RU206356U1 - TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS - Google Patents

TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS Download PDF

Info

Publication number
RU206356U1
RU206356U1 RU2021118647U RU2021118647U RU206356U1 RU 206356 U1 RU206356 U1 RU 206356U1 RU 2021118647 U RU2021118647 U RU 2021118647U RU 2021118647 U RU2021118647 U RU 2021118647U RU 206356 U1 RU206356 U1 RU 206356U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
nickel
alloy
blade
resistant
Prior art date
Application number
RU2021118647U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Владимирович Новиков
Original Assignee
Антон Владимирович Новиков
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Владимирович Новиков filed Critical Антон Владимирович Новиков
Priority to RU2021118647U priority Critical patent/RU206356U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU206356U1 publication Critical patent/RU206356U1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к лопаткам энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин ГТУ и ГТД с жаростойкими покрытиями.Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок с внешним и внутренним жаростойким покрытием, выполненная из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающаяся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит иттербий. Внешнее жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 50 до 60 мкм из сплава состава, вес.%: Si от 4,0 до 6,0; Y от 1,0 до 2,0; Al остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 10...15 мкм состава, вес.%: Cr от 4,0 до 8,0 и Al от 15,0 до 25,0.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the blades of power and transport turbines, and, in particular, gas turbines of GTU and GTE with heat-resistant coatings. nickel containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains ytterbium ... The outer heat-resistant coating is made with a thickness of 50 to 60 microns from an alloy of the composition, wt.%: Si from 4.0 to 6.0; Y 1.0 to 2.0; Al is the rest, and the inner heat-resistant coating is made with a thickness of 10 ... 15 microns of composition, wt.%: Cr from 4.0 to 8.0 and Al from 15.0 to 25.0.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к лопаткам энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин ГТУ и ГТД с жаростойкими покрытиями.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the blades of power and transport turbines, and, in particular, gas turbines of GTU and GTE with heat-resistant coatings.

Газотурбинные установки и двигатели находят все более широкое применение в современной технике: судовые газотурбинные двигатели, энергетические газотурбинные турбинные установки (ГТУ) и газоперекачивающие агрегаты. К основным деталям, определяющим надежность, экономичность и ресурс их работы, относятся рабочие лопатки турбины. Длительная эксплуатация лопаточного аппарата турбины возможна лишь при условии изготовления рабочих лопаток из жаропрочных сплавов на никелевой или кобальтовой основе. Применяемые для изготовления лопаток жаропрочные сплавы на никелевой и кобальтовой основе позволяют обеспечить работоспособность лопаток турбин.Gas turbine units and engines are increasingly being used in modern technology: marine gas turbine engines, power gas turbine turbine units (GTU) and gas pumping units. The main parts that determine the reliability, efficiency and resource of their work are the turbine rotor blades. Long-term operation of the turbine blades is possible only if the rotor blades are made of heat-resistant alloys on a nickel or cobalt base. Heat-resistant alloys on a nickel and cobalt base used for the manufacture of blades make it possible to ensure the operability of the turbine blades.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления лопаток газовой турбины, содержащий около 6,0 мас.% алюминия; около 6,5 мас.% тантала; около 4,5 мас.% хрома; около 5,0 мас.% вольфрама, около 2,5 мас.% молибдена, около 4 мас.% рения; около 12 мас.% кобальта, от примерно 0,2 до примерно 0,6 мас.% гафния, от примерно 0,01 до примерно 0,03 мас.% углерода; от примерно 0,002 до примерно 0,006 мас.% бора; и баланс никель и случайные примеси (патент США № 8,858,876).Known high-temperature alloy based on nickel for the manufacture of gas turbine blades, containing about 6.0 wt.% Aluminum; about 6.5 wt.% tantalum; about 4.5 wt.% chromium; about 5.0 wt.% tungsten, about 2.5 wt.% molybdenum, about 4 wt.% rhenium; about 12 weight percent cobalt, about 0.2 to about 0.6 weight percent hafnium, about 0.01 to about 0.03 weight percent carbon; about 0.002 to about 0.006 weight percent boron; and a balance of nickel and incidental impurities (US patent No. 8,858,876).

Известен также жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий Cr 3.0-5.0 wt%, Co 5.0-10.0 wt%, Mo 0.5-3.0 wt%, W 8.0-10.0 wt%, Ta 5.0-8.0 wt%, Nb 3.0 wt % or less, Al 4.5-6.0 wt%, Ti 0.1-2.0 wt%, Re more than 3.0-4.0 wt%, Ru 0.2-4.0 wt%, Hf 0.01-0.2 wt%, and the balance being Ni and unavoidable impurities (патент США № 8852500).Also known is a nickel-base heat-resistant alloy containing Cr 3.0-5.0 wt%, Co 5.0-10.0 wt%, Mo 0.5-3.0 wt%, W 8.0-10.0 wt%, Ta 5.0-8.0 wt%, Nb 3.0 wt% or less , Al 4.5-6.0 wt%, Ti 0.1-2.0 wt%, Re more than 3.0-4.0 wt%, Ru 0.2-4.0 wt%, Hf 0.01-0.2 wt%, and the balance being Ni and unavoidable impurities (US patent No. 8852500).

Рабочие лопатки газовой турбины, изготовленные из известных сплавов, обладают не достаточной высокой жаропрочностью, поскольку их состав направлен на одновременное повышение жаростойкости и жаропрочности. Необходимость повышения коррозионной стойкости и стойкости к окислению лопаток в условиях воздействия агрессивной среды из-за неоптимальных соотношений легирующих элементов приводит к снижению жаропрочности. Кроме того, лопатки газовой турбины, изготовленные из известного сплава, имеют повышенный объем неравновесной эвтектической γ'-фазы.Gas turbine rotor blades made of known alloys do not have a sufficiently high heat resistance, since their composition is aimed at simultaneously increasing heat resistance and heat resistance. The need to increase the corrosion resistance and oxidation resistance of the blades under the influence of an aggressive environment due to suboptimal ratios of alloying elements leads to a decrease in the heat resistance. In addition, gas turbine blades made of a known alloy have an increased volume of the non-equilibrium eutectic γ'-phase.

Известный сплав включает углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, рений, бор, ниобий, церий, иттрий, лантан, неодим и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,12; хром 5,0-6,0; кобальт 8,0-10,0; вольфрам 6,5-7,5; молибден 0,8-1,5; алюминий 5,5-6,0; тантал 4,4-5,4; рений 3,8-4,6; бор 0,001-0,02; ниобий 0,6-1,0; церий 0,005-0,10; иттрий 0,0001-0,002; лантан 0,001-0,05; неодим 0,0005-0,01; никель остальное (RU 2148099, C22C 19/05, опубликовано 27.04.2000).The known alloy includes carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and nickel in the following ratio of components, wt%: carbon 0.05-0.12; chromium 5.0-6.0; cobalt 8.0-10.0; tungsten 6.5-7.5; molybdenum 0.8-1.5; aluminum 5.5-6.0; tantalum 4.4-5.4; rhenium 3.8-4.6; boron 0.001-0.02; niobium 0.6-1.0; cerium 0.005-0.10; yttrium 0.0001-0.002; lanthanum 0.001-0.05; neodymium 0.0005-0.01; nickel the rest (RU 2148099, C22C 19/05, published 04/27/2000).

Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления рабочих лопаток газовых турбин (ТУ 14-1-4828-90: ХН57КВЮТМБРЛ (ЧС88У)), содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest in technical essence is a high-temperature alloy based on nickel for the manufacture of rotor blades of gas turbines (TU 14-1-4828-90: KhN57KVYUTMBRL (ChS88U)), containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, with the following ratio of components, wt%:

углеродcarbon 0,06-0,120.06-0.12 хромchromium 15,00-16,2015.00-16.20 кобальтcobalt 10,00-11,5010.00-11.50 вольфрамtungsten 4,70-5,904.70-5.90 молибденmolybdenum 1,60-2,301.60-2.30 алюминийaluminum 2,60-3,302.60-3.30 борboron 0,0100.010 ниобийniobium 0,10-0,300.10-0.30 церийcerium 0,0200.020 иттрийyttrium 0,0300.030 титанtitanium 4,20-5,004.20-5.00 гафнийhafnium 0,30-0,600.30-0.60 марганецmanganese ≤0,30≤0.30 цирконийzirconium 0,0300.030 кремнийsilicon ≤0,30≤0.30 азотnitrogen ≤0,010≤0.010 железоiron ≤0,50≤0.50 медьcopper ≤0,10≤0.10 никельnickel основаthe foundation

Однако данный известный сплав имеет недостаточно высокие показатели по жаропрочности.However, this known alloy has insufficiently high heat resistance.

