Способ изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток из двухфазного титанового сплава

Авторы патента:

B21K3/04 - лопаток, например турбинных; высадка хвостовика лопаток

Владельцы патента RU 2625385:

Открытое акционерное общество "Концерн "Авента" (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток для энергетических паровых турбин из двухфазного титанового сплава. Осуществляют предварительную штамповку лопатки в два перехода. На первом переходе производят закрутку пера лопатки на угол до 20°. На втором переходе перо лопатки закручивают до угла 45°. Затем производят окончательную штамповку на гидравлическом прессе или молоте штамповочном с закруткой пера лопатки до угла 55°±10°. Далее обрезают облой, осуществляют окончательную закрутку пера лопатки до угла 90°. Затем производят правку. В результате обеспечивается получение повышенных прочностных характеристик и оптимальной структуры штампованных поковок. 1 пр.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных заготовок (штамповок) для особокрупногабаритных лопаток энергетических паровых турбин, суммарной длиной более 1100 мм, изготавливаемых из двухфазных титановых сплавов, например из сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V), а также и из иных труднодеформируемых титановых сплавов высокой прочности.

Штампованные заготовки, изготавливаемые из двухфазных титановых сплавов, имеют следующие конструктивные особенности:

- суммарная длина более 1100 мм;

- большая разница в толщине сечений между хвостом и пером лопатки;

- угол закрутки пера лопатки относительно хвостовика до 90°.

Известен способ изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных рабочих лопаток 5-й ступени цилиндра низкого давления (далее ЦНД) паровой турбины К-1000 из титанового сплава ТС-5 (Портал Металлический http://metallicheckiy-portal.ru/articles/obrabotka/shtampovka/texnol soxr metalla pri stampovke/nagrev zagotovok/kovka shampovka/20). Исходным материалом для производства штамповок являлись прутки (биллеты) диаметром 130 мм длиной 1010 мм. Предварительная деформация состояла из выполнения следующих операций:

1. Высадка мерных заготовок на горизонтально-ковочной машине усилием 2000 тонно-сил (далее ГКМ 2000) с целью получения максимального диаметра 180 мм в зоне, формирующей в дальнейшем хвостовик (замок) лопатки.

2. Ковка заготовок на радиально-ковочной машине до получения минимального диаметра 72 мм, формирующего в дальнейшем профиль штамповки в предбандажных сечениях, а также получения общей длины заготовки 1450 мм.

Каждая операция производилась после нагрева заготовок до температуры не более 1030°С (температура начала ковки, Тнк). Также в требованиях технологического процесса оговаривалась минимальная температура завершения деформации - 850°С (температура конца ковки, Ткк).

3. Окончательная деформация состояла из выполнения операций штамповки на молоте штамповочном, обрезки облоя на обрезном прессе и последующей правки в штампе на молоте штамповочном. Закрутку пера лопатки до угла 90° осуществляют совместно с операциями штамповки по всем переходам. Рабочие лопатки 5-й ступени ЦНД паровой турбины К-1000 из титанового сплава ТС-5 имели сравнительно небольшой ресурс стойкости. Преждевременный выход лопаток из титанового сплава ТС-5 из строя, как правило, обусловлен капельной эрозией входной кромки лопаток и разрушением в зоне бандажа. Важным свойством титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V) является его повышенная эрозионная стойкость и износостойкость. Так, эрозионная стойкость упрочненных лопаток из титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V) повышается в 1,5 раза, а износостойкость повышается в 1,5-4,3 раза по сравнению с лопатками из титанового сплава ТС-5 (Лисянский А.С. Разработка мощных паровых турбин для быстроходной энерготехнологии АЭС. Автореферат диссертации доктора технических наук 05.04.12. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, СПб, 2014 г. URL: http://d1.unilib/neva/ru/d1/2/4398.pdf).

Этот способ является наиболее близким техническим решением к заявляемому способу и принят в качестве ближайшего аналога - прототипа.

