Совершенствование технологии изготовления деталей ГТД из титановых сплавов с помощью термопластического упрочнения

• Автор: Старчевой, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Современные представления о проблеме обеспечения сопротивления усталости при изготовлении лопаток ГТД из титановых сплавов

1.1 Конструкция и технические условия на изготовление лопаток компрессора ГТД

1.2 Основные положения технологии изготовления рабочих лопаток компрессора ГТД из титановых сплавов
1.3 Применение методов поверхностного упрочнения для повышения сопротивления усталости лопаток ГТД из титановых сплавов

1.3.1 Гидробробеструйная обработка

1.3.2 Вибрационная обработка

1.3.3 Упрочнение гидрогалтовкой

1.4 Влияние качества поверхности на сопротивление усталости деталей ГТД

1.4.1. Шероховатость поверхности

1.4.2. Остаточные напряжения
1.4.3 Деформационное упрочнение
1.5 Метод термопластического упрочнения
1.6 Выводы и задачи исследований
2 Разработка математической модели процесса формирования
теплонапряженного состояния при термопластическом упрочнении тонкостенных деталей ГТД
2.1 Расчет температурных полей, температурных и остаточных напряжений
2.1.1 Разработка математической модели процесса создания температурных полей при термопластическом упрочнении
2.1.2 Расчет температурных и остаточных напряжений
2.2 Влияние присоединенной массы на теплонапряженное

состояние тонкостенной детали из титанового сплава при ТПУ
2.2.1 Определение теплофизических характеристик дисперсного материала
2.2.2 Расчетное определение термического сопротивления в системе «деталь-накладка»
2.2.3 Разработка системы уравнений для определения температурных полей в системе «деталь-накладка» с учетом термического сопротивления в стыке
2.2.4 Расчет температурных и остаточных напряжений при термопластическом упрочнении детали с накладками
2.3 Выводы
3 Исследование влияния процесса ТПУ на напряженное состояние и сопротивление усталости деталей из титановых сплавов
3.1 Обрабатываемый материал
3.2 Выбор режимов и условий термопластического упрочнения титанового сплава ВТ9
3.2.1 Выбор температуры нагрева
3.2.2 Определение давления охлаждающей жидкости и
диаметра спрейера
3.3 Методика исследования остаточных напряжений и применяемая аппаратура
3.4 Исследование закономерности формирования остаточных напряжений в зависимости от режимов и условий процесса упрочнения
3.5 Исследование изменения пространственного положения пера лопатки компрессора в результате ее термопластического упрочнения
3.6 Влияние термопластического упрочнения на сопротивление усталости сплава ВТ9
3.7 Выводы
4 Влияние процесса «нагрев-охлаждение» на структурные изменения
в поверхностном слое двухфазных титановых сплавов
4.1 Металлографические исследования микроструктуры поверхностного слоя термоупрочненных образцов из сплава ВТ9
4.2 Исследование процесса газонасыщения при термопластическом упрочнении образцов из сплава ВТ9
4.3 Исследование влияния изменения количества ß - фазы на остаточные напряжения
4.4 Выводы
5 Экономическая эффективность от внедрения процесса
термопластического упрочнения деталей ГТД из титановых сплавов
Общие выводы по работе
Список литературы
Приложение

2. В настоящее время для увеличения эксплуатационных характеристик высоконагруженных деталей ГТД нашли применение технологические методы упрочняющей обработки, основанные на поверхностном пластическом деформировании. Это позволило создать в поверхностном слое окончательно изготовленных деталей благоприятные сжимающие остаточные напряжения при достаточно высокой степени деформационного упрочнения (5-7%). Для методов ППД последнее является необходимым условием создания соответствующего распределения остаточных напряжений.
3. Основными характеристиками качества поверхностного слоя, полученного в результате действия методов ППД, являются шероховатость, остаточные напряжения, деформационное упрочнение и структура материала.
Положительное влияние сжимающих напряжений на эксплуатационные характеристики деталей отмечают все авторы. При этом одни считают, что в связи с релаксацией этот эффект практически исчезает при воздействии высоких температур, а другие, - что он сохраняется при высоких температурах в течение длительного времени.
Влияние деформационного упрочнения носит двойственный характер. Подавляющее большинство авторов сходятся во мнении, что при работе в условиях нормальных температур оно обычно повышает сопротивление усталости. Упрочнение же деталей, испытывающих при эксплуатации действие высоких температур и циклических нагрузок, по сведению ряда авторов приводит к снижению их предела выносливости.
Поскольку лопатки газотурбинного двигателя, имея сложную форму и малую толщину сечения, работают при переменных напряжениях в условиях повышенных температур, поверхностный слой таких деталей должен иметь высокие характеристики качества. Это предполагает наличие в поверхностном слое детали остаточных напряжений сжатия при минимальной степени деформационного упрочнения. При этом структура поверхностного слоя должна быть такова, чтобы обеспечить максимальные прочностные характеристики при достаточно высокой пластичности.