Способ обработки деталей
Авторы патента:
Использование: область обработки металлов, в том числе цветных, а именно обработка деталей с изменением физико-химических свойств и структуры их поверхности. Сущность изобретения: детали типа лопаток газотурбинных двигателей после окончательного изготовления подвергают обработке высокотемпературной импульсной плазмой с последующим виброшлифованием поверхности.
Изобретение относится к области обработки металлов, в том числе цветных, а именно к обработке деталей с изменением физико-химических свойств и структуры их поверхности, и может быть использовано при производстве конструкций двигателей летательных аппаратов, энергетики, в электронной и автомобильной промышленности, для реакторов управляемого синтеза и т.д.
Известен способ обработки лопаток, при котором окончательно изготовленную лопатку подвергают деформационному упрочнению путем виброгалтовки. При такой обработке стальные шарики, ударяясь в поверхность деталей, сглаживают неровности и пластически деформируют поверхностный слой [1] создавая сжимающие напряжения 35 кгс/мм2 на глубину до 80 мкм. Однако деталь, обработанная виброгалтовкой, имеет ограниченную прочность. Кроме того, низкий уровень эрозионной стойкости обработанной таким способом детали не позволяет использовать ее при работе в агрессивных средах и в сложных эксплуатационных условиях, где имеются высокие скорости набегания газоабразивного потока. Известен способ обработки лопаток, при котором не окончательно изготовленную лопатку вакуумно-плазменным методом наносят покрытие из нитрида титана [2] После такой обработки эрозионная стойкость детали значительно выше, чем в предыдущем способе. Но усталостная прочность детали ниже предыдущего способа и не удовлетворяет требованиям по ресурсу лопатки из-за растяг. напряжений s 19-21 кгс/мм2 с глубиной 10-15 мкм. Задачей изобретения является создание защитного от эрозионного износа слоя при одновременном повышении прочности материала лопатки на большую глубину. Эта задача решается за счет того, что в способе обработки деталей типа лопаток ГТД, при котором окончательно изготовленную деталь подвергают вакуумно-плазменной обработке, согласно изобретению вакуумно-плазменную обработку проводят высокотемпературной импульсной плазмой (втип) с последующим виброшлифованием обработанной поверхности. Лопатки, например компрессора газовоздушного тракта авиационных ГТД и газоперекачивающих агрегатов, изготавливаются из титановых сплавов типа ВТ-3, ВТ-8, ВТ-9, ВТ-20 и др. и имеют в равновесном состоянии структуру, состоящую из a и b -титане. Под воздействием высокотемпературной импульсной плазмы при температуре 106K за время ее существования (2-5)х10-6 сек происходит процесс пластической деформации высокотемпературный нагрев при больших скоростях охлаждения, что способствует образованию слоя толщиной 5-20 мкм с равномерной поверхностной аморфной структурой, которая является барьером для эрозионных процессов на границе поверхность детали среда. Этот слой придает лопатке более высокие прочностные свойства, а следовательно и повышенную стойкость к эрозии. Кроме того под воздействием высокотемпературной плазмы в материале детали протекают электродинамические процессы, приводящие к перераспределению электронной плотности, что в конечном итоге сопровождается образованием вторичной плазмы и паров металла, расплавлением и сверхскоростной кристаллизацией. Все это приводит к коренному изменению структуры в поверхностном слое материала детали. Направленное импульсное излучение является причиной образования в объеме материала акустических и ударных волн как за счет теплового расширения поверхностных слоев, так и при больших мощностях подводимой энергии за счет разлета ионов образующейся плазмы. Было установлено, что следствием распространения как акустических, так и ударных волн в металлических материалах является изменение их структуры. После акустического возмущения структура кристаллического материала характеризуется высокой плотностью клубковых скоплений дислокаций, что является причиной существенного повышения объемной прочности материалов. Обработка высокотемпературной плазмой проводилась в среде водорода по режимам: Рабочее напряжение на электродах 25 кВт Рабочее напряжение разрядников 3 кВт Время задержки разряда на электродах 300 мкс; Вакуумирование рабочей камеры 10-3 10-4 мм рт.