DK160000B - Fremgangsmaade til fremstilling af en hul beholder. - Google Patents

Description

DK 160000 B

Opfindelsen vedrører fremstilling af hule beholdere, såsom væskebeholdere og trykbeholdere, ved superplastisk ekspansion af et udgangsemne af et superplastisk deformerbart metal.

5 Det skal her bemærkes, at udtrykket "et superpla stisk materiale" anvendes om et materiale, der er i stand til at undergå en superplastisk deformation.

Det er kendt at fremstille hule beholdere ved at ekspandere udgangsemner, der er fremstillet af super-10 plastiske materialer i arkform. Ved sådanne fremgangsmåder smeltesvejses et, to eller flere ark af det superplastiske materiale sammen langs deres periferier, hvorved der dannes en konvolut, der derefter ekspanderes superplastisk mod et formeværktøj med henblik på at dan-15 ne beholderen. Det er i beholdere fremstillet på denne måde konstateret, at den lokale mikrostruktur, der er et resultat af smeltesvejsningen, ikke udviser superplastiske egenskaber i nævneværdig grad. Yderligere formodes det, at tilstedeværelsen af en søm ødelægger beholderens 20 strukturelle helhed, ligesom det færdige produkt vil have en ekstern flange, der forløber langs sømmen, og som det vil være nødvendigt at fjerne ved maskinel bearbejdning, hvis beholderen skal have en glat ydre overflade.

25 De fleste kendte eksempler på strukturer dannes ud fra et udgangsemne, som er fremstillet af ark- eller pladeformet materiale. Ansøgeren selv mente tidligere, at det var umuligt eller i hvert fald meget uønsket at anvende noget andet materiale end plade, fordi materia-30 let, som skal undergå superplastisk deformation, bør have i det væsentlige isotrope egenskaber (som kan udvikles i plade) i stedet for de ensrettede egenskaber, der opstår i stangmateriale, som følge af formningsprocessen.

35 I FR 2 245 428 er imidlertid foreslået fremstil ling af et hult, rørformet udgangsemne ved trækning el-

DK 160000 B

2 ler ekstrudering af en metalskive, at underkaste udgangsemnet en overfladebehandling, eksempelvis polering eller "strygning" og derefter, efter et forvarmetrin, at deformere udgangsemnet superplastisk til beholderfacon.

5 Ifølge opfindelsen er tilvejebragt en fremgangs måde ved fremstilling af en hul beholder, eksempelvis en fluidbeholder eller en trykbeholder, hvorved et hult udgangsemne fremstillet af superplastisk deformerbart metal, ekspanderes til den ønskede facon for beholderen 10 ved at tilføre tryk i udgangsemnet, medens det holdes ved en temperatur, som tillader superplastisk deformation af metallet, som er ejendommelig ved, at der til fremstilling af udgangsemnet tilvejebringes en længde af massiv, superplastisk deformerbar metalstang, hvorefter 15 det centrale område, som strækker sig langs og omkring stanglængdens centrale akse fjernes ved bearbejdning, således at udgangsemnet efterlades med en væg, der har en kornstruktur, som er egnet til superplastisk deformation.

20 Fortrinsvis bores et aksialt udstrakt hul i en længde af massiv, varmvaiset titaniumlegeringsstang.

Fortrinsvis ekspanderes udgangsemnet i et formværktøj ved at tilføre et styret tryk i udgangsemnet for at opnå en indledningsvis ekspansion af udgangsemnet 25 ved superplastisk deformation, og derefter, ved en tøj-ningshastighed af udgangsemnets metal, som er mindre end under den indledningsvise ekspansion, og i løbet af et væsentligt tidsrum, at ekspandere udgangsemnet videre ved en krybedeformationsproces.

