Разработка ремонтно-восстановительной технологии лопаток турбины ГТД из сплава ЦНК-7П

• Автор: Быбин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05, 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 249 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Анализ условий работы и повреждаемости лопаток турбины авиационных двигателей и промышленных газовых турбин

1.1.1 Термоусталостное разрушение деталей ГТД и ГТУ

1.1.2 Повреждение деталей ГТД и ГТУ в условиях высокотемпературного окисления и коррозии
1.2 Анализ возможностей проведения эквивалентных ускоренных испытаний с целью создания искусственной наработки поверх
ности
1.3 Состояние вопроса по восстановлению и повышению эксплуатационных свойств лопаток газовых турбин.

1.3.1 Способы удаления дефектных покрытий с ремонтных лопаток

турбины ГТД и ГТУ

1.3.2 Анализ способов повышения служебных характеристик поверхности лопаток газовых турбин
Выводы по литературному обзору. Пути решения поставленных задач .
Глава 2 Изучаемые материалы и методы исследования.
2.1 Химический состав и свойства сплава ЦНК7П
2.2 Технология нанесения защитных покрытий А и ВСДП на поверхность сплава ЦНК7П.
2.3 Оборудование для ионноимплантационного модифицирования поверхности сплава ЦНК7П.
2.4 Методики определения жаростойкости и проведения ускоренных высокотемпературных коррозионных испытаний
2.5 Методики определения микротвердости, длительной прочности,
сопротивления усталости и термоусталости.
2.6 Методы анализа физикохимического и структурнофазового состава поверхностного слоя исследуемых материалов
4 2.7 Методика исследования процессов удаления покрытия с поверхности образцов химическим методом. Обработка результатов
Глава 3 Изучение закономерностей процесса высокотемпературной коррозии сплава ЦНК7П с алюмосилицидным покрытием А1.
3.1 Исследование влияния природы и концентрации компонентов синтетической золы и температуры испытаний на процесс ВТК.
Выбор режима ускоренных высокотемпературных коррозионных
испытаний
3.2 Изучение особенностей высокотемпературного окисления и газовой коррозии поверхности сплава ЦНК7П
3.3 Изучение особенностей высокотемпературного окисления и газовой коррозии сплава ЦНК7П с алюмосилицидным покрытием 9 д Выводы к Главе 3
Глава 4 Изучение механизма удаления дефектного алюмосилицидного
покрытия со сплава ЦНК7П химическим методом.
4.1 Закономерности удаления А1 покрытия, имеющего дефект несоответствие толщины, с поверхности сплава ЦНК7П
4.2 Закономерности удаления А1 покрытия, имеющего высокотемпературное коррозионное повреждение
Выводы к Главе 4.
Глава 5 Исследование влияния вакуумноплазменного и ионноплазменного модифицирования поверхности сплава ЦНК7П на его эксплуатационные характеристики.
5.1 Исследование влияния диффузионного вакуумного ионно плазменного покрытия ВСДП на эксплуатационные свойства
сплава ЦНК7П
5.2 Изучение влияния ионной имплантации иттербия на долговечность и выносливость сплава ЦНК7П
ф Выводы к Главе 5.
Глава 6 Изучение влияние комбинированной обработки поверхности ионноплазменными методами на свойства сплава ЦНК7П. Разработка ремонтной технологии лопаток турбины изделия АЛСТ.
6.1 Исследование влияния ионного модифицирования поверхности сплава иттербием на состав и структуру диффузионного вакуум
ного ионноплазменного покрытия ВСДП.
6.2 Исследование влияния комбинированной обработки ионное модифицирование вакуумноплазменное покрытие ВСДП на эксплуатационные характеристики сплава ЦНК7П
6.3 Разработка ремонтновосстановительной технологии лопаток
турбины из сплава ЦНК7П газотурбинного привода АЛСТ.
Выводы к Г лаве 6
Основные выводы и результаты работы
Заключение.
Список литературы


Принимая во внимание соотношение парциальных давлений основных окислителей, например серы и кислорода, в газовой среде, следует отметить, что термодинамически стабильны судя по диаграмме состояния МО8 именно оксиды. Продолжительность инкубационного периода зависит от многих факторов природы материала, агрессивности среды температуры, структуры и состава коррозионных продуктов и пр. В виду того, что в первой стадии процесс ВТК связан с первоначальным окислением поверхности материалов, целесообразно рассмотреть особенности окисления никелевых сплавов при высоких температурах на воздухе и оценить влияние на этот процесс основных легирующих элементов. Окисление никелевых сплавов при температурах 0. С изучали многие исследователи 1, , , , которые показали, что наибольший интерес при высокотемпературном окислении ВТО представляют сплавы системы СгА1, являющиеся основой многих жаропрочных сплавов и защитных жаростойких покрытий. III группа сплавы с высоким содержанием хрома более и алюминия более 3 , на поверхности которых образуется оксидная АЬОз с внутренними частицами СГ2О3. Несмотря на предложенное разделение сплавов по группам, в начальный период окисления, длительность которого по данным работы 8 составляет около 1 ч, они имеют одинаковый механизм коррозии. Авторами работы сообщается, что в данный период на поверхности образуется начальная пленка, содержащая оксиды почти каждого реагирующего компонента пропорционально составу матрицы сплава. Зародыши быстрорастущих оксидов i и СоО перерастают зародыши защитных окислов Сгз, А0з и других окислов, растущих медленнее. Постепенно зародыши хмедленно растущих окислов начинают распространяться в поперечном направлении, контактировать между собой с образованием защитной оксидной пленки. Увеличение продолжительности испытаний приводит к изменению состава окалины в зависимости от группы сплава. Рассмотрим эти особенности. Для сплавов I группы в окалине в начальный период окисления основным оксидом является закись никеля. Образуется небольшое количество шпинели и окислов I и Сгз, относительные объемы которых зависят от концентрации алюминия и хрома в сплаве. С увеличением продолжительности окисления определяющее влияние на состав формирующихся оксидов оказывают диффузионные процессы. Поскольку в узлах решетки i имеется некоторое количество трехвалентных ионов хрома и алюминия, то это приводит к увеличению концентрации катионных вакансий, что обусловливает более высокую скорость окисления сплавов этой группы, по сравнению со скоростью окисления чистого никеля. Оксиды хрома и алюминия располагаются в металлической матрице, с которой образуют подокалину. Оксиды алюминия располагаются ниже оксидов хрома, так как для окисления алюминия требуется более низкая активность кислорода, чем для хрома. После длительного окисления сплавов I группы структура окалины такова на поверхности слой оксида никеля, на границе с подокалиной, кроме i, имеются включения шпинели i,4 и затем располагается подокалина, состоящая почти из чистого никеля, в котором имеются включения А0з и Сгз. В начальный момент окисления на поверхности образцов из сплавов II группы возникает очень тонкая пленка, состоящая из оксида никеля и шпинели. При этом граница металла с оксидом обогащается хромом. Затем происходит окисление хрома, в результате чего под первоначальной окалиной формируется сплошная пленка из оксидов хрома. Ниже этой пленки в матрице происходит избирательное окисление алюминия, оксиды которого вместе с матрицей образуют подокалину. На сплавах III группы при высоких температурах примерно через час после начала окисления образуется внешняя окалина состоящая из А0з. Однако следует заметить, что время образования сплошной оксидной пленки зависит от температуры испытания. Так , при 0 С после первых мин окисления сформировавшаяся окалина состоит из двух основных слоев внешний оксид никеля, внутренний шпинель i,4 и А. Между этими слоями располагаются оксиды хрома Сгз. С увеличением продолжительности окисления происходит не только утолщение оксидной пленки, но и изменение ее фазового состава. Через ч окисления пленка состоит в основном из А0з.