Совершенствование технологического процесса литья по выплавляемым моделям лопаток ГТД на основе использования методов статистического анализа

• Автор: Климентьева, Наталья Алексеевна
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 231 с.

ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование авиационных двигателей, повышение их мощности, эксплуатационной надежности, экономичности и увеличение ресурса в значительной степени определяется качеством и эксплуатационными характеристиками наиболее важных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) -лопаток, которые изготавливаются из жаропрочных сплавов на никелевой основе методом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ). Процесс ЛВМ является единственно приемлемым способом получения таких деталей, так как, наряду с минимальными припусками на механическую обработку, обеспечивается высокий класс точности и формирование сложных внутренних полостей.
Технологический процесс изготовления лопаток ГТД методом ЛВМ является сложным многооперационным и энергоемким процессом, во многом обеспечивающим высокую себестоимость лопаток ГТД. Нормативнотехническими документами, регламентирующими основные режимы и параметры технологических процессов, являются отраслевые стандарты, руководящие технические материалы, директивные технологические процессы, разработанные отраслевыми НИИ. Это в определенной степени сдерживает выполнение научно-исследовательских работ и внедрение результатов, направленных на оптимизацию технологических процессов ЛВМ.
В настоящее время в условиях формирования конкурентной рыночной среды, либерализации внешнеэкономической деятельности и в связи с выходом российских предприятий на мировой рынок центральное место принадлежит задачам обеспечения конкурентоспособности выпускаемых изделий. Многообразие вопросов, объединенных проблемой обеспечения конкурентоспособности продукции, можно свести к трем основополагающим составляющим: цене, функциям изделия и качеству их исполнения, организации системы спрос - предложение - производство. Для того, чтобы отечественная продукция не уступала по сочетанию качественных и ценовых характеристик

импортным аналогам, требуется проведение глубоких и всесторонних научных исследований, направленных на поиск путей снижения затрат при производстве наиболее ответственной детали ГТД - лопатки.
Одним из существенных факторов, оказывающих влияние на себестоимость отливки "лопатка ГТД", является достаточно низкий выход годного (20-80 процентов). Это обусловлено многообразием и сложностью физико-химических процессов формирования оболочковых форм и взаимодействия расплава с материалом формы. Изготовление деталей из деформированных заготовок приводит к значительному повышению трудоемкости процесса, большим потерям металла и, следовательно, повышению себестоимости готовых изделий.
Методами визуального и неразрушающего контроля на лопатках ГТД, отливаемых в керамические электрокорундовые формы, обнаруживается более десяти различных видов дефектов. Основными из них являются: поверхностные дефекты и неметаллические включения, усадочная пористость, отклонения в структуре металла, повреждения стержней.
Правильная идентификация основных литейных дефектов и причин, определяющих их появление, является трудно формализуемой задачей и невозможна без изучения общих закономерностей поведения материала формы и расплава и определения методов управления данными процессами с учетом максимально возможного количества факторов: технологических, конструктивных, климатических. Поэтому проблема повышения качества отливок "лопатка" является весьма многоплановой и требует комплексного подхода. Очевидно, что одним из эффективных направлений решения данной проблемы является сочетание традиционных методов физико-химического анализа с современными методами статистического анализа, математического моделирования, оптимизации и управления с использованием ЭВМ.
Таким образом, учитывая высокие требования к качеству отливок "лопатка ГТД", значительную трудоемкость, энергоемкость, себестоимость
литья по выплавляемым моделям, а также современные экономические условия, проблема обеспечения высокого качества отливок и совершенствование технологии их изготовления в рыночных условиях является весьма актуальной и имеет первостепенное значение.
Химический состав сплавов ЖС6У и ЖС6К
Таблица
Сплав Компоненты сплава, % масс
N1 С Сг А1 Ті Мо XV Со 19Ь В Се Бі Мп Б Р Бе
ЖС6У осн. 0,13 -0,20 8,0- 9,5 5,1 - 6,0 2,0- 2,9 1,2- 1,4 9,5- 11,0 9,0- 10,5 0,8- 1,2 0,035 0,02 0,4, не более 0,4, не более 0,01 0,015 1
ЖС6К осн. 0,13 -0,20 9,5 -12,0 5,0- 6,0 2,5 - 3,2 3,5 -4,8 4.5 - 5.5 4,0- 5,5 0,02 0,015 0,4, не более 0,4, не более 0,015 0,015 2
Таблица
Механические и теплофизические свойства сплавов
Сплавы а в, МПа 5,% С™, °С р, кг/м3 5, кДж/кг X, Вт/м°С с, кДж/кг °С
ЖС6К 1000 2-3 1376 7900-8500 283,87 20 0
ЖС6У 1030 2,8 1358 8000-8200 270,89 20 0