30 I det følgende forklares opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk længdesnit gennem et udgangsemne, fig. 2 et skematisk længdesnit gennem det i form-35 værktøjet anbragte udgangsemne før formning, fig. 3 et skematisk længdesnit gennem trykbeholderen, der er dannet ved ekspansion af udgangsemnet, og

DK 160000 B

3 fig. 4 et snit gennem et andet udgangsemne anbragt i dets tilhørende formværktøj før formning.

Som det ses på tegningen, består udgangsemnet af en hoveddel 1 i form af et afskåret stykke stang, 5 hvori der er boret eller bearbejdet en blind passage. Stangen er varmvalset, pinolløst slebet, bejdset og fremstillet ved almindelig metallurgisk bearbejdning af legeringen Ti-6Al-4V.

En prop 2 er drejet af det samme stangmateriale 10 som hoveddelen 1 ligesom et mundstykke 3. Hoveddelen 1, proppen 2 og mundstykket 3 affedtes grundigt, og elektronstrålesvej ses derefter sammen til et udgangsemne 4.

Udgangsemnet renses og affedtes og anbringes der-15 efter i et formeværktøj, der omfatter to formparter 5 og 51. Formen er af blødt stål, som, før udgangsemnet indføres i dennes indre, affedtes og påsprøjtes en blanding af Yttrium slip-middel og et opløsningsmiddel med efterfølgende opvarmning i en ovn for at fjerne op-20 løsningsmidlet.

Det samlede formeværktøj, hvori udgangsemnet er anbragt, placeres i en muffelkasse 6 af rustfrit stål, der derefter forsegles ved svejsning, men har tilgange for henholdsvis dækgas og formegas. Muffeikassen og dens 25 indhold anbringes derefter i en koldpresse. Gas under lavt tryk ledes derefter til muffeikassen via tilgangen 7, og koldpressen opvarmes elektrisk til en temperatur på 930°C ±5°C og tillades at stabilisere sig.

Når udgangsemnets temperatur har nået temperatu-30 ren for den superplastiske formning (denne temperatur ligger typisk mellem 900°C og 950°C), ledes argongas under tryk til udgangsemnet via mundstykket 3. Trykket øges over et tidsrum gradvis fra atmosfærisk tryk til formetrykket (der typisk ligger mellem 1,4 MPa og 35 2,8 MPa) og holdes på denne værdi i et tidsrum, der er passende i relation til den superplastiske deformations-

DK 160000B

4 hastighed, hvorefter trykket fjernes (hele processen tager ca. 3 timer).

Derefter tillades formen at afkøles til en temperatur, der er så lav, at emnet kan håndteres, hvorefter 5 muffelkassen med indhold fjernes fra pressen og adskilles, så man kan fjerne den fremstillede komponent.

Det må her understreges, at de angivne eksempler på værdiintervaller for henholdsvis temperatur og tryk kun er relevante i forbindelse med det aktuelle eksem-10 pel· Passende parametre for andre udgangsemner kan beregnes ud fra kendskab til det aktuelle superplastiske materiales flydespænding og en vurdering af det indvendige tryk, der er nødvendigt for at tilvejebringe en stort set tilsvarende ringspænding.

15 I det anførte eksempel anvendes Ti-6Al-4V, men det antages, at den ovenfor beskrevne fremgangsmåde ligeledes kan anvendes i forbindelse med andre superplastiske materialer.

Ved udformningen af et passende udgangsemne er 20 det forholdet mellem vægtykkelsen og den indvendige diameter, der er den kritiske faktor ved fastlæggelsen af formetrykcyklussen. Udgangsemnet kan såvel udvendigt som indvendigt formes ved hjælp af konventionelle bearbejdningsmetoder, idet der f.eks. kan udformes udvendige 25 flige eller indvendige ribber.

I det ovenfor angivne eksempel omfatter formeværktøj et to parter af blødt stål. Værktøjet kunne dog også være fremstillet af rustfrit stål, hvilket faktisk er foretrukket, idet det overfløddiggør behovet for en 30 muffelkasse.

