the results for 2 mm thick material have been shown in table 6.

In the case of deformation in the range of 26-27.5%, the material got formed very well. The material hardness after the last shear forming operation varied within the range of 67.9 HRA to 70.9 HRA. A product in con-formance with the assumptions has been ob-tained for the feed of 0.3 [mm/rev.].

(10)

Table 5. Measurement results of 2 mm thick Hastelloy C-276 products after shear forming operation Min. i max. odkształcenie

in individual operations ε % Nr próbki Sample No. Posuw [mm/obr] Feed [mm/rev.] planowane planned rzeczywiste actual Średnia grubość ścianki w ostatniej operacji Average wall thickness in the last operation tn [mm] Połowa kąta rozwarcia stoŜka w ostatniej operacji Half of the angle of cone in the last operation [o] Twardość Hardness [HRA] Chropowa-tość w ostatniej operacji Roughness in the last operation [µ m] 1-3 0,3 30 od 27 do 27,5 1,06 30 70,4-70,9 7,7 4-6 0,5 30 od 26 do 26,5 1,09 30 67,9-70,4 10,6

Table 6. Measurement results of 3 mm thick Hastelloy C-276 products after shear forming operation Min. i max. odkształcenie

in individual operations ε % Nr próbki Sample No. Posuw [mm/obr] Feed [mm/rev.] planowane planned rzeczywiste actual Średnia grubość ścianki w ostatniej operacji Average wall thickness in the last operation tn [mm] Połowa kąta rozwarcia stoŜka w ostatniej operacji Half of the angle of cone in the last operation [o] Twardość Hardness [HRA] Chropowa-tość w ostatniej operacji Roughness in the last operation [µ m] 1-3 0,3 30 od 25,6 do 28,9 1,65 30,5 68,4-69,4 11,6 4-6 0,5 30 od 28,5 do 32,7 1,64 30 69,4-70,4 23,6

Twardość materiału po ostatniej operacji zgniatania obrotowego wahała się w przedziale od 68,4 HRA do 70,4 HRA. Wyrób najbardziej zbliŜony z załoŜeniami uzyskano przy posuwie 0,3 [mm/obr.] (rys. 8).

Podczas kształtowania materiału Hastelloy C-276 na dwóch wzornikach zaobserwowano umocnienie się materiału podczas pierwszej operacji, w wyniku, czego nastąpiło większe odspręŜynowanie materiału niŜ miało to miej-sce w przypadku kształtowania na trzech wzor-nikach. Dodatkowo zaobserwowano znaczne spiętrzenie się materiału w końcowej części wytłoczki (rys. 9).

The material hardness after the last shear forming operation varied within the range of 68.4 HRA to 70.4 HRA. A product closest to the assumptions was obtained with the feed of 0.3 [mm/rev] (fig. 8).

When forming Hastelloy C-276 on two templets, cold work of the material during the first operation has been observed, due to which larger springback has taken place than in the case of forming on three templets. Additionally, material build-up has been observed in the final part of the drawpiece (fig. 9).

(11)

Rys. 8. Wyrób końcowy uzyskany podczas kształtowania na dwóch wzornikach Fig. 8. Final product obtained in forming on two templets

Rys. 9. Rozkład grubości ścianki dla wyrobu kształtowanego na wzorniku 45o: _{a) w dwóch operacjach [patrz pkt. 3.1],} b) w jednej operacji. A, B – przeciwległe strony wytłoczki

Fig. 9. Wall thickness distribution for a product formed on a 45o templet: a) in two operations [see item 3.1], b) in one operation. A, B – opposite sides of the drawpiece

4.3. Badania procesu zgniatania obrotowego rzutowego z zastosowaniem jednego wzornika o kącie 30o na zgniatarce ob-rotowej MZH-400

Celem zbadania maksymalnego odkształ-cenia materiału Hastelloy C-276 w procesie zgniatania obrotowego rzutowego, przeprowa-dzono próby tylko na jednym wzorniku o naj-mniejszym kącie. Wyniki badań zamieszczone w tablicy 7 pokazują, Ŝe taki proces technolo-giczny jest moŜliwy jednak kosztem wzrostu chropowatości powierzchni wewnętrznej wy-robu (rys. 10). Wyrób z krąŜka o grubości 3 mm udało się ukształtować jedynie częścio-wo, gdyŜ umacnianie się materiału podczas kształtowania przekroczyło maksymalną siłę kształtowania na maszynie MZH-400. W ko-lejnej próbie na ukształtowanym juŜ częściowo krąŜku następowało zerwanie materiału (rys. 11).

