CN117210667A - 一种涡轮盘残余应力复合调控方法 - Google Patents
一种涡轮盘残余应力复合调控方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117210667A CN117210667A CN202311488218.1A CN202311488218A CN117210667A CN 117210667 A CN117210667 A CN 117210667A CN 202311488218 A CN202311488218 A CN 202311488218A CN 117210667 A CN117210667 A CN 117210667A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- turbine disc
- turbine
- simulation
- treatment
- gas quenching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 124
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 188
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 187
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 145
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 95
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 76
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 32
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 20
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 7
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 13
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 89
- 239000000047 product Substances 0.000 description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 5
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种涡轮盘残余应力复合调控方法，通过依次进行的模拟准备、模拟气淬、建模修正、坯件气淬以及预旋转处理等各步骤，通过热电偶对涡轮盘模拟件各部位温度进行监测，据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件各部位送风速率和时间，使涡轮盘模拟件不同部位冷却速率基本一致；将上述涡轮盘模拟件温度数据与有限元模拟软件对涡轮盘气淬模拟温度数据进行比对，据此确定涡轮盘气淬风冷速率和时间，据此对涡轮盘坯料进行气淬处理，气淬处理完毕后，对涡轮盘坯料进行预旋转处理，使涡轮盘坯料发生塑性变形，以此调控涡轮盘坯料的内部残余应力，从而进一步优化涡轮盘的气淬处理效果及最终的产品性能。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮盘热处理工艺技术领域，特别涉及一种涡轮盘残余应力复合调控方法。
背景技术
在目前的机加工领域中，对于航空发动机、燃气轮机等设备中配套应用的涡轮盘，在其制备过程中必须通过热处理实施组织调控后再进行零件加工。
然而，由于涡轮盘的自身形状复杂，其主体结构中往往存在变截面结构，且传统的热处理冷却方式一般采用油淬、空冷或盐浴等工艺，往往在冷却过程中涡轮盘不同部位冷却速率存在较大差别，导致冷却过程中涡轮盘主体结构容易形成较大的热梯度，从而产生较大的残余应力。这些残余应力在后续加工过程中很难被消除，遗留下来的残余应力会影响后续零件的加工处理和服役应用，容易使加工过程出现零件变形甚至尺寸超差等情况，同时会降低零件的服役寿命，导致零件提前失效，甚至引发重大事故。因此需要针对性地调控涡轮盘淬火过程中的应力，以改善其加工效果和工作性能。
目前，本领域内正在逐步尝试应用气淬工艺作为新的淬火工艺来进行零件热处理。气淬这一淬火处理工艺具有无环境污染、生产效率高、应用成本低等优势，但受限于该技术尚处于起步阶段，在其实际操作应用中，涡轮盘不同部位的气淬效果一致性无法保证，致使气淬处理后的涡轮盘内部残余应力消除效果不理想，给零件产品的整体加工处理效果及后续的装配应用均造成了不利影响。
因此，如何优化气淬处理过程中涡轮盘各部位的冷却速率控制效果，提高涡轮盘的整体结构冷却一致性，降低其气淬处理后的残余应力，从而优化涡轮盘的气淬处理效果和产品性能是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮盘残余应力复合调控方法，该涡轮盘残余应力复合调控方法能够优化气淬处理过程中涡轮盘各部位的冷却速率控制效果，提高涡轮盘的整体结构冷却一致性，降低其气淬处理后的残余应力，从而优化涡轮盘的气淬处理效果和产品性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种涡轮盘残余应力复合调控方法，包括步骤：
模拟准备，利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接；
模拟气淬，将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘模拟件实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间；
建模修正，采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间；
坯件气淬，依据上述建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测；
预旋转处理，将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，使得涡轮盘坯料发生塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
优选地，所述预旋转处理之后，还包括步骤：
时效处理，将完成预旋转处理后的涡轮盘坯料进行时效处理，以便使涡轮盘坯料析出强化相，同时缓解涡轮盘坯料内部的应力。
优选地，所述模拟准备与所述模拟气淬之间，还包括步骤：
固溶处理，将安装有热电偶并连接有温度监测仪表的涡轮盘模拟件放置于热处理炉中进行固溶处理，直至涡轮盘模拟件的材料状态符合气淬工艺的处理需求。
优选地，所述模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。
优选地，所述测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。
优选地，所述模拟准备中，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。
相对上述背景技术，本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，其操作应用过程中，通过依次进行的模拟准备、模拟气淬、建模修正、坯件气淬以及预旋转处理等各操作步骤，利用涡轮盘模拟件先进行气淬处理，并通过热电偶对气淬处理过程中涡轮盘模拟件的各部位温度数据进行监测和采集，将这些温度数据及时反馈至温度监测仪表处，并据此通过温度监测仪表与气淬设备的控制模块之间的通信连接，实时调整气淬设备对涡轮盘模拟件各部位的冷却风送风速率和送风时间，使得涡轮盘模拟件不同部位的冷却速率基本一致；之后将上述作业过程中得到的涡轮盘模拟件温度数据与有限元模拟软件对涡轮盘的气淬模拟温度数据进行比对，以此修正涡轮盘的气淬温度场计算模型，从而获得涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并据此结合监测得到的温度数据，确定涡轮盘产品的最终气淬风冷速率和风冷处理时间；依据上述气淬风冷速率和风冷处理时间，对涡轮盘坯料进行高效气淬处理，在此期间无需再对涡轮盘坯料进行温度监测，待气淬处理完毕后，对涡轮盘坯料依次进行动平衡测试和预旋转处理，使涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调控涡轮盘坯料的内部残余应力，从而进一步优化涡轮盘的气淬处理效果及最终的产品性能。
在本发明的另一优选方案中，所述步骤预旋转处理之后，还包括步骤：时效处理，将完成预旋转处理后的涡轮盘坯料进行时效处理，以便使涡轮盘坯料析出强化相，同时缓解涡轮盘坯料内部的应力。该时效处理可以是在室温状态下进行，也可以是在符合工艺需求的高温环境下进行，原则上，需保证处理完成后的涡轮盘坯料内部的应力得到一定的松弛和缓解，以满足产品性能需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法的流程图；
图2为本发明实施例二所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法的流程图；
图3为本发明实施例三所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法的流程图；
图4为本发明实施例四所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种涡轮盘残余应力复合调控方法，该涡轮盘残余应力复合调控方法能够优化气淬处理过程中涡轮盘各部位的冷却速率控制效果，提高涡轮盘的整体结构冷却一致性，降低其气淬处理后的残余应力，从而优化涡轮盘的气淬处理效果和产品性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1。
在实施例一中，本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，包括：
步骤S101，模拟准备。
利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，以此作为调控气淬处理过程中冷却气体流速的参考数据；同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接，以便依据上述气淬处理过程中监测到的参考数据，对涡轮盘模拟件的冷却过程进行精准调控，从而获得具备均匀的显微组织和较低的残余应力的涡轮盘产品。
应当说明的是，在上述步骤S101模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。具体应用时，测温孔的具体布置位置并不局限于上述三处位置，也可以根据实际工况需求布置于涡轮盘模拟件的其他部位，并且应使测温孔无序或有序分布于涡轮盘模拟件的盘面上的任意位置处，以便形成对涡轮盘模拟件多个位置的温度监测和数据采集，提高涡轮盘模拟件的温度数据采集量，优化相应的涡轮盘模拟件的温度场数据精度，以此进一步优化相应的气淬风冷速率和风冷时间的设定效果，从而使涡轮盘的残余应力更小，涡轮盘模拟盘以及相应涡轮盘产品的气淬处理效果更好。
更具体地，测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。如此深度尺寸，既能够保证布置于测温孔内的热电偶能够有效监测到涡轮盘模拟件对应部位主体结构的实际温度，又能够避免因测温孔开孔过深而对涡轮盘模拟件的主体结构强度造成不利影响，避免涡轮盘模拟件发生结构损伤。
