Способ получения диска газотурбинного двигателя


 


Владельцы патента RU 2536124:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)

Изобретение относится к области порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов и может быть использовано в производстве тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению. Способ получения диска газотурбинного двигателя включает засыпку в разделенную цилиндрической вставкой капсулу диска, состоящую из ободной и ступичной частей, гранул двух разных жаропрочных никелевых сплавов с функционально-градиентными свойствами или гранул разных фракций одного жаропрочного никелевого сплава с функционально-градиентными свойствами, удаление цилиндрической вставки, горячее изостатическое прессование и последующую термообработку. Обеспечивают концентричность частей диска путем установки фиксирующего кольца, разделительная вставка имеет форму тонкостенной цилиндрической обечайки с толщиной стенки, не превышающей 1 мм, и с толстостенным дном с отверстиями для засыпки гранул, а перед удалением цилиндрической вставки проводят виброуплотнение. За счет получения высокой точности расположения границы раздела и обеспечения функционально-градиентных свойств по сечению заготовки диска повышается КПД и снижается вес газотурбинного двигателя. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению.

Известны способы (Патенты US №4900635 и №7137787) получения дисков с функционально-градиентными свойствами, которые заключаются в том, что в первом случае вращающаяся форма заполняется последовательно порошком двух разных сплавов, а во втором - предварительно изготавливают заготовки внешнего (внутреннего) кольца и укладывается в пресс-форму, после чего оставшийся объем засыпается гранулами второго сплава.

Недостатком способа, описанного в патенте US №4900635, является проникновение мелких гранул второго сплава в сформированную ободную часть, что в результате приводит к снижению ее жаропрочности.

Недостатком способа, описанного в патенте US №7137787, является проблема обеспечения чистоты соединяемой поверхности предварительно полученного компакта.

Известен способ получения диска газовых турбин с функционально-градиентными свойствами методом порошковой металлургии.

Способ заключается в том, что гранулы двух разных сплавов засыпают в разные зоны заготовки, разделенные цилиндрической вставкой, которую удаляют после заполнения капсулы (Патент US №7537725 B2 - прототип).

Недостатком этого способа является то, что при применении виброуплотнения для достижения высокого уровня плотности засыпки расширяется зона перемешивания гранул, а также нарушается цилиндричность и концентричность разделяющей цилиндрической вставки по отношению к капсуле, что приводит к неуравновешенности масс и требует дополнительной балансировки комбинированного изделия.

С целью устранения этих недостатков предлагается способ получения из гранул двух сплавов или гранул двух фракций 5 и 6 (Рис.1) комбинированного изделия типа диска, включающий использование цилиндрического разделителя с дном и фиксирующей вставки.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что для сохранения цилиндричности применяют разделительную вставку 1 в форме тонкостенной цилиндрической обечайки с толстостенным дном с отверстиями для засыпки 2, а для предотвращения перемешивания гранул при виброуплотнении засыпаемой капсулы 3 и потери концентричности - фиксирующее кольцо 4.

Технический результат - более четкая граница раздела с отсутствием эллипсности, без нарушения концентричности и, как следствие, уменьшение ширины области перемешивания гранул и исключение неуравновешенности масс комбинированного изделия.

Это достигается тем, что толщина стенки цилиндрической обечайки не превышает 1 мм, толстостенное дно придает жесткость конструкции, а фиксирующее кольцо выполняет роль замка, предотвращая перемешивание гранул и смещение обечайки.

После удаления обечайки капсула с гранулами подвергается операциям дегазации, герметизации с последующим горячим изостатическим прессованием и термической обработкой.

Предлагаемым способом из гранул жаропрочных никелевых сплавов были изготовлены две заготовки дисков газотурбинного двигателя с функционально-градиентными свойствами. Первая заготовка была изготовлена из гранул сплава ВВ750П и гранул сплава химического состава в соответствии с пат. РФ №2371495 (ВВ752П) (биметаллический диск). А вторая - из гранул сплава ВВ750П, но разных фракций (монометаллический диск). При засыпке капсул для разграничения объемов ободной и ступичной частей заготовок дисков использовали разделитель в форме цилиндрической обечайки с толщиной стенки 1 мм и с толстостенным дном и фиксирующее кольцо, а также виброуплотнение для достижения более высокой плотности засыпки.