Задача изобретения - предложение способа изготовления особокрупногабаритных турбинных лопаток из двухфазного титанового сплава, например ВТ-6 (Ti-6Al-4V) и других более прочных и более труднодеформируемых титановых сплавов с целью получения повышенных прочностных характеристик и оптимальной структуры штампованных заготовок.

Это достигается тем, что в способе изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток из двухфазного титанового сплава, включающем два перехода и окончательную штамповку на гидравлическом прессе или молоте штамповочном, обрезку облоя, окончательную закрутку пера лопатки в штампе и правку, в отличие от ближайшего аналога на первом переходе предварительной штамповки осуществляют закрутку пера лопатки на угол до 20°, на втором переходе предварительной штамповки перо лопатки закручивают до угла 45°, окончательную штамповку осуществляют с закруткой пера лопатки до угла 55°±10°, а окончательную закрутку пера лопатки производят до угла 90° перед правкой.

Для повышения ресурса стойкости рабочих лопаток 5-й ступени ЦНД паровой турбины К-1000 предложено изготавливать их, например, из титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V), который имеет более высокую стойкость к эрозионному износу, чем титановый сплав ТС-5. Титановый сплав ВТ-6 (Ti-6Al-4V) имеет большую твердость по сравнению со сплавом ТС-5 и, как следствие, меньшую пластичность. В связи с этим стал актуальным вопрос стойкости штамповой оснастки. При штамповке лопаток из титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V) по технологии ближайшего аналога-прототипа возникали огромные сдвигающие напряжения в штампах, что в значительной степени снижало стойкость и приводило к их разрушению. Поэтому было предложено разделить операции окончательной штамповки с операцией закрутки пера лопатки и уменьшить углы закрутки пера лопатки на предварительных операциях, что в большой степени снизило значения сдвигающих напряжений в штампах. Исследования специалистов ОАО «Концерн «Авента» показали, что оптимально осуществлять закрутку пера лопатки на первом и втором переходах предварительной штамповки соответственно до угла 20° и до угла 45°, а окончательную штамповку оптимально осуществлять с закруткой пера лопатки до угла 55°±10°. Перед правкой осуществляют окончательную закрутку пера лопатки до угла 90°, что позволяет до минимума снизить сдвигающие напряжения в штампе, так как штампованная заготовка не подвергается деформации, а площадь штамповки сформированного пера лопатки остается неизменной. Сдвигающие напряжения находятся в прямой зависимости от площади и степени деформации штамповки, угла закрутки пера лопатки и усилия деформирования, необходимого для проведения данной штамповочной операции. Изготовление особокрупногабаритных штампованных заготовок лопаток из титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V), имеющих большую площадь штамповки по сравнению со штамповками рабочих лопаток 5-й ступени паровой турбины К-1000 потребует обязательного уменьшения углов закрутки пера лопатки по переходам штамповки и использования отдельного штампа для окончательной закрутки пера лопатки.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере изготовления особокрупногабаритной рабочей лопатки 5-й ступени паровой турбины К-1000 по предлагаемой технологии:

Исходная заготовка из титанового сплава ВТ-6 (Ti-6Al-4V) диаметром 170 мм и длиной 870 мм нагревалась до температуры начала деформации (Тнк), которая устанавливалась для каждой отдельно взятой плавки металла после определения его полиморфного превращения (Тпп).

Далее следуют следующие операции:

1. Заготовительная штамповка;

2. Предварительная штамповка без закрутки или с незначительной закруткой пера лопатки осуществлялась на угол до 20°;

3. Предварительная штамповка с углом закрутки между хвостом и пером до 45°;

4. Окончательная штамповка с углом закрутки между хвостом и пером до 55°±10°;

5. Обрезка облоя;

6. Закрутка в штампе пера лопатки до угла 90°;

7. Правка в окончательном штампе.

При увеличении площади пера лопатки, т.е. увеличении длины и (или) ширины пера лопатки угол закрутки по переходам штамповки уменьшается.

Способ изготовления штампованных заготовок особокрупногабаритных лопаток из двухфазного титанового сплава, включающий два перехода предварительной штамповки и окончательную штамповку на гидравлическом прессе или молоте штамповочном, обрезку облоя, окончательную закрутку пера лопатки в штампе и правку, отличающийся тем, что на первом переходе предварительной штамповки осуществляют закрутку пера лопатки на угол до 20°, на втором переходе предварительной штамповки перо лопатки закручивают до угла 45°, окончательную штамповку осуществляют с закруткой пера лопатки до угла 55°±10°, а окончательную закрутку пера лопатки производят до угла 90° перед правкой.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава.

Способ изготовления детали ковкой // 2598412

Изобретение относится к изготовлению детали ковкой. Способ включает измерение геометрических характеристик кованой детали, сравнение измеренной геометрии с заданной геометрией и выявление дефектных зон, не соответствующих заданной геометрии.

Способ изготовления металлической части, такой как усиление лопатки турбинного двигателя // 2596562

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлического элемента для усиления лопатки турбинного двигателя. На этапе (210) изготавливают трехмерную металлическую структуру (310), которая образует заготовку указанного металлического элемента (30).

Способ изготовления металлического элемента жесткости лопатки турбомашины // 2568229

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлического элемента жесткости композитной или металлической лопатки турбомашины.

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки // 2555274

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. С использованием диффузионной сварки и сверхпластической формовки собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет.

Способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя // 2551333

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении лопаток из алюминиевых сплавов для монодисков компрессоров газотурбинных двигателей.

Способ изготовления кованой детали с адаптивной шлифовкой // 2550449

Изобретение относится к изготовлению деталей типа лопатки турбомашины. Прецизионной ковкой получают заготовочную деталь.

Способ изготовления штамповок лопаток из двухфазного титанового сплава // 2525961

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесприпусковых лопаток из двухфазных титановых сплавов. Исходную заготовку в виде прутка подвергают фасонированию.

Способ изготовления лопатки газотурбинного двигателя // 2524452

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинного двигателя. Получают заготовку лопатки с хвостовиком и пером, выполненным в форме корыта и имеющим спинку.

Способ изготовления лопатки газотурбинного двигателя // 2524023

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей. Из пластины поперечной холодной вальцовкой в два прохода изготавливают симметричную относительно продольной плоскости спрямленную заготовку лопатки.

Способ изготовления металлического элемента усиления лопатки турбомашины // 2631218

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано при изготовлении металлических элементов усиления, предназначенных для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины. Двум листам придают форму, приближенную к окончательной форме элемента усиления. Листы располагают по обе стороны от стержня, который воспроизводит внутреннюю форму спинки и корытца элемента усиления. Стержень имеет по меньшей мере одну выемку для формирования полости, предназначенной для получения на элементе усиления вставки для позиционирования элемента усиления. Листы герметично соединяют в вакууме вокруг стержня. Путем горячего изостатического прессования формуют листы на стержне. Затем листы разрезают и отделяют элемент усиления и стержень. В результате обеспечивается упрощение и повышение точности позиционирования элемента усиления на передней или задней кромке лопатки. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением // 2631231

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой. При штамповке заготовки лопатки хвостовик выполняют в виде выступа с замкнутым вокруг пера лопатки контуром, отстоящим от контура поперечного сечения пера лопатки на 1-5 мм. После механической обработки хвостовика к нему посредством сварки присоединяют сформированные механической обработкой накладки, которые имеют сопрягаемые с выступом поверхности. Размер и форму накладок выбирают с обеспечением необходимого напуска для захвата и удержания лопатки в сварочной машине при линейной сварке трением. Накладки можно присоединять к выступу посредством диффузионной сварки. Изобретение позволяет сократить трудоемкость и материалоемкость изготовления заготовок лопаток, присоединяемых к диску линейной сваркой трением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.