Способ диффузионной пайки ротора гтд конструкции "блиск" из жаропрочных никелевых сплавов


 


Владельцы патента RU 2414350:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к изготовлению ротора конструкции «блиск», выполненного из жаропрочных никелевых сплавов и предназначенного для перспективных ГТД. Способ диффузионной пайки ротора ГТД конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов включает установку замковой части лопатки, выполненной из жаропрочного литейного никелевого сплава, в паз диска, выполненного из жаропрочного деформируемого никелевого сплава, диффузионную пайку соединения в интервале температур (tпр.γ'-10°C)-(tпр.γ'+30°С), где tпр. γ' - температура полного растворения γ'- фазы жаропрочного деформируемого сплава, с последующей термической обработкой, в котором сборочный зазор выполняют размером 0,1-0,25 мм, который заполняют порошком из жаропрочного никелевого сплава с размером частиц 20-100 мкм и проводят спекание металлического порошка в зазоре. Состав порошка жаропрочного никелевого сплава соответствует или близок составу одного из соединяемых материалов. Способ позволяет снизить требования к взаимной подгонке соединяемых деталей, облегчая и удешевляя процесс изготовления изделий. Применение конструкций «блиск» позволит существенно снизить вес изделия и увеличить его ресурс работы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к изготовлению ротора ГТД (газотурбинного двигателя) конструкции «блиск», выполненного из жаропрочных никелевых сплавов и предназначенного для перспективных газотурбинных двигателей.

Основным преимуществом конструкции «блиск» является возможность использования различных материалов для различных условий работы отдельных частей ротора конструкции «блиск». В процессе работы турбины лопатки находятся в высокотемпературном потоке продуктов сгорания топлива, а диски соприкасаются с газовым потоком только наружными поверхностями ободов при интенсивном отводе тепла от обода к ступице.

Для дисков применяются высокожаропрочные деформируемые никелевые сплавы, а для лопаток специально разработанные для них жаропрочные литые никелевые сплавы, включая монокристаллические. При этом сплавы для дисков уступают по жаропрочности литым сплавам при температурах работы лопаток, а сплавы для лопаток при рабочих температурах на ободе дисков имеют меньшую жаропрочность, чем сплавы для дисков. Тем самым достигается максимальная эффективность выбора материалов для конструкции «блиск», позволяющая снизить вес ротора турбины. Основной проблемой создания такой конструкции является обеспечение надежного соединения деталей из этих сплавов.

Известны способы изготовления ротора ГТД, в которых создание неразъемных соединений дисков с лопатками осуществляют электронно-лучевой сваркой, сваркой трением, горячим изостатическим прессованием, пайкой.

Известен способ получения ротора турбины из жаропрочных сплавов методом сварки плавлением с формированием многослойного шва в месте соединения лопатки и диска (патент Франции №2607045).

Известный способ не может обеспечить качественного соединения из-за возможности образования горячих сварочных трещин и значительного коробления после сварки.

Известен способ изготовления ротора ГТД, в котором лопаточный венец (лопатки замковой частью насаживаются на кольцо из мягкой стали с прорезями для размещения в них профилей лопаток) крепится на обод диска электроннолучевой сваркой с последующим горячим изостатическим прессованием (патент США №6095402).

Недостатком способа является то, что возможна значительная пластическая деформация соединяемых материалов в зоне контакта, что может привести к рекристаллизации монокристаллического материала при последующей термообработке и, как следствие, к снижению жаропрочности этого сплава. Кроме того, проблемой является точность размещения лопаток на диске и значительные местные нагревы диска при соединении каждой лопатки, приводящие к его короблению.

Известен способ изготовления ротора с лопаточным венцом из жаропрочного никелевого сплава. Соединение венца и диска осуществляют методом газостатического изотермического прессования (ГИП) при температуре 1220°С в течение 4 часов (Патент ЕР №0352408).

