Widok Badania procesów tłoczenia i zgniatania obrotowego wytłoczek z materiału trudno odkształcalnego Alloy 825

Mgr inŜ. Tadeusz DRENGER, mgr inŜ. Jan WIŚNIEWSKI, mgr inŜ. Marek PAWLICKI, Zenon ULATOWSKI, mgr inŜ. Tomasz GĄDEK, mgr inŜ. Łukasz NOWACKI,

mgr inŜ. Sławomir FRĄCKOWIAK

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

Badania procesów tłoczenia i zgniatania

obrotowego wytłoczek z materiału

trudno odkształcalnego Alloy 825

Investigation of the processes of stamping

and flow forming of drawpieces made

of hard-to-deform material, Alloy 825

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań procesu tłoczenia i zgniatania obrotowego wytłoczek z materiału trudno odkształcalnego Alloy 825. Wykazano większą przydatność do kształtowania wyrobów z blachy ze stopu Alloy 825, metodami obróbki plastycznej (tłoczeniem i ciągnieniem), niŜ z materiałów: stopu Inconel 625 i stali nie-rdzewnej 0H18N9. W badaniach technologicznych określono wielkość odkształcenia i wydłuŜenia, wzrost twar-dości oraz chropowatość na pobocznicy wytłoczki z blachy ze stopu Alloy 825.

Abstract

The article presents the investigation results of the process of stamping and flow forming of the Alloy 825 hard-to-deform material. It has been shown that products the of Alloy 825 material are more suitable for shaping by the methods of metal forming (stamping and drawing ) than those of the Inconel 625 alloy and the 0H18N9 stainless steel ( investigated in 2009). As a result of technological investigations, the magnitude of deformation and elongation, hardness increase and roughness of an Alloy 825 drawpiece side wall have been determined.

Słowa kluczowe: tłoczenie, zgniatanie obrotowe, materiał trudno odkształcalny, Alloy 825 Key words: stamping, flow forming, hard-to-deform material, Alloy 825

1. WSTĘP

W ostatnich latach wzrasta zapotrzebowa-nie na wyroby z blachy o złoŜonych kształtach, z zawęŜonymi tolerancjami i wysoką jakością wykonania. Wyroby te, pracujące w podwyŜ-szonej temperaturze, są jednocześnie najczę-ściej wytwarzane z trudno odkształcalnych blach o podwyŜszonych właściwościach wy-trzymałościowych.

Wyroby produkowane w kraju z takich materiałów są w wielu przypadkach wytwarza-ne złoŜoną technologią, w której z wielu poje-dynczych elementów wykonuje się wyrób koń-cowy, łączony za pomocą spawania.

1. INTRODUCTION

In recent years, one can observe increa-sing demand for products (elements) with com-plex shapes, narrow tolerances, and high exe-cution quality. Those products, working at high temperature are mostly made of hard-to-de-form metal sheets of improved strength proper-ties.

The products made of such materials in Poland manufactured by complex techno-logy in which the final product is made of many single elements joined by welding.

Technologia ta jest bardzo pracochłonna i kosztowna, wymagająca stosowania wielu zespołów technologiczno-montaŜowych i zło-Ŝonego oprzyrządowania. W związku z tym podjęto badania, których celem było opanowa-nie nowych metod kształtowania obrotowego i tłoczenia takich materiałów w stopniu pozwa-lającym na wdroŜenie innowacyjnych techno-logii do przemysłu.

W 2010 r., w Instytucie Obróbki Plastycz-nej w Poznaniu, w ramach pracy BT 901.71 pt. „Badania innowacyjnych technologii tłoczenia, wyoblania i zgniatania obrotowego, szczegól-nie wyrobów o złoŜonych kształtach z trudno odkształcalnych i szybko umacniających się materiałów z wykorzystaniem nowoczesnych technik komputerowych”, wykonano badania procesu tłoczenia ze stopu Alloy 825 oraz pro-cesu zgniatania obrotowego wydłuŜającego współbieŜnego wytłoczek z blachy.

2. BADANIA MOśLIWOŚCI KSZTAŁ-TOWANIA WYROBÓW ZE STOPU ALLOY 825

Stop niklu, chromu, Ŝelaza z dodatkiem molibdenu, miedzi i tytanu o zwiększonej od-porności na korozję Alloy 825, jest stosowany głównie w urządzeniach pracujących w agre-sywnym środowisku korozyjnym (środki Ŝrące).

Stop Alloy 825 jest m.in. zastosowany przy wytwarzaniu elipsoidalnych tarcz do innowa-cyjnych przepustnic centrycznych pracujących w środowiskach silnych kwasów i ługów.

2.1. Badania właściwości mechanicznych blachy ze stopu Alloy 825 [24]

Na próbkach w postaci pasków o wymia-rach: 200x20x3 mm i 200x20x2 mm wyciętych z blachy ze stopu Alloy 825, wykonano, na maszynie wytrzymałościowej INSTRON 4483, badania właściwości wytrzymałościowych i właściwości plastycznych blachy. Wyniki pomiarów zamieszczono w tablicy 1 [24]. Średnia wytrzymałość Rm wynosiła 630 MPa.

The technology is very expensive and labour consuming, requires many technological– assembling sets (tooling). Due to that investi-gation has been undertaken in order to master new methods of rotary forming and stamping such materials so as to implement the innova-tive technologies in industry.

In 2010, the Metal Forming Institute in Poznań has investigated the process of stamping Alloy 825 metal sheet drawpieces and the process of elongating and forward flow forming; the investigation has been performed within the BT 901.71 work entitled “Investiga-tion of innovative technologies of stamping, spinning and flow forming, particularly pro-ducts of hard-to-deform and quickly work hardening materials with the use of modern computer techniques”.

2. INVESTIGATION OF THE POSSIBI-LITY OF FORMING ALLOY 825 PRO-DUCTS

Alloy 825 – an alloy of nickel, chromium and iron with an addition of molybdenum, copper and titanium, with improved corrosion resistance, is used mainly in the devices wor-king under aggressive conditions (caustic agents).

The Alloy 825 is used, among others, in manu-facturing ellipsoidal discs for innovative cen-tric throttles working in strong acid and lye environments.

2.1. Investigation of the mechanical proper-ties of the Alloy 825 sheet [24]

Strength and plastic properties of Alloy 825 sheet have been examined on samples dimensioned 200x20x3 mm and 200x20x2 mm cut out of an Alloy 825 sheet, on the INSTRON 4483 testing machine. The measurement results can be found in table 1 [24]. The average Rm strength was 630 MPa.

Na próbkach wyjściowych pomierzono takŜe twardość metodą Vickersa i Rockwella. Wyni-ki pomiarów przedstawiono w tablicy 2 [24]; średnia twardość wynosiła 160 HV0,5.

On the initial samples, Vickers and Rockwell hardness have also been measured. The mea-surement results are shown in table 2 [24]; the average hardness was 160 HV0.5.

Tablica 1. Wyniki badań właściwości wytrzymałościowych blachy ze stopu Alloy 825 [24] Table 1. The results of the examination of the strength properties of the Alloy 825 metal sheet [24]

Wymiary próbki Sample dimensions Właściwości wytrzymałościowe Strength properties Właściwości plastyczne Plastic properties Nr próbki Sample no. (a x b) mm so mm2 lo mm Fm kN Rm MPa L mm A % 1 3,11 x 20,95 65,15 80 41,1 630 114,03 4,5 2 3,06 x 20,98 64,20 80 40,6 633 114,16 42,7 3 3,08 x 20,95 64,53 80 40,6 630 113,15 41,4 4 2,19 x 30,85 67,56 80 42,5 629 113,25 41,6 5 2,18 x 30,83 67,21 80 42,4 632 112,62 40,8 6 2,15 x 30,81 66,24 80 42,4 640 112,25 40,3

Tablica 2. Wyniki pomiarów twardości blachy ze stopu Alloy 825 [24] Table 2. The results of hardness measurement of the Alloy 825 metal sheet [24]

Twardość Hardness Nr próbki Sample no. Wymiary próbki Sample dimensions (a x b) mm HV0,5 HRA 1 3,11 x 20,95 146 47 2 3,06 x 20,98 155 48,9 3 3,08 x 20,95 174 52,3 4 2,19 x 30,85 170 51,7 5 2,18 x 30,83 162 50 6 2,15 x 30,81 171 51,7

2.2. Badania procesu tłoczenia i zgniatania obrotowego [24]

Badania procesu tłoczenia przeprowadzo-no na prasie hydraulicznej typu PYE-250 o nacisku 2500 kN z zastosowaniem zasilacza hydraulicznego z regulowaną siłą docisku oraz tłocznika, do wytłaczania wytłoczek cylin-drycznych, wyposaŜonego w stempel o średni-cy φ120 mm i wymienne matryce o średnicach: φ124 i φ126 mm.

2.2. The investigations of the stamping and flow forming process [24]

The stamping process investigation has been performed on a hydraulic press type PYE-250 with the capacity of 2500 kN with the use of a hydraulic servomotor with adjust-able pressing force and a stamping die for cy-lindrical; drawpieces provided with a punch of

φ

φ

φ

Stempel i matryce miały odpowiednio wyprofi-lowaną geometrię części roboczej z uwzględ-nieniem tolerancji wykonania.

Badania procesu wytłaczania przeprowa-dzono na krąŜkach o średnicy φ200 mm i gru-bości 2 i 3 mm przy załoŜonym współczynniku ciągnienia m = 0,61. W procesie wytłaczania jako środek smarny stosowano parafinol [18, 22, 23].

Badania procesu zgniatania obrotowego wydłuŜającego przeprowadzono na wstępnie wytłoczonych cylindrycznych półwyrobach. Proces wydłuŜania pobocznicy półwyrobów odbywał się w gnieździe badawczym na zgnia-tarce obrotowej MZH-400. Maszyna wyposa-Ŝona była w dwie rolki kształtujące o określo-nej geometrii kształtu części roboczej przyjętej na podstawie materiałów publikowanych oraz własnego długoletniego doświadczenia Instytu-tu [1–7, 13–17]. W procesie kształtowania rolki były umieszczone symetrycznie na przeciw siebie [19].

WydłuŜanie wytłoczek następowało meto-dą redukcji grubości ścianki pobocznicy. Mię-dzy operacjami wytłaczania i zgniatania obro-towego nie stosowano obróbki cieplnej (wyŜa-rzania) [8–12, 20, 21].

W badaniach procesu zgniatania obroto-wego wydłuŜającego zastosowano następujące parametry technologiczne: prędkość obrotowa 500 obr./min, prędkość przesuwu rolek w ru-chu roboczym: 150, 250, 300, 350, 400 mm/min. Wykorzystano dotychczasowe do-świadczenie Instytutu w zakresie tej technolo-gii kształtowania.

W procesie kształtowania wydłuŜającego odkształcenie względne wynosiło kolejno w 3 operacjach: ε = 50%, 30% i 35%.

Podczas badań stosowano chłodziwo typu Antol będące mieszaniną oleju z emulsją. Chłodziwo było stosowane celem uniknięcia nadmiernego nagrzania adiabatycznego.

Po operacji zgniatania obrotowego wydłu-Ŝającego dokonano pomiarów twardości w ska-li Rockwella (HRA) na losowo wybranych wytłoczkach.

Po wytłaczaniu i po trzeciej operacji zgniatania obrotowego wydłuŜającego, na wy-branych losowo próbkach, wykonano zgłady metalograficzne z dwóch obszarów: denka i z pobocznicy.

The punch and the dies had adequately shaped geometry of the working part, incorporating the execution tolerance.

The drawing process investigation has been performed on 2 and 3 mm thick discs with the diameter of

φ

The elongating flow forming process has been investigated on initially drawn cylindrical semi products. The process of elongating the side wall took place in an investigation centre on a flow forming machine, MZH-400. The machine has been provided with two shap-ing rolls with definite shape geometry of the working part, adopted basing on the published materials and the Institute’s own experience of many years [1–7, 13–17]. In the shaping process, the rolls were located symmetrically opposite each other [19].

Elongation of the drawpieces was effected by the method of the side wall thickness reduc-tion. No heat treatment (annealing) has been applied between the operations of drawing and flow forming [8–12, 20, 21].

In the investigation of the elongating flow forming process, the following technological parameters have been applied: rotational speed 500 rpm, roll travel speed in the working stroke 150, 250, 300, 350, 400 mm/min. The so far gathered experience of the Institute in the scope of this technology has been applied.

In the process of elongating forming, the relative deformation in 3 operations was

ε

The examinations have been performed with the use of Antol type coolant which is a mixture of oil and emulsion. The coolant was used in order to avoid excessive adiabatic heating.

After the operation of elongating flow forming, hardness has been measured by the Rockwell method (HRA) on random selected samples.

After drawing and after the third operation of elongating flow forming, microsections of two areas (the bottom and the side wall) have been made on random selected samples.

Obserwacje mikroskopowe przeprowadzono na mikroskopie świetlnym Nicon Eclipse L 150 po trawieniu elektrolitycznym w wodnym roz-tworze chlorku Ŝelaza (III) i kwasu solnego.

Pomiary chropowatości powierzchni Ra

i Rt przeprowadzono na profilometrze Hommel

Etamic Turbo Wave V7 36 na pobocznicy wy-branych próbek po operacjach zgniatania obro-towego.

3. WYNIKI BADAŃ [24]

W przeprowadzonych badaniach procesu tłoczenia stopu Alloy 825 uzyskano wytłoczki o średnicy wewnętrznej φ120 mm i grubości ścianki 2 oraz 3 mm (rys. 1) z przeznaczeniem do dalszych badań procesu zgniatania obroto-wego wydłuŜającego.

Średnia twardość półwyrobów po wytła-czaniu wynosiła 56 HRA na pobocznicy i 51,7 HRA na dnie wytłoczki.

Siły potrzebne do uzyskania wytłoczek o grubości 2 mm i siłę na dociskaczu oraz uzy-skane wysokości wytłoczek podano w tablicy 3. W przypadku wytłoczek o grubości 3 mm wyniki zestawiono w tablicy 4.

Wykresy funkcji siły dociskacza w zaleŜ-ności od siły wytłaczania dla krąŜka wyjścio-wego z g0 = 2 mm pokazano na rys. 2.

Microscopic inspection has been effected on the Nicon Eclipse L 150 optical microscope after electrolytic etching in a water solution of ferric chloride (III) and hydrochloric acid.

The surface roughness measurements, Ra and Rt, have been performed on a Hommel Etamic Turbo wave V7 36 profile measurement gauge on the side wall of selected samples after the flow forming operations.

3. THE INVESTIGATION RESULTS [24]

The investigation of the process of drawing the Alloy 825 material has resulted in obtai-ning drawpieces with the inner diameter of

φ

The average hardness of the semi products after drawing was 56 HRA on the side wall and 51.7 HRA on the bottom of the drawpiece.

The forces necessary to obtain 2 mm thick drawpieces and the blankholder force, as well as the obtained heights of the drawpieces can be seen in table 3. In the case of 3 mm thick drawpieces, the results have been assembled in table 4.

The curves of the blankholder force as a function of the drawing force for a 2 mm thick initial disc has been shown in fig. 2.

Rys. 1. Wytłoczka cylindryczna ze stopu Alloy 825 uzyskana w procesie tłoczenia Fig. 1. Cylindrical drawpiece obtained in the process of stamping Alloy 825 material

Tablica 3. Wyniki badań procesu wytłaczania wytłoczek cylindrycznych z blachy ze stopu Alloy 825 z krąŜków φ200 x 2 mm [24]

Table 3. The results of the investigation of the process of drawing cylindrical drawpieces out of Alloy 825 discs

φ200x2 mm [24] Średnia chropowatość powierzchni Average surface roughness Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Zmienna grubość krąŜka wyjściowego Variable initial disc thickness [mm] Współczyn- nik wytła- czania Drawing ratio m Siła wytłaczania Drawing force [kN] Siła na dociskaczu Blankholder force [kN] Wysokość wytłoczki Drawpiece height [mm] Ra [µm] Rt [µm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1.A-2 2,1-2,2 600 113,00 58,1 2 2.A-2 2,1-2,2 500 105,00 56,7 3 3.A-2 2,1-2,2 590 113,00 58,4 4 4.A-2 2,1-2,2 600 114,00 59,1 5 5.A-2 2,1-2,2 520 123,00 58,0 6 6.A-2 2,1-2,2 610 113,00 59,7 7 7.A-2 2,1-2,2 115,00 60,1 8 8.A-2 2,1-2,2 114,00 59,7 9 9.A-2 2,1-2,2 125,00 60,5 10 10.A-2 2,1-2,2 124,00 59,2 11 11.A-2 2,1-2,2 600 123,00 60,6 12 12.A-2 2,1-2,2 650 125,00 60,8 13 13.A-2 2,1-2,2 670 121,00 59,8 14 14.A-2 2,1-2,2 650 123,00 60,7 15 15.A-2 2,1-2,2 660 119,00 60,2 16 16.A-2 2,1-2,2 700 119,00 60,1 17 17.A-2 2,1-2,2 580 123,00 60,6 18 18.A-2 2,1-2,2 560 120,00 59,6 19 19.A-2 2,1-2,2 670 124,00 59,7 20 20.A-2 2,1-2,2 0,61 720 124,00 59,3 4 ,2 6 4 3 1 ,0 6 3

Rys. 2. Wykres wielkości sił wytłaczania i sił dociskacza przy kształtowaniu krąŜków z blachy ze stopu Alloy 825 o grubości 2 mm

Tablica 4. Wyniki badań procesu wytłaczania wytłoczek cylindrycznych z blachy ze stopu Alloy 825 z krąŜków φ200 x 3 mm [24]

Table 4. The results of the investigation of the process of drawing cylindrical drawpieces out of Alloy 825 discs φ200x3 mm [24] Średnia chropowatość powierzchni Average surface roughness Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Zmienna grubość krąŜka Variable initial disc thickness [mm] Twardość materiału przed wy- tłoczeniem Material hardness prior to drawing [HRA] Współ- czynnik wytła- czania Drawing ratio m Siła wytła- czania Drawing force [kN] Siła na dociskaczu Blankholder force [kN] Wysokość wytłoczki Drawpiece height [mm] Ra [µm] Rt [µm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1.A-3 3,1-3,2 650 83 59,2 2 2. A-3 3,2 610 99 57,2 3 3.A-3 3,1-3,2 620 100 57,9 4 4.A-3 3,2 610 58,6 5 5.A-3 3,1 57,9 6 6.A-3 3,1-3,2 620 99 59,3 7 7.A-3 630 57,9 8 8.A-3 3,2 620 100 58,7 9 9.A-3 3,1-3,2 610 98 59,5 10 10.A-3 3,2 660 100 58,9 11 11.A-3 3,1 650 99 58,7 12 12.A-3 3,1-3,2 600 89 57,6 13 13.A-3 3,2 620 84 58,2 14 14.A-3 600 86 57,8 15 15.A-3 620 83 58,2 16 16.A-3 3,1-3,2 650 85 58,4 17 17.A-3 83 58,4 18 18.A-3 3,2 620 86 57,6 19 19.A-3 3,1-3,2 600 89 57,7 20 1.A-3 3,1-3,2 51,7 0,615 620 84 58,2 4 ,7 4 0 3 1 ,5 3 7

Na wytłoczkach cylindrycznych, uzyska-nych w procesie wytłaczania z blachy, o grubo-ściach 2 i 3 mm przeprowadzono badania zgniatania obrotowego wydłuŜającego bez międzyoperacyjnej obróbki cieplnej (wyŜarza-nia) przy załoŜonym odkształceniu względnym ε = 50%.

Na rys. 3 pokazano narzędzia stosowane w procesie zgniatania obrotowego wydłuŜają-cego na maszynie MZH-400 [24].

Przykładowe, szczegółowe wyniki pomia-rów wytłoczek po pierwszej operacji zgniatania obrotowego przedstawiono w tablicach 5 i 6 oraz po ostatniej 3 operacji zgniatania w tablicy 7 i 8 [24].

Po pierwszej operacji wydłuŜania wy-tłoczki poddano ponownemu zgniataniu obro-towemu wydłuŜającemu bez stosowania ob-róbki cieplnej przy załoŜonym odkształceniu względnym ε = 35%.