В процессе эксплуатации лопатки подвергаются воздействию повышенных механических нагрузок, высоких температур и агрессивных сред. Результатом такого комплексного воздействия на деталь является ее быстрый выход из строя, что не обеспечивает требуемого ресурса изделия в целом. Для решения проблемы повышения работоспособности лопаток турбины используются различные эффективные защитные покрытия [Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов / Н.В.Абраимов, Ю.С.Елисеев. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 622 с.].During operation, the blades are exposed to increased mechanical loads, high temperatures and aggressive media. The result of such a complex effect on the part is its rapid failure, which does not provide the required resource of the product as a whole. To solve the problem of increasing the efficiency of turbine blades, various effective protective coatings are used [Chemical and thermal treatment of heat-resistant steels and alloys / NV Abraimov, Y.S. Eliseev. - M .: Intermet Engineering, 2001. - 622 p.].

Применяемые для защиты лопаток жаростойкие покрытия, при их достаточной стабильности в условиях эксплуатации, могут ощутимо снизить процессы разрушения основного материала детали и обеспечить ее работоспособность в условиях высоких температур.The heat-resistant coatings used to protect the blades, with their sufficient stability under operating conditions, can significantly reduce the processes of destruction of the base material of the part and ensure its performance at high temperatures.

Наиболее перспективными материалами, используемыми для формирования жаростойких покрытий, являются сплавы систем: Me-Cr-Al-Y, где Me-Ni, Co или их сочетание, а также сплавы сочетающие Ni, Cr, Al, Si, Y, B. [Мубояджян С.А., Каблов Е.Н., Будиновский С.А. Вакуумно-плазменная технология получения защитных покрытий из сложнолегированных сплавов, МиТОМ. 1995, №2, с.15-18]. Применяются как однослойные [Патент США №4475503], так и двухслойные покрытия, например, с внешним слоем на основе алюминидов никеля [патент США №4080486].The most promising materials used for the formation of heat-resistant coatings are alloys of the systems: Me-Cr-Al-Y, where Me-Ni, Co or their combination, as well as alloys combining Ni, Cr, Al, Si, Y, B. [Muboyadzhyan S.A., Kablov E.N., Budinovskiy S.A. Vacuum-plasma technology for producing protective coatings from complex alloyed alloys, MiTOM. 1995, No. 2, pp. 15-18]. Both single-layer [US Pat. No. 4,475,503] and two-layer coatings are used, for example, with an outer layer based on nickel aluminides [US Pat. No. 4,080,486].

Известно жаростойкое покрытие состава NiCrAlY, которое нанесено в вакууме [Мубояджян С.А., Каблов Е.Н., Будиновский С.А. Вакуумно-плазменная технология получения защитных покрытий из сложнолегированных сплавов, МиТОМ. 1995, №2, с.15-18], а также подобное покрытие, дополнительно подвергнутое алитированию [П.Т.Коломыцев. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов. - М.: Машиностроение, 1991, с. 146; Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1985, с. 253-254].Known heat-resistant coating composition NiCrAlY, which is applied in vacuum [Muboyadzhyan SA, Kablov EN, Budinovsky SA. Vacuum-plasma technology for producing protective coatings from complex alloyed alloys, MiTOM. 1995, No. 2, p.15-18], as well as a similar coating, additionally subjected to aluminization [PT Kolomytsev. High temperature protective coatings for nickel alloys. - M .: Mechanical Engineering, 1991, p. 146; Lakhtin Yu.M., Arzamasov B.N. Chemical heat treatment of metals. - M .: metallurgy, 1985, p. 253-254].

Недостатком известных лопаток с жаростойкими покрытиями является интенсивный диффузионный обмен между слоем MeCrAlY и основным материалом детали, приводящий к снижению эксплуатационных свойств лопаток турбин ГТД и ГТУ.The disadvantage of the known blades with heat-resistant coatings is the intense diffusion exchange between the MeCrAlY layer and the base material of the part, which leads to a decrease in the operational properties of the turbine blades of GTE and GTU.

