Способ изготовления турбинных и компрессорных лопаток

 

и 11786! 29

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.02.79 (21) 2721895!25-27 (51) М. 1%1.Ë

В 21К 3/04 с присоединением заявки Хе

Государстоенный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.05.82. Iэюллетснь Хе 18 (45) Дата опубликования описания 15.05.82 (53) УДК 621.73 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. А. Климов, О. А. Кайбышев, В. Ф. Пширков, Г. Б. Строганов и Б. В. Родионов

Уфимский авиационный институт им, Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТУРБИННЫХ

И КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОК

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к технологии изготовления турбинных и компрессорных лопаток.

Известен способ изготовления турбинных и компрессорных лопаток, включающий нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку ее в режиме сверхпластичности, термическую и механическую обработку и последующую закрутку пера производят в режиме сверхпластичности, а закрутку пера осуществля1от после механической ооработки.

Недостатком этого способа является невысокое качество лопаток.

Цель изобретения — повышение качества лопаток.

Цель достигается тем, что в способе изготовления лопаток, включающем нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку в режиме сверхпластичности, термическую и механическую обработки и последующую закрутку пера, в процессе закрутки пера производят его скоростной нагрев до температуры начала окисления материала заготовки.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходную заготовку покрывают стеклосмазкой, нагревают до температуры штамповки и деформируют в закрытом штампе в температурно-скоростных условиях сверхпластичности.

Полученный полуфабрикат, в зависимо5 сти от типоразмера и исходя пз возможностей процессов штамповки и механической обработки, имеет припуски по профилю пера 0,1 — 0,3 мм и 0,3 — 0,5 мм по замку.

Лопатки, сформированные в температур10 но-скоростных условиях сверхпластичности, имеют высокую прочность при повышенных характеристиках пластичности, особенно у титановых сплавов.

Для лопаток, имеющих большие углы

15 закрутки и невысокую пластичность материала, что характерно для компрессорных лопаток первых ступеней, ресурса пластичности не хватает, чтобы произвести закрутку в холодном состоянии (на поверхности

20 пара появляется сетка микро- и макротрегцин) .

Поэтому для повышения пластичности материала лопаток, прошедших механическую обработку, в процессе закрутки прп25 меняют скоростной нагрев профиля пера.

В результатс нагрева до предлагаемых температур характеристики пл".ñòè÷íîñòè сплава повышаются в 2 — 3 раза.

В частности, для сплава ВТ-8, относи10 тельное Удлинение (б) повышаетсЯ с 12о/о

786129

1О

l5

3 при 20 С до 40% при (00 С, а относительное сужение (ф) с 40% при 20"С до ЫО% при 700"С.

Это способствует уменьшению потребностей усилий закрутки и снижению ocraToчных напряжении в пере примерно в 3 — 4 раза, что благоприятно сказывается на повышении эксплуатационных характеристик изделия. г1агрев сплавов до граничных температур начала интенсивного окисления для титановых сплавов 600 — 700 С) обеспечивает не только высокую пластичность материала, необходимую для благоприятного протекания процессов закрутки, но и минимальное окисление поверхностей изделий. 11ревышение граничных температур вызывает пе только желательцое для процесса закрутки явление — повышение пластичности материала, но и нежелательный процесс — интенсивное окисление поверхности, резко снижающее усталостную прочность изделия.

Сочетание скоростного нагрева с процессом закрутки обеспечивает снижение остаточных напряжений на поверхности пера, возникающих в процессе механической обработки. то происходит за счет одновременного воздействия температурного и силового факторов, ускоряющих процессы релаксации напряжений.

< коростной нагрев профиля пера осуществляют на индукционной установке, где смонтировано устройство для закрутки.

Скорость и равномерность прогрева пера зависит от мощности индукционного источника, а также от формы индуктора и его расположения относительно заготовки.

Схема крепления заготовки в устройстве для закрутки позволяет нагревать заготовку до необходимой температуры за 40—

60 сек и производить закрутку, поддерживая требуемую температуру. 11рименение скоростного нагрева ооеспечивает дополнительное снижение величины окисления поверхностей заготовки за счет уменьшения времени нахождения ее в зоне повышенных температур (известно, что процесс окисления идет во времени).

Схема процесса закрутки основана на использовании пакета колец, охватывающих перо, причем каждое кольцо поворачивается вокруг своей оси на определенный угол, обеспечивая поворот соответствующего сечения пера.

Пример осуществления способа, Заготовку из прутка (материал BT-9, размер S 14 ;34) покрывают стеклосмазкой 38Т-24 и нагревают до 960"С. Затем нагретую заготовку помещают в штамп закрытого типа, в зоне деформирования которого 950 — 960 С, и штампуют при постоянной температуре со скоростью 3 — 5 мм/мин.

Полученный полуфабрикат с незакручениым профилем пера и припусками по перу

0,1 — 0,15 мм, по зааку 0,2 мм |ермообраоатыыают в течение б - при О30 .

1lосле термообработки ы начале производят удаление стеклосмазки, альфироыапного слоя и заусенцев.

Затем, используя в качестве исходнои базы незакручеliHoe перо, оораоатыыают замок. 1!осле чегo lla оазе оораооганпого замка производят полну|о механическу |о обработку профиля пера. Обраоота||ная лопатка после контроля геометрических параметров поступае! ||а Операци|о закрутки пер а. 1роцесс осуществляют в устроис.вс для зак1|утки, закл!О ieilHoisl ы Iliig) кционныи нагревательныи м|ок. Устройс|ыо paooTaci следующим образом. liocae установки лопатки в устроиство и зажиме сс за замок производят поворот кольца, охыатыыа|ощего верхнее кольцо, ы раооту I;cT) iiaåT кольцо, охватыва|ощее сечение пера, расположенное ниже, а затем — еще OJ,IIo кольцо и кольцо, которое охватывает корневое сечение. Угол поворота нижнего кольца— минимальный, I àê как необходимый угол закрутки пера в корневом сечеш|и заложен в штамповке. Угол поворота верхнего кольца — максимальный, с учетом упругих деформаций он будет больше угла закрутки верхнего сечения íà 20- 22 .

i1агрев лопатки осущестыля|от c»IIxpo»но с работой устройства. Поэтому ы начале процесса закрутку осуществляют при невысоких, но равномерно возрастающих температурах, со скоростью нагрева 20 в сек. lip!I достижении заданных температур процесс закрутки из област|! упругих деформаций иерсхо,lIIT ы область ||лас||! !еского течения Iil aTcpilao 11а llpo Гяжснии всего процесса поддерживают постоянную температуру, но пе выше гра|шчпых температур начала интенсивного окисления.

Для 131 -9 700" +10 . Эта температура обеспечивает оптимальные условия протекания процесса.

Процесс закрутки длится 2 мин. После закрутки производят контроль угла закрутки, а также контроль с целью выявления трещин (уль|развуковой и люмпнисцентный).

Закручивание лопатки подвергают поверхностному упрочнснию.

Для сравнительной оценки качества лопаток, закрученных в режиме скоростного нагрева, были проведены усталостные испытания 2-х партий лопаток. Первая партия — лопатки, закрученные с применением нагрева, вторая — лопатки, закрученные в холодном состоянии.

Б результате испытаний выносливость образцов, закрученных с применением нагрева, оказалась выше на 15 — 20%.

Результаты испытаний приведены в таблице.

786129

Режимы испытаний

Способ закрутки

М циклов до разрушения кг, мм

Формула изобретения

Закрутка без нагрева

5 10 — 7 10

1250

0 10 -!) 10е

Закрутка с «агре«ом

1250

Составитель Е. Субботин

Текред И. Заболотнова

Редактор E. Хейфиц

Корректор А. Степанова

Заказ 838/8 Изд. М 155 Тираж 73 3 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 1(-35, Ра шская нзо., д. 4/5

Ти«огра<р н, «ð. Сн ун:нин 2

Использование предложенного способа изготовления лопаток обеспечивает повышение ресурса изделий на 15 — 20Я>. Кроме того, появляется возможность изготавлиBBTb лопатки пз мялоплястпчнь1х cII;,12ÂΠс большими углами закрутки.

Способ изготовления турбинных и компрессорных лопаток, включающий нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку ес в рсжнмс сверхпластичности, термичеlo скую и механическую обработку и последующую закрутку пера, отличающийся тем, что, с целью повышения качества лопаток, в процессе закрутки пера производят его скоростной нагрев до температуры

15 начала окисления материала заготовки.