Способ восстановления циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля

 

Изобретение относится к области упрочнения лопаток, изготавливаемых из жаропрочных материалов, и может быть использовано на предприятиях, эксплуатирующих газотурбинные двигатели. Достигаемый технический результат - повышение эффективности путем сохранения прочности лопаток газотурбинных двигателей в процессе работы на протяжении не менее 50000 ч без профилактической разборки двигателей. Способ восстановления циклической прочности лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля состоит в том, что лопатки, предварительно прошедшие процесс упрочнения методом поверхностного пластического деформирования и наработку в составе изделия, полируют, проводят термическую обработку, обеспечивающую снятие деформационного упрочнения, а затем восстанавливают их циклическую прочность методом термопластического упрочнения, заключающимся в том, что их нагревают свыше 600°С, но ниже температуры фазовых переходов, охлаждают жидкостью под давлением 5-6 атм со скоростью отвода теплоты, обеспечивающей достижение коэффициента теплоотдачи не менее (1,510-2,510)104 Вт/м2°С.

Изобретение относится к области упрочнения лопаток, изготавливаемых из жаропрочных материалов, и может быть осуществлено на предприятиях, эксплуатирующих газотурбинные двигатели.

Известен способ повышения циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля [1], заключающийся в упрочнении методом "термопластического упрочнения".

Для повышения циклической прочности лопаток газотурбинных двигателей, применяемых в газоперекачивающих агрегатах, используются методы поверхностного пластического деформирования. В частности, в агрегатах ГТК-10-4 для этой цели применяется способ упрочнения стальными шариками, которые возбуждаются ультразвуковым способом.

Лопатки из никелевого сплава ЭИ893 после упрочнения в заводских условиях приобретают сопротивление разрушению (предел выносливости) на уровне -1 = 240 МПа при исходном до упрочнения -1 = 180 МПа.

После наработки агрегата ГТК-10-4 = 6000 часов производят профилактический ремонт в основном вследствие потери прочностных свойств лопаток, предел выносливости которых снижается до уровня -1 = 140 МПа. Восстановление их прочности на ремонтных базах осуществляется ультразвуковым способом, что дает возможность повысить уровень предела выносливости до величины -1 = 220 МПа. Однако последующие профилактические ремонты не позволяют восстановить предел выносливости до уровня -1 = 220 МПа. Более того, часть лопаток приходится заменять по причине возникновения усталостных разрушений. Экономически такие агрегаты рентабельны, если общий срок их работы будет не ниже = = 50000 - 100000 часов. На практике эти требования не могут быть реализованы.

Как показано в работе [1], быстрая потеря прочностных свойств лопаток обусловлена большой степенью наклепа, возникающего при обработке их методом поверхностного пластического деформирования.

Известен способ термопластического упрочнения циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля [2], заключающийся в том, что производят нагрев детали выше 600oC, но ниже температуры фазовых переходов, затем производят охлаждение нагретой детали со скоростью отвода теплоты, обеспечивающей достижение коэффициента теплоотдачи не менее (1,510 - 2,510)10)104 Вт/м2oC, при этом охлаждение может быть произведено жидкостью под давлением 5 - 6 атм.

Предложенная технология восстановления лопаток газотурбинных двигателей, прошедших предварительное упрочнение в заводских условиях ультразвуковым способом, позволяет увеличить предел выносливости с -1 = 140 МПа (после наработки = 6000 часов) до значения -1 = 260 МПа.

Последующая эксплуатация в течение = 6000 часов показала, что исходный предел выносливости, равный -1 = 260 МПа не снизился, а возрос до -1 = 280 - 320 МПа, то есть в процессе работы лопатки дополнительно упрочняются. Этот эффект "тренировки" возникает при упрочнении методом термопластического упрочнения и физически связан с особенностями движения дислокаций. Дислокации в процессе знакопеременного нагружения двинутся к поверхности детали с образованием ступенек, которые с их накоплением трансформируются в микро- и макротрещины.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение эффективности способа путем сохранения прочности лопаток газотурбинных двигателей в процессе работы на протяжении не менее 50000 часов без профилактической разборки двигателей.

Способ восстановления циклической прочности лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля, состоящий в том, что лопатки обрабатывают методом термопластического упрочнения, заключающемся в том, что их нагревают свыше 600oС, но ниже температуры фазовых переходов, охлаждают жидкостью под давлением 5 - 6 атм со скоростью отвода теплоты, обеспечивающей достижение коэффициента теплоотдачи не менее (1,510-2,510)104 Вт/м2oC, согласно изобретению обработке подлежат лопатки, предварительно прошедшие процесс упрочнения методом поверхностного пластического деформирования и наработку в составе изделия, которые сначала полируют, проводят термическую обработку, обеспечивающую снятие деформационного упрочнения, а затем восстанавливают их циклическую прочность методом термопластического упрочнения.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Лопатки из сплава ЭИ-893 ГТК-10-4, прошедшие упрочнение методом поверхностного пластического деформирования и отработавшие в составе изделия согласно регламента, в дальнейшем полируют для снятия дефектного поверхностного слоя и производят отжиг при температуре 850oC характерной для данного сплава в течение 8 часов. Эта операция предназначена для снятия деформационного упрочнения, возникшего в результате поверхностного пластического деформирования. Затем производят обработку лопаток методом термопластического упрочнения. Такая технология позволяет резко увеличить срок службы лопаток, сохраняя их прочностные свойства.