Наиболее близким по технической сущности является лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок, содержащая на пере и полке лопатки жаростойкое покрытие, состоящее из внутреннего жаростойкого слоя и нанесенного на него внешнего жаростойкого слоя [Патент РФ №1658652. МПК С23С 14/00. Способ получения комбинированного жаростойкого покрытия, опубл. 2000 г.]. Известная лопатка содержит жаростойкое покрытие, полученное осаждением в вакууме внутреннего слоя покрытия из сплава на основе никеля, содержащего кобальт, хром, алюминий и редкоземельный элемент, последующее осаждение внешнего слоя покрытия из сплава на основе алюминия, содержащего в качестве легирующей добавки никель, при содержании в каждом из слоев алюминия в количестве 20-80 г/м2 и толщине внутреннего слоя покрытия 30-100 мкм и последующий вакуумный отжиг.The closest in technical essence is a turbine blade for gas turbine engines and power plants, containing a heat-resistant coating on the blade and the blade shelf, consisting of an inner heat-resistant layer and an outer heat-resistant layer applied to it [RF Patent No. 1658652. IPC S23S 14/00. A method of obtaining a combined heat-resistant coating, publ. 2000]. The known blade contains a heat-resistant coating obtained by vacuum deposition of an inner layer of a coating made of a nickel-based alloy containing cobalt, chromium, aluminum and a rare earth element, the subsequent deposition of an outer layer of a coating made of an aluminum-based alloy containing nickel as an alloying addition, with the content in each of the layers of aluminum in the amount of 20-80 g / m 2 and the thickness of the inner layer of the coating 30-100 microns and subsequent vacuum annealing.

Основным недостатком прототипа является низкая жаростойкость и недостаточная выносливость и циклическая прочность, т.е. параметры, которые необходимо обеспечивать при эксплуатации лопаток газотурбинных двигателей и установок.The main disadvantage of the prototype is low heat resistance and insufficient endurance and cyclic strength, i.e. parameters that must be ensured during the operation of blades of gas turbine engines and installations.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение жаропрочности и жаростойкости лопатки при одновременном повышении ее выносливости и циклической прочности.The technical result of the claimed utility model is to increase the heat resistance and heat resistance of the blade while increasing its endurance and cyclic strength.

Технический результат достигается тем, что лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок с внешним и внутренним жаростойким покрытием, выполненная из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающаяся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит иттербий при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that a turbine blade for gas turbine engines and power plants with external and internal heat-resistant coating, made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium , hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains ytterbium in the following ratio of components, wt%:

хромchromium 15,50-16,0015.50-16.00 кобальтcobalt 11,00-12,0011.00-12.00 вольфрамtungsten 5,50-6,005.50-6.00 молибденmolybdenum 2,00-2,502.00-2.50 алюминийaluminum 2,80-3,502.80-3.50 борboron 0,0100.010 ниобийniobium 0,20-0,400.20-0.40 церийcerium 0,0200.020 иттрийyttrium 0,0300.030 титанtitanium 4,50-5,004.50-5.00 гафнийhafnium 0,30-0,600.30-0.60 марганецmanganese ≤0,30≤0.30 цирконийzirconium 0,0300.030 кремнийsilicon ≤0,30≤0.30 азотnitrogen ≤0,010≤0.010 железоiron ≤0,50≤0.50 медьcopper ≤0,10≤0.10 иттербийytterbium 0,0100.010 никельnickel основа, the foundation,

причем внешнее жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 50 до 60 мкм из сплава состава, вес.%: Si от 4,0 до 6,0; Y от 1,0 до 2,0; Al остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие толщиной от 10 до 15 мкм состава, вес.%: Cr от 4,0 до 8,0 и Al от 15,0 до 25,0. moreover, the external heat-resistant coating is made with a thickness of 50 to 60 μm from an alloy of the composition, wt.%: Si from 4.0 to 6.0; Y 1.0 to 2.0; Al is the rest, and the inner heat-resistant coating with a thickness of 10 to 15 μm of composition, wt%: Cr from 4.0 to 8.0 and Al from 15.0 to 25.0.

Технический результат достигается также тем, что лопатка турбины, дополнительно, под внутренним жаростойким слоем содержит слой, состоящий из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 до 2,0 мкм; под внешним слоем содержит слой, состоящий из Nb, Pt, Cr или их сочетания толщиной от 0,1 до 2,0 мкм; масса лопатки составляет 0,22 кг, а габаритные размеры: 104,5×50,5×36 мм.The technical result is also achieved by the fact that the turbine blade, in addition, under the inner heat-resistant layer contains a layer consisting of Nb, Pt, Cr or their combination with a thickness of 0.1 to 2.0 microns; under the outer layer contains a layer consisting of Nb, Pt, Cr or their combination with a thickness of 0.1 to 2.0 μm; the weight of the blade is 0.22 kg, and the overall dimensions are 104.5 × 50.5 × 36 mm.

В предлагаемом сплаве на никелевой основе количество упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al) составляет порядка 55-60 ат.%, что обеспечивает высокую жаропрочность: 350-360 МПа за 103 часов при температуре порядка 850-900°C.In the proposed nickel-based alloy, the amount of the strengthening γ'-phase (Ni 3 Al) is about 55-60 at.%, Which provides high heat resistance: 350-360 MPa for 10 3 hours at a temperature of about 850-900 ° C.

Содержание вольфрама и тантала дает повышенную жаропрочность литого сплава, однако дальнейшее увеличение их суммарного содержания вызывает значительный рост температуры растворения γ'-фазы, что компенсируется увеличенным содержания кобальта.The content of tungsten and tantalum gives an increased heat resistance of the cast alloy, but a further increase in their total content causes a significant increase in the temperature of dissolution of the γ'-phase, which is compensated by the increased content of cobalt.

Гафний в сочетании с ниобием в заявленных концентрациях обеспечивают достаточную пластичность литого сплава на длительный ресурс и стабилизацию карбидов.Hafnium in combination with niobium in the stated concentrations provides sufficient ductility of the cast alloy for a long service life and stabilization of carbides.

При этом заявленные соотношения компонентов в сплаве исключают в процессе наработки появление охрупчивающих фаз и ограничивают выделение неравновесной эвтектической γ'-фазы, что обеспечивает пониженный объем газоусадочной пористости и повышает устойчивость изделия к образованию трещин. At the same time, the claimed ratios of the components in the alloy exclude the appearance of embrittling phases during production and limit the release of the nonequilibrium eutectic γ'-phase, which provides a reduced volume of gas-shrinkage porosity and increases the product's resistance to cracking.

Для получения литых рабочих лопаток газовой турбины из предлагаемого сплава используют известные способы и устройства для литья турбинных лопаток из жаропрочных сплавов с монокристаллической, направленной и равноосной структурами. Термообработка литых заготовок включает гомогенизирующий отжиг при температуре около 1260°C в течение 3-10 ч.To obtain cast rotor blades of a gas turbine from the proposed alloy, known methods and devices for casting turbine blades from heat-resistant alloys with monocrystalline, directional and equiaxed structures are used. Heat treatment of cast billets includes homogenizing annealing at a temperature of about 1260 ° C for 3-10 h.

Достигаемое повышенное сопротивление агрессивным воздействиям среды предлагаемой лопатки из предлагаемого сплава (по сравнению с известным аналогом) позволяют увеличить эксплуатационную надежность и срок службы изделий. The achieved increased resistance to aggressive environmental influences of the proposed blade made of the proposed alloy (in comparison with the known analogue) makes it possible to increase the operational reliability and service life of the products.

Высокие прочностные характеристики таких сплавов достигаются за счет значительного количества упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al), легированной ниобием, титаном, танталом и т.д., а также упрочнением твердого раствора (γ-фазы) кобальтом, хромом, молибденом и вольфрамом. Повышенную коррозионную стойкость, а также сопротивление окислению при повышении, обеспечивают высоким содержанием хрома, и алюминия, и тантала в поверхностном слое лопатки, а также нанесением жаростойкого покрытия. High strength characteristics of such alloys are achieved due to a significant amount of the strengthening γ'-phase (Ni 3 Al), alloyed with niobium, titanium, tantalum, etc., as well as hardening of the solid solution (γ-phase) with cobalt, chromium, molybdenum and tungsten. ... Increased corrosion resistance, as well as resistance to oxidation with increasing, is provided by the high content of chromium, aluminum, and tantalum in the surface layer of the blade, as well as by applying a heat-resistant coating.

Для оценки стойкости известных и предлагаемых лопаток газовых турбин, были проведены сравнительные испытания, показавшие следующие результаты. To assess the durability of the known and proposed gas turbine blades, comparative tests were carried out, which showed the following results.

Толщины жаростойких покрытий составляли:The thicknesses of the heat-resistant coatings were:

по способу-прототипу первый слой - толщиной 40 мкм и 80 мкм, второй слой - 80 мкм и 40 мкм;according to the prototype method, the first layer is 40 microns and 80 microns thick, the second layer is 80 microns and 40 microns;

по предлагаемому способу внешнее покрытие от 50 мкм до 60 мкм, внутреннее покрытие от 10 мкм до 15 мкм.according to the proposed method, the outer coating is from 50 microns to 60 microns, the inner coating is from 10 microns to 15 microns.

В результате проведенных испытаний на жаропрочность были получены следующие результаты: длительная прочность лопаток из никелевого сплава в среднем по сравнению с прототипом составляет:As a result of the tests for heat resistance, the following results were obtained: the long-term strength of nickel alloy blades, on average, compared with the prototype, is:

1) при температуре 600°С, нагрузке 1000 МПа составляет:1) at a temperature of 600 ° C, a load of 1000 MPa is:

прототип: 360-380 ч;prototype: 360-380 h;

по предлагаемому техническому решению: 490-510 ч;according to the proposed technical solution: 490-510 h;

2) при температуре 800°С, нагрузке 500 МПа составляет:2) at a temperature of 800 ° C, a load of 500 MPa is:

прототип: 410-430 ч;prototype: 410-430 h;

по предлагаемому техническому решению: 520-540 ч;according to the proposed technical solution: 520-540 h;

3) при температуре 900°С, нагрузке 250 МПа составляет:3) at a temperature of 900 ° C, a load of 250 MPa is:

прототип: 360-370 ч;prototype: 360-370 h;

по предлагаемому техническому решению: 410-420 ч.according to the proposed technical solution: 410-420 h.

Предел выносливости образцов из никелевого сплава, по предлагаемому варианту превышает аналогичные показатели, полученные по прототипу в среднем на 6,7-8,4%. The endurance limit of nickel alloy specimens, according to the proposed option, exceeds those obtained from the prototype by an average of 6.7-8.4%.

Таким образом, предложенная лопатка из сплава на никелевой основе с жаростойким покрытием позволяют достичь технического результата заявляемой полезной модели - повышения жаропрочности и жаростойкости лопатки при одновременном повышении ее выносливости и циклической прочности.Thus, the proposed blade made of a nickel-based alloy with a heat-resistant coating makes it possible to achieve the technical result of the claimed utility model - increasing the heat resistance and heat resistance of the blade while increasing its endurance and cyclic strength.

Claims (5)

1. Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок с внешним и внутренним жаростойким покрытием, выполненная из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающаяся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит иттербий при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. Turbine blade for gas turbine engines and power plants with external and internal heat-resistant coating, made of nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese , zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains ytterbium in the following ratio of components, wt%: хромchromium 15,50-16,0015.50-16.00 кобальтcobalt 11,00-12,0011.00-12.00 вольфрамtungsten 5,50-6,005.50-6.00 молибденmolybdenum 2,00-2,502.00-2.50 алюминийaluminum 2,80-3,502.80-3.50 борboron 0,0100.010 ниобийniobium 0,20-0,400.20-0.40 церийcerium 0,0200.020 иттрийyttrium 0,0300.030 титанtitanium 4,50-5,004.50-5.00 гафнийhafnium 0,30-0,600.30-0.60 марганецmanganese ≤0,30≤0.30 цирконийzirconium 0,0300.030 кремнийsilicon ≤0,30≤0.30 азотnitrogen ≤0,010≤0.010 железоiron ≤0,50≤0.50 медьcopper ≤0,10≤0.10 иттербийytterbium 0,0100.010 никельnickel основа,the foundation,
причем внешнее жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 50 до 60 мкм из сплава состава, вес.%: Si от 4,0 до 6,0; Y от 1,0 до 2,0; Al остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 10 до 15 мкм состава, вес.%: Cr от 4,0 до 8,0 и Al от 15,0 до 25,0. moreover, the external heat-resistant coating is made with a thickness of 50 to 60 μm from an alloy of the composition, wt.%: Si from 4.0 to 6.0; Y 1.0 to 2.0; The rest is Al, and the inner heat-resistant coating is made with a thickness of 10 to 15 μm of the composition, wt%: Cr from 4.0 to 8.0 and Al from 15.0 to 25.0. 2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что покрытие дополнительно под внутренним жаростойким слоем содержит слой, состоящий из Nb, Pt, Cr или их сочетания, толщиной от 0,1 до 2,0 мкм.2. A blade according to claim 1, characterized in that the coating additionally under the inner heat-resistant layer contains a layer consisting of Nb, Pt, Cr or their combination, with a thickness of 0.1 to 2.0 μm. 3. Лопатка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что масса лопатки составляет 0,22 кг, а габаритные размеры - 104,5×50,5×36 мм.3. A blade according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the mass of the blade is 0.22 kg, and the overall dimensions are 104.5 × 50.5 × 36 mm.
RU2021118647U 2021-06-26 2021-06-26 TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS RU206356U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021118647U RU206356U1 (en) 2021-06-26 2021-06-26 TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021118647U RU206356U1 (en) 2021-06-26 2021-06-26 TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU206356U1 true RU206356U1 (en) 2021-09-07

Family

ID=77663374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021118647U RU206356U1 (en) 2021-06-26 2021-06-26 TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU206356U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3304056A (en) * 1965-03-19 1967-02-14 Hitachi Ltd Turbine blades
RU2171315C2 (en) * 1999-09-01 2001-07-27 Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Method of applying protective coating on gas turbine blades
WO2005106064A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Diffusion Alloys Limited Coatings for turbine blades
RU2355891C2 (en) * 2003-10-28 2009-05-20 Снекма Gas turbine part equipped with protective coating, and method of applying protective coating to metal base made from superalloy
RU94974U1 (en) * 2009-09-23 2010-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" HEAT-PROTECTED COATED TURBIN SHOVEL FOR GAS-TURBINE ENGINES AND POWER INSTALLATIONS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3304056A (en) * 1965-03-19 1967-02-14 Hitachi Ltd Turbine blades
RU2171315C2 (en) * 1999-09-01 2001-07-27 Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Method of applying protective coating on gas turbine blades
RU2355891C2 (en) * 2003-10-28 2009-05-20 Снекма Gas turbine part equipped with protective coating, and method of applying protective coating to metal base made from superalloy
WO2005106064A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Diffusion Alloys Limited Coatings for turbine blades
RU94974U1 (en) * 2009-09-23 2010-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" HEAT-PROTECTED COATED TURBIN SHOVEL FOR GAS-TURBINE ENGINES AND POWER INSTALLATIONS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5278936B2 (en) Heat resistant superalloy
US8133595B2 (en) Multilayer alloy coating film, heat-resistant metal member having the same, and method for producing multilayer alloy coating film
US8883072B2 (en) Ni-base alloy, high-temperature member for steam turbine and welded rotor for turbine using the same, and method for manufacturing the same
JP2013208628A (en) Ni-BASED ALLOY WELDING MATERIAL, AND WELDING WIRE, ROD AND POWDER USING THE SAME
JP4982340B2 (en) Ni-based alloy, gas turbine stationary blade and gas turbine
KR20120053645A (en) Polycrystal ni base superalloy with good mechanical properties at high temperature
US8916092B2 (en) Ni-based alloy, and turbine rotor and stator blade for gas turbine
EP2537608A1 (en) Ni-based alloy for casting used for steam turbine and casting component of steam turbine
US11584976B2 (en) High-performance metal alloy for additive manufacturing of machine components
RU206356U1 (en) TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS
RU206355U1 (en) DG-90 turbine blade
RU207292U1 (en) TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND PLANTS
RU207259U1 (en) Blade of the second stage of the turbine DG-90
JP6084802B2 (en) High-strength Ni-base superalloy and gas turbine using the same
JP5843718B2 (en) Ni-base welding material and dissimilar material welding turbine rotor
RU208686U1 (en) Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants
JP2017137534A (en) Nickel-based alloy
RU2404275C1 (en) Heat-resistant wrought nickel-based alloy
US20180002784A1 (en) Ni-BASED ALLOY HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE CREEP CHARACTERISTICS, AND GAS TURBINE MEMBER USING THE SAME
US20150315919A1 (en) LIGHTWEIGHT STRUCTURAL NiAl ALLOY WITH A HIGH HIGH-TEMPERATURE STRENGTH
KR102197355B1 (en) Ni base single crystal superalloy
JP2014005528A (en) Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY AND TURBINE COMPONENT
RU2675063C1 (en) High-temperature hafnium-containing alloy based on titanium
US20190241995A1 (en) Nickel Based Alloy with High Fatigue Resistance and Methods of Forming the Same
JP2012117379A (en) CASTING Ni GROUP ALLOY FOR STEAM TURBINE AND CAST COMPONENT FOR THE STEAM TURBINE