Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Применение порошковых жаропрочных сплавов

28.01.2020

Интегральные роторы. Ранее соединение элементов ротора газовой турбины, состоящего из компрессора и турбинных дисков, осуществлялось путем механического закрепления. Однако при длительной службе изделия такое соединение оказывается ненадежным. Кроме того, оно увеличивает массу, сложность и стоимость ротора. Идеальным следовало бы считать ротор, представляющий собой единое целое. Его достоинствами были бы постоянство размеров, малая масса и минимальная концентрация напряжений.

Фирма «General Electric», сочетая методы получения изделий сложной конфигурации со сваркой, производит интегральные роторы из сплавов Inconeе1718 и P/M Rene95. Схема на рис. 8.17 иллюстрирует этот подход.

Методы диффузионной сварки и пайки с помощью исчезающей жидкой фазы также могут с успехом применяться для получения многоступенчатых интегральных роторов. Так, например, малогабаритные пятиступенчатые роторы из сплава IN100 получали, соединяя отдельные диски диффузионной сваркой.

Турбинные колеса с комбинированными свойствами. Небольшие роторы, выполненные как единое целое совместно с лопатками, обычно изготавливают методом точного литья, являющимся наиболее экономичным при получении небольших деталей сложной формы. Возможности этой технологии накладывают определенные ограничения на механические свойства и рабочие температуры как диска, так и лопаток. Раздельное изготовление дисковой и лопаточной секций и последующее их соединение методами твердофазной сварки могут существенно повысить срок службы и рабочие температуры таких роторов.

Фирма «Detroit Disel Allison» применяет диффузионную сварку методом ГИП для соединения цельнолитых лопаточных секций из сплава MAR-M246 с близкой к конечной форме заготовкой диска из сплава PA101. Детали соединяли горячей посадкой и запаивали порошковым припоем MAR-M247, модифицированным В и Si. После пайки в вакууме (1218 °С/30 мин+1093 °С/10 мин +1 149 °C/1 ч) собранную и герметизированную конструкцию подвергали сварке путем ГИП при 1218 °C и 103,4 МПа в течение 3 часов. Отношение прочности соединения к прочности основного металла (эффективность соединения) было близко к 1 (эффективность 100%). Характеристики соединений приведены в табл. 8.6. На рис. 8.18 показаны примеры полученных таким путем турбинных колес.
Применение порошковых жаропрочных сплавов

Если колесо оснащается лопатками с монокристаллической или направленной структурой, такие лопатки должны быть изготовлены каждая в отдельности, собраны в венец при помощи вспомогательной конструкции, скреплены пайкой и затем укреплены на диске путем диффузионной сварки. Другой вариант метода, позволяющий отказаться от использования вспомогательных конструкций, предполагает наличие в составе готового колеса элемента, скрепляющего лопатки. Технология включает в себя изготовление лопаток с хвостиком для крепления, изготовление крепежного кольца с расположенными по его окружности пазами, установку лопаток в эти пазы и их пайку (рис. 8.19). Внутренняя часть кольца удаляется механической обработкой таким образом, чтобы открылись хвостовики лопаток. Затем кольцо напрессовывается на диск и вновь запаивается снаружи. При последующем ГИП происходит сварка соответствующих поверхностей хвостовиков лопаток, кольца и диска.

Изготовление диска и укрепление на нем лопаток можно объединить в одну операцию с помощью метода, описанного Уивером и др. Лопатки, прошедшие окончательную механическую обработку, устанавливают по окружности формы, заполняемой порошком жаропрочного сплава. При этом интервал между лопатками тщательно контролируется. Хвостовая часть лопатки частично находится внутри формы, имеющей конфигурацию диска. Порошок спекают; при этом между лопатками и спеченной заготовкой диска образуются металлические связи. Окончательное уплотнение достигается горячим изостатическим прессованием.

Турбинные диски с комбинированными свойствами. Производство турбинных колес с комбинированными свойствами уже достаточно широко освоено, и в настоящее время изучаются технологические возможности распространения этой концепции также и на диски. Были опробованы различные сочетания материалов. Полученные результаты обобщены в табл. 8.7.


Одно из наиболее обнадеживающих сочетаний — периферийная часть, изготовленная методом ГИП из сплава AF115 и сердцевина из свободно насыпанного порошка сплава Rene95. Для получения надежного соединения между этими материалами большое значение имеет чистота поверхности. В тех случаях, когда подготовка поверхности сплава AF115 была недостаточно тщательной, при термической обработке после сварки образовались закалочные трещины. Попытки получить диск сложной формы из двух свободно насыпанных порошков не были успешными. Основная сложность заключается в невозможности контролировать положение границы раздела между двумя порошками, т. е. избежать их перемешивания. Хотя такая одностадийная технология экономически целесообразна, она предполагает выбор оптимальной температуры ГИП, которая бы обеспечила удовлетворительное компактирование обоих порошков, а также образование надежной связи на поверхности их раздела. Одновременное выполнение этих условий возможно лишь для некоторых определенных сочетаний сплавов.

Многослойные колеса турбин. Фирма «AiResearch Manufacturing» применяет метод борирования соединяемых поверхностей при производстве охлаждаемых воздухом многослойных аксиальных турбинных колес. После фототравления (для формирования каналов охлаждения и т.п.), соединяемые поверхности борируют, затем собранное колесо подвергают соответствующей обработке, обеспечивающей образование связи между элементами («слоями») изделия. Полученное таким путем колесо содержит внутренние каналы охлаждения, и при этом отпадает необходимость в изготовлении литьем отдельных лопаток и их укреплении на диске. Типичная конфигурация полученного по этой технологии колеса показана на рис. 8.20.

Рабочие и направляющие лопатки турбин. Направляющие лопатки с комбинированными свойствами. Существует мнение, что принцип сочетания в одном изделии материалов с различными свойствами может быть применен при производстве направляющих лопаток крупных промышленных газовых турбин. При этом перо лопатки может быть сделано из грубозернистого материала (например, полученного направленной кристаллизацией) с повышенными высокотемпературными свойствами, а средняя и замковая часть («ласточкин хвост») — из мелкозернистого порошкового сплава, обладающего высокой прочностью на растяжение. Изучается возможность получения таких конструкций из порошковых сплавов APl и РА101, соединенных при помощи ГИП со сплавами Rene80H и Маr-М200+Hf.

Многослойные лопатки турбин. Ранее мы рассмотрели природу, свойства и преимущества сплавов ускоренной кристаллизации (сплавы типа RSR). В настоящее время изучается возможность использования этих сплавов для получения пустотелых турбинных лопаток путем соединения отдельных плоских фрагментов, содержащих каналы охлаждения. Соединение фрагментов между собой осуществляют посредством изотермического горячего прессования в вакууме в пресс-формах из молибденового сплава TZM. Фрагменты получают из листовой заготовки, охлаждающие каналы выполняют механической обработкой, после чего лопатку собирают и подвергают сварке. Затем проводят термическую обработку, в ходе которой формируется направленная структура. Для придания лопаткам окончательной аэродинамической формы и выполнения внутреннего объединительного канала, применяют электрохимический способ обработки. При такой технологии обеспечивается высокая эффективность охлаждения лопаток (рис. 8.21), благодаря которой они способны выдерживать температуру входящих газов 1800 °С. Дальнейшее развитие этой технологии должно быть направлено на снижение ее стоимости.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: