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ELEMENTS ROTATIFS A GRANDE RESISTANCE MECANIQUE ET ME-
THODE DE FABRICATION.
L'invention concerne la construction de pièces à grande résistan- ce mécanique et en particulier, celle de roues, par exemple, des rotors de turbines, tournant à au moins 20. 000 t/m et, dans certains cas, à 60. 000 t/m.
Le problème fondamental qui se pose dans la construction des roues à aubes est celui de leur éclatement prématuré, aux grandes vitesses.
On a étudié divers alliages et essayé de leur conférer des propriétés phy- siques adéquates; mais, jusqu'à présent, sans succès complet.
La présente invention est fondée sur le fait que le défaut des . volants en acier forgé était dû à la faible ductilité de la partie centrale par rapport à celle des autres parties. Cette différence est inhérente à la méthode de fabrication et elle est pratiquement indépendante de l'alliage utilisé. L'invention a, par conséquent, pour objet essentiel de conférer aux volants une résistance mécanique meilleure, et aussi d'en perfectionner le forgeage, de manière à leur donner une plus grande ductilité et une plus grande résistance dans la partie centrale et dans les régions voisines.
Elle sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen des dessins annexés où les figures 1, 2 et 3 représen- tent les divers stades du forgeage, et les figures 4 à 6 les phases essen- tielles de la mise en pratique de l'invention.
On rappellera tout d'abord les méthodes antérieures. En se ré- férant aux dessins, on voit qu'elle consistent à partir d'un tronçon 1 cou- pé dans une .billette 2 à section carrée d'environ 10 x 10 cm, laminée à chaud et possédant.une structure fibreuse longitudinale. Ces billettes d'environ 32 cm de long sont refoulées suivant leux axe longitudinal, c'est-à-dire pa- rallèlement aux fibres, à l'aide de matrices plates sur une longueur d'envi- ron 16 cm. comme l'indique la figure 2.
Les flèches indiquent la direction du forgeage; les fibres résul- tant du laminage sont également indiquées sur chaque figure. Ce forgeage est effectué vers l.000 C. On forge ensuite dans la matrice usuelle, à chaud tout
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d'abord (1.000 C) jusqu'à. ce que le bord du moyeu ait une épaisseur de près de 4 cm, on réchauffe les pièces forgées à 1180 C. et on les refroi- dit à l'air, puis on forge finalement l'ébauche jusqu'à ce que l'épaisseur du bord soit de 30 mm environ, et, vers 650 C.
On recuit ensuite le moyeu (figure 3). à 650 C pendant huit heures, pour détruire les tensions inté- rieures, puis on laisse refroidi avant usinage.,
Suivant cette méthode, on constate que, du fait du laminage des billettes à chaud, il existe au centre et quelle que soit la section droite une partie longitudinale 3 qui n'a subi aucun travail et qui, de plus, con- centré les soufflures ou toutes sortes d'inclusions existant normalement au centre du lingot? De plus, par cette méthode de forgeage à partir de bil- lettes, ces parties "mortes" ont subi le minimum de travail.
Au détriment futur de la pièce forgée, la partie cnetrale 3 non travaillée constitue la partie centrale ou axiale 4, où les propriétés'phy- siques sont les plus critiques.. A titre d'exemple, on indiquera que des éprouvettes prélevées dans cette partie centrale, ont des limites de ré- sistance inférieures à 42 Kg/mm2 et des allongements inférieurs à 3%. L'al- liage utilisé titrait environ 16% de chrome, 25% de nickel, 6% de molybdène.
0,7% de silicium, 1,35% de manganèse, 0,1% de carbone, le reste de fer.
Aux essais à grande vitesse, avant fixation des ailettes, l'éclatement se produisait entre 48.000 et 50,000 t m.
La présente invention concerne une méthode grâce à laquelle on peut obtenir des pièces plus tenaces et plus ductiles, et elle confère la certitude que la partie centrale sera complètement travaillée et que se- ra supprimée cette partie "morte" de la pièce forgée.