По способу-прототипу также были изготовлены две аналогичные заготовки из гранул тех же никелевых сплавов и фракций с применением вальцованной цилиндрической вставки.

Результаты исследований геометрических параметров и расположения границы переходной зоны дисков, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом, представлены в таблице 1.

Таблица 1.
Способ Вариант исполнения Смещение оси границы раздела относительно оси заготовки, мм Эксцентриситет границы Ширина зоны перемешивания гранул, мм
предлагаемый Биметаллический диск 0 0 0,5
Монометаллический диск 0 0 0,4
прототип Биметаллический диск 18 0,21 до 35
Монометаллический диск 21 0,21 до 20

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает цилиндричность формируемой границы, полное совпадение ее оси с осью заготовки и сужение зоны перемешивания гранул в 40-70 раз.

В результате этого, применение предлагаемого способа для изготовления тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей за счет обеспечения концентричности и заданной точности расположения границы раздела дает существенное преимущество в получении функционально-градиентных свойств, а также исключает дополнительную балансировку комбинированных деталей. Все это позволяет повысить эффективность работы различных зон комбинированных дисков и, как следствие, снизить вес и повысить КПД двигателя.

Способ получения диска газотурбинного двигателя, включающий засыпку в разделенную цилиндрической вставкой капсулу диска, состоящую из ободной и ступичной частей, гранул двух разных жаропрочных никелевых сплавов с функционально-градиентными свойствами или гранул разных фракций одного жаропрочного никелевого сплава с функционально-градиентными свойствами, удаление цилиндрической вставки, горячее изостатическое прессование и последующую термообработку, отличающийся тем, что обеспечивают концентричность частей диска путем установки фиксирующего кольца, разделительная вставка имеет форму тонкостенной цилиндрической обечайки с толщиной стенки, не превышающей 1 мм, и с толстостенным дном с отверстиями для засыпки гранул, а перед удалением цилиндрической вставки проводят виброуплотнение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных изделий, содержащих цементированные твердые частицы. Композитное изделие содержит первую область, металлургически связанную со второй областью, имеющей толщину более 100 мкм.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению многослойных формовок с вертикальным расположением разнородных слоев. .
Изобретение относится к производству функциональных композиционных металлокерамических материалов, а именно к способу получения материала на основе карбосилицида титана и титанового пористо-волокнистого компонента, и может быть использовано в авиастроении, машиностроении, а также в химической и энергетической промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подшипникам скольжения, содержащим стальную основу и спеченный бронзовый материал. .
Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.
Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов. .

Изобретение относится к области производства композиционных материалов и касается двухслойного листового материала и способа его изготовления. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из слоистых композитов на основе пеноалюминия. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению поликристаллического абразивного материала. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к созданию легких материалов с низким коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано в качестве конструкционного материала при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к оборудованию для прессования под высоким давлением. Пресс высокого давления содержит сосуд высокого давления, ограждающий камеру высокого давления и содержащий находящуюся под высоким давлением рабочую среду, корпус, вентилятор, соединенный с ним электродвигатель, охлаждающее устройство для охлаждения участка стенки корпуса, насосное устройство и направляющий элемент.

Изобретение относится к оборудованию для прессования под высоким давлением и при высокой температуре. Горячий изостатический пресс состоит из резервуара для создания давления, внутри которого имеется загрузочное пространство.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлической детали, усиленной вставкой из керамических волокон. .

Изобретение относится к оборудованию для газостатической обработки, а именно к двухкамерным газостатам. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из жаропрочных никелевых сплавов. .

Газостат // 2479381
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Газостат // 2479380
Изобретение относится к области порошковой металлургии, непосредственно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к осевым турбинам и компрессорам газотурбинных двигателей, а конкретно к способу изготовления биметаллических блисков с охлаждаемыми лопатками, в том числе высокотемпературных газотурбинных двигателей большого ресурса.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к деталям рабочего колеса, которые используются в изделиях топливной системы жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области формирования заготовок с помощью горячего изостатического прессования. Способ и контейнер (201, 301) обеспечивают регулирование деформаций контейнера (201, 301) во время воздействия высоких температур и давлений в процессе горячего изостатического прессования для получения заготовки (206, 306) заданной формы с по существу параллельными, выпуклыми или вогнутыми сторонами (216). При этом достигается сохранение порошка (305), используемого для заготовки (206, 306), и более эффективное использование контейнера (201, 301) для заготовки (206, 306). 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх