Обеспечение эксплуатационных характеристик лопаток ГТД на основе совершенствования технологии термической обработки за счет горячего изостатического прессования

• Автор: Новикова, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРА ТУРНЫХ И ПРОИЗВОСТВЕННЫХ

1.1 Особенности эксплуатации лопаток ГТД и анализ

эксплуатационных повреждений

1.2 Общая характеристика структуры и фазового

состава и свойств жаропрочных сплавов на ЫГ основе

1.3 Термическая обработка никелевых сплавов.

1.4 Анализ методов исследования и оценки структурного и фазового состояния жаропрочных никелевых сплавов.

1.5 Изменение физико механических и эксплуатационных

свойств в процессе наработки

1.6 Выводы поглаве 1
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Химический состав и свойства исследуемых сплавов
2.2 Методы и средства испытаний в условиях
циклических температурно силовых воздействий.
2.3 Методика испытаний на длительную прочность
2.4 Методика испытаний на усталостную прочность лопаток газотурбинных двигателей
2.5 Методы исследования структуры и фазового состава
2.5. Металлографический анализ.
2.5.2 Метод использования термо э.д.с.
2.5.3 Метод резистометрии.
2.5.4 Методика определения электропроводности вихретоковым методом
2.6 Определение упругих и релаксационных свойств
2.7 Методика определения пористости неразрушающим методом.
2.8 Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВА
ЖС6УВИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Анализ структурных и фазовых превращений
3.2 Изменение физико механических свойств сплава
в процессе эксплуатации
3.3 Влияние термической усталости на структуру и свойства сплава.
3.4 Влияние малоцикловой усталости на структуру и свойства сплава
3.5 Особенности высокотемпературного усталостного разрушения
3.6 Теорегическия и экспериментальная оценка тепловой структурной стабильности
3.7 Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4 ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.
4.1 Теоретические основы и физическая сущность
баротермической обработки.
4.2Методика расчета технологических режимов БТО и
термовакуумной обработки ВТО
4.3Влияние баротермической обработки на формирование
структуры и фазового состава
4.4Исследование влияния БТО наплотность материала лопаток.
4.4.1 Оценка пористости лопаток металлографическим методом
4.4.2 Результаты замера пористости неразрушающим методом
4.5 Влияние комплексной восстановительной термообработки
на структурно фазовое состояние материала
4.5.1 Анализ микроструктуры металлографическим методом
4.5.2 Рентгеноструктурный анализ упрочняющей фазы и твердого
раствора материала лопаток
4.6 Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ
ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ.
5.1 Отработка режимов баротермической обработки для лопаток турбины.
5.2 Влияние БТО и восстановительной обработки на эксплуатационные характеристики лопаток
5.3 Выводе по главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


В результате анализа перечисленных требований, а также нормативнотехнической документации в соответствии с рекомендациями ГОСТ 4. ТУ на лопатки ГТД указаны следующие показатели качества: химический состав сплава; класс точности; временное сопротивление ав, МГ1а; относительного удлинения 5,%; жаропрочность (кратковременная прочность) а„ МПа; длительная прочность т0’ час; припуску на механическую обработку;' допуски размеров; допуски массы отливки; шероховатость поверхности по ГОСТ -. Кроме перечисленных показателей качества к лопаткам предъявляются требования бездефектности (по литейным дефектам). В нормативно- технической документации максимально допустимый размер поверхностных дефектов на различных участках лопатки РТ (свечение) составляет от 0,5 до 0. СА размер дефектов не должен превышать 0,5. Специфика эксплуатации авиационных ГТД обуславливает появление значительных статических и циклических напряжений в сочетании с процессами высокотемпературной ползучести и малоцикловой усталости [9-1. При этом, появлению первых микротрещин предшествуют процессы накопления скрытой повреждаемости - первый период термоусталостного разрушения. В работах [ -] показано, что механизм накопления скрытой повреждаемости определяется сочетанием двух конкурирующих процессов упрочнения и разупрочнения. Закономерности, характер протекания и взаимосвязь этих процессов обусловлены изменением структуры и фазового состава вследствие температурно- силового воздействия. Именно поэтому современные критерии по оценке термостойкости сплавов содержат различного рода коэффициенты, зависящие от структурных параметров. Очевидно, что для комплексной оценки структурных и фазовых превращений необходимо использовать показатели тепловой структурной стабильности. Данные металлографических исследований показывают, что в результате взаимодействия газового потока с материалом лопатки происходит существенное изменение фазового состава и структуры сплава в поверхностном и подповерхностном слое вследсвие обеднения этих слоев легирующими элементами Тц Л1, Сг, V, У, [, ,]. Изменение химического и фазового состава, и структуры поверхностного слоя лопаток в свою очередь приводят к резкому снижению рабоспособности лопаток. Кроме перечисленных факторов в лопатках турбины испытывают вибрационные воздействия, т. Таким образом рабочие лопатки турбин ГТД наряду с жаропрочностью должны обладать достаточной выносливостью, термоусталостыо, жесткостью, и показателями статической прочности. Направляющие (сопловые) лопатки являются наиболее нагретыми по сравнению с рабочими. Так как площадь сечения направляющих лопаток больше чем рабочих, поэтому тепловая деформация будет также больше. Что приводит к более высокому уровню термических напряжений особенно при переменных режимах эксплуатации двигателя. Классификция повреждений лопаткок ГТД приводится в работах [1-4, 9, ]. Учитывая кинетический характер развития повреждаемости все виды повреждений можно разделить на две основные группы. Первая группа - это повреждения связанные с деструкцией исходной структуры и фазового состава. К этой группе можно отнести образующиеся в процессе эксплуатации дефекты кристаллического строения, микропористость и ликвационную неоднородность. Вторая фуппа - это механические повреждения связанные в нарушением сплошности материала в локальных объемах (микро и макротрещины), на поверхности (коррозионно- эрозионного повреждения), а также полное разрушение или обрыв лопаток и прогар. Характер и причины механических повреждений лопаток турбины достаточно подробно проанализированы в работах [2,3,4,5,9]. Причины образования повреждения: конструкторские (недостатки конструкции, неправильный выбор материала и требований к ним), технологические (недостатки технологического процесса), производственные (нарушение технологического процесса и невыполнение предъявленных требований), металлургические (обусловлены качеством материала), эксплуатационные вызваны нарушением режимов эксплуатации. На рисунках 1,3; 1,4; 1,5 представлены наиболее характерные виды механических разрушений лопаток ГТД. Рис. Рис.