Cylindrical drawpieces obtained in the pro-cess of drawing 2 and 3 mm thick sheets were used to investigate elongating flow forming without interoperation heat treatment (annea-ling) with assumed relative deformation of

ε

In fig. 3, one can see the tools used in the process of elongating flow forming on the MZH-400 machine [24].

Sample detailed results of drawpiece measurements after the first flow forming operation are to be seen in tables 5 and 6; the ones after the last, third operation in table 7 and 8 [24].

After the first operation of elongation, the drawpieces were subjected to flow forming again, without heat treatment with the assumed relative deformation of

ε

Dodatkowo zastosowano jeszcze trzecią operację zgniatania obrotowego wydłuŜającego bez międzyoperacyjnego wyŜarzania, zakłada-jąc odkształcenie względne ε = 30%.

W procesie tym uzyskano równieŜ pozy-tywne wyniki, które zamieszczono w tablicy 7 i 8.

Wytłoczki uzyskane w procesie zgniatania obrotowego wydłuŜającego po 1, 2 i 3 operacji pokazano na rys. 4 [24].

Additionally, another operation of elonga-ting flow forming has been performed without interoperation annealing, assuming the relative deformation of

ε

This process has also rendered positive results which can be found in table 7 and 8.

The drawpieces obtained in the process of elongating flow forming after the first, the second and the third operation have been shown in fig. 4 [24].

Rys. 3. Narzędzia robocze w procesie zgniatania obrotowego wydłuŜającego [24] Fig. 3.Working tools in the process of elongating flow forming [24]

Tablica 5. Zgniatanie obrotowe wydłuŜające wytłoczek z blachy ze stopu Alloy 825 o grubości początkowej 2 mm (operacja 1) [24]

Table 5.Elongating flow forming of Alloy 825 drawpieces with initial thickness of 2 mm (operation 1) [24]

Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Średnia grubość ścianki wytłoczki Average drawpiece wall thickness [mm] Prędkość obrotowa Rotational speed [obr/min] [rpm] Posuw rolek Roll travel [mm/min] Średnia gru- bość ścianki po zgniataniu obrotowym Average wall thickness after flow forming [mm] Wysokość wytłoczki po zgniataniu obrotowym Drawpiece height after flow forming

[mm] 1 2 3 4 5 6 7 1 1.A-2 2,00 1,39 82,9 2 2.A-2 2,02 1,34 84,7 3 3.A-2 2,05 1,33 84,6 4 4.A-2 1,97 1,38 81,8 5 5.A-2 2,06 1,34 86,6 6 6.A-2 2,03 1,21 103,2 7 7.A-2 1,95 1,23 102,8 8 8.A-2 1,95 1,22 97,2 9 9.A-2 1,97 1,19 99,7 10 10.A-2 2,01 350 1,11 119,2 11 11.A-2 1,95 0,92 132,3 12 12.A-2 2,01 0,83 147,1 13 13.A-2 1,99 0,95 124,5 14 14.A-2 2,00 0,85 145,2 15 15.A-2 1,95 150 0,93 134,8 16 16.A-2 1,97 0,98 114,3 17 17.A-2 2,00 1,03 112,6 18 18.A-2 2,01 0,97 111,4 19 19.A-2 1,99 1,01 112,5 20 20.A-2 1,97 500 300 1,05 96,6

Tablica 6. Zgniatanie obrotowe wydłuŜające wytłoczek z blachy ze stopu Alloy 825 o grubości początkowej 3 mm (operacja 1) [24]

Table 6. Elongating flow forming of Alloy 825 drawpieces with the initial thickness of 3 mm (operation 1) [24]

Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Średnia grubość ścianki wytłoczki Average draw-piece wall thickness [mm] Prędkość obrotowa Rotational speed [obr/min] [rpm] Posuw rolek Roll travel [mm/min] Średnia grubość ścianki po zgniat. obrot. Average wall thickness after flow forming [mm] Wysokość wytłoczki po zgniataniu obrotowym Drawpiece height after flow forming [mm] Średnia twardość pobocznicy Average side wall hardness [HRA] dno/pobocz. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1.A-3 3,22 2,12 77,7 2 2.A-3 3,36 2,14 77,2 3 3.A-3 3,34 2,13 82,2 4 4.A-3 3,27 2,02 78,7 52,8/63,9 5 5.A-3 3,34 1,98 81,2 6 6.A-3 3,27 1,73 105,6 7 7.A-3 3,24 1,76 105,8 8 8.A-3 3,37 1,74 103,6 9 9.A-3 3,25 1,78 101,3 10 10.A-3 3,32 300 1,77 105,7 11 11.A-3 3,28 1,74 91,6 12 12.A-3 3,21 1,79 86,1 50,7/60,1 13 13.A-3 3,36 1,76 94,2 14 14.A-3 3,35 1,86 98,7 15 15.A-3 3,29 150 1,95 86,1 53,5/69,0 16 16.A-3 3,32 2,21 73,1 17 17.A-3 3,26 2,28 68,2 54,1/65,7 18 18.A-3 3,38 2,17 73,3 19 19.A-3 3,27 1,93 84,9 20 20.A-3 3,31 500 350 2,18 71,5

