Особенности структурных и фазовых превращений в титановых лопатках паровых турбин в процессе каплеударного воздействия

• Автор: Ланина, Александра Александровна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Содержание

Введение

Г ЛАВА 1. Закономерности развития каплеударной эрозии лопаток паровых турбин

1.1 Теории эрозионной прочности

1.1.1. Отличие кавитации от каплеударного нагружения

1.1.2. Волновая теория

1.2. Оценка эрозионной стойкости

1.2.1. Влияние свойств жидкости

1.2.2. Влияние скорости потока

1.2.3. Влияние размера капель
1.2.4. Влияние геометрии поверхности
1.2.5. Влияние колебания и вибрации
1.2.6. Влияние угла падения частиц
1.2.7. Влияние микро- и макроскопических дефектов в материалах
1.2.8. Кинетика эрозионного изнашивания
1.2.9. Влияние свойств металлов
1.3. Каплеударная эрозия лопаток
1.3.1. Закономерности взаимодействия потока пара с лопатками паровых турбин
1.3.2. Пути повышения эрозионной стойкости лопаток паровых турбин
1.3.3. Металлургический путь повышения эрозионной стойкости сплавов
1.3.4. Применение физических методов исследования
1.3.4.1. Кинетика накопления эрозионной повреждаемости
1.3.4.2. Инкубационный период как одна из основных ха-

рактеристик каплеударной эрозии
1.4. Особенности структурно-фазовых превращений при каплеударном воздействии
1.4.1. Структурно-фазовые изменения в материалах с гексагональной плотноупакованной решеткой
1.4.2. Структурно-фазовые превращения в титановых сплавах
1.5. Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. Материалы и методика исследования
2.1. Обоснование выбора материала для исследования
2.2. Качественная и количественная оптическая металлография 84
2.2.1. Качественная металлография
2.2.2. Количественная металлография
2.3. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия
2.4. Рентгеноструктурный анализ
2.5. Микрорентгеноспектральный анализ
2.6. Метод оценки динамической прочности образцов из материалов лопаток паровых турбин
2.7. Разработка испытательной центробежной установки (ИЦУ)
ГЛАВА 3. Исследования структурно-фазовых превращений и перераспределение легирующих элементов в сплавах ВТ6 и ТС5 после различных термомеханических обработок
3.1. Научно-обоснованный выбор температуры окончательной штамповки заготовок титановых лопаток паровых турбин
3.2. Оценка количества высокотемпературной р — фазы в материале прутка турбинной лопатки из сплавов ВТ6 и ТС5 в зависимости от различных температур закалки
3.3. Преимущества бимодальной структуры по сравнению глобулярной и пластинчатой структурой
3.4. Анализ полученных результатов механических испытаний

штампованных лопаток паровых турбин из титанового сплава

3.5. Структурно-фазовые превращения в металле штампованной заготовки рабочей лопатки турбины из сплава ВТ6
3.5.1. Электронномикроскопические исследования структуры металла лопаток
3.5.2. Исследования структуры металла лопаток с помощью оптической микроскопии
3.5.3. Исследование распределения легирующих элементов с помощью микрорентгеноспектрального анализа в материалах из титанового сплава ВТ6 после штамповки
3.5.4. Исследование микротвёрдости фазовых составляющих в материалах лопаток паровых турбин после различных температур окончательной штамповки
3.5.5. Схема формирования структуры и распределения легирующих элементов в сплаве ВТ6
ГЛАВА 4. Исследование структурно-фазовых превращения в материале титановых сплавов в процессе высокоскоростного ударного нагружения
4.1. Проведение ударных испытаний образцов-свидетелей из лопаточных материалов, с помощью легкогазовой пушки, имитирующей каплеударное воздействие частиц пара
4.2. Морфология разрушения металла заготовок при ударном нагружении
4.3. Структура металла заготовки после ударного нагружения
4.4. Оценка микротвердости металла заготовки после ударного нагружения
4.5. Остаточные напряжения в металле заготовки после ударного нагружения
4.6. Рентгеноструктурные исследования металла заготовки после

<5 а, МПа
Рисунок 1.13. Зависимость временного сопротивления од (кривая 1) и потери массы (кривая 2) от пористости при струеударном разрушении.
С увеличением пористости прочность латуни уменьшается. Анализ структуры ооласти, примыкающей к поверхности разрушения, приводит к заключению, что снижение прочности обусловлено ослаблением сечения образца порами, а также наличием неплотных контактов между отдельными микроучастками металла.
С увеличением пористости снижается и эрозионная стойкость латуни. При этом поры и неплотности действуют как концентраторы напряжений. Разрушение развивается главным образом в местах большого скопления пор. Металл этих микроучастков быстро разрушается вследствие отрыва больших частиц. Отдельные частицы металла выламываются под воздействием микроударов воды.
Как известно, жидкость обладает способностью попадать и удерживаться в порах и микротрещинах, а также глубоко проникать через различные капилляры в поверхностный слой металла. В результате микроударного воздействия отдельные макро- и микроучастки могут оказаться пронизанными жидкостью. Создаваемое ударами жидкости давление на поверхности образца передаётся по капиллярам, заполненным жидкостью, в глубь металла. В результате в отдельных макро - и микроучастках возникают большие напряжения. Таким образом, разрушающая способность гидравлического удара при наличии в металле микропор значительно возрастает. Это является одной из причин быстрого раз-рушения пористых металлов при микроударном воздействии.