PL238329B1 - Sposób podwyższania wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej odlewów ze stopu kobaltu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób podwyższania wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej odlewów ze stopów kobaltu, zwłaszcza odlewanych elementów komory spalania silnika lotniczego.

Znanym i powszechnie stosowanym sposobem poprawy własności użytkowych odlewów ze stopów kobaltu stosowanym w przemyśle budowy silników lotniczych jest rafinacja ciekłego stopu gazami obojętnymi lub rafinacja próżniowa, celem zmniejszenia porowatości gazowej oraz zasilanie obszarów węzłów cieplnych dla zmniejszenia porowatości skurczowej.

W trakcie pracy silnika lotniczego w warunkach wymagających natychmiastowego uzyskania maksymalnego ciągu zespołu napędowego, a także w warunkach wymagających natychmiastowego obniżenia wartości ciągu, w wyniku niestacjonarności procesów spalania mogą wystąpić drgania własne w cienkościennych elementach obudowy komory spalania, co może powodować zmęczenie wysokocyklowe materiału. W związku z tym, istotnym kryterium doboru materiałów stosowanych na ścianki oraz segmenty obudowy komory spalania silnika lotniczego jest wartość ich wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest uzyskanie znacznego postępu w zakresie podwyższenia wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej odlewanych elementów komory spalania silnika lotniczego wykonanych ze stopów kobaltu.

Sposób podwyższania wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej odlewów ze stopu kobaltu, w którym do pieca próżniowego wprowadzany jest stop pierwotny kobaltu, a po jego roztopieniu prowadzona jest rafinacja próżniowa, a następnie w warunkach wysokiego podciśnienia jest on odlany do form ceramicznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że po odlaniu powierzchnię odlewów nadtapia się skoncentrowanym strumieniem ciepła, przy czym jako skoncentrowany strumień ciepła stosuje się łuk elektryczny w atmosferze gazu obojętnego o natężeniu prądu od 50 A do 300 A i prędkości skanowania łukiem elektrycznym od 100 mm/minutę do 400 mm/minutę.

Korzystnie jako gaz obojętny stosuje się hel, zaś łuk elektryczny wytwarza się z zastosowaniem elektrody wolframowej, przy czym podczas nadtapiania powierzchnię ścianki odlewu przeciwległą do powierzchni nadtapianej omywa się strumieniem czynnika chłodzącego, korzystnie jako czynnik chłodzący stosuje się wodę.

W efekcie zastosowania sposobu według wynalazku do odlewów ze stopu topionego w piecu próżniowym i odlanego do form ceramicznych w warunkach wysokiego podciśnienia, a następnie poddanego działaniu skoncentrowanego strumienia ciepła poprzez nadtopienie warstwy wierzchniej i kolejną szybką krystalizację, zgodnie ze sposobem według wynalazku, uzyskano około 30% wzrost wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej w porównaniu do wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej materiału w stanie surowym. Ma to istotne znaczenie dla podniesienia żywotności elementów zapewniających bezpieczeństwo pracy silników lotniczych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Ze stopu kobaltu MAR-M509 odlewa się płytki o wymiarach 85 x 15 x 3 mm, przy czym jako wsad do pieca próżniowego stosuje się stop pierwotny o zawartości 0,55% węgla, 10,31% niklu, 23,10% chromu, 0,18% żelaza, 7,10% wolframu, 3,7% tantalu, 0,34% cyrkonu, 0,17% tytanu, 0,13% krzemu, 0,013% siarki, 0,01% boru oraz 54,397% kobalt. Po roztopieniu stopu kobaltu prowadzi się rafinację próżniową w celu zmniejszenia porowatości gazowej w odlewach. Następnie stop w warunkach wysokiego podciśnienia odlewa się do form ceramicznych, po czym powierzchnię odlewów nadtapia się skoncentrowanym strumieniem ciepła w postaci łuku elektrycznego. Parametry tego procesu dobiera się tak, aby przy obustronnym nadtapianiu odlewów nakładającymi się na siebie ściegami, w całej ich objętości otrzymać strukturę ukształtowaną w warunkach szybkiej krystalizacji. Odlewy nadtapia się łukiem elektrycznym o długości 3 mm wytworzonym z zastosowaniem elektrody wolframowej o średnicy 2,4 mm. Nadtapianie prowadzi się w atmosferze helu stosując natężenie prądu spawania 200 A i prędkość skanowania łukiem elektrycznym 100 mm/min. Dla intensyfikacji odprowadzania ciepła z powierzchni przeciwległej do powierzchni nadtapiania omywa się ją, w trakcie procesu, czynnikiem chłodzącym.

Wysokocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa, w warunkach rezonansu, przy częstotliwości drgań do 70 Hz do 80 Hz i przy granicznej liczbie cykli 2-10⁷, dla materiału po obróbce wynosi 340 MPa, podczas gdy dla materiału w stanie surowym 265 MPa.

PL 238 329 B1

P r z y k ł a d 2

Ze stopu kobaltu MAR-M509 odlewa się płytki o wymiarach 85 x 15 x 3 mm, przy czym jako wsad do pieca próżniowego stosuje się stop pierwotny o zawartości 0,55% węgla, 10,31% niklu, 23,10% chromu, 0,18% żelaza, 7,10% wolframu, 3,7% tantalu, 0,34% cyrkonu, 0,17% tytanu, 0,13% krzemu, 0,013% siarki, 0,01% boru oraz 54,397% kobalt. Po roztopieniu stopu kobaltu prowadzi się rafinację próżniową w celu zmniejszenia porowatości gazowej w odlewach. Następnie stop w warunkach wysokiego podciśnienia odlewa się do form ceramicznych, po czym powierzchnię odlewów nadtapia się skoncentrowanym strumieniem ciepła w postaci łuku elektrycznego. Parametry tego procesu dobiera się tak, aby przy obustronnym nadtapianiu odlewów nakładającymi się na siebie ściegami, w całej ich objętości otrzymać strukturę ukształtowaną w warunkach szybkiej krystalizacji. Odlewy nadtapia się łukiem elektrycznym o długości 3 mm wytworzonym z zastosowaniem elektrody wolframowej o średnicy 2,4 mm. Nadtapianie prowadzi się w atmosferze helu stosując natężenie prądu spawania 200 A i prędkość skanowania łukiem elektrycznym 200 mm/min. Dla intensyfikacji odprowadzania ciepła z powierzchni przeciwległej do powierzchni nadtapiania omywa się ją, w trakcie procesu, czynnikiem chłodzącym.

Wysokocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa, w warunkach rezonansu, przy częstotliwości drgań od 70 Hz do 80 Hz i przy granicznej liczbie cykli 2-10⁷, dla materiału po obróbce wynosi 346 MPa, podczas gdy dla materiału w stanie surowym 265 MPa.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób podwyższania wysokocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej odlewów ze stopu kobaltu, w którym do pieca próżniowego wprowadzany jest stop pierwotny kobaltu, a po jego roztopieniu prowadzona jest rafinacja próżniowa, a następnie w warunkach wysokiego podciśnienia jest on odlany do form ceramicznych, znamienny tym, że po odlaniu powierzchnię odlewów nadtapia się skoncentrowanym strumieniem ciepła, przy czym jako skoncentrowany strumień ciepła stosuje się łuk elektryczny w atmosferze gazu obojętnego o natężeniu prądu od 50 A do 300 A i prędkości skanowania łukiem elektrycznym od 100 mm/minutę do 400 mm/minutę.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz obojętny stosuje się hel.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że łuk elektryczny wytwarza się z zastosowaniem elektrody wolframowej.
4. 4. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że podczas nadtapiania powierzchnię ścianki odlewu przeciwległą do powierzchni nadtapianej omywa się strumieniem czynnika chłodzącego.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako czynnik chłodzący stosuje się wodę.