RU193363U1

RU193363U1 - GASOTURBINE MOTOR FROM MARTENSITY-FERRITE STEEL

Info

Publication number: RU193363U1
Application number: RU2018138249U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Сергеевич Осечкин; Александр Сергеевич Джус; Анатолий Кондратьевич Онищенко; Марина Васильевна Сивцова
Original assignee: Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-10-28

Abstract

Полезная модель относится к изготовлению лопаток компрессоров газотурбинных двигателей из сталей мартенситно-ферритного класса и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении. Лопатка газотурбинного двигателя из мартенситно-ферритной стали содержит замковую и перьевую части, при этом в ее перьевой части феррит ориентирован вдоль пера лопатки. Достигается снижение влияния ферритной составляющей стали мартенситно-ферритного класса в лопатках при их работе в газотурбинных двигателях и повышение усталостной прочности и ресурса работы двигателя в целом. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the manufacture of compressor blades of gas turbine engines from steels of the martensitic-ferritic class and can be used in aircraft and power engineering. The blade of a gas turbine engine made of martensitic-ferritic steel contains a locking and feather parts, while in its feather part, the ferrite is oriented along the feather of the blade. EFFECT: decrease in the effect of the ferritic component of martensitic-ferritic steel in blades during their operation in gas turbine engines and increase in fatigue strength and engine operating life as a whole. 4 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к изготовлению лопаток компрессоров газотурбинных двигателей (далее - ГТД) из сталей мартенситно-ферритного класса и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении. The proposed utility model relates to the manufacture of compressor blades for gas turbine engines (hereinafter - GTE) from steels of the martensitic-ferritic class and can be used in aircraft and power engineering.

Из уровня техники известно широкое применение для лопаток компрессоров ГТД и стационарных энергетических установок сталей мартенситно-ферритного класса ЭИ268(14Х17Н2), ЭИ961 (13X11Н2 В2МФ) (см. Марочник сталей и сплавов, 2-е изд., доп. и испр. А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. М.: Машиностроение, 2003. с. 278, 329).The widespread use of GTE compressors and stationary power plants for martensitic-ferritic steels EI268 (14X17H2), EI961 (13X11Н2 В2МФ) (see Marochnik staly and alloys, 2nd ed., Add. And rev. A. S. Zubchenko, M.M. Koloskov, Yu.V. Kashirsky, etc. M.: Mechanical Engineering, 2003.p. 278, 329).

Недостатком этих сталей является их двухфазное состояние (мартенсит + феррит). Поэтому на лопатках из этих сталей имеет место нестабильность свойств по объему детали и тем большая, чем больше в стали имеется ферритной составляющей. По исследованиям B.C. Малова, В.А. Васильева (Методы повышения ударной вязкости стали 14Х17Н2 в поперечном направлении деформации/Металловедение и термическая обработка металлов. - №3, 2012 г.) при содержании феррита в стали в пределах 15-47% ударная вязкость стали изменяется от 14 до 41,5 МДж/м², а предел текучести от 559 до 735 МПа.The disadvantage of these steels is their two-phase state (martensite + ferrite). Therefore, on the blades of these steels there is an instability of properties in the volume of the part and the greater the more the ferrite component is present in the steel. According to the research of BC Malov, V.A. Vasilieva (Methods for increasing the toughness of steel 14X17H2 in the transverse direction of deformation / Metallurgy and heat treatment of metals. - No. 3, 2012) when the ferrite content in the steel is in the range of 15-47%, the toughness of steel varies from 14 to 41.5 MJ / m ² and yield strength from 559 to 735 MPa.

Из уровня техники известна лопатка ГТД, принятая за аналог (патент РФ №118241, В21Н 7/16, опубл. 20.07.2012), включающая замковую и перьевую части, в которой перьевую часть лопатки подвергают поверхностному пластическому деформированию (далее - ППД).The prior art GTE blade is accepted as an analogue (RF patent No. 118241, B21H 7/16, publ. 20.07.2012), including the locking and feather parts, in which the feather part of the blade is subjected to surface plastic deformation (hereinafter - PPD).

Недостатком аналога является его неприменимость к лопаткам из мартенситно-ферритных сталей, так как ППД усилит еще большую нестабильность свойств в детали в виду различной склонности к упрочнению мартенсита и феррита.The disadvantage of the analogue is its inapplicability to blades made of martensitic-ferritic steels, since PPD will enhance even greater instability of properties in the part in view of the different tendency to harden martensite and ferrite.

Из уровня техники известна лопатка ГТД из сплава ЭП718, включающая замковую и перьевую части, у которой перьевая часть подвергнута холодной вальцовке, выбранная за наиболее близкий аналог (патент РФ №2256527, В21К 3/04, опубл. 20.07.2005).The prior art GTE blade made of EP718 alloy, including the locking and feather parts, in which the feather part is cold-rolled, is selected as the closest analogue (RF patent No. 2256527, B21K 3/04, publ. 20.07.2005).

Недостатком прототипа применительно к мартенситно-ферритным сталям является то, что после холодной вальцовки перьевой части лопатки структурная неоднородность и неоднородность механических свойств в ней только усилятся.The disadvantage of the prototype with respect to martensitic-ferritic steels is that after cold rolling the feather part of the blade, the structural heterogeneity and heterogeneity of the mechanical properties in it only increase.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, является нестабильность свойств (механических свойств, структурной неоднородность) лопатки ГТД из стали мартенситно-ферритного класса при поверхностном пластическом деформировании.The technical problem that the utility model addresses is the instability of the properties (mechanical properties, structural heterogeneity) of a gas-turbine engine blade made of martensitic-ferritic steel during surface plastic deformation.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в снижении влияния ферритной составляющей стали мартенситно-ферритного класса в лопатках при их работе в ГТД и повышении усталостной прочности и ресурса работы двигателя в целом.The technical result of the claimed utility model is to reduce the influence of the ferritic component of the martensitic-ferritic class steel in the blades during their operation in the gas turbine engine and to increase the fatigue strength and life of the engine as a whole.

Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что лопатка газотурбинного двигателя, выполненная из мартенситно-ферритной класса с замковой и перьевой частями, имеет микроструктуру стали, ферритная составляющая которой в перьевой части ориентирована вдоль упомянутой перьевой части.The technical result of the claimed utility model is achieved by the fact that the blade of a gas turbine engine made of a martensitic-ferritic class with a locking and feather parts has a microstructure of steel, the ferrite component of which is oriented along the mentioned feather part in the feather part.

Технический результат достигается также тем, что лопатка выполнена выдавливанием мерной прутковой заготовки в очко матрицы с аэродинамическим профилем.The technical result is also achieved by the fact that the blade is made by extruding a measured bar stock into a matrix point with an aerodynamic profile.

Технический результат достигается также тем, что лопатка выполнена поперечной осадкой мерной прутковой заготовки.The technical result is also achieved by the fact that the blade is made by transverse upsetting of a measured bar stock.

Технический результат достигается также тем, что лопатка выполнена осадкой мерной прутковой заготовки, совмещенной с закалкой стали.The technical result is also achieved by the fact that the blade is made by upsetting a measured bar stock combined with hardening of steel.

Принципиальным отличием в данной полезной модели является ориентация феррита вдоль пера лопатки, так как при работе двигателя перо подвергается изгибающему и крутящему моменту. При поперечном расположении феррита в пере лопатки возможен изгиб и искажение формы лопаток двигателя, что может привести к нарушению его работы и поломке. В случае продольного расположения феррита в пере этого не произойдет.The fundamental difference in this utility model is the orientation of the ferrite along the feather of the blade, since when the engine is running, the feather is subjected to bending and torque. With the transverse arrangement of ferrite in the blade of the blade, bending and distortion of the shape of the engine blades is possible, which can lead to disruption of its operation and breakdown. In the case of a longitudinal arrangement of ferrite in the pen this will not happen.

Ориентация феррита вдоль пера лопатки возможна как поперечной осадкой прутковой заготовки, так и ее выдавливанием в очко матрицы. При этом вариант выдавливания является более предпочтительным, так как в этом случае ферритная фаза будет не только ориентирована вдоль пера лопатки, но и представлять собой «тонкие нити». То есть в объеме пера лопатки мартенситная матрица армирована тонкими нитями феррита. В этом случае совмещение горячего выдавливания с закалкой стали позволяет достичь максимального уровня свойств в детали, превышающих уровень, получаемый в лопатках в случае применения традиционной технологии термической обработки - двойной закалки и двойного отпуска.Orientation of ferrite along the feather of the blade is possible both by transverse upsetting of the bar stock and by squeezing it into the matrix point. In this case, the extrusion option is more preferable, since in this case the ferrite phase will not only be oriented along the feather of the scapula, but will also be “thin filaments”. That is, in the volume of the pen blade, the martensitic matrix is reinforced with thin filaments of ferrite. In this case, the combination of hot extrusion with hardening of steel allows to achieve the maximum level of properties in the part, exceeding the level obtained in the blades in the case of applying the traditional heat treatment technology - double hardening and double tempering.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующими иллюстрациями:The essence of the proposed utility model is illustrated by the following illustrations:

на фиг. 1 схематично представлена ориентация феррита в пере лопатки КВД по предлагаемой полезной модели;in FIG. 1 schematically shows the orientation of ferrite in the shoulder blades of the HPC according to the proposed utility model;

на фиг. 2 представлены фотографии микроструктуры стали 14Х17Н2 (ЭИ268) лопаток КВД серийного двигателя в состоянии двойной закалки и двойного отпуска;in FIG. 2 shows photographs of the microstructure of steel 14Kh17N2 (EI268) of the KVD blades of a serial engine in a state of double quenching and double tempering;

на фиг. 3 представлены фотографии микроструктуры стали 14Х17Н2 (ЭИ268) лопаток КВД серийного двигателя в состоянии совмещенных:in FIG. 3 presents photographs of the microstructure of steel 14X17H2 (EI268) of the HPC blades of a serial engine in the combined state:

выдавливания - закалки и одинарного отпуска.extrusions - hardening and single tempering.

Как уже отмечалось выше, полезная модель предполагает обязательную ориентацию ферритной фазы вдоль пера лопатки (фиг. 1). Микроструктура фиг. 2 и 3 доказывают не только эффективность такой ориентации феррита, но и замены двойной закалки и двойного отпуска на режим высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО): выдавливание - закалка + одинарный отпуск.As already noted above, the utility model involves the mandatory orientation of the ferritic phase along the feather of the scapula (Fig. 1). The microstructure of FIG. 2 and 3 prove not only the effectiveness of this orientation of ferrite, but also the replacement of double hardening and double tempering with the high-temperature thermomechanical processing (HTMO) mode: extrusion - quenching + single tempering.

В качестве примера использования предлагаемой полезной модели может служить лопатка ротора компрессора высокого давления из стали ЭИ268 (14Х17Н2) серийного ГТД, включающая замковую и перьевую части с длиной пера 30 мм, шириной 20 мм. При изготовлении таких лопаток по существующей технологии и требованиям ТУ, сводящихся только к твердости HRC 26…36, разброс показателей твердости составляет 20-30 HRC. Изготовление опытной партии лопаток КВД по предлагаемой модели позволило достичь показателей 30…35 HRC.As an example of the use of the proposed utility model, a rotor blade of a high-pressure compressor made of steel EI268 (14X17H2) of a serial gas turbine engine, including locking and feather parts with a pen length of 30 mm and a width of 20 mm, can be used. In the manufacture of such blades according to existing technology and the requirements of TU, which are reduced only to the hardness of HRC 26 ... 36, the scatter of hardness is 20-30 HRC. The manufacture of an experimental batch of HPC blades according to the proposed model made it possible to achieve indices of 30 ... 35 HRC.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет не только повысить конструктивную прочность лопаток из мартенситно-ферритных сталей, но и снизить трудоемкость их последующей термообработки.Thus, the proposed utility model allows not only to increase the structural strength of the blades of martensitic-ferritic steels, but also to reduce the complexity of their subsequent heat treatment.

Claims

1. The blade of a gas turbine engine made of steel from a martensitic-ferritic class with a locking and feather parts, characterized in that it has a microstructure of steel, the ferrite component of which is oriented in the feather part along the mentioned feather part.

2. The blade according to claim 1, characterized in that it is made by extruding a measured bar stock into a matrix point with an aerodynamic profile.

3. The blade according to claim 1, characterized in that it is made by transverse upsetting of a measured bar stock.

4. The blade according to claim 1, characterized in that it is made by extruding a measured bar stock combined with hardening.

5. The blade according to claim 1, characterized in that it is made by upsetting a measured bar stock combined with hardening.