Способ изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления литых заготовок на никелевой основе, и может быть использовано при изготовлении пустотелых турбинных лопаток авиационных и наземных газотурбинных двигателей. Осуществляют литье заготовки лопатки в керамическую форму с керамическим стержнем. Производят горячее изостатическое прессование заготовки лопатки при наличии в ней упомянутого керамического стержня. Затем удаляют керамический стержень из заготовки лопатки. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс лопатки турбины газотурбинного двигателя.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления литых заготовок лопаток на никелевой основе с равноосной или монокристаллической структурой, и может быть использовано при изготовлении пустотелых турбинных лопаток (сопловых и рабочих) авиационных и наземных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен способ изготовления заготовки пустотелой лопатки турбин ГТД, включающий литье заготовки в керамическую форму с керамическим стержнем, формирующим внутреннюю полость лопатки, и удаление керамического стержня (см. В.В.Крымов и др. «Производство лопаток газотурбинных двигателей», М., Машиностроение, 2002, стр.217-220).

Недостаток данного способа - литейная пористость жаропрочного сплава, из которого изготавливают заготовку, в результате - низкая усталостная прочность окончательного изделия - лопаток турбины ГТД и, как следствие, низкие эксплуатационная надежность и ресурс лопаток турбины ГТД.

Технический результат предложенного способа - повышение эксплуатационной надежности и ресурса лопаток турбины ГТД.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя, включающем литье заготовки в керамическую форму с керамическим стержнем, согласно изобретению осуществляют горячее изостатическое прессование при наличии керамического стержня в заготовке лопатки и затем удаляют керамический стержень.

Удалять керамический стержень из заготовки лопатки можно непосредственно после операции горячего изостатического прессования или же после абразивной обдувки, или макротравления отливок, или зачистки заусенцев и др. операций.

Выполнение операции горячего изостатического прессования (ГИП) позволяет уменьшить литейную пористость жаропрочного сплава, из которого изготавливают заготовку, в результате чего повышаются качество структуры жаропрочного сплава и уровень усталостной прочности окончательного изделия - охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток турбины, что приводит к повышению ресурса и эксплуатационной надежности газотурбинного двигателя в целом.

Однако при выполнении операции ГИП из-за присутствия в защитной атмосфере газостата (аргоне) примесей в виде влаги, кислорода, азота, углекислого газа и углеводородов происходит окисление поверхностей (наружной и внутренней) заготовки, образование окислов и нитридов в приповерхностном слое на глубину до 20-30 мкм и обезлегирование поверхности жаропрочного сплава на глубину до 50 мкм, т.е. происходит повреждение поверхностей заготовки. Нанесенное на поврежденные поверхности (при последующих операциях изготовления окончательного изделия) серийное защитное жаростойкое покрытие не отвечает техническим требованиям как по толщине, так и по однородности структуры и химического состава. То есть нанесение на поврежденную поверхность качественного рабочего защитного жаростойкого покрытия не представляется возможным.

Если поврежденный слой на наружной поверхности можно удалить известными способами - травлением, пневмоабразивной обработкой, шлифованием, полированием или другими методами, то поврежденный слой на внутренней поверхности заготовки известными способами не может быть удален.

Наличие керамического стержня в заготовке лопатки при операции ГИП позволяет защитить керамикой внутреннюю поверхность заготовки от повреждения.

Реализация способа рассмотрена на примере изготовления литой монокристаллической заготовки пустотелой охлаждаемой рабочей лопатки турбины ГТД.

Заготовку лопатки из жаропрочного сплава ЖС32-ВИ получают литьем в керамическую форму с керамическим стержнем методом направленной кристаллизации. Затем заготовку освобождают от оболочковой формы, не удаляя керамический стержень, и помещают в газостат, где в атмосфере аргона, например, при давлении 100...260 МПа и температуре 1150...1350°С в течение 2...4 часов осуществляют операцию ГИП.

Удаление керамического стержня осуществляют методом автоклавного выщелачивания или другими известными способами, как правило, после операции ГИП. Хотя возможно удаление стержня на стадии последующих после ГИП операций - после абразивной обдувки, макротравления отливок, зачистки заусенцев и др.

Удаление поврежденного слоя жаропрочного сплава с наружной поверхности заготовки лопатки осуществляют абразивной обдувкой, макротравлением, шлифованием и другими последующими операциями, предусмотренными технологией производства лопаток.

Проведение операции ГИП с керамическим стержнем в заготовке лопатки обеспечивает устранение литейной пористости жаропрочного сплава и получение необходимой чистоты поверхности внутренней полости лопатки для последующего нанесения защитного жаростойкого покрытия требуемой толщины и однородного по структуре и химическому составу.

Способ изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя, включающий литье заготовки лопатки в керамическую форму с керамическим стержнем, отличающийся тем, что осуществляют горячее изостатическое прессование заготовки лопатки при наличии в ней упомянутого керамического стержня и затем удаляют керамический стержень из заготовки лопатки.