4.3. Investigation of the shear forming pro-cess with the use of one 30o templet on the MZH-400 rotary extrusion machine

In order to find the maximum deformation of the Hastelloy C-276 material in the process of shear forming, the tests were performed on one templet with the least angle only. The test results shown in table 7 prove that such a technological process is possible, but an increase of the product inner surface rough-ness cannot be avoided (fig. 10). A product made of a 3 mm thick disk could be only par-tially formed because cold work of the material during forming has exceeded the maximum forming force of the MZH-400 machine. In a next test, material break took place on the partially formed disk (fig. 11).

(12)

Table 7. Results of 2 mm thick Hastelloy C-276 product measurements after shear forming operation Min. i max. odkształcenie

in individual operations ε % Nr próbki Sample No. Posuw [mm/obr] Feed [mm/rev.] planowane planned rzeczywiste actual Średnia grubość ścianki w ostatniej operacji Average wall thickness in the last operation tn [mm] Kąt tworzącej stoŜka w ostatniej operacji Cone generatrix angle in the last

operation [o] Twardość Hardness [HRA] Chropowa-tość w ostatniej operacji Roughness in the last operation [µ m] 1-3 0,3 50 od 43 do 44,5 1,12 31 69,9-72 8,1 4-6 0,2 50 od 46,5 do 47,5 1,06 30,5 69,4-72,5 6,7

Rys. 10. Jakość powierzchni wewnętrznej wyrobu po ukształtowaniu na wzorniku o kącie 30o: a) po trzech operacjach, b) po jednej operacji

Fig. 10. Quality of the product inner surface after forming on a 30o templet: a) after three operations, b) after one operation

Rys. 11. Wyroby z materiału Hastelloy C-276 o grubości 3 mm, kształtowane na wzorniku o kącie 30o Fig. 11. Products of 3 mm thick Hastelloy C-276 material formed on a templet with the angle of 30o

(13)

Rys. 12. Rozkład grubości ścianki dla wyrobu kształtowanego na wzorniku 30o: _{a) posuw 0,3 [mm/obr.],} b) posuw 0,2 [mm/obr.]. A, B – przeciwległe strony wytłoczki

Fig. 12. Wall thickness distribution for a product formed on the 30o templet: a) feed 0.3 [mm/rev.], b) feed 0.2 [mm/rev.]. A, B – opposite sides of the drawpiece

Rys. 13. Rozkład chropowatości na pobocznicy wyrobu kształtowanego na wzorniku o kącie 30o Fig. 13. Roughness distribution on the side wall of a product formed on the 30o templet

Podczas jednej operacji uzyskano wyrób zbliŜony do projektowanego wyrobu końcowe-go. Konieczna była jednak obróbka cieplna i ponowne kształtowanie na tym samym wzor-niku, celem uzyskania wyrobu zgodnego z za-łoŜeniami.

Podobnie jak w poprzednim przypadku, na skutek umacniania się materiału nastąpiło znaczne pogrubienie pobocznicy, w końcowej części wyrobu (rys. 12).

Twardość materiału po ostatniej operacji zgniatania obrotowego wahała się w przedziale od 69,4 HRA do 72,5 HRA.

Na rysunku 13 pokazano sposób pomiaru chropowatości na wyrobach z materiału Haste-lloy C-276 uzyskanych metodą zgniatania ob-rotowego rzutowego na maszynie MZH-400.

During one operation, a product close to the final one has been obtained. However, heat treatment and repeated forming on the same templet were necessary in order to obtain a product in conformance with the assumptions.

Similarly to the previous case, due to the material cold work, significant thickening of the sidewall took place in the end part of the product (fig. 12).

The material hardness after the last shear forming operation varies within the range of 69.4 HRA to 72.5 HRA.

In figure 13, the method of roughness measurement on products made of Hastelloy C-276 material by the method of shear forming on the MZH-400 machine is shown.

(14)

MoŜna zaobserwować, jak zmienia się chro-powatość na pobocznicy wyrobu w zaleŜności od miejsca pomiaru.

W dalszym etapie badań przewiduje się kształtowanie stopu Hastelloy C-276 metodą wyoblania na zimno oraz na gorąco z zastoso-waniem lasera diodowego duŜej mocy.

Wyniki badań przedstawione w artykule potwierdziły moŜliwość kształtowania stopu Hastelloy C-276 metodą zgniatania obrotowe-go rzutoweobrotowe-go z zastosowaniem międzyopera-cyjnej obróbki cieplnej.

5. WNIOSKI KOŃCOWE

1. Przeprowadzone w Instytucie Obróbki Pla-stycznej w Poznaniu badania kształtowania wyrobów ze stopu Hastelloy C-276 po-twierdzają moŜliwość kształtowania wyro-bów metodą zgniatania obrotowego rzuto-wego, z zastosowaniem międzyoperacyjnej obróbki cieplnej.

2. Najlepsze wyniki uzyskano podczas kształ-towania wyrobu na trzech wzornikach z za-stosowaniem międzyoperacyjnej obróbki cieplnej.

3. Istnieje moŜliwość kształtowania wyrobu przy uŜyciu mniejszej liczby wzorników, kosztem nierównomiernego pocienienia ścianki na pobocznicy wyrobu oraz zwięk-szeniem odspręŜynowania powrotnego. 4. W przypadku kształtowania wyrobu w

jed-nej operacji, celem poprawy równomiernego pocienienia ścianki oraz wyeliminowaniu odspręŜynowania powrotnego, naleŜy wyrób poddać przesycaniu, a następnie ponownie przeprowadzić operację zgniatania obroto-wego rzutoobroto-wego.

5. Nieodpowiednio przeprowadzona obróbka cieplna ma zasadniczy wpływ, na jakość powierzchni wyrobu.

6. Dla materiału Hastelloy C-276 o grubości krąŜka 2 mm uzyskano w jednej próbie maksymalne odkształcenie równe 47,5%. 7. Ze względu na znaczne umacnianie się

ma-teriału Hastelloy C-276 o grubości krąŜka 3 mm podczas prób, nie udało uzyskać się wyrobu końcowego, dla zakładanego od-kształcenia 50%.

One can see how roughness on the side wall changes depending on the place of measure-ment.

In further investigation, forming of Haste-lloy C-276 by the method of cold and hot spi-nning is to be tested with the use of a high power diode laser.

The investigation results presented in this paper have proved the possibility of forming Hastelloy C-276 material by the method of shear forming with the application of inter-operation heat treatment.

5. FINAL CONCLUSIONS

1. The investigation of forming products of Hastelloy C-276 performed by the Metal Forming Institute in Poznań prove the po-ssibility of forming things by the method of shear forming with the application of in-teroperation heat treatment.

2. The best results have been obtained during forming a product on three templets with in-teroperation heat treatment

3. Forming a product with the use of a lower number of templets is possible at the hazard of uneven thinning of the product side wall and larger springback.

4. In the case of forming a product in one operation, in order to improve the uneven wall thinning and to eliminate the spring-back, the product should be subjected to su-persaturation and then the operation of shear forming should be repeated.

5. Improperly performed heat treatment has an essential influence on the product surface quality.

6. In the case of 2 mm thick Hastelloy C-276 disk, maximum deformation of 47.5% has been obtained in one test.

7. Due to significant cold work of 3 mm thick Hastelloy C-276 disk, the final product with the assumed 50% deformation could not be obtained.

(15)

8. Uzyskane wyniki kształtowania na zimno wyrobów ze stopu Hastelloy C-276 z blachy o grubości 2 mm i 3 mm, świadczą o moŜ-liwości kształtowania tego materiału i po-winny posłuŜyć w dalszych badaniach nad kształtowaniem tych materiałów metodami inkrementalnego zgniatania obrotowego.

Wyniki badań zamieszczone w artykule realizowane były z projektu badawczego wła-snego Nr N N507 593838 pt.: „Technologia kształtowania plastycznego złoŜonych wyrobów dla przemysłów: lotniczego, chemicznego i komunalnego ze stopu niklu i molibdenu Hastelloy C-276”.

8. The results of cold forming Hastelloy C-276 products, out of 2 mm and 3 mm thick sheets prove the possibility of forming of that ma-terial and they should taken into considera-tion in further investigaconsidera-tion of that material forming by the methods of incremental ro-tary extrusion.

The investigation results presented in the paper have been realized within the Insti-tute’s own research project No. N507 593838 entitled “Technology of plastic forming of com-plex products of nickel and molybdenum alloy, Hastelloy C-276 for aircraft industry, chemical industry and municipal industry”.

LITERATURA/REFERENCES

[1] Gądek T.: Badanie moŜliwości kształtowania stopu Hastelloy C276 metodą tłoczenia oraz zgniatania obrotowego. Obróbka Plastyczna Metali 2011 nr 1 s. 31-44.

[2] Szummer A., Lublinska K.: Wpływ odkształcenia plastycznego na dyfuzję wodoru w odpornych na korozję sto-pach niklu. InŜynieria Materiałowa 2006 nr 1 s. 23-28.

[3] Wiśniewski J.: Technologia wytwarzania złoŜonych kształtów wytłoczek na nowoczesnych obrotowych maszy-nach. VII Konferencja Naukowo-Techniczna pt. "Tendencje rozwojowe w technologii maszyn". WSI Zielona Gó-ra 1992.

[4] Wiśniewski J., Perkowski A., Drenger T.: CNC w maszynach do kształtowania obrotowego produkcji INOP. Ob-róbka Plastyczna Metali 1992 nr 3.

[5] Wiśniewski J.: Technologia wytwarzania złoŜonych kształtów wytłoczek na nowoczesnych obrotowych maszy-nach. VII Konferencja Naukowo-Techniczna pt. "Tendencje rozwojowe w technologii maszyn". WSI Zielona Gó-ra 1992.

[6] Wiśniewski J., Drenger T., Cielecki T.: Rozwój technologii wyoblania i zgniatania obrotowego oraz urządzeń i maszyn projektowanych i wykonanych w Instytucie Obróbki Plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali 1998 nr 3 s.69-74.

[7] Wiśniewski J., Drenger T.: Badania zgniatania obrotowego stoŜków blaszanych ze stali kwasoodpornej. Obróbka Plastyczna Metali 1999 nr 3.

[8] Wiśniewski J., Drenger T., Nowacki Ł., Ulatowski Z.: Badania technologii kształtowania obrotowego wyrobów z blach w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Obróbka Plastyczna Metali 2005 nr 1 .

[9] Wiśniewski J., Drenger T., Nowacki Ł., Ulatowski Z.: Łączenie technologii wyoblania ze zgniataniem obroto-wym. Obróbka Plastyczna Metali 2006 nr 1 s. 3-5.

[10] Lisowski J., Wiśniewski J., Drenger T., Nowacki Ł., Gądek T., Ulatowski Z.: Rozwój technologii kształtowania obrotowego blach w Instytucie Obróbki Plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali 2008 nr 3 s. 35-41.

[11] Sedriks A.J.: Corrosion Resistance of Austenitic Fe-Cr-Ni-Mo Alloys in Marine Environments. International Me-tals Reviews, 27 (1982) No. 6.