Существенным недостатком этого способа является невозможность при его использовании применения высокожаропрочных монокристаллических сплавов на никелевой основе, так как лопатки с такой структурой выращиваются при движении фронта кристаллизации снизу вверх вдоль лопаток, что невозможно при отливке венца с лопатками.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ диффузионной пайки ротора ГТД конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов RU 2196672 С1, опубл. 20.01.2003, включающий установку замковой части лопатки, выполненной из жаропрочного литейного никелевого сплава с размером γ'-фазы 0,1-0,5 мкм в паз диска со сборочным зазором, выполненного из жаропрочного деформируемого никелевого сплава с размером зерна 5-15 мкм, и соединение их путем высокотемпературной пайки в интервале температур (tпр.γ'-10°C)-(tпр.γ'+30°С), где (tпр.γ' - температура полного растворения γ'-фазы жаропрочного деформируемого сплава с последующей термической обработкой. Установку замковой части лопатки в паз диска осуществляют с регламентированным сборочным зазором, не превышающим 0,06 мм.

Недостатками прототипа являются сложность обеспечения сопряжения соединяемых деталей регламентированным сборочным зазором, не превышающим 0,06 мм, т.к. с одним диском должно соединяться большое количество лопаток, иногда более 100 штук. Кроме того, в тех случаях, когда зазор становится близким к нулю, например при тугой посадке, происходит незаполнение припоем зазора, то есть образование непропаев.

Технической задачей изобретения является создание способа диффузионной пайки ротора ГТД конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов, гарантирующего заполнение припоем зазоров и позволяющего снизить трудоемкость при сохранении высокой прочности соединения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ диффузионной пайки ротора ГТД конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов, включающий установку замковой части лопатки, выполненной из жаропрочного литейного никелевого сплава, в паз диска, выполненного из жаропрочного деформируемого никелевого сплава, со сборочным зазором, диффузионную пайку соединения в интервале температур (tпр.γ'-10°C)-(tпр.γ'+30°С), где tпр. γ' - температура полного растворения γ'-фазы жаропрочного деформируемого сплава с последующей термической обработкой, в котором сборочный зазор выполняют размером 0,1-0,25 мм и заполняют порошком из жаропрочного никелевого сплава с размером частиц 20-100 мкм, а перед диффузионной пайкой проводят спекание металлического порошка в сборочном зазоре.

Состав порошка жаропрочного никелевого сплава соответствует или близок составу одного из соединяемых материалов.

Размещение частиц порошка с определенным размером в регламентированном сборочном зазоре 0,1-0,25 мм, спекание частиц порошка между собой с соединяемыми поверхностями замковой части лопатки и пазами диска обеспечивает высокую прочность соединения, надежную фиксацию лопатки в процессе высокотемпературных нагревов, а также способствует гарантированному заполнению припоем зазоров, снижает трудоемкость процесса за счет снижения сложности обеспечения сопряжения соединяемых деталей.

Пример осуществления

Для практического осуществления изобретения были выплавлены следующие сплавы: для диска - жаропрочный деформируемый никелевый сплав ЭИ975ИД, для лопаток - литой жаропрочный монокристаллический никелевый сплав ЖС32, припой - ВПр36. Монокристаллический никелевый сплав ЖС32 с ориентацией [001]±10 получали методом направленной кристаллизации на установке УВНК8П с жидкометаллическим охлаждением. Дисковый сплав ЭИ975ИД получали методом вакуумно-индукционной выплавки с последующим вакуумно-дуговым переплавом и деформацией слитка.

Порошок из сплава ЭИ975 изготавливали центробежным распылением в вакууме.

Слитки припоя ВПр36 выплавляли методом вакуумно-индукционной плавки и затем изготавливали аморфную и микрокристаллическую ленту, которую перерабатывали в порошок.

Образцы для определения прочностных характеристик соединений изготавливали двух типов - стыковые и нахлесточные. Для изготовления стыковых образцов две цилиндрические заготовки из сплавов ЖС32 и ЭП975ИД диаметром 16 мм соединяли торцевыми поверхностями. Соединяемые поверхности шлифовали. Нахлесточные образцы, имитирующие соединения лопаток с дисками применительно к конструкции «блиск», изготавливали по типу втулка-цилиндр, имитируя соединение замка лопатки с пазом колеса. Зазоры на таких образцах задавали при механической обработке каждой пары соединяемых частей образца. Учитывая, что в конструкциях «блиск» материалом для лопатки является ЖС32, из него изготавливали образцы с цилиндрической рабочей частью, образцы с отверстиями изготавливали из сплава ЭП975ИД. Величина сборочного зазора между соединяемыми поверхностями стыковых и нахлесточных образцов составляла от 0,1-0,25 мм. В зазоры стыковых и нахлесточных образцов помещали порошок сплава ЭП975, размеры частиц которого находились в пределах 20-40 мкм. Собранные образцы вместе с помещенным в зазор порошком сплава ЭП975 спекали в вакуумной печи при температуре 1230°С с выдержкой 30 минут.

Диффузионную пайку производили припоем ВПр36 в вакуумной печи при температуре 1230°С с выдержкой при этой температуре 4 часа. Затем производили старение сплава ЭП975ИД.

В примере 2 порошок жаропрочного никелевого сплава соответствует составу сплава ЖС32, а пример 3 аналогичен примеру 1. Параметры способа приведены в таблицах 1, 2.

По данным таблиц 1 и 2 видно, что прочность соединений по предлагаемому способу, при заявленных величинах зазоров, соответствует прочности соединений прототипа.

В способе-прототипе затвердевание припоя в узком зазоре приводит к неполному заполнению зазоров при пайке соединений сплавов ЭП975ИД и ЖС32. В частности, при зазоре, близком к нулю, при пайке припоем ВПр36 соединений сплавов ЭП975ИД и ЖС32 образуются непропаи.

В предлагаемом способе спекшиеся частицы порошка в зазоре создают разветвленную капиллярную систему, которая обеспечивает гарантированное заполнение припоем зазоров. Металлографический анализ всех соединений после испытания их на прочность не выявил непропаев. При этом установлено отсутствие эвтектических структур в соединениях частиц порошка между собой и с основными материалами, что свидетельствует о том, что выполнена диффузионная пайка соединений.

Предлагаемый способ позволяет снизить требования к взаимной подгонке соединяемых деталей, облегчая и удешевляя процесс изготовления изделий. Применение конструкций «блиск» позволит существенно снизить вес изделия и увеличить его ресурс работы.

Таблица 1
Значения прочности паяных стыковых соединений сплавов ЭП975ИД и ЖС32.
№ п/п Зазор, мм Размер частиц порошка, мкм σ20, кгс/мм2 Т исп., °С σ, кгс/мм2
1 0,1-0,12 20-40 111 850 45
975 18
2 0,15-0,18 40-63 109 850 45
975 18
3 0,23-0,25 75-100 110 850 45
975 18
прототип 0,03-0,06 - 109 850 45
975 18
Таблица 2
Значения прочности паяных нахлесточных соединений сплавов ЭП975ИД и ЖС32.
№ п/п Зазор, мм Размер частиц порошка, мкм σ20, кгс/мм2 Т исп., °С σ, КГС/ММ2
1 0,1-0,12 20-40 123 850 45
975 18
2 0,15-0,18 40-63 120 850 45
975 18
3 0,23-0,25 75-100 115 850 45
975 18
прототип 0,03-0,06 - 116 850 45
975 18

1. Способ диффузионной пайки ротора ГТД конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов, включающий установку замковой части лопатки, выполненной из жаропрочного литейного никелевого сплава в паз диска со сборочным зазором, выполненного из жаропрочного деформируемого никелевого сплава, диффузионную пайку соединения в интервале температур (tпр.γ'-10°C)-(tпр.γ'+30°С), где tпр. γ' - температура полного растворения γ' фазы жаропрочного деформируемого сплава, со сборочным зазором с последующей термической обработкой, отличающийся тем, что сборочный зазор выполняют размером 0,1-0,25 мм, который заполняют порошком из жаропрочного никелевого сплава с размером частиц 20-100 мкм, а перед диффузионной пайкой проводят спекание металлического порошка в сборочном зазоре.

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что состав порошка жаропрочного никелевого сплава соответствует или близок составу одного из соединяемых материалов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к крепежному устройству и его изготовлению. .

Изобретение относится к способу формовки конструкционного элемента из композиционного материала, который используют, главным образом, для конструкционных элементов канального или уголкового типа, а также к конструкционному элементу из композиционного материала.

Изобретение относится к способу производства шины. .

Изобретение относится к оборудованию для изготовления стеклопластиковых труб. .

Изобретение относится к технологии обработки эластомеров и многокомпонетных материалов, включающих эластомеры, и может быть использовано для переработки изношенных шин.

Изобретение относится к линии для переработки отходов резинового производства и отслуживших свой срок изделий из резины. .

Изобретение относится к области переработки изношенных покрышек с металлическим и текстильным кордом для получения резинового порошка, который может использоваться в дорожном строительстве и как добавка при изготовлении различных резиновых изделий.

Изобретение относится к шинной промышленности и может быть использовано при установке шипов противоскольжения на шинах транспортных средств при езде по обледенелому покрытию.

Изобретение относится к шинной промышленности и может быть использовано при изготовления пневматических шин намоткой. .

Изобретение относится к шинной промышленности и может быть использовано при изготовлении каркасов покрышек пневматических шин. .

Изобретение относится к формованным изделиям на основе термопластичных смол, армированных волокном длинной резки, которые используются для различных изделий, таких как волокна, нетканые и тканые материалы, маты, ламинаты и т.д

Изобретение относится к формованным изделиям на основе термопластичных смол, армированных волокном длинной резки, которые используются для различных изделий, таких как волокна, нетканые и тканые материалы, маты, ламинаты и т.д

Изобретение относится к волокнистому композитному конструктивному элементу (варианты) и к способу его изготовления (варианты)

Изобретение относится к технологии соединения текстильных изделий, снабженных покрытием, и может быть использовано в текстильной и легкой промышленности
Изобретение относится к глубокому окислению политетрафторэтилена, а именно к способу утилизации отходов политетрафторэтилена (ПТФЭ). Способ утилизации отходов ПТФЭ включает измельчение отходов ПТФЭ до частиц менее 0,2 мм, смешение их с окислителем и нагревание. В качестве окислителя используют оксид свинца при весовом соотношении = 1:(0,8-1,0), смесь прессуют в брикеты при давлении 500-600 кг/см2 и нагревают до 400°C. Технический результат - упрощение и удешевление технологического процесса утилизации ПТФЭ и получение порошка фторида свинца, который может использоваться в качестве твердой смазки в порошковой металлургии.

Изобретения могут быть использованы в аппаратах химической, химико-металлургической отраслях промышленности, а также в производстве особо чистых материалов. Неразъеёмная монолитная деталь аппарата, снабженная выступающими частями, изготовлена из углерод-углеродного композиционного материала на основе каркаса тканепрошивной структуры. Для изготовления такой детали сначала формируют тканепрошивные каркасы закладных элементов в форме труб и/или пластин с фланцами путем выкладки слоев ткани с отбортовкой на фланцевый участок. Уплотняют пироуглеродом термоградиентным методом, оставляя отбортованные на фланцевый участок слои ткани ненасыщенными пироуглеродом. Механически обрабатывают насыщенный пироуглеродом участок. Затем формируют каркас основной части на формообразующей оправке путеём последовательного вшивания в него ненасыщенных пироуглеродом слоеёв ткани, насыщения их пироуглеродом термоградиентным методом и механической обработки ранее необработанных участков детали. Оправка-нагреватель предназначена для размещения основного участка каркаса закладного элемента, а формообразующая оправка, не являющаяся нагревателем, предназначена для размещения фланцевого участка. Техническим результатом является повышение срока службы деталей в химически агрессивных средах и/или при высоких температурах, увеличение их габаритов без усложнения технологии. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх