Inconel 718 è una superlega a base di nichel Ni-Cr-Fe-Nb rinforzata per precipitazione. Le fasi di rinforzo sono la fase γ'' quadrata a corpo centrato e la fase γ' cubica a faccia centrata. La designazione domestica è GH4169. Rispetto ad altre leghe ad alta temperatura, Inconel 718 ha una buona stabilità termica e resistenza alla corrosione e ha un'eccellente resistenza alla fatica e allo scorrimento viscoso a temperature inferiori a 650 ° C. Pertanto, è stato ampiamente utilizzato in varie parti hot-end dei motori aeronautici [ 1-3]. Il bullone a testa svasata a dodici punti Inconel 718 è un prodotto rappresentativo degli elementi di fissaggio aerospaziali ad alta temperatura e alta resistenza. La testa è solitamente formata mediante ricalcatura a caldo e la deformazione della testa è relativamente grande durante la lavorazione. A causa della complessa composizione della fase della lega e delle varie strutture del materiale Inconel 718, la plasticità del processo è scarsa e la resistenza alla deformazione durante la lavorazione a caldo è relativamente elevata, quindi la difficoltà della formatura a caldo aumenta. Soprattutto nel caso dei bulloni a testa svasata a dodici punte con coni a testa svasata, la forma complessa della testa aggrava ulteriormente la disomogeneità del campo di temperatura durante la lavorazione termica, rendendo le caratteristiche di distribuzione delle sollecitazioni più complicate rispetto ai bulloni a testa svasata a dodici punte convenzionali. Le prestazioni di lavorazione si deteriorano ed è difficile garantire i requisiti dimensionali, metallografici e prestazionali dei pezzi. In questo articolo, mirando alle proprietà dei materiali e alle caratteristiche strutturali dei bulloni a testa svasata a dodici punti Inconel 718,

2 Caratteristiche del prodotto

2.1 Struttura del prodotto e caratteristiche prestazionali

  Nell'ambito di una gara d'appalto globale da parte di una compagnia internazionale dell'aviazione civile è stato ottenuto un ordine per un certo tipo di bullone a testa svasata a dodici punte. La struttura della parte è mostrata nella Figura 1 e i requisiti prestazionali sono mostrati nella Tabella 1. La testa della parte è composta da una testa a dodici punti e una faccia svasata. La testa a dodici punti può garantire una forza uniforme durante la rotazione e impedire che la chiave scivoli. L'angolo della faccia svasata della parte è 60°～64° e il diametro del cerchio esterno è 14,09+0-0,24 mm. A causa della forma complessa della testa del bullone e degli elevati requisiti di precisione di lavorazione, è difficile per la testa dodecagonale e la testa svasata soddisfare i requisiti di precisione dimensionale della parte quando la testa viene lavorata mediante il processo di stampaggio a caldo.

2.2 Proprietà dei materiali e difficoltà di formatura

     La superlega Inconel 718 ha una composizione complessa della fase di lega e varie strutture, che riduce la plasticità del processo durante la lavorazione a caldo e rende il materiale molto sensibile ai cambiamenti nei parametri del processo di lavorazione a caldo. Una temperatura di deformazione più elevata può ottenere particelle ricristallizzate uniformi e fini, ma se la temperatura di deformazione è troppo elevata, il tempo di raffreddamento dopo la deformazione sarà prolungato e il tempo di residenza ad alta temperatura causerà anche una crescita anomala dei grani, influenzando così la meccanica di la prestazione della parte. Inoltre, per i bulloni a testa svasata a dodici punti Inconel 718 con forme della testa complesse, esiste un evidente gradiente di temperatura durante la lavorazione a caldo. Quando la temperatura di deformazione è troppo bassa, si corre il rischio di un riempimento insufficiente della testa.

3 Analisi della tecnologia di lavorazione

 Per garantire che il prodotto finito soddisfi i requisiti del disegno, la testa del bullone può essere formata solo mediante ribaltamento una volta e il rapporto tra ribaltamento e forgiatura deve essere ridotto il più possibile per facilitare la formatura. In base alla dimensione del cerchio esterno della parte frontale svasata, viene selezionata una barra da φ9,1 mm per la lavorazione. Poiché la distanza tra i lati della parte della testa dodecagonale è 7,95 mm, è impossibile utilizzare direttamente lana da φ9,1 mm per la ricalcatura, quindi il diametro del materiale della parte che forma la testa dodecagonale deve essere ruotato a φ7,7 mm. La struttura della lana prima della stiratura a caldo è mostrata nella Figura 2.

Attraverso l'analisi del processo di cui sopra, viene formulato il percorso principale del processo del bullone: ​​tranciatura→molatura→tornitura→intestatura a caldo→soluzione→faccia terminale di tornitura e asta lucidata→molatura asta lucidata, diametro della filettatura di laminazione→marcatura→raccordo di laminazione a freddo→filettatura di laminazione →invecchiamento →Rilevamento di particelle magnetiche fluorescenti→Rilevamento di prestazioni e struttura metallografica→Packaging.

3.2 Processo di stampaggio a caldo

(1) Matrice a caldo In base alla struttura del bullone e alle caratteristiche dimensionali, viene utilizzata una matrice a caldo con una combinazione di matrici superiore e inferiore e la struttura è mostrata nella Figura 3. Tra questi, lo stampo superiore è a 12 punti stampo, lo stampo inferiore è una piattaforma angolata e la superficie finale è la superficie di separazione degli stampi superiore e inferiore.

     Quando questo stampo viene utilizzato per la ricalcatura, spesso accade che il riempimento dei dodici angoli della testa non sia completo e le parti non possano soddisfare i requisiti del disegno. Secondo il teorema della resistenza minima, quando il materiale metallico viene deformato plasticamente, la particella interna si muove lungo la direzione della resistenza minima, cioè la particella si muove verso la direzione normale più breve dell'area circostante deformata, come mostrato in Figura 4. Per il tipo di testa dodecagonale, poiché la lunghezza normale verso l'angolo concavo è inferiore a quella dell'angolo convesso, la resistenza del punto di massa allo spostamento dell'angolo concavo è minore, con conseguente minore spostamento del materiale metallico nella direzione dell'angolo convesso, e l'angolo convesso è termicamente turbato. Il riempimento non è pieno. Modificando la velocità di deformazione del materiale, è possibile ridurre la resistenza del materiale allo spostamento del lobo, ma quando la velocità di deformazione del materiale è troppo elevata, la forza d'impatto durante la deformazione è troppo grande, il che ovviamente aumenterà la velocità di usura dello stampo e riduzione della durata dello stampo. Allo stesso tempo, una velocità di deformazione eccessiva causerà una deformazione non uniforme del materiale, con conseguenti crepe locali nella parte, quindi è necessario regolare ragionevolmente la velocità di deformazione del materiale.

In base ai motivi di cui sopra, la distanza dell'angolo concavo dello stampo superiore viene regolata a φ8,22 + 0,03 -0 mm (vedere Figura 5), ​​la sollecitazione durante la deformazione a caldo viene modificata e il processo di pre-deformazione viene aumentato per ridurre la velocità di deformazione. Attraverso diversi test di ribaltamento in loco, è stata misurata la distanza diagonale della testa a dodici angoli del pezzo e i risultati del test sono mostrati nella Tabella 2.

   I risultati mostrano che l'effetto dello stampaggio a caldo viene migliorato regolando l'interstizio della matrice, il che risolve il problema della forma incompleta della testa dodecagonale e può garantire i requisiti dimensionali della testa della parte.