Tablica 7. Zgniatanie obrotowe wydłuŜające wytłoczek z blachy ze stopu Alloy 825 o grubości początkowej 2 mm (operacja 3) [24]

Table 7. Elongating flow forming of Alloy 825 drawpieces with the initial thickness of 2 mm (operation 3) [24]

Średnia chropowatość powierzchni Average surface roughness Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Średnia grubość ścianki wytłoczki po 2 operacji zgniat. obrot. Average draw- piece wall thickness after the 2nd flow forming oper. [mm] Prędkość obrotowa Rotational speed [obr/min] [rpm] Posuw rolek Roll travel [mm/min] Średnia gru-bość ścianki po 3 operacji zgniat. obrot. Average wall thickness after the 3rd operation flow forming [mm] Wysokość wytłoczki po 3 oper. zgniat.obrot Drawpiece height after the 3rd operation of flow forming [mm] Średnia twadość pobocz-nicy Average side wall hard-ness [HRA] Ra [µm] Rt [µm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1.A-2 - - - - - 2 2.A-2 0,84 500 300 0,50 143,63 3 3.A-2 - - - - - 4 4.A-2 0,76 300 0,50 148,7/162,2 5 5.A-2 0,73 250 0,30/0,70 105,84 6 6.A-2 0,71 0,35/0,65 109,70 7 7.A-2 0,72 0,40 154,12 66,7 1,423 6,641 8 8.A-2 0,73 139,80 9 9.A-2 0,75 500 300 0,45 139,73 10 10.A-2 - - - - - 11 11.A-2 0,75 0,43 129,59 12 12.A-2 0,74 0,40 145,93 13 13.A-2 0,75 0,50 172,60 14 14.A-2 0,72 141,70 15 15.A-2 0,82 350 125,94 16 16.A-2 0,85 500 400 0,55 153,4/166,8 17 17.A-2 - - - - - 18 18.A-2 0,87 0,65 143,20 19 19.A-2 0,86 0,60 143,25 20 20.A-2 0,88 500 400 0,65 154,80 64,7 1,371 9,244

Tablica 8. Zgniatanie obrotowe wydłuŜające wytłoczek z blachy ze stopu Alloy 825 o grubości początkowej 3 mm (operacja 3) [24]

Table 8. Elongating flow forming of Alloy 825 drawpieces with the initial thickness of 3 mm (operation 3) [24] Średnia chropowatość powierzchni Average surface roughness Lp. Item Oznaczenie próbek Sample designation Średnia gru- bość ścianki wytłoczki po 2 operacji zgniat. obr. Average drawpiece wall thickness after the 2nd flow forming operation [mm] Prędkość obrotowa Rotational speed [obr/min] [rpm] Posuw rolek Roll travel [mm/min] Średnia gru- bość ścianki wytłoczki po 3 oper. zgniat.obrot. Average wall thickness after the 3rd operation flow forming [mm] Wysokość wytłoczki po 3 oper. zgniatania obrotowego Drawpiece height after the 3rd operation of flow forming [mm] Średnia twardość pobocz-nicy Average side wall hardness [HRA] Ra [µm] Rt [µm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1.A-3 - - - - - 2 2. A-3 - - - - - 3 3. A-3 - - - - - 4 4. A-3 1,10 0,55 168,6 66,9 1,630 8,961 5 5.A-3 1,07 0,60 169,3 6 6.A-3 1,02 0,70 142,06 7 7.A-3 1,03 0,65 137,1 8 8.A-3 1,08 0,55 127,25 9 9.A-3 1,07 0,70 127,18 10 10.A-3 1,08 0,80 111,8 11 11.A-3 1,16 0,90 123,1 12 12.A-3 1,25 0,90 124,2 13 13.A-3 1,17 0,73 182,6 14 14.A-3 1,18 0,95 167,1 15 15.A-3 1,26 0,95 169,5 16 16.A-3 1,28 500 400 0,95 162,6 17 17.A-3 - - - - - 18 18.A-3 1,37 1,05 147,50 19 19.A-3 138 1,05 148,42 20 20.A-3 1,42 500 400 1,07 142,71 66,7 1,271 8,010

Rys. 4. Wytłoczka po 1, 2 i 3 operacji zgniatania obrotowego wydłuŜającego [24] Fig.4. Drawpiece after the 1st, the 2nd and the 3rd operation of elongating flow forming [24]

Na wytłoczkach po procesie wytłaczania z krąŜka blachy i po zastosowaniu trzykrotnej operacji zgniatania obrotowego wydłuŜającego bez międzyoperacyjnej obróbki cieplnej, twar-dość na pobocznicach wzrosła średnio z 175 HV (52,3 HRA) do 340 HV (67,7 HRA) dla próbek o grubości 2 mm i próbek o grubości 3 mm z 170 HV (51,7 HRA) do 310 HV (65,7 HRA) [24].

Chropowatość na krąŜkach wyjściowych w stanie dostawy wynosiła średnio Ra = 4,5

i Rt = 31,3 µm, a po wytłaczaniu i trzykrotnym

kształtowaniu zgniataniem obrotowym wydłu-Ŝającym Ra = 1,424 i Rt = 8,214 µm [24].