La billetce laminée à chaud,dans laquelle on prélève le métal qui doit constituer la pièce finie, est de plus grandes dimensions que cel- les utilisées jusqu'alors, et la surface de sa section droite est telle qu'on y puisse prélever plusieurs billettes élémentaires. 'Chacune de ces dernières comporte le long d'un de ses bords, une partie de la région cen- trale, non travaillée, ce qui permet de faire subir à cette dernière toute la suite des opérations. La méthode de prélèvement de ces billettes élémen- taires est parfaitement comprise d'après la figure 4, représentant 'une bil- lette initiale laminée à chaud, dont la section droite est quatre fois celle de la figure 1. et dont on voit également la partie centrale non travaillée.
En tronçonnant suivant la ligne pointillée 7, on obtient une billette élémen- taire, ayant la longueur convenable, par exemple la même que celle de l'élé- ment 1. On coupe ensuite suivant 8 & 9, et on obtient 4 bilettes élémentai- res comportant' chacune, sur un de ses bords, la partie centrale non travail- lée de la billette initiale.
- @ On les refoule ensuite et on les forge comme précédemment.
Toutefois, au cours des phases successives, on forge la partie initialement morte qui' est alors entièrement travaillée en particulier au cours de la période où la pièce rétreinte 10 (figure 5) est transformée en moyeu for- gé 11 (figure 6). Ce travail affine la pièce et réduit les soufflures qui se sont formées au cours du refroidissement du lingot sur lequel la billette laminée à chaud a été prélevée. En fait, comme on le voit à l'examen de la pièce finale .(figure 6) les bords font partie des régions des bilettes élémentaires qui ont subi le maximum de travail pendant le forgeage. Par conséquent, comme la partie "morte" constitue un bord de chacune des billet- tes utilisées, dans la pratique de l'invention, on en peut travailler effi- cacement cette partie suspecte.
De plus, cette partie critique-centrale 12 du moyeu ainsi forgé est constituée par une matière exempte des ségrégations : et soufflures qui existaient dans le lingot-, et elle subit également un tra- vail important pendant le laminage de la billette, ce qui améliore les pro- priétés physiques de la région centrale.
L'invention a pour autre avantage important de permettre l'exa- men du centre de la billette initiale et d'y reconnaître les principaux dé- fauts que selon la pratique antérieure, on forgeait sans en soupçonner l'im- portance.. ' .' @
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Les pièces forgées conformément à la présente invention, sont ma- nifestement de meilleure qualité que celles traitées par les méthodes anté- rieures, ainsi qu'on peut le voir par l'examen du tableau suivant. Les va- leurs qui y figurent sont des valeurs moyennes concernant des moyeux forgés de mêmes dimensions les aillettes qui y sont fixées ayant un diamètre d'en- viron 24 cm., la vitesse de rotation étant de 30.000 tm.
EMI3.1
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Méthode <SEP> usuelle <SEP> ' <SEP> Méthode <SEP> conforme <SEP> à
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<tb> l'invention.
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49 <SEP> Kgs <SEP> mm2 <SEP> Limite <SEP> de <SEP> résistance <SEP> (allt <SEP> 51,1 <SEP> Kgs <SEP> mm2
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<tb> 0,02 <SEP> %)
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<tb>
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<tb> 76.2 <SEP> Il <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> 82,9 <SEP> "
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<tb>
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<tb> 11,65 <SEP> % <SEP> Allongement <SEP> 20,35 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14,50 <SEP> % <SEP> Striction <SEP> 25,17 <SEP> %
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Ces valeurs moyennes établies par un grand nombre d'essais de moyeux forgés suivant les deux méthodes indiquent clairement les avantages de l'invention en ce qui concerne ces quatre caractéristiques.
De plus, les essais d'éclatement à grande vitesse, effectués sur des pièces de mêmes di: mensions, avant montage des ailettes, ont démontré que l'on pouvait atteindre 60.000 tm., sans éclatement, alors que celles forgées par les méthodes an- térieures éclataient entre 48.000 et 50,000 tm.