Det stangmateriale, hvoraf hoveddelen 1, proppen 2 og mundstykket 3 til udgangsemnet 4 er fremstillet kan tilvejebringes ved varmvalsning, som tidligere nævnt, eller alternativt ved smedning.

35 Varmvalsningen eller smedningen må være udført således, at efter at den centrale passage er dannet i 5 DK ΙόΟΟϋΟΒ stangen står hoveddelen 1 tilbage med en cylindrisk væg, i hvilken korndimensionerne ikke er for aflange i én retning, dvs. enten aksialt eller i omkredsretningen.

Navnlig i de tilfælde, hvor det emne, der frem-5 stilles, skal have et eller flere forholdsvis skarpe hjørner, såsom det rundtgående hjørne, hvor den færdige trykbeholders cylindriske del møder beholderens hvælvede endeflade, som vist i fig. 3, foretrækkes det at styre trykket i udgangsemnet, således at hovedparten af ud-10 gangsemnets ekspansion sker ved en superplastisk deformationsproces, medens resten af ekspansionen, dvs. slut-ekspansionen ud i formværktøjets skarpe hjørner, sker ved en krybedeformationsproces. Idet udgangsemnet under hele processen holdes på temperaturen for den superpla-15 stiske deformation, kan det i udgangsemnet tilførte tryk styres, så der opretholdes en tøjningshastighed i udgangsemnets materiale på eller omkring 10“3 til 10“4 s"1, hvilket udgør det superplastiske deformationstrin under processen, hvorefter trykket holdes konstant eller 20 kun øges meget langsomt til en værdi, der giver en tøjningshastighed på omkring 10“‘ s-1 i et tidsrum svarende til omkring en tredjedel af den samlede deformationsproces 1 tid med henblik på at tilvejebringe det sidste kry-bedeformationstrin.

2 5 Fig. 4 illustrerer fremstillingen af et andet hult emne, nemlig en torums trykbeholder til brug ved fremstilling af tør, kold luft. Udgangsemnet omfatter to cylindriske stangstykker 41 og 42, der begge har en boring i den ene ende i form af et blindt hul. Der er 30 ligeledes boret et radialt hul i begge stykkerne, hvilke huller er indbyrdes forbundne ved hjælp af et rørstykke 43 af en titaniumlegering, der er fastgjort ved svejsning til de respektive radiale huller. Mundingen af hullet i stykket 41 er lukket ved isvej sning af en 35 massiv titaniumlegeringprop 44, medens mundingen af hullet i stykket 42 er forbundet med en prop 2 og et

Claims (3)

1. Fremgangsmåde ved fremstilling af en hul beholder, eksempelvis en fluidbeholder eller en trykbehol- 15 der, hvorved et hult udgangsemne fremstillet af superplastisk deformerbart metal, ekspanderes til den ønskede facon for beholderen ved at tilføre tryk i udgangsemnet, medens det holdes ved en temperatur, som tillader superplastisk deformation af metallet, kendetegnet 20 ved, at der til fremstilling af udgangsemnet (4) tilvejebringes en længde af massiv, superplastisk deformerbar metalstang, hvorefter det centrale område, som strækker sig langs og omkring stanglængdens centrale akse fjernes ved bearbejdning, således at udgangsemnet (4) efterlades 25 med en væg, der har en kornstruktur, som er egnet til superplastisk deformation.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at et hul, som strækker sig aksialt, bores i en længde af en massiv, varmvalset titanium-legerings- 30 stang (1).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at udgangsemnet (4) ekspanderes i et formværktøj ved at tilføre et styret tryk i udgangsemnet for at opnå en indledningsvis ekspansion af ud- 35 gangsemnet ved superplastisk deformation, og derefter, ved en tøjningshastighed af udgangsemnets metal, som er DK 1 60300 B mindre end under den indledningsvise ekspansion og i løbet af et væsentligt tidsrum, at ekspandere udgangsemnet videre ved en krybedeformationsproces.