При термопластическом упрочнении в поверхностном слое лопатки формируется остаточное напряженное состояние сжатия с максимумом у поверхности, за счет чего в процессе работы детали сдерживается движение дислокаций к поверхности, которые скапливаются на глубине 100-200 мкм, переплетаются и создают неподвижный барьер, препятствующий их выходу к поверхности, что увеличивает срок службы лопаток.

В связи с этим лопатки, упрочненные методом термопластического упрочнения при работе в условиях повышенных температур, не теряют своей прочности в течение не менее 50000 часов работы.

Таким образом, газоперекачивающие агрегаты, выпускаемые нашей промышленностью с лопатками, упрочненными методом повехностного пластического деформирования, после первого профилактического ремонта восстановленные методом термопластического упрочнения сохраняют свои прочностные свойства длительное время (практически до конца установленного срока службы), что дает возможность резко сократить эксплуатационные затраты.

Источники информации 1. Технологические остаточные напряжения и их влияние на эксплуатационные свойства деталей из жаропрочных и титановых сплавов. Диссертация на соискание степени доктора технических наук Кравченко Б.А. Куйбышев, КПтИ, 1972 г.

2. Патент N 2143011 "Способ повышения циклической прочности деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля", автор Кравченко Б.А.

Формула изобретения

Способ восстановления циклической прочности лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля, состоящий в том, что лопатки обрабатывают методом термопластического упрочнения, заключающимся в том, что их нагревают свыше 600oС, но ниже температуры фазовых переходов, охлаждают жидкостью под давлением 5 - 6 атм со скоростью отвода теплоты, обеспечивающей достижение коэффициента теплоотдачи не менее (1,510 - 2,510)104 Вт/м2oС, отличающийся тем, что лопатки, прошедшие процесс упрочнения методом поверхностного пластического деформирования и наработку в составе изделия, полируют, проводят термическую обработку, обеспечивающую снятие деформационного упрочнения, а затем восстанавливают их циклическую прочность методом термопластического упрочнения.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.05.2005        БИ: 15/2005



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и сплава на основе меди, применяемых в узлах вращения энергетических агрегатов и работоспособных в условиях высоких скоростей, повышенных динамических нагрузок и в среде сильного окислителя

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла, применяемых в узлах энергетических агрегатов, работающих в широком интервале температур и давления, а также в среде жидкого и газообразного кислорода

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно спеченных жаропрочных сплавов на основе никеля, получаемых формованием гранул в изостатических условиях, и может быть использовано для термообработки конструкций, изготовленных из данных сплавов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при дисперсионном твердении заготовок и деталей из никелевого сплава ХН68ВКТЮ

Изобретение относится к способам термообработки суперсплавов на основе никеля со следующим химическим составом, мас.%: Сr 11-13, Со 8-17, Мо 6-8, Ti 4-5, Al 4-5, Nb 1,5, Hf 1, С, В, Zr каждый 510-4, Ni - остальное до 100, или Сr 12-15, Co 14,5-15,5, Мо 2-4,5, W 4,5, Аl 2,5-4, Ti 4-6, Hf 0,5, С 110-4-310-4, В 110-4-510-4, Zr 210-4-710-4, Ni - остальное до 100

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибраций и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего никелевого сплава

Изобретение относится к области металлургии и используется при производстве особонагруженных деталей с направленно закристаллизованной и монокристаллической структурой из жаропрочных материалов нового класса на основе легированного интерметаллида Ni3Al (сопловые лопатки, экраны камер сгорания и др

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности изготовлению деталей типа дисков с конической, полусферической и другими осесимметричными формами из малопластичных и труднодеформируемых материалов, например, из жаропрочных сплавов

Изобретение относится к железоникелевому суперсплаву типа IN 706

Изобретение относится к способу термической обработки в магнитном поле магнитного компонента, например магнитного сердечника или дифференциального выключателя из мягкого магнитного материала с низкими анизотропиями, такого как сплав FeNiMo 15-80-5, аморфный сплав на основе Со или нанокристаллический сплав FeSiCuNbB

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке жаропрочных высоколегированных деформируемых сплавов на никелевой основе и изделий из них - высоконагруженных деталей, работающих при температурах выше 650oС, в частности дисков ГТД

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок

Изобретение относится к имплантируемым медицинским устройствам, а более конкретно, к имплантируемым устройствам из нитинола с запоминанием формы, которые под воздействием температуры расширяются из вызванного деформацией мартенситного состояния в устойчивое аустенитное состояние

Изобретение относится к способам получения сплавов с двойной памятью формы и изготовлению устройств из этих сплавов

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных деформируемых дисперсионнотвердеющих никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600oС, в частности дисков ГТД

Изобретение относится к обработке металлов давлением и сварке, в частности - к способам изготовления сварных кольцевых заготовок для деталей ГТД

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для деталей с монокристаллической структурой, например лопаток газовых турбин, работающих при высоких температурах
Наверх