CN108754298A - 一种抗冲击钛合金汽轮机叶片及其制造方法 - Google Patents

一种抗冲击钛合金汽轮机叶片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击钛合金汽轮机叶片及其制造方法，涉及汽轮机叶片技术领域，该包括叶身及叶根，叶身包括内圆弧面和外圆弧面，所述内圆弧面上开设有粗糙面；该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：2～4份，Si：1～3份，Al：4～5份，Mn：2～6份，P：3～5份，S：1～3份，镍‑二硫化钼：3～7份，W：1～2份，苯乙烯：2～4份，丁二烯：1～3份，Er：1～2份，Ti：1～2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：4～6份，Cr：2～3份，附着力促进剂：3～5份，余量为Fe及不可避免杂质。本发明可以提高汽轮机叶片的耐冲蚀性能，提高汽轮机叶片的使用寿命。

Description

一种抗冲击钛合金汽轮机叶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片技术领域，特别是涉及一种抗冲击钛合金汽轮机叶片及其制造方法。
背景技术
汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称为蒸汽透平，主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
汽轮机叶片受高温高压蒸汽的作用而工作，工作中承受着较大强度的水滴冲蚀，且蒸汽对汽轮机叶片进行冲击时，会使汽轮机叶片承受较大的冲击力，而现有的汽轮机叶片抗蒸汽冲击性能较差，会导致汽轮机叶片的使用寿命较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的汽轮机叶片抗蒸汽冲击性能较差，会导致汽轮机叶片的使用寿命较低。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，包括叶身及叶根，所述叶身包括内圆弧面和外圆弧面，所述内圆弧面上开设有粗糙面；
该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：2～4份，Si：1～3份，Al：4～5份，Mn：2～6份，P：3～5份，S：1～3份，镍-二硫化钼：3～7份，W：1～2份，苯乙烯：2～4份，丁二烯：1～3份，Er：1～2份，Ti：1～2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：4～6份，Cr：2～3份，附着力促进剂：3～5份，余量为Fe及不可避免杂质。
技术效果：本发明添加的C和W，在熔炼时可以形成碳化钨，可以较大程度的提高汽轮机叶片的硬度和耐磨性，加入的苯乙烯和丁二烯，在高温下可以形成苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，其可以作为抗冲击改性剂，可以大大改善汽轮机叶片的抗冲击性，提高汽轮机叶片的使用寿命，加入的Er和Ti可以进一步增强汽轮机叶片的强度和韧性，此外，加入的镍-二硫化钼，二硫化钼有润滑效果,并机械夹杂在镍镀层中,可以使蒸汽较顺利的顺着汽轮机叶片的表面运动，而不会与汽轮节叶片之间发生较大程度的摩擦而造成对汽轮机叶片较大程度的冲蚀，进一步提高汽轮机的使用寿命。
本发明进一步限定的技术方案是：该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：3份，Si：2份，Al：4.5份，Mn：4份，P：4份，S：2份，镍-二硫化钼：5份，W：1.5份，苯乙烯：3份，丁二烯：2份，Er：1.5份，Ti：1.5份，聚氧乙烯脂肪醇醚：5份，Cr：2.5份，附着力促进剂：4份，余量为Fe及不可避免杂质。
进一步的，该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：4份，Si：3份，Al：5份，Mn：6份，P：5份，S：3份，镍-二硫化钼：7份，W：2份，苯乙烯：4份，丁二烯：3份，Er：2份，Ti：2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：6份，Cr：3份，附着力促进剂：5份，余量为Fe及不可避免杂质。
前所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，所述镍-二硫化钼的粒度范围为25μm～35μm。
前所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，所述附着力促进剂包括乙二醇、丙二醇和二丙二醇，且所述乙二醇、丙二醇和二丙二醇的含量比为1:1:3。
一种抗冲击钛合金汽轮机叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将C、Si、Al、Mn、P、S、镍-二硫化钼、W、苯乙烯、丁二烯、Er、Ti、Cr、Fe及不可避免杂质冶炼，开始进行锻造；
b、锻造时先对锻模进行预热至190℃，并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模锻造，预锻温度为678℃，终锻温度为820℃，得到汽轮机叶片半成品；
c、将聚氧乙烯脂肪醇醚和附着力促进剂放入搅拌机，逐渐升温至250℃，搅拌3h，形成封闭液，将封闭液喷涂到汽轮机叶片半成品表面，190℃下静置36-39h；
d、对汽轮节叶片坯体进行表面强化。
前所述的方法，步骤d中，表面强化包括以下步骤：首先将汽轮机叶片坯体加热至700-750℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将汽轮机叶片坯体水冷至室温。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中的附着力促进剂包括乙二醇、丙二醇和二丙二醇，三者与聚氧乙烯脂肪醇醚结合后形成化合物，其喷涂在汽轮机表面形成保护层，一方面可以填充汽轮机叶片上的空隙，提高汽轮机叶片的强度和耐冲击性能，另一方面可以提高汽轮机叶片表面的光滑程度，从而减小蒸汽与叶身之间的摩擦程度，同时也减缓了由于摩擦而产生的热量，抑制了叶身温度的上升，此外，设置的粗糙面，可以使保护层与叶身结合的更加牢固，使其不易脱离叶身，稳定的保护叶身；
(2)本发明中加入的Si、Al等元素，在熔炼的氧化性气氛中可以很快地生成一层致密的保护膜，并牢固地附在丸料表面，提高汽轮机叶片的抗冲击性能。
具体实施方式
实施例1：一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，包括叶身及叶根，所叶身包括内圆弧面和外圆弧面，内圆弧面上开设有粗糙面。
该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：2～4份，Si：1～3份，Al：4～5份，Mn：2～6份，P：3～5份，S：1～3份，镍-二硫化钼：3～7份，W：1～2份，苯乙烯：2～4份，丁二烯：1～3份，Er：1～2份，Ti：1～2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：4～6份，Cr：2～3份，附着力促进剂：3～5份，余量为Fe及不可避免杂质，本实施例汽轮机叶片的化学组分及重量份数选择如下：C：3kg，Si：2kg，Al：4.5kg，Mn：4kg，P：4kg，S：2kg，镍-二硫化钼：5kg，W：1.5kg，苯乙烯：3kg，丁二烯：2kg，Er：1.5kg，Ti：1.5kg，聚氧乙烯脂肪醇醚：5kg，Cr：2.5kg，附着力促进剂：4kg，余量为Fe及不可避免杂质。
其中，镍-二硫化钼的粒度范围为25μm～35μm，附着力促进剂包括乙二醇、丙二醇和二丙二醇，且所述乙二醇、丙二醇和二丙二醇的含量比为1:1:3。
一种抗冲击钛合金汽轮机叶片的制造方法，包括以下步骤：
a、将C、Si、Al、Mn、P、S、镍-二硫化钼、W、苯乙烯、丁二烯、Er、Ti、Cr、Fe及不可避免杂质冶炼，开始进行锻造；
b、锻造时先对锻模进行预热至190℃，并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模锻造，预锻温度为678℃，终锻温度为820℃，得到汽轮机叶片半成品；
c、将聚氧乙烯脂肪醇醚和附着力促进剂放入搅拌机，逐渐升温至250℃，搅拌3h，形成封闭液，将封闭液喷涂到汽轮机叶片半成品表面，190℃下静置36-39h；
d、对汽轮节叶片坯体进行表面强化。
步骤d中，表面强化包括以下步骤：首先将汽轮机叶片坯体加热至700-750℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将汽轮机叶片坯体水冷至室温。
实施例2：一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，与实施例1不同之处在于，汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：4kg，Si：3kg，Al：5kg，Mn：6kg，P：5kg，S：3kg，镍-二硫化钼：7kg，W：2kg，苯乙烯：4kg，丁二烯：3kg，Er：2kg，Ti：2kg，聚氧乙烯脂肪醇醚：6kg，Cr：3kg，附着力促进剂：5kg，余量为Fe及不可避免杂质。
实施例3：一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，与实施例1不同之处在于，汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：2kg，Si：1kg，Al：4kg，Mn：2kg，P：3kg，S：1kg，镍-二硫化钼：3kg，W：1kg，苯乙烯：2kg，丁二烯：1kg，Er：1kg，Ti：1kg，聚氧乙烯脂肪醇醚：4kg，Cr：2kg，附着力促进剂：3kg，余量为Fe及不可避免杂质。
实施例1～实施例3制得的叶片分别进行力学性能测试，试验结果如下表：
抗拉强度σb/MPa 硬度值HV 屈服点MPa
实施例1 773.5 820.5 207
实施例2 754.6 835.3 210
实施例3 776.8 845.5 208
由上表可知，本发明制备的汽轮机叶片，其抗拉强度、硬度值和屈服点等力学性能均较为优异，使得汽轮机叶片的抗蒸汽冲击性能较大程度的提高，从而提高汽轮机叶片的使用寿命。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，包括叶身及叶根，其特征在于：所述叶身包括内圆弧面和外圆弧面，所述内圆弧面上开设有粗糙面；
该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：2～4份，Si：1～3份， Al ：4～5份，Mn：2～6份，P：3～5份，S：1～3份，镍-二硫化钼：3～7份，W：1～2份，苯乙烯：2～4份，丁二烯：1～3份，Er：1～2份，Ti：1～2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：4～6份，Cr：2～3份，附着力促进剂：3～5份，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：3份，Si：2份， Al ：4.5份，Mn：4份，P：4份，S：2份，镍-二硫化钼：5份，W：1.5份，苯乙烯：3份，丁二烯：2份，Er：1.5份，Ti：1.5份，聚氧乙烯脂肪醇醚：5份，Cr：2.5份，附着力促进剂：4份，余量为Fe及不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学组分及重量份数如下：C：4份，Si：3份， Al ：5份，Mn：6份，P：5份，S：3份，镍-二硫化钼：7份，W：2份，苯乙烯：4份，丁二烯：3份，Er：2份，Ti：2份，聚氧乙烯脂肪醇醚：6份，Cr：3份，附着力促进剂：5份，余量为Fe及不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，其特征在于：所述镍-二硫化钼的粒度范围为25μm～35μm。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击钛合金汽轮机叶片，其特征在于：所述附着力促进剂包括乙二醇、丙二醇和二丙二醇，且所述乙二醇、丙二醇和二丙二醇的含量比为1:1:3。
6.一种应用于权利要求1所述的抗冲击钛合金汽轮机叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将C、Si、Al、Mn、P、S、镍-二硫化钼、W、苯乙烯、丁二烯、Er、Ti、Cr、Fe及不可避免杂质冶炼，开始进行锻造；
b、锻造时先对锻模进行预热至190℃，并采用模具润滑剂对锻模进行润滑，采用预热并润滑后的锻模锻造，预锻温度为678℃，终锻温度为820℃，得到汽轮机叶片半成品；
c、将聚氧乙烯脂肪醇醚和附着力促进剂放入搅拌机，逐渐升温至250℃，搅拌3h，形成封闭液，将封闭液喷涂到汽轮机叶片半成品表面，190℃下静置36-39h；
d、对汽轮节叶片坯体进行表面强化。
7.根据权利要求6所述的抗冲击钛合金汽轮机叶片的制造方法，其特征在于，步骤d中，表面强化包括以下步骤：首先将汽轮机叶片坯体加热至700-750℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将汽轮机叶片坯体水冷至室温。
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