Способ изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабатываемых алюминиевых сплавов

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАКРЫТОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ТУРБОМАШИЦЫ ИЗ. ТЕРМООБРАБАТЫВАЕМЫХ АЛЮМИНИЕИЗХ СПЛАВОВ, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск клопаткам, соединяют их межд собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную тep raoбpaбoтку колеса, отличаю-щийс я тем, что, с целью повышения надежности колеса путем увеличения прочности сварного соединения, перед установкой покрывного диска пронзво-. / he дят предварительную термообработку VO обоих дисков путем отжига покрывного (не.сущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (213 3623155/25-06 (223 19o 07 е 83 (463 30.03 .85. Бюл. 9 12: (72) Ю.Г.Александров, П.A.Aëîâ, "Г. И,Врагиннский и В.Й.Ефимов (53) 621.438(088.8) (56)- 1.Казаков Н.Ф., Орлов И.Е.

Исследование и разработка технологии соединения деталей рабочих колес малоразмерных турбин методом диффузионной сварки.-В сб.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов.

М., Проблемная лаборатория диффузионной сварки в вакууме, 1973, с.96-101 °

2.ДиФфузионная сварка дисков

ТКУ из алюминиеиого сплава АК-6, ;И 2081-11-80, Технологическая ин--cTpgK@Ms. N., НПО Гелиймаш, 19FO.

„„БО„„1147538 А

4(51) В 23 К 20/24// F 01 0 5 jP4;

F 04 D 29 28 (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЙ ЗАКРЫТОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ТУРБОМАШИНЫ ИЗ TEPNOOBPASATMBABNHX

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к-лопаткам, соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную термообработку колеса, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью повьпаения надежности колеса путем увеличения прочности сварного соединения, перед установкой покрывного диска произво-. дят предварительную термообработку Я обоих дисков путем отжига покрывного (иаскд гс) диска и иакаиииаиия и ска- Д рения несущего (покрывного) диска.

С:

1147538

Изобретение относится к турбомашиностроению, в частности к способам изготовления закрытых рабочих колес центробежных турбомашин.

Известен способ изготовления закрытых рабочих колес центробежных турбомашин иэ титановых сплавов, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопат- 10 кам и соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере jl) ., Однако изготовленные из титана рабочие колеса обладают большим.весом.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из. 0 термообрабатываемых алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопаткам, соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и произво-( дят окончательную термообработку колеса. (2) .

Однако при известном способе изготовления рабочего колеса иэ алюминиевых термообрабатывеемых сплавов в отличие от титановых сплавов на свариваемых поверхностях остается тонкий слой окисной пленки, которая 35 частично остается в сварном шве и уменьшает прочность соединения,снижая надежность рабочего колеса.

Цель изобретения - повышение надежности рабочего колеса путем увели-40 чения прочности сварного соединения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабаты- 45 ваемых алюминиевых сплавов, заключающемуся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопаткам, соединяют.их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную термообработку колеса, перед установкой покрывного диска производят предварительную термообработку.обоих 55 .дисков путем отжига покрывного {несущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска.

Способ реализуется следующим образом, 60

Перед сборкой покрывного и несущего дисков для осуществления диффузионной сварки производят термообработку обоих дисков. Термообработка заключается в том, что отжигают 65 покрывной диск, а несущий диск закаливают и старят. Свариваемые поверхности подготавливают химическим травлением, затем несущий диск, выполненный заодно с лопатками, помещают в приспособление. Покрывной диск устанавливают на лопатах., Прижимают покрывной диск к лопаткам.

Усилие сжатия обеспечивает местное вдавливание микрорельефа более твердой детали в более мягкую.Затем приспособление со сжатыми дисками помещают в герметичную камеру, вакуумируют и производят нагрев до температуры диффузионной сварки. В процесса нагрева осуществляется дополнительное сжатие свариваемых дисков, при этом происходит преимущественное вдавливание более твер дой детали в более мягкую, торцы лопаток вдавливаются в покрывной диск.

При достижении температуры, близкой к температуре сварки твердости обеих деталей выравниваются, происходит взаимное пластическое течение и одинаковая активация диффузионных процессов в свариваемых дисках. После выдержки при температуре сварки следует охлаждение, извлечение сваренного колеса иэ приспособления и окончательная упрочняющая термообработка.

Пример. Изготовление рабочего колеса иэ алюминиевого сплава

AK-6. Несущий диск с лопатками закаливали с температуры 515 С в теп. о лой воде и старили при 160 С в течение 12 ч покрывной диск.отжигали при 350 С один час. При этом

6 твердость материала несущего диска составила НВ 106 а твердость покрывного диска НВ 50. Перед сваркой диски травили в растворе на основе ортофосфорной кислоты осветляли в растворе азотной кислоты (1:1), промывали в воде, сушили.

Сборку дисков осуществляли в приспособлении со стяжными болтами из титана, окончательная затяжка которых осуществлялась при сжатии дисков на прессе (усилие в 20 т при площади торцов лопаток .450 мм обеспечивало вдавливание торцов в покрывной диск »а глубину 0,3 мм).

Затем свариваемые диски вместе с приспособлением помещали в вакуумную печь, откачивали до разрежения

10 мм рт.ст.и нагревали до 560 С, -5 о

Время нагрева 90 мин, а выдержка при температуре сварки 10 мин. Csaрочное давление обеспечивалось различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов дисков (AK-6) и материала стяжных болтов (титан). После сварки колеса совместно с приспособлением охлаждались с печью. Сваренное колесо вынимали из приспособления,про1147538

Составитель Н.ОГарко

Редактор И.@ылын Техред Л.Иикещ - КорректоР И.Самборская

Ю» yh ° »

Заказ 1459/15 Тираж 1086 . Подписное

ВНИИИИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений и .открытий .113635, Москва, Ж-З5, Раутаская наб., д.4/5

ФиЛиал HOlt Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4.изводили упрочняющую термообраббт ку (закалку и искусственное старение) и окончательную обработку колеса.

Выполнение предварительной термообработки несущего и покрывного дисков путем отжига покрывного (несущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска обеспечивает разницу в твердости сопрягаемых поверхностей. При этом 10 в процессе сжатия происходит вдавливание микровыступов более твердой детали s более мягкую и снятие окисной пленки с боковых поверхностей микровыступов. При дальнейшем сжа- f5 тии до температуры разупрочненияпроисходит внедрение {или осадка) торца лопатки в покрывной диск (под действием покрывного диска), что приводит к увеличению площади физического контакта свариваемых поверхностей.

Таким образом, придание материалам свариваемых деталей различной твердости на начальной стадии сжатия н нагрева облегчает образование физического контакта материалов и увеличивает работоспособность колес на срез за счет вдавливания торцов лопаток в тело нокрывного диска, а выравнивание твердостей при температуре сварки обеспечивает оптимальные условия для диффузии.