La présente invention permet donc; de satisfaire'les conditions qu'exige la fabrication des rotors de turbines à très grande vitesse, de supprimer les défauts et de n'avoir que le minimum de rebuts.
Bien que l'invention ait été décrite comme application à un moyeu de turbine forgé dans un alliage particulier, on conçoit qu'elle soit applica- ble à la fabrication de tous éléments rotatifs en tous alliages appropriés, et pour lesquels la résistance à l'éclatement est une condition primordiale.
Il est également évident que, bien.que ces perfectionnements aient pu être réalisés par la division en quatre de la billette, l'invention n'est pas li- mitée à cette modalité, puisque les conditions préconisées peuvent être réa- lisées par une subdivision quelconque de cette billette, pourvu qu'elle per- mette de mettre à jour.la partie centrale adjacente à une portion visible de la ou des billettes utilisées pour le forgeage.
-R
Perfectionnement de fabrication de pièces rotatives pour grandes @ vitesses, par exemple, consistant à prélever la bilette à forges sur une autre de plus grandes dimensions, de façon à localiser, sur un des bords de l'ébau- che, la région axiale de la grosse billette d'origine, avec des inclusions ou des soufflures, puis à effectuer les opérations de forgeage suivant les techniques connues.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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ROTARY ELEMENTS WITH HIGH MECHANICAL AND ME-
MANUFACTURING METHOD.
The invention relates to the construction of parts with great mechanical resistance and in particular to that of wheels, for example, turbine rotors, rotating at at least 20,000 rpm and, in some cases, at 60,000. t / m.
The fundamental problem which arises in the construction of paddle wheels is that of their premature bursting at high speeds.
Various alloys have been studied and tried to give them adequate physical properties; but, so far, without complete success.
The present invention is based on the fact that the defect of. Forged steel flywheels was due to the low ductility of the central part compared to that of the other parts. This difference is inherent in the manufacturing method and is practically independent of the alloy used. The main object of the invention is therefore to give the flywheels better mechanical strength, and also to improve their forging, so as to give them greater ductility and greater resistance in the central part and in the sides. neighboring regions.
It will be better understood by reading the description which follows and by examining the appended drawings in which FIGS. 1, 2 and 3 represent the various stages of forging, and FIGS. 4 to 6 the essential phases of forging. practice of the invention.
We will first of all recall the previous methods. Referring to the drawings, it can be seen that they consist from a section 1 cut into a billet 2 with a square section of about 10 x 10 cm, hot rolled and having a longitudinal fibrous structure. . These billets of about 32 cm in length are forced along their longitudinal axis, that is to say parallel to the fibers, using flat dies over a length of about 16 cm. as shown in figure 2.
The arrows indicate the direction of forging; the fibers resulting from the lamination are also indicated in each figure. This forging is carried out around 1000 C. Then forging in the usual matrix, hot while
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first (1.000 C) until. so that the edge of the hub is nearly 4 cm thick, the forgings are heated to 1180 C. and cooled in air, then the blank is finally forged until the thickness from the edge is about 30 mm, and, around 650 C.
The hub is then annealed (Figure 3). at 650 C for eight hours, to destroy the internal tensions, then it is left to cool before machining.,
According to this method, it can be seen that, due to the hot rolling of the billets, there is in the center and whatever the cross section a longitudinal part 3 which has not undergone any work and which, moreover, concentrated the blisters or all kinds of inclusions that normally exist in the center of the ingot? In addition, by this method of forging from balls, these "dead" parts have undergone a minimum of work.
To the future detriment of the forged part, the unworked central part 3 constitutes the central or axial part 4, where the phy- sic properties are the most critical. By way of example, it will be indicated that specimens taken from this part central, have resistance limits lower than 42 Kg / mm2 and elongation lower than 3%. The alloy used titrated about 16% chromium, 25% nickel, 6% molybdenum.
0.7% silicon, 1.35% manganese, 0.1% carbon, the rest iron.
In high speed tests, before the fins were fixed, the bursting occurred between 48,000 and 50,000 t m.
The present invention relates to a method by which tougher and more ductile parts can be obtained, and it provides the certainty that the central part will be completely worked and that this "dead" part of the forged part will be removed.
The hot-rolled billet, from which the metal which is to constitute the finished part is taken, is of larger dimensions than those used up to now, and the surface of its cross section is such that several billets can be taken from it. elementary. Each of the latter comprises along one of its edges, a part of the central region, not worked, which makes it possible to subject the latter to the whole following of the operations. The method of removing these elementary billets is fully understood from Figure 4, showing an initial hot-rolled billet, the cross section of which is four times that of Figure 1. and the cross section of which can also be seen. central part not worked.
By cutting along the dotted line 7, we obtain an elementary billet, having the suitable length, for example the same as that of the element 1. We then cut along 8 & 9, and we obtain 4 elemental bilettes. res each having, on one of its edges, the central unworked portion of the initial billet.
- @ We then push them back and forge them as before.
However, during the successive phases, the initially dead part is forged which is then fully worked, in particular during the period when the shrunken part 10 (FIG. 5) is transformed into a forged hub 11 (FIG. 6). This work refines the part and reduces the blowholes that formed during the cooling of the ingot from which the hot rolled billet was taken. In fact, as can be seen on examination of the final part (figure 6) the edges are part of the regions of the elementary bilettes which have undergone the maximum work during forging. Therefore, since the "dead" part constitutes an edge of each of the banknotes used, in the practice of the invention this suspect part can be worked effectively.
In addition, this critical-central part 12 of the hub thus forged is constituted by a material free from the segregations: and blowholes which existed in the ingot-, and it also undergoes a significant work during the rolling of the billet, which improves the physical properties of the central region.
Another important advantage of the invention is that it allows the center of the initial billet to be examined and the main faults to be recognized therein which, according to prior practice, were forged without suspecting their importance. . ' @
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The forged parts according to the present invention are obviously of better quality than those processed by the prior methods, as can be seen by examining the following table. The values given there are average values relating to forged hubs of the same dimensions, the fins attached thereto having a diameter of about 24 cm., The speed of rotation being 30,000 rpm.
EMI3.1
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Usual <SEP> method <SEP> '<SEP> <SEP> method <SEP> compliant with
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<tb> the invention.
<tb>
<tb>
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49 <SEP> Kgs <SEP> mm2 <SEP> Limit <SEP> of <SEP> resistance <SEP> (allt <SEP> 51.1 <SEP> Kgs <SEP> mm2
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<tb> 0.02 <SEP>%)
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<tb>
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<tb> 11.65 <SEP>% <SEP> Elongation <SEP> 20.35 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 14.50 <SEP>% <SEP> Striction <SEP> 25.17 <SEP>%
<tb>
These average values established by a large number of tests of forged hubs according to the two methods clearly indicate the advantages of the invention with regard to these four characteristics.
In addition, high-speed bursting tests, carried out on parts of the same dimensions, before assembly of the fins, showed that it was possible to reach 60,000 tm., Without bursting, whereas those forged by the methods of an - teres burst between 48,000 and 50,000 mt.
The present invention therefore allows; to meet the conditions required for the manufacture of very high speed turbine rotors, to eliminate defects and to have only a minimum of rejects.
Although the invention has been described as an application to a turbine hub forged in a particular alloy, it is understood that it is applicable to the manufacture of all rotating elements in all suitable alloys, and for which the resistance to bursting is a primary condition.
It is also evident that, although these improvements could have been realized by the division into four of the billet, the invention is not limited to this modality, since the recommended conditions can be realized by a subdivision. any of this billet, provided that it allows updating of the central portion adjacent to a visible portion of the billet (s) used for forging.
-R
Improvement in the manufacture of rotating parts for high speeds, for example, consisting in removing the forging sheet from another of larger dimensions, so as to locate, on one of the edges of the blank, the axial region of the blank. large original billet, with inclusions or blisters, then to perform the forging operations according to known techniques.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.