相应地，实际应用中，测温孔的孔径以5mm为宜，以便满足绝大部分工况下的热电偶装配布置需求。当然，工作人员也可以依据实际工况条件和工艺需求，灵活调整测温孔的实际孔径尺寸，原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用和操作需求均可。
此外，组件实际装配时，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。点焊的操作简便快速，操作效率较高，且能够充分保证热电偶与对应测温孔之间的对位连接精度和装配结构强度，以便满足后续温度监测及工艺实施的需求。
步骤S102，模拟气淬。
将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘模拟件实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间进行调整。
一般地，对于气淬设备的工作状态及相应参数的调整，包括但不限于上文所述的风冷速率和风冷时间，还可以包括冷却风的送风压力和吹送强度，以及冷却风的送风角度等参数，实际应用中可以依据具体工况条件和工艺需求灵活选择和调整具体的参数种类。原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用需要均可。
步骤S103，建模修正。
采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述步骤模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间。
步骤S104，坯件气淬。
依据上述步骤建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测。
步骤S105，预旋转处理。
将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，预旋转处理的相关转速和停留时间等数据可依据涡轮盘坯料的实际重量进行计算后拟定，以便能够使得涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
请参考图2。
在实施例二中，本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，包括：
步骤S201，模拟准备。
利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，以此作为调控气淬处理过程中冷却气体流速的参考数据；同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接，以便依据上述气淬处理过程中监测到的参考数据，对涡轮盘模拟件的冷却过程进行精准调控，从而获得具备均匀的显微组织和较低的残余应力的涡轮盘产品。
应当说明的是，在上述步骤S201模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。具体应用时，测温孔的具体布置位置并不局限于上述三处位置，也可以根据实际工况需求布置于涡轮盘模拟件的其他部位，并且应使测温孔无序或有序分布于涡轮盘模拟件的盘面上的任意位置处，以便形成对涡轮盘模拟件多个位置的温度监测和数据采集，提高涡轮盘模拟件的温度数据采集量，优化相应的涡轮盘模拟件的温度场数据精度，以此进一步优化相应的气淬风冷速率和风冷时间的设定效果，从而使涡轮盘的残余应力更小，涡轮盘模拟盘以及相应涡轮盘产品的气淬处理效果更好。
更具体地，测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。如此深度尺寸，既能够保证布置于测温孔内的热电偶能够有效监测到涡轮盘模拟件对应部位主体结构的实际温度，又能够避免因测温孔开孔过深而对涡轮盘模拟件的主体结构强度造成不利影响，避免涡轮盘模拟件发生结构损伤。
相应地，实际应用中，测温孔的孔径以5mm为宜，以便满足绝大部分工况下的热电偶装配布置需求。当然，工作人员也可以依据实际工况条件和工艺需求，灵活调整测温孔的实际孔径尺寸，原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用和操作需求均可。
此外，组件实际装配时，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。点焊的操作简便快速，操作效率较高，且能够充分保证热电偶与对应测温孔之间的对位连接精度和装配结构强度，以便满足后续温度监测及工艺实施的需求。
步骤S202，模拟气淬。
将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间进行调整。
一般地，对于气淬设备的工作状态及相应参数的调整，包括但不限于上文所述的风冷速率和风冷时间，还可以包括冷却风的送风压力和吹送强度，以及冷却风的送风角度等参数，实际应用中可以依据具体工况条件和工艺需求灵活选择和调整具体的参数种类。原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用需要均可。
步骤S203，建模修正。
采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述步骤模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间。
步骤S204，坯件气淬。
依据上述步骤建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测。
步骤S205，预旋转处理。
将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，预旋转处理的相关转速和停留时间等数据可依据涡轮盘坯料的实际重量进行计算后拟定，以便能够使得涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
