Совершенствование технологии диффузионной сварки узлов ГТД из разнородных материалов

• Автор: Усольцев, Андрей Львович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса по неразъемным соединениям узлов из разнородных материалов применительно к турбоагрегатам и двигателям.

1.1. Конструктивно-технологические особенности узлов ГТД из разнородных материалов

1.2. Состояние и перспективы применения диффузионной сварки в производстве узлов авиационных ГТД и турбоагрегатов
1.3. Теоретические аспекты в технологии получения соединений из разнородных материалов методом диффузионной сварки

1.4. Выводы по главе. Цель и задачи исследования

Глава 2. Теоретические и экспериментальные исследования процессов диффузионной сварки через специальные прослойки
2.1. Постановка математической модели процессов диффузионного массопереноса в многослойных конструкциях из разнородных материалов
2.2. Методика решения краевой задачи диффузии для трехслойной системы барьерных прослоек с нулевым начальным условием
2.3. Методика решения методом функций Грина краевой задачи диффузии для многослойной системы барьерных прослоек с произвольным начальным условием
2.4. Оборудование и методики экспериментальных исследований диффузионных процессов при контактном взаимодействии разнородных материалов через специальные прослойки
2.5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований Выводы по главе
Глава 3. Комплексные исследования физико-механических свойств диффузионных соединений разнородных материалов

3.1. Влияние рабочих температур на механические свойства
соединений из разнородных материалов
3.2. Термостойкость диффузионных соединений разнородных материалов со специальными прослойками
3.3. Работоспособность диффузионных соединений в условиях воздействия циклических нагрузок
Выводы по главе
Глава 4. Разработка и внедрение технологии диффузионной сварки
узлов авиационных ГТД
4.1. Технология диффузионной сварки роторов турбин малоразмерных ГТД
4.2. Технология диффузионной сварки модулей уплотнения валов авиационных ГТД
4.3. Использование результатов работы в других отраслях машиностроения
4.4. Экономическая эффективность от внедрения результатов
работы
Выводы по главе
Общие выводы по работе
Список использованных источников
Приложения

Введение
В различных машиностроительных отраслях промышленности нашей страны: аэрокосмической, авиационной, автомобильной, судостроении, нефтяного и газового оборудования и других широкое распространение нашли газотурбинные двигатели (ГТД), установки и турбоагрегаты.
Повышение эксплуатационных характеристик и экономической эффективности ГТД и турбоагрегатов является одной из важных народнохозяйственных проблем в современном двигателестроении. В настоящее время отчетливо наблюдается тенденция в росте температуры сгорания топлива, в повышении мощности и коэффициента полезного действия, ресурса и экологичности двигателей. Так, например, снижение на 20-30 градусов температуры нагрева материала турбинных лопаток в процессе эксплуатации путем совершенствования систем их охлаждения приводит к росту ресурса в 3-4 раза.
Для решения этих проблем в двигателестроении широко разрабатываются и применяются новые материалы со специальными свойствами: жаропрочностью, жаростойкостью, термостойкостью, высокими усталостными и другими характеристиками. К таким материалам относятся новые жаропрочные никелевые, кобальтовые, титановые и алюминиевые сплавы, сплавы, полученные методами направленной кристаллизации, высокопрочные жаростойкие стали, композиционные материалы, керамики и т.п.
Они имеют достаточно сложный состав и структуру, обеспечивающие их специальные свойства. Для наиболее целенаправленного использования этих свойств в условиях эксплуатации элементы конструкций ГТД и турбоагрегатов целесообразно изготавливать составными из однородных и разнородных сочетаний материалов. При этом в наиболее полной мере реализуются достоинства каждого из используемых материалов, что

от концентрации. Поскольку нас интересуют предельные возможности по ресурсу барьерных прослоек и, кроме того, скорость диффузии определяется формулой Арениуса D = D0 exp (-E/RT), можно в расчетах использовать постоянные значения коэффициентов диффузии, равные их значениям при максимальных температурах сварки и эксплуатации. В связи с тем, что площадь свариваемых поверхностей существенно больше глубины проникновения диффундирующих элементов, можно рассмотреть уравнения диффузии в одномерной постановке. Хотя известно, что пластическое деформирование существенно влияет на процессы диффузии, тем не менее, при деформировании тонких прослоек при сварке их пластическая деформация незначительна и часто не учитывается в практических расчетах 1***1. Кроме того, так как коэффициенты диффузии основных материалов выбираются с учетом коэффициентов безопасности, можно считать, что коэффициенты диффузии системы не зависят от условий ее деформирования в процессе сварки.
Таким образом, (1) можно записать в виде:
^ = <2-2> где ci, С2 , С} , с4 соответственно концентрации титана, ванадия, меди и железа, D;2 - коэффициент диффузии титана в ванадий, D23 - коэффициент диффузии ванадия в медь, Du - коэффициент диффузии ванадия в сталь, D32 - коэффициент диффузии меди в ванадий, D43 — коэффициент диффузии железа в медь.
Для решения поставленной задачи достаточно рассмотреть трехслойные системы титан - ванадий - медь и ванадий — медь - сталь, при этом уравнение (2.2) необходимо дополнить начальными и граничными условиями.
Анализ диффузии атомов ванадия в медь и сталь при сварке и эксплуатации изделия можно представить следующей схемой (рис.2.4):