ст. Количество импульсов плазмы не менее 3 на каждую поверхность лопатки (спинка, корыто). После обработки высокотемпературной импульсной плазмой на лопатке в поверхностном слое появляются остаточные растягивающие напряжения. Последующая обработка поверхности лопатки виброшлифованием позволяет снять эти напряжения и создать сжимающие напряжения на большую глубину. Виброшлифование проводилось в среде, состоящей из: Микрошарики (ГОСТ 3722-81) 45 55% Корундовые гранулы размером 1,4х3-8 5 10% Растворитель 35 45% Обработка проводилась в течение 90-120 мин. Эффективность предлагаемого способа была подтверждена экспериментально. Испытывались 3 окончательно изготовленных лопатки компрессора из одного материала ВТ-9 одной ступени:1-я с финишным виброшлифованием;
2-я с покрытием толщиной 5-7 мкм из нитрида титана, нанесенного вакуумно-плазменным методом;
3-я с обработкой высокотемпературной импульсной плазмой и последующим виброшлифованием. Во время испытаний все лопатки обдували абразивом с размером частиц не более 300 мкм со скоростью 195-210 м/с и углом атаки 20o. Коэффициент эрозии определяли по изменению массы лопаток после каждого цикла обдувки. Коэффициент эрозионной стойкости у лопаток с нитридом титана и лопаток, обработанных предлагаемым способом, примерно одинаков (0,2) и в 2,5 раза выше, чем у лопаток, поверхность которых обработана только виброшлифованием (0,08). При циклических нагрузках 2,0х107 усталостная прочность (при 20oC) у лопатки, обработанной втип + виброшлифование, s 46 кгс/мм2 и уровень сжимающих напряжений порядка 75-80 кгс/мм2 на глубину до 250 мкм. При тех же циклических нагрузках у лопатки с покрытием из нитрида титана уровень растягивающих напряжений 19-21 кгс/мм2 в поверхностном слое глубиной до 10-15 мкм и усталостная прочность (при 20oC) составляет s 32 кгс/мм2, что ниже чем у предлагаемой лопатки примерно на 30%
При этом 1-я лопатка (виброшлифование) имеет упрочненный слой (сжимающие напряжения) s 35 кгс/мм2 с глубиной до 80 мкм. Таким образом, предлагаемый способ обработки деталей, при котором окончательно изготовленную детали подвергают обработке высокотемпературной импульсной плазмой и последующему виброшлифованию, позволяет создать барьерный слой для защиты от эрозионных процессов при одновременном повышении усталостной прочности на большую глубину. Использованная литература. 1. Изготовление основных деталей авиадвигателей./Под ред. А.В.Подзея, М. Машиностроение, 1972, с. 113 (аналог). Барвинок З. А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М. Машиностроение, 1990 с. 197 (прототип).
Формула изобретения
Похожие патенты:
Способ изменения физических свойств металлов // 2042737
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в создании защиты от гамма-радиации
Изобретение относится к применению ультразвука при кристаллизации расплавов
Изобретение относится к металлургии, в частности к металлофизике, и может быть использовано в злементах, работа которых основана на эффекте памяти формы (ЭПФ)
Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для акустической обработки расплавов
Изобретение относится к способам получения металлических аморфных материалов и может быть использовано в металлургии для создания новых аморфных сплавов
Способ обработки твердосплавного инструмента // 1156313
Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроительной и других областях промышленности, которые являются потребителями высокопрочных аустенитных сталей
Способ упрочнения металлических изделий // 2040555
Изобретение относится к технологии упрочнения металлических изделий
Способ обработки металлов и сплавов // 1573034
Изобретение относится к технологии металлов и может быть использовано для пластической деформации металлов и сплавов в вакууме при термоциклировании в интервале температуры полиморфного превращения
Способ обработки металлов // 1541287
Изобретение относится к технологии металлов и может быть использовано для пластической деформации труднодеформируемых полиморфных металлов без кагого-либо внешнего механического воздействия
Способ обработки инструментальной стали // 1337422
Изобретение относится к обработке быстрорежущих сталей
Способ горячей прокатки блюмов и слябов // 744044
Способ обработки сварного шва // 734300
Способ обработки металлов // 377343
Патент 303361 // 303361
Способ наклепа бандажного кольца ротора // 275089
Способ упрочнения металлических изделий // 2111265