4. PODSUMOWANIE

1. Badania rozpoznawcze procesów tłoczenia i przyrostowego kształtowania obrotowego wytłoczek ze stopu niklu, chromu, Ŝelaza z dodatkami molibdenu, miedzi, tytanu oraz innych dodatków, przeprowadzone w Instytucie, wykazały pozytywne wyniki i moŜliwość kształtowania metodą wytła-czania i zgniatania obrotowego wyrobów ze stopów trudno odkształcalnych.

2. W badaniach określono warunki kształto-wania stopu Alloy 825.

3. W badaniach określono wielkość odkształ-cenia i wydłuŜenia, wzrost twardości oraz chropowatość na kształtowanej poboczni-cy.

4. Porównano uzyskane wyniki badań z wy-nikami badań uzyskanymi przy tłoczeniu wytłoczek ze stopu Inconel 625 oraz stali nierdzewnej 0H18N9, które przeprowa-dzono w ubiegłych latach.

5. Przy tłoczeniu wytłoczek ze stopu Inconel 625 uzyskano odkształcenie względne przy dwukrotnej obróbce cieplnej ε = 36,3%, a ze stali nierdzewnej 0H18N9 ε = 41,9%. Natomiast ze stopu Alloy 825 bez obróbki cieplnej przy grubości krąŜka wyjściowego 2 mm uzyskano odkształcenie względne ε = 75%, a z krąŜka o grubości 3 mm ε = 77%.

In the drawpieces made as result of the performed process of drawing a metal sheet disc and after the application of three operations of elongating flow forming without interoperation heat treatment, the side wall hardness has increased, on the average, from 175 HV (52.3 HRA) to 340 HV (67.7 HRA) for 2 mm thick samples and for 3 mm thick ones from 170 HV (51.7 HRA) to 310 HV (65.7 HRA [24].

The roughness of the initial discs as supplied was, on the average, Ra = 4.5 and Rt = 31.3 µm and after drawing and triple elongating flow forming Ra = 1.424 and Rt = 8.214 µm [24].

4. SUMMARY

1. The recognition investigation of the pro-cesses of stamping and incremental rotary forming of drawpieces made of the alloy of nickel, chromium, iron with additions of molybdenum, copper, titanium and other additives, performed by the Institute, have rendered positive results and shown the po-ssibility of forming products of hard-to-deform alloys by the methods of drawing and rotary extrusion .

2. In the investigation, the conditions of for-ming Alloy 825 have been determined 3. The magnitude of deformation and

elonga-tion, hardness increase and surface rough-ness on the formed side wall have been de-termined in the investigation.

4. The obtained investigation results have been compared to the investigation results ob-tained in the past years when forming drawpieces of Inconel 625 alloy and 0H18N9 stainless steel.

5. In forming drawpieces of the Inconel 625 alloy, relative deformation of

ε

ε

ε

ε

6. WydłuŜenie względne wytłoczek ze stopu Inconel 625 z dwukrotną obróbką cieplną wynosiło A = 109,5%, zaś ze stali nie-rdzewnej 0H18N9 z dwukrotną obróbką cieplną A = 109,5%, natomiast ze stopu Alloy 825 bez obróbki cieplnej przy gru-bości 2 mm A = 144%.

7. Na podstawie dokonanej analizy porów-nawczej ww. materiałów stop Alloy 825 wykazał większą przydatność do kształto-wania z niego wyrobów metodami obróbki plastycznej (tłoczeniem i zgniataniem ob-rotowym), niŜ materiały: stop Inconel 625 i stal nierdzewna 0H18N9.

8. Wyniki badań procesu tłoczenia i zgniata-nia obrotowego potwierdzają moŜliwość zastosowania stopu Alloy 825 do produk-cji elementów o złoŜonych kształtach prze-znaczonych do pracy w środowiskach środków Ŝrących.

Pracę zrealizowano w ramach działalności statutowej BT 901.71 - Badania innowacyjnych technologii tłoczenia, wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów o złoŜonych kształtach z trudno odkształcalnych i szybko umacniających się materiałów z wykorzysta-niem nowoczesnych technik komputerowych.

6. The relative elongation of the Inconel 625 drawpieces after double heat treatment was A = 109.5%; in the case of the 0H18N9 stainless steel after double heat treatment, A = 109.5%; in the case of 2 mm thick Alloy 825 without heat treatment, A = 144%. 7. In the comparative analysis of the above

materials, Alloy 825 has been proved to be more suitable for making products by the methods of metal forming (stamping and rotary extrusion) than Inconel 825 alloy and 0H18N9 stainless steel .

8. The results of investigation of the processes of stamping and rotary extrusion prove the possibility of applying the Alloy 825 ma-terial for production of complex shape ele-ments intended for work in caustic environ-ments.

The work has been realized within statute activity BT 901.71 - Investigation of innovative technologies of stamping and flow forming, particularly of complex shaped products of hard-to-deform and quickly work hardening materials with the use of modern computer techniques.

LITERATURA/REFERENCES

[1] Drenger T., Wiśniewski J., Lisowski J. (i in.): Doskonalenie technologii kształtowania obrotowego wyrobów zło-Ŝonych. Obróbka Plastyczna Metali 2009 t. XX nr 2 s. 21-35.

[2] Drenger T., Wiśniewski J., Lisowski J. (i in.): Badania technologii kształtowania obrotowego i wdroŜenie innowa-cyjnych przepustnic centrycznych w firmie AFT-Poznań. Obróbka Plastyczna Metali 2009 t. XX nr 1 s. 21-37. [3] Drenger T., Wiśniewski J. (i in.) Rozpoznawcze badania moŜliwości kształtowania metodami obróbki plastycznej

elementów ze stopu niklu Inconel 625. Obróbka Plastyczna Metali 2007 t. XVIII nr 2 s. 15-22.

[4] Drenger T., Wiśniewski J., Lisowski J. (i in.): Technologie kształtowania obrotowego tarczy przepustnic centrycz-nych. Obróbka Plastyczna Metali 2007 t. XVIII nr 4 s. 19-27.

[5] Drenger T., Wiśniewski J.: Kształtowanie obrotowe w powiązaniu z tradycyjnymi metodami obróbki plastycznej. Jubileuszowa XV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Konstrukcja i technologia wytłoczek i wyprasek”, Poznań-Wąsowo, 17-19.06.2002 r. s. 149-158.

[6] Praca INOP-BT 901 09 000 pt. Technologie i maszyny ze sterowaniem komputerowym do wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów długich o złoŜonych kształtach z wydłuŜoną pobocznicą (niepublikowana). [7] Drenger T., Wiśniewski J. (i in.): Badania technologii kształtowania obrotowego wyrobów z blach w Instytucie

Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Obróbka Plastyczna Metali 2005 t. XVI nr 1 s. 53-58. [8] Romanowski W.P.: Poradnik Obróbki Plastycznej na Zimno. WNT Warszawa 1976.

[9] Lotnicza Norma Materiałowa: AMS 5599F, Nickiel Alloy, Corrosion end Heat Resistant. Sheet, Strip and Plate 62Ni–21, 5Cr–9,0, Mo-9,0 (Cb+Ta), Annealed UNS NO 6625.

[10] Walter A., Malenko P.: Eksperimentalnoe issledovanije mechanizma deformacji pri rotacionnoj vytjazke. Kuzn.-stampov. Proiz. 2004 nr 9 s. 9-11.

[11] Morawiecki M., Sadok L., Wosiek E.: Przeróbka plastyczna. Podstawy teoretyczne 1986 s. 3-411. [12] Runge M.: Spinning and Flow. Forming 2009 s. 4-72.

[13] Wiśniewski J., Drenger T., Gądek T., Frąckowiak S., Nowacki Ł., Ulatowski Z.: Praca nr BT 901 54 pt. Badania innowacyjnych technologii tłoczenia, wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów o zło-Ŝonych kształtach z trudno odkształcalnych i szybko umacniających się materiałów z wykorzystaniem nowocze-snych technik komputerowych. Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań 2009.

[14] Wiśniewski J., Drenger T., Gądek T., Frąckowiak S., Nowacki Ł., Ulatowski Z.: Doskonalenie technologii i kon-strukcji maszyn ze sterowaniem komputerowym do wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów długich o złoŜonych kształtach z pobocznicą. Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań 2008.

[15] Drenger T., Wiśniewski J., Lisowski J., Frąckowiak S.: Badania technologii kształtowania obrotowego i wdroŜe-nie innowacyjnych przepustnic centrycznych w firmie AFT-Poznań. Obróbka Plastyczna Metali 2009 t. XX nr 1 s. 21-37.

[16] Drenger T., Wiśniewski J., Gądek T.: Kształtowanie obrotowe wyrobów z blach. MM Obróbka Blach, listopad 2007 s. 29-31.

[17] Drenger T., Wiśniewski J., Sosnowski S., Nowacki Ł., Gądek T., Ulatowski Z.: Rozpoznawcze badania moŜliwo-ści kształtowania metodami obróbki plastycznej elementów ze stopu niklu Inconel 625. Obróbka Plastyczna Meta-li 2007 t. XVIII nr 2 s. 15-22.

[18] Gierzyńska-Dolna M.: Smary do procesów kształtowania blach (tłoczenia). Przegląd Mechaniczny 1995 z. 17-18 s. 27-34.

[19] Ming Der Chen, Ray-Quan Hsu, Kuang, Hua Fuh: Analiza rozkładu sił przy wyoblaniu rzutowym stoŜków. Mechanical Sciences 2005 z. 47 s. 902-921.

[20] Dobrzański L.: Metaloznawstwo opisowe stopów metali nieŜelaznych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gli-wice 2008.

[21] Hadasik E.: Przetwórstwo metali, plastyczność a struktura. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2006. [22] Gierzyńska-Dolna M.: Smary do procesów kształtowania blach. Przegląd Mechaniczny 1995 nr 17-18 s. 27-34. [23] Czarny R.: Smary plastyczne. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 2004.

[24] Wiśniewski J., Drenger T., Nowacki Ł., Gądek T., Frąckowiak S., Pawlicki M., Ulatowski Z.: Praca nr BT 901.71 pt. Badania innowacyjnych technologii tłoczenia, wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów o zło-Ŝonych kształtach z trudno odkształcalnych i szybko umacniających się materiałów z wykorzystaniem nowocze-snych technik komputerowych. Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań 2010.