Способ радиальной ковки заготовок турбинных лопаток из жаропрочных сталей и сплавов

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении радиальной ковкой заготовок турбинных лопаток из жаропрочных металлов и , сплавов. Цель - повышение качества заготовок турбинных лопаток. Вращающуюся исходную заготовку деформируют пульсирующими в радиальном направлении бойками. В процессе ковки производят подачу заготовки в направлении ее продольной оси. Обжатие заготовки осуществялют по переходам. При этом на первом переходе ковку ведут с усилием обжатия 0,5-2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков. Пропорционально снижают усилие обжатия до 0,1-0,5 т на 1 мм длины рабочей части бойков на последнем переходе. Подачу заготовки осуществляют со скоростью , обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе . Эта позволяет согласовывать воздействие всех технологических факторов на заготовку, тем самым получать высокое качество и точность изготовления заготовок турбинных лопаток. 3 табл. , / с

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 21 .т /04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4120887/25-27 (22) 22.09.86 (46) 15 ° 01.91 ° Бюл. Г 2 (71) Всесоюзный проектно-технологический институт энергетического машиностроения и Производственное объединение "Ленинградский завод турбинных лопаток" (72) Ю.Н.Косицкий, О.В.Колесник, Б.Н.Семенов и В.С.Мальчиков (53) 621 ° 73(088.8) .(56) Радюченко lO.Ñ. Ротационная ковка. И.: Иашгиз, 1962, с.128-129, ° (54) СПОСОБ РАДИАН!ЬНОЙ КОВКИ ЗАГОТОВОК ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЦНЫХ

СТА!!ЕЙ И СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении радиальной ковкой заготовок турбинных лопаток из жаропрочных металлов и

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении радиальной ковкой заготовок турбинных лопаток из жаропрочных металлов и сплавов.

Цель изобретения - повышение качества заготовок турбинных лопаток.

Способ осуществляют следующим образом.

Вращающуюся исходную цилиндрическую заготовку деформируют пульсирую щими в радиальном направлении бойками, сближаемыми по мере деформации поперечного сечения заготовки. В

ÄÄSUÄÄ 1620194 А1

2 сплавов. Цель - повышение качества заготовок турбинных лопаток. Вращаю.щуюся исходную заготовку деформируют пульсирующими в радиальном направлении бойками. В процессе ковки производят подачу заготовки в направлении ее продольной оси, Обжатие заготовки осуществялют по переходам. При этом на первом переходе ковку ведут с усилием обжатия 0 5-2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков. Пропорционально снижают усилие обжатия до

0,1-0„5 т на 1 мм длины рабочей части бойков на последнем переходе. Подачу заготовки осуществляют со скоростью, обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе. Это позволяет согласовывать воздействие всех технологических Факторов на заготовку, тем самым получать высокое качество и точность изготовления заготовок турбинныхлопаток. 3 табл. процессе ковки производят периодичес- (Я кую подачу заготовки в направлении ее продольной оси. Обжатие заготовки ра осуществляют по переходам, при этом !,© на первом переходе ковку ведут с уси- ф, лием обжатия, равным 0,5-2,0 т на

1 мм длины рабочей части бойков, и пропорционально снижают до 0,1-0,5 т на 1 мм длины рабочей части бойков на последнем переходе, а перемещение заготовки вдоль продольной оси относительно бойков осуществляют со ско-, ростью, обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе.

16201

Выполнение радиальной ковки заготовок лопаток с усилием обжатия от

0,5 до 2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом переходе и пропорциональное снижение до 0,1

0,5 т на 1 мм на последнем переходе обеспечивает высокую точность геометрической формы заготовки после последнего перехода и создает однородную структуру металла заготовки без трещинообразования.

Это объясняется тем, что, когда удельное усилие обжатия при ковке меньше заданного (0,5 т на 1 мм длины рабочей части бойка на первом переходе и 0,1 т на 1 мм длины на последнем переходе), происходит разное увеличение разнозернистости структуры, приводящее ее к снижению эксплуатационных характеристик лопаток.

Когда удельное усилие обжатия при ковке больше заданного (2,0 т на 1 мм рабочей части бойка на первом переходе и 0,5 т на 1 мм на последнем переходе), происходит потеря геометрической точности (в первую очередь искривляется ось заготовки), что не позволяет получить годную турбинную лопатку. К тому же при этом режиме

30 образуются трещины, ведущие к окончательному браку заготовки °

В процессе радиальной ковки заготовки происходит ее нагрев вследст-, вие поглощения кинетической энергии ударов бойков. Поэтому температура заготовки повышается и становится выше оптимальной температуры ковки данного материала.

После перемещения заготовки отно,- 40 сительно зоны действия Ьойков и соответственно перемещения зоны деформации в соседнюю вдоль оси заготовки область, происходит остывание заготовки со скоростью, обратно пропорци- 45 ональной квадрату диаметра заготовки.

Это явление в поведении материала заготовки согласовано с технологическими операциями по обработке заготовки. В частности, для обеспечения ста- 0 бильной температуры заготовки при ее деформации, заготовку перемещают со скоростью, обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки.

Если эта скорость Ьольше, чем ука-55 занная, то происходит neperpee заготовки выше оптимальной температуры ковки, что приводит к образованию

94

4 грубой разнозернистой структуры и трещинообразованию. При скорости перемещения заготовки меньше указанной происходит подстуживание заготовки ниже оптимальной температуры ковки, что также приводит к снижению пластичности металла, а вследствие этого к ухудшению структуры металла и трещинообразованию.

Пример. Предлагаемый способ радиальной ковки осуществляли при получении заготовки рабочей лопатки

2 ступени газовой турбины ГТ-100.

Марка материала - сплав на никелевой основе ХН65ВИЮТ-ВД. Исходная заготовка пруток диаметром 96 и длиной

150 мм.

Исходя из максимально допустимой для данной марки материала степени деформации - 304, радиальная ковка выполняется за семь переходов. Оптймальная температура горячего деформирования сплава ХН65ВИЮТ-ВД, 11301160 С.

Радиальную ковку производили с удельным усилием обжатия 0,5-2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом и 0,1-0,5 т/мм на последнем переходе. Удельные усилия на промежуточных переходах устанавливали пропорционально номеру перехода, т.е. в соответствии с формулой (Уча I — Ри,чн ) (n-1)

F ЛГМ ВЮ и (Мn N-1

+ Бц,цц где Г „. - удельное усилие на переходе, т/мм; и — номер перехода;

N - число переходов радиальной ковки.

Величина допускаемого удельного усилия на каждом переходе приведена в табл. 1.

Скорость перемещения заготовки в направлении ее продольной оси выбиралась обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на переходах с

1О 4мз эмпирическим коэффициентом с. т.е. в соответствии с формулой

v=10

-4

D n где ч - скорость перемещения заготовки вдоль оси, м/с;

5 162

D - диаметр заготовки на перев ходе и, м; ф

10 - эмпирический коэффициент, мз/с.

Скорость перемещения заготовки вдоль оси на каждом переходе приведена в табл. 2.

0194 ь

1О

На первом переходе перемещения заготовки относительно бойков не происходит, поскольку длина деформи.руемого участка заготовки (107 мм) меньше длины рабочей части бойков (120 мм).

Если скорость перемещения заготовки на втором и последующих переходах больше, чем указанная в табл,2, то происходит перегрев заготовки выше оптимальной температуры ковки (1160 С), вследствие чего на заготовке образуется поверхностная крупнозернистая зона, снижающая эксплуатационные характеристики лопаток.

Если скорость перемещения меньше, чем указанная в табл. 2, то происходит подстуживание заготовки ниже оптимальной температуры ковки (1130 С), что также приводит к появлению разнозернистости и трещинооЬразованию, т.е. к окончательному браку заготовок.

В результате ковки с удельными усилиями обжатия в интервале 0,52,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом переходе и 0,1

0,5 т на 1 мм на последнем переходе, при этом на промежуточных переходах удельные усилия пропорционально снижались, соответственно значениям, приведенным в табл. 1, полученные заготовки для рабочей ступени газовой турбины ГТ-100 обладают следующими механическими и структурными характеристиками (см. табл. 3, графы 1-3), эти же характеристики удовлетворяют требованиям технических условий и обеспечивают высокое ка-. чество и высокие служебные характеристики лопаток, изготовленных из заготовок.

Кроме того, на поверхности и внутри заготовок при микроанализе трещины не были обнаружены, при этом геометрические параметры заготовок соответствовали требуемым (-0,3 мм) при ковке заготовок с удельными усилиями, превышающими указанные интервалы, а именно ковка велась с удельными усилиями 2,1-3,0 т на 1 им длины рабочей части бойков на первом переходе и 0,55-1,0 т на 1 мм на последнем переходе, полученные заготовки имели следующие характеристики (см. табл. 3, графу 4), т.е. ниже требуемых по техническим условиям.

Изготовить годные по качеству металла лопатки из этих заготовок невозможно

Кроме того, ось заготовок была искривлена от 2,5 до 5,5 мм. Усилия ковки на первых проходах были близкие к предельным и составляли 183 и

197 т, на поверхности в зоне переходных участков Ьыли оЬнаружены трещины размерами от 2,8 до 4,5 мм, а в осевой зоне заготовок были обнаружены микропустоты. Полученные заготовки пришлось забраковать.

Затем были откованы заготовки с удельными усилиями меньше предлагаемых я способе, т.е. 0,1-0,45 т на

1 мм на первом переходе и 0,050,095 т на 1 мм на последнем переходе. В результате ковки с удельными усилиями 0,1 т на 1 мм на первом переходе и 0,05 т на 1 мм на последнем переходе получить треЬуемые геометрические размеры заготовки за один нагрев не удалось, так как значительно увеличилось время ковки, заготовка остыла и процесс ковки вынуждены были остановить. Заготовку пришлось еще раз нагреть и довести ковку до конца. При ковке с удельными условиями 0,45 т на 1 мм на первом переходе и 0,05 т на 1 мм на последнем переходе геометрические размер удалось получить за один нагрев, однако механические свойства и структурные характеристики оказались ниже требуемых по техническим условиям (см. табл.3, графа 5), т.е. заготовки не пригодны для изготовления лопаток.

При этом перемещение заготовок в процессе ковки в направлении продольной оси осуществлялось обратно пропорционально квадрату диаметра заго" товки, В результате анализа полученных результатов можно сделать следующий вывод: выполнение радиальной плавки заготовок турбинных лопат с усилием обжатия в интервале от 0,5 до 2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков, на первом переходе и пропорциональное

1620194 мента, перемещение заготовки взаимосвязаны с тепловыми и структурными изменениями в материале заготовки при ее обработке.

Формула изобретения

Способ радиальной ковки заготовок турбинных лопаток из жаропрочных сталей и сплавов, включающий вращение цилиндрической заготовки вокруг своей оси с одновременным ее обжатием пульсирующими в радиальном направлении бойками, сходящимися по мере деформации поперечного сечения заготовки, и периодическую подачу заготовки в направлении ее продольной оси, отличающийся тем, что, с целью повышения качества заготовок турбинных лопаток, ковку осуществляют по переходам с усилием обжатия, равным 0,5-2,0 т на 1 мм длины рабо" чей части бойков на первом переходе, и пропорционально снижающимся до О,10,5 т на 1 мм длины рабочей части бойков на последнем переходе, а подачу заготовки осуществляют со скоростью обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе. т

Х I I Ш IV

Номер перехода

0,23-1 0

Уделъмое 0,5-2>0 0,43-1,75 0,37-1,50 0,30-1,25 усилие, т/мм

0,17"0,75 0,1-0,5

Таблица 2

VI VII

Номер перехода

Скорость перемещения заготовки вдоль м/с оси, м/мин

0 022 0 032 0 043 0 062 0 082 0 111

4 . 1

- -- -б Я1,3 1,91 2,58 3,75 4,89

8 снижение до 0,1-0,5 т íà t мм на последнем переходе обеспечивает высокую точность геометрической формы заготовок и создает однородную струк5 туру металла без поверхностных и внутренних трещинообразований с высокими механическими свойствами. Выполнение радиальной ковки с отступлением от указанных параметров удельных усилий обжатия в ту или другую сторону ведет к ухудшению механических свойств заготовок, к образованию неоднородной структуры, к появлению трещин, а в отдельных случаях и к дополнительному нагреву, что также ухудшает структуру и механические свойства заготовок, качество готовых турбинных лопаток будет значительно ниже, что, в свою очередь, 20 отрицательно скажется на работоспособности турбинных лопаток.

Таким образом, предлагаемый способ радиальной ковки турбинных лопаток позволяет согласовывать воздей- 25 ствия всех технологических факторов на заготовку турбинной лопатки, получив высокую точность ее изготовления и высокое качество, так как силовые действия деформирующего инстру- З0

Таблица 1 т м

Ч VI VII

1б20194

Таблица 3 г

Удельные усилия обыатия, т/мм

Температура испытания, С

Иеханические свойства

Величина зерна q г

Ф КС, КДя/ммт

НПа

20 850-950 550-600 18-30 25-30

750 650-700 26 30 26-30

От.2,0 на первом переходе до 0,5 .. на последнем

От 0,5 на первом переходе до 0,1 на последнем

От 1,2 на первом переходе до 0,3 на последнем

От 2,1 на первом переходе до 0,55 иа последнем

От 0,45 на первом переходе до 0,09 на последнем

0>3-0,5

20 850-900 500-600 25-30 28-33

750 650-750 28-32 28-32

0,6-0,8

20 850-900 500-600 25-30 25-30

750 650-750 и II

0,3-0,4

450-650 15-.20 15-20 °

800-950

600-800

750-900

550-800

750

0,05-0,15

«и

400-600 18-22 18-22 I 8-20

750

1,0-2,0

Требуемые по техническим условиям

637

490

0i21i0

20 22

20. 20

20. 750

Составитель С.Малай

Техред Л.Сердюкова

Редактор Ю.Середа Корректор С.ц1евкун

Заказ 420б Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр ям и и ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат Патент, r. Ужгород, у . р и II У л. Гага ина 101