步骤S206，时效处理。
将完成预旋转处理后的涡轮盘坯料进行时效处理，以便使涡轮盘坯料析出强化相，同时缓解涡轮盘坯料内部的应力。
实际操作时，该时效处理可以是在室温状态下进行，也可以是在符合工艺需求的高温环境下进行，原则上，需保证处理完成后的涡轮盘坯料内部的应力得到一定的松弛和缓解，以满足产品性能需求。
请参考图3。
在实施例三中，本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，包括：
步骤S301，模拟准备。
利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，以此作为调控气淬处理过程中冷却气体流速的参考数据；同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接，以便依据上述气淬处理过程中监测到的参考数据，对涡轮盘模拟件的冷却过程进行精准调控，从而获得具备均匀的显微组织和较低的残余应力的涡轮盘产品。
应当说明的是，在上述步骤S301模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。具体应用时，测温孔的具体布置位置并不局限于上述三处位置，也可以根据实际工况需求布置于涡轮盘模拟件的其他部位，并且应使测温孔无序或有序分布于涡轮盘模拟件的盘面上的任意位置处，以便形成对涡轮盘模拟件多个位置的温度监测和数据采集，提高涡轮盘模拟件的温度数据采集量，优化相应的涡轮盘模拟件的温度场数据精度，以此进一步优化相应的气淬风冷速率和风冷时间的设定效果，从而使涡轮盘的残余应力更小，涡轮盘模拟盘以及相应涡轮盘产品的气淬处理效果更好。
更具体地，测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。如此深度尺寸，既能够保证布置于测温孔内的热电偶能够有效监测到涡轮盘模拟件对应部位主体结构的实际温度，又能够避免因测温孔开孔过深而对涡轮盘模拟件的主体结构强度造成不利影响，避免涡轮盘模拟件发生结构损伤。
相应地，实际应用中，测温孔的孔径以5mm为宜，以便满足绝大部分工况下的热电偶装配布置需求。当然，工作人员也可以依据实际工况条件和工艺需求，灵活调整测温孔的实际孔径尺寸，原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用和操作需求均可。
此外，组件实际装配时，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。点焊的操作简便快速，操作效率较高，且能够充分保证热电偶与对应测温孔之间的对位连接精度和装配结构强度，以便满足后续温度监测及工艺实施的需求。
步骤S302，固溶处理。
将安装有热电偶并连接有温度监测仪表的涡轮盘模拟件放置于热处理炉中进行固溶处理，直至涡轮盘模拟件的材料状态符合气淬工艺的处理需求。
步骤S303，模拟气淬。
将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘模拟件实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间进行调整。
一般地，对于气淬设备的工作状态及相应参数的调整，包括但不限于上文所述的风冷速率和风冷时间，还可以包括冷却风的送风压力和吹送强度，以及冷却风的送风角度等参数，实际应用中可以依据具体工况条件和工艺需求灵活选择和调整具体的参数种类。原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用需要均可。
步骤S304，建模修正。
采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述步骤模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间。
步骤S305，坯件气淬。
依据上述步骤建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测。
步骤S306，预旋转处理。
将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，预旋转处理的相关转速和停留时间等数据可依据涡轮盘坯料的实际重量进行计算后拟定，以便能够使得涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
请参考图4。
在实施例四中，本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，包括：
步骤S401，模拟准备。
利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，以此作为调控气淬处理过程中冷却气体流速的参考数据；同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接，以便依据上述气淬处理过程中监测到的参考数据，对涡轮盘模拟件的冷却过程进行精准调控，从而获得具备均匀的显微组织和较低的残余应力的涡轮盘产品。
应当说明的是，在上述步骤S401模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。具体应用时，测温孔的具体布置位置并不局限于上述三处位置，也可以根据实际工况需求布置于涡轮盘模拟件的其他部位，并且应使测温孔无序或有序分布于涡轮盘模拟件的盘面上的任意位置处，以便形成对涡轮盘模拟件多个位置的温度监测和数据采集，提高涡轮盘模拟件的温度数据采集量，优化相应的涡轮盘模拟件的温度场数据精度，以此进一步优化相应的气淬风冷速率和风冷时间的设定效果，从而使涡轮盘的残余应力更小，涡轮盘模拟盘以及相应涡轮盘产品的气淬处理效果更好。
更具体地，测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。如此深度尺寸，既能够保证布置于测温孔内的热电偶能够有效监测到涡轮盘模拟件对应部位主体结构的实际温度，又能够避免因测温孔开孔过深而对涡轮盘模拟件的主体结构强度造成不利影响，避免涡轮盘模拟件发生结构损伤。
相应地，实际应用中，测温孔的孔径以5mm为宜，以便满足绝大部分工况下的热电偶装配布置需求。当然，工作人员也可以依据实际工况条件和工艺需求，灵活调整测温孔的实际孔径尺寸，原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用和操作需求均可。
此外，组件实际装配时，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。点焊的操作简便快速，操作效率较高，且能够充分保证热电偶与对应测温孔之间的对位连接精度和装配结构强度，以便满足后续温度监测及工艺实施的需求。
步骤S402，固溶处理。
将安装有热电偶并连接有温度监测仪表的涡轮盘模拟件放置于热处理炉中进行固溶处理，直至涡轮盘模拟件的材料状态符合气淬工艺的处理需求。
步骤S403，模拟气淬。
将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘模拟件实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间进行调整。
一般地，对于气淬设备的工作状态及相应参数的调整，包括但不限于上文所述的风冷速率和风冷时间，还可以包括冷却风的送风压力和吹送强度，以及冷却风的送风角度等参数，实际应用中可以依据具体工况条件和工艺需求灵活选择和调整具体的参数种类。原则上，只要是能够满足所述涡轮盘残余应力复合调控方法的实际应用需要均可。
步骤S404，建模修正。
采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述步骤模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间。
步骤S405，坯件气淬。
依据上述步骤建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测。
步骤S406预旋转处理。
将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，预旋转处理的相关转速和停留时间等数据可依据涡轮盘坯料的实际重量进行计算后拟定，以便能够使得涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
步骤S407，时效处理。
将完成预旋转处理后的涡轮盘坯料进行时效处理，以便使涡轮盘坯料析出强化相，同时缓解涡轮盘坯料内部的应力。
实际操作时，该时效处理可以是在室温状态下进行，也可以是在符合工艺需求的高温环境下进行，原则上，需保证处理完成后的涡轮盘坯料内部的应力得到一定的松弛和缓解，以满足产品性能需求。该时效处理可以是在室温状态下进行，也可以是在符合工艺需求的高温环境下进行，原则上，需保证处理完成后的涡轮盘坯料内部的应力得到一定的松弛和缓解，以满足产品性能需求。
综上可知，本发明中提供的涡轮盘残余应力复合调控方法，其操作应用过程中，通过依次进行的模拟准备、模拟气淬、建模修正、坯件气淬以及预旋转处理等各操作步骤，利用涡轮盘模拟件先进行气淬处理，并通过热电偶对气淬处理过程中涡轮盘模拟件的各部位温度数据进行监测和采集，将这些温度数据及时反馈至温度监测仪表处，并据此通过温度监测仪表与气淬设备的控制模块之间的通信连接，实时调整气淬设备对涡轮盘模拟件各部位的冷却风送风速率和送风时间，使得涡轮盘模拟件不同部位的冷却速率基本一致；之后将上述作业过程中得到的涡轮盘模拟件温度数据与有限元模拟软件对涡轮盘的气淬模拟温度数据进行比对，以此修正涡轮盘的气淬温度场计算模型，从而获得涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并据此结合监测得到的温度数据，确定涡轮盘产品的最终气淬风冷速率和风冷处理时间；依据上述气淬风冷速率和风冷处理时间，对涡轮盘坯料进行高效气淬处理，在此期间无需再对涡轮盘坯料进行温度监测，待气淬处理完毕后，对涡轮盘坯料依次进行动平衡测试和预旋转处理，使涡轮盘坯料发生一定的塑性变形，以此调控涡轮盘坯料的内部残余应力，从而进一步优化涡轮盘的气淬处理效果及最终的产品性能。
以上对本发明所提供的涡轮盘残余应力复合调控方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，包括步骤：
模拟准备，利用镍基粉末材料锻造得到涡轮盘模拟件，再通过电火花工艺在该涡轮盘模拟件的不同部位处加工出具有不同深度的测温孔，在各测温孔内对应置入热电偶并可靠固定，同时将各热电偶与外部的温度监测仪表通信连接，用以检测气淬处理过程中涡轮盘模拟件不同部位及不同深度位置的温度变化，同时，将温度监测仪表与气淬设备通信连接；
模拟气淬，将涡轮盘模拟件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘模拟件实施气淬处理，气淬处理期间，通过温度监测仪表实时监测各热电偶的温度数据变化，并据此通过温度监测仪表与气淬设备之间的通信连接，调整气淬设备对涡轮盘模拟件不同部位的风冷速率和风冷时间；
建模修正，采用有限元模拟软件对涡轮盘的气淬温度场进行计算仿真，得到计算模型，将该计算模型与上述模拟气淬中由各热电偶处实际监测得到的温度数据进行对比，并据此对所述计算模型进行修正，获得涡轮盘在不同风冷速率下的温度场分布数据，以此模拟涡轮盘在不同温度梯度下的残余应力分布情况，并依据该残余应力分布模拟结果和监测得到的温度数据确定最终的气淬风冷速率和风冷处理时间；
坯件气淬，依据上述建模修正后得到的气淬风冷速率和风冷处理时间，将利用镍基粉末材料锻造后得到的涡轮盘坯件布置于气淬设备的作业台上并安装到位，之后开启气淬设备的气路，以便对涡轮盘坯件实施气淬处理，在对涡轮盘坯件实施气淬处理的过程中，无需对涡轮盘坯件进行温度监测；
预旋转处理，将经由气淬处理后的涡轮盘坯件固定在预旋转工装上并实施动平衡测试，动平衡测试完毕后，将装有涡轮盘坯件的预旋转工装连接在高速旋转试验器的柔性轴上，之后启动高速旋转试验器，以便在常温条件下对涡轮盘坯件进行预旋转处理，使得涡轮盘坯料发生塑性变形，以此调整涡轮盘坯料的残余应力。
2.如权利要求1所述的涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，所述预旋转处理之后，还包括步骤：
时效处理，将完成预旋转处理后的涡轮盘坯料进行时效处理，以便使涡轮盘坯料析出强化相，同时缓解涡轮盘坯料内部的应力。
3.如权利要求1所述的涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，所述模拟准备与所述模拟气淬之间，还包括步骤：
固溶处理，将安装有热电偶并连接有温度监测仪表的涡轮盘模拟件放置于热处理炉中进行固溶处理，直至涡轮盘模拟件的材料状态符合气淬工艺的处理需求。
4.如权利要求1所述的涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，所述模拟准备中，测温孔位于涡轮盘模拟件的盘面中心处、盘面上距离盘面中心1/2半径处以及盘面外缘部处。
5.如权利要求4所述的涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，所述测温孔的孔深不大于涡轮盘模拟件的轴向厚度的1/2。
6.如权利要求1所述的涡轮盘残余应力复合调控方法，其特征在于，所述模拟准备中，热电偶一一对应地点焊固定于测温孔内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311488218.1A CN117210667B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种涡轮盘残余应力复合调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311488218.1A CN117210667B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种涡轮盘残余应力复合调控方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117210667A true CN117210667A (zh) | 2023-12-12 |
| CN117210667B CN117210667B (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89044843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311488218.1A Active CN117210667B (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 一种涡轮盘残余应力复合调控方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117210667B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100292966A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Gm Global Technology Oeprations, Inc. | Methods of predicting residual stresses and distortion in quenched aluminum castings |
| CN113343377A (zh) * | 2021-05-22 | 2021-09-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于预测轴承钢淬火残余应力的方法 |
| CN114134292A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-04 | 安徽林洪重工科技有限公司 | 一种控制和防止厚大断面718h预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺 |
| CN114160796A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-11 | 深圳市万泽中南研究院有限公司 | 一种制备涡轮盘的热处理工艺方法和涡轮盘 |
| CN114250352A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-29 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 提高高温合金盘件或环形件服役稳定性的方法及得到的盘件或环形件 |
| CN114318192A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用 |
| CN115386721A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种控制真空高压气淬过程中金属构件变形的方法 |
-
2023
- 2023-11-09 CN CN202311488218.1A patent/CN117210667B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100292966A1 (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-18 | Gm Global Technology Oeprations, Inc. | Methods of predicting residual stresses and distortion in quenched aluminum castings |
| CN113343377A (zh) * | 2021-05-22 | 2021-09-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种用于预测轴承钢淬火残余应力的方法 |
| CN114160796A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-11 | 深圳市万泽中南研究院有限公司 | 一种制备涡轮盘的热处理工艺方法和涡轮盘 |
| CN114134292A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-04 | 安徽林洪重工科技有限公司 | 一种控制和防止厚大断面718h预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺 |
| CN114250352A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-29 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 提高高温合金盘件或环形件服役稳定性的方法及得到的盘件或环形件 |
| CN114318192A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 内孔胀形淬火调控高温合金环形件残余应力的方法及其应用 |
| CN115386721A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种控制真空高压气淬过程中金属构件变形的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117210667B (zh) | 2024-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11807378B2 (en) | Alternating starter use during multi-engine motoring | |
| CN111471944B (zh) | 通过预旋转调控高温合金毛坯盘锻件的残余应力的方法 | |
| CN103946516B (zh) | 阀控制装置、燃气涡轮机以及阀控制方法 | |
| CN107421984A (zh) | 一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法 | |
| CN105628511B (zh) | 一种高温合金蠕变寿命预测方法 | |
| CN106446367A (zh) | 基于弧长法非线性有限元分析的轮盘破裂转速预测方法 | |
| CN104313299B (zh) | 大型齿圈热处理变形多点应力补偿装置及其补偿方法 | |
| CN109253940A (zh) | 一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置 | |
| CN117210667B (zh) | 一种涡轮盘残余应力复合调控方法 | |
| CN108061656A (zh) | 一种检查航空发动机新型综合电子调节器的方法 | |
| CN114250352A (zh) | 提高高温合金盘件或环形件服役稳定性的方法及得到的盘件或环形件 | |
| CN105628393B (zh) | 一种航空发动机超温虚警的排故方法 | |
| US20100012230A1 (en) | Apparatus and method for the heat treatment of integral rotors of gas turbines | |
| WO2019160575A2 (en) | Induction heating for assembly and disassembly of the components in a turbine engine | |
| CN112069616A (zh) | 一种退役航空发动机再利用的智能寿命延长控制方法 | |
| Wolf et al. | Interturb: high-pressure turbine rig for the investigation of combustor-turbine interaction | |
| CN116078560A (zh) | 高转速-高温作用下离心机原位加热的校温装置 | |
| CN109852749B (zh) | 高炉煤气透平机组止推轴承止推瓦刮配方法 | |
| CN210037462U (zh) | 一种航空高压油管高温脉冲试验装置 | |
| CN114329837A (zh) | 一种数控机床主轴热误差建模及加工精度可靠性分析方法 | |
| CN115355193B (zh) | 一种加温加压条件下压气机轴向力的动态调控方法 | |
| CN219831669U (zh) | 基于仿真的汽轮机控制系统 | |
| CN220716233U (zh) | 一种高转速-高温作用下离心机原位加热的校温装置 | |
| CN214668311U (zh) | 航空发动机叶片高低周复合疲劳寿命试验装置 | |
| CN116150915A (zh) | 大中型发动机高空模拟试验台的调节装置定型方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |