RU208686U1 - Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants - Google Patents

Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants Download PDF

Info

Publication number
RU208686U1
RU208686U1 RU2021128777U RU2021128777U RU208686U1 RU 208686 U1 RU208686 U1 RU 208686U1 RU 2021128777 U RU2021128777 U RU 2021128777U RU 2021128777 U RU2021128777 U RU 2021128777U RU 208686 U1 RU208686 U1 RU 208686U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
microns
nickel
resistant coating
block
Prior art date
Application number
RU2021128777U
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 RU2021128777U priority Critical patent/RU208686U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU208686U1 publication Critical patent/RU208686U1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/52Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in one step
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting 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)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к блокам направляющих лопаток энергетических и транспортных турбин, и, в особенности блоков лопаток газовых турбин ГТУ и ГТД с жаростойкими покрытиями. Блок содержит на внешней поверхности пера внешнее жаростойкое покрытие и на внутренней поверхности полости лопаток внутреннее жаростойкое покрытие, причем блок выполнен из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель. При этом сплав дополнительно содержит церий, иттрий и гафний. Внешнее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено шликерным алюмосилицированием при содержании в покрытии, вес. %: Аl - от 26% до 32%; Si - от 3,0% до 4,7%; Ni - остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено из сплава состава, вес %: Cr - от 4,0% до 8,0% и Al - от 15,0% до 25,0%, Ni - остальное, толщиной от 10 мкм до 15 мкм. Масса блока лопаток составляет 2,8 кГ, а габаритные размеры составляют: 252 мм × 80,5 мм × 130 мм.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to blocks of guide vanes of power and transport turbines, and, in particular, blocks of blades of gas turbines of gas turbines and gas turbine engines with heat-resistant coatings. The block contains an external heat-resistant coating on the outer surface of the feather and an internal heat-resistant coating on the inner surface of the blade cavity, the block being made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, titanium, hafnium, manganese , zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel. The alloy additionally contains cerium, yttrium and hafnium. The outer heat-resistant coating with a thickness of 10 µm to 15 µm is made by slip aluminosilicization at a content in the coating, wt. %: Al - from 26% to 32%; Si - from 3.0% to 4.7%; Ni is the rest, and the internal heat-resistant coating with a thickness of 10 µm to 15 µm is made of an alloy of composition, wt %: Cr - from 4.0% to 8.0% and Al - from 15.0% to 25.0%, Ni - the rest, with a thickness of 10 microns to 15 microns. The mass of the blade unit is 2.8 kg, and the overall dimensions are: 252 mm × 80.5 mm × 130 mm.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к блокам направляющих лопаток энергетических и транспортных турбин, в особенности, блоков лопаток газовых турбин ГТУ и ГТД с жаростойкими покрытиями.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to blocks of guide vanes of power and transport turbines, in particular, blocks of blades of gas turbines of gas turbines and gas turbine engines 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, являются 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. В то же время, тенденции совершенствования турбомашин приводят к ужесточению указанных условий эксплуатации и к повышению стоимости деталей. Все это требует применения на лопатках турбин более эффективных защитных покрытий.Gas turbine plants and engines are increasingly used in modern technology: marine gas turbine engines, power gas turbine turbine units (GTU) and gas compressor units. Turbine blades are the main details that determine the reliability, efficiency and resource of their work. Long-term operation of the turbine blade apparatus is possible only if the working blades are made of heat-resistant nickel- or cobalt-based alloys. Nickel- and cobalt-based heat-resistant alloys used for the manufacture of blades make it possible to ensure the performance of turbine blades. At the same time, trends in the improvement of turbomachines lead to the tightening of these operating conditions and to an increase in the cost of parts. All this requires the use of more effective protective coatings on turbine blades.

Направляющие лопатки турбин ГТД и ГТУ в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, высоких и быстросменяющихся температур, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Исходя из предъявляемых требований для изготовления лопаток газовых турбин, применяются жаропрочные и жаростойкие никелевые и кобальтовые сплавы типа ЦНК-7, ЦНК-21, FSX-414, ЖС-6, ЖС-6У, ЭИ-893, U-5000 и др.Guide vanes of GTE and GTU turbines during operation are exposed to significant dynamic and static loads, high and rapidly changing temperatures, as well as corrosion and erosion destruction. Based on the requirements for the manufacture of gas turbine blades, heat-resistant and heat-resistant nickel and cobalt alloys such as TsNK-7, TsNK-21, FSX-414, ZhS-6, ZhS-6U, EI-893, U-5000, etc. are used.

Повышение эксплуатационных свойств лопаток обусловлено, в частности, тем, что замена поврежденных лопаток турбин является трудоемким и дорогостоящим мероприятием, так как требует снятия их с ротора, приобретения новых лопаток, установки их на ротор и проч. [Гонсеровский Ф.Г., Силевич В.М. Технико-экономическое обоснование способа ремонта эрозионно-изношенных паротурбинных лопаток в условиях электростанций. // Тяжелое машиностроение. - 2001. - №9. - С. 21-22]. В связи с этим разработка новых способов повышения эксплуатационных характеристик блоков лопаток турбин, является актуальной задачей.The increase in the operational properties of the blades is due, in particular, to the fact that the replacement of damaged turbine blades is a laborious and expensive undertaking, since it requires removing them from the rotor, acquiring new blades, installing them on the rotor, and so on. [Gonserovsky F.G., Silevich V.M. Feasibility study of a method for repairing erosion-worn steam turbine blades in power plants. // Heavy engineering. - 2001. - No. 9. - S. 21-22]. In this regard, the development of new ways to improve the performance of turbine blade units is an urgent task.

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 nickel-based alloy 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 wt.% cobalt, from about 0.2 to about 0.6 wt.% hafnium, from about 0.01 to about 0.03 wt.% carbon; from about 0.002 to about 0.006 wt.% boron; and a balance of nickel and incidental impurities (U.S. Patent No. 8,858,876).

Известен также жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий Cr: 3,0-5,0 мас.%, Co: 5,0-10,0 мас.%, Mo: 0,5-3,0 мас.%, W: 8,0-10,0 мас.%, Ta: 5,0-8,0 мас.%, Nb: 3,0 мас.% или менее, Al: 4,5-6,0 мас.%, Ti: 0,1-2,0 мас.%, Re: более 3,0-4,0 мас.%, Ru: 0,2-4,0 мас.%, Hf: 0,01-0,2 мас.%, а остальное - Ni и неизбежные примеси (патент США № 8,852,500).Also known is a nickel-based 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 mass%, Ta: 5.0-8.0 mass%, Nb: 3.0 mass% or less, Al: 4.5-6.0 mass%, 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 rest - Ni and inevitable impurities (US patent No. 8,852,500).

Лопатки газовой турбины, изготовленные из известных сплавов, не обладают 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 blades made from known alloys do not have sufficient 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 non-optimal ratios of alloying elements leads to a decrease in heat resistance. In addition, gas turbine blades made from a known alloy have an increased volume of 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).Known alloy includes carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and Nickel in the following ratio, 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 лопаток газовых турбин (ТУ 14-1-4828-90: ХН58КТВЮМБЛ-ВИ (ЧС104-ВИ),) содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest in technical essence is a nickel-based heat-resistant alloy for the manufacture of gas turbine blades (TU 14-1-4828-90: KhN58KTVYUMBL-VI (ChS104-VI)), containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron , niobium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, in the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,06-0,120.06-0.12 хромchromium 20,00-21,8020.00-21.80 кобальтcobalt 10,30-12,0010.30-12.00 вольфрамtungsten 3,00-4,003.00-4.00 молибденmolybdenum 0,30-0,900.30-0.90 алюминийaluminum 2,10-2,902.10-2.90 борboron 0,0150.015 ниобийniobium 0,15-0,35 0.15-0.35 титанtitanium 3,10-3,903.10-3.90 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 не обладает достаточно высокими показателями по жаростойкости и жаропрочности.However, this known alloy does not have sufficiently high rates of heat resistance and heat resistance.

В процессе эксплуатации, лопатки подвергаются воздействию 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 блока 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 high temperatures and aggressive environments. The result of such a complex impact 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 the turbine blade unit, various effective protective coatings are used [Chemical-thermal treatment of heat-resistant steels and alloys / NV Abraimov, Yu.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 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 to form heat-resistant coatings are alloys of the systems: Me-Cr-Al-Y, where Me is Ni, Co or a combination thereof, as well as alloys combining Ni, Cr, Al, Si, Y, B. [Muboyadzhyan S.A., Kablov E.N., Budinovsky S.A. Vacuum-plasma technology for obtaining protective coatings from complex alloys, MiTOM. 1995, no. 2, p. 15-18. Both single-layer [US Patent No. 4475503] and two-layer coatings are used, for example, with an outer layer based on nickel aluminides [US patent No. 4080486].

Известно также жаростойкое покрытие, содержащее на пере и полке лопатки жаростойкое покрытие, состоящее из нижнего 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 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.It is also known a heat-resistant coating containing a heat-resistant coating on the front and the shelf of the blade, consisting of a lower heat-resistant layer and an external heat-resistant layer deposited on it [RF Patent No. 1658652. IPC S23S 14/00. The method of obtaining a combined heat-resistant coating, publ. 2000]. The known blade contains a heat-resistant coating obtained by vacuum deposition of a nickel-based alloy coating layer containing cobalt, chromium, aluminum and a rare earth element, followed by deposition of an outer coating layer of an aluminum-based alloy containing nickel as an alloying additive, with a content in each from 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.

Известно также 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].It is also known heat-resistant coating composition NiCrAlY, which is deposited in a vacuum [Muboyadzhyan S.A., Kablov E.N., Budinovsky S.A. Vacuum-plasma technology for obtaining protective coatings from complex alloys, MiTOM. 1995, No. 2, pp. 15-18].

Известны также жаростойкие покрытия, полученные алюмосилицированием ( например, патент РФ №2032764, МПК 23С 10/52 - «Суспензия для алюмосилицирования металлических деталей»). Процесс алюмосилицирования включает: приготовление водной суспензии, в состав которой входят фосфаты и хроматы, наполнитель - порошки алюминия и кремния, коллоидный порошок оксида кремния (аэросил); подготовка поверхности детали и окрашивание; термическая обработка.Also known are heat-resistant coatings obtained by aluminosiliconing (for example, RF patent No. 2032764, IPC 23C 10/52 - "Suspension for aluminosilicizing metal parts"). The process of aluminosiliconation includes: preparation of an aqueous suspension, which includes phosphates and chromates, filler - aluminum and silicon powders, colloidal silicon oxide powder (aerosil); part surface preparation and painting; heat treatment.

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

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение жаропрочности и жаростойкости блока лопаток при одновременном повышении ее выносливости.The technical result of the claimed utility model is to increase the heat resistance and heat resistance of the block of blades while increasing its endurance.

Технический результат за счет того, что блок из трех полых направляющих лопаток турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок, содержащий на внешней поверхности пера внешнее жаростойкое покрытие и на внутренней поверхности полости лопаток внутреннее жаростойкое покрытие, причем упомянутый блок выполнен из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, в отличие от прототипа упомянутый сплав дополнительно содержит церий, иттрий и гафний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is due to the fact that a block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants, containing an external heat-resistant coating on the outer surface of the feather and an internal heat-resistant coating on the inner surface of the blade cavity, moreover, the said block is made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, in contrast to the prototype said alloy additionally contains cerium, yttrium and hafnium, with the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,06-0,120.06-0.12 хромchromium 20,00-22,0020.00-22.00 кобальтcobalt 10,30-12,0010.30-12.00 вольфрамtungsten 3,00-4,003.00-4.00 молибденmolybdenum 1,10-1,901.10-1.90 алюминийaluminum 2,40 – 3.302.40 – 3.30 борboron 0,0150.015 ниобийniobium 0,25 - 0,400.25 - 0.40 церийcerium 0,0250.025 иттрийyttrium 0,0250.025 титанtitanium 3,20-4,003.20-4.00 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

Причем внешнее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено шликерным алюмосилицированием при содержании в покрытии, вес.%: Аl - от 26% до 32%; Si - от 3, 0% до 4,7%; Ni - остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено из сплава состава, вес %: Cr - от 4,0% до 8,0% и Al - от 15,0% до 25,0%, Ni - остальное, толщиной от 10 мкм до 15 мкм.Moreover, the outer heat-resistant coating with a thickness of 10 μm to 15 μm is made by slip aluminosilicization at the content in the coating, wt.%: Al - from 26% to 32%; Si - from 3.0% to 4.7%; Ni is the rest, and the internal heat-resistant coating with a thickness of 10 µm to 15 µm is made of an alloy of composition, wt %: Cr - from 4.0% to 8.0% and Al - from 15.0% to 25.0%, Ni - the rest, with a thickness of 10 microns to 15 microns.

Технический результат достигается также тем, что масса блока лопаток составляет 2,8 кГ, а габаритные размеры составляют 252 мм × 80,5 мм × 130 мм.The technical result is also achieved by the fact that the mass of the blade unit is 2.8 kg, and the overall dimensions are 252 mm × 80.5 mm × 130 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 (Ni3Al) is about 55-60 at. %, which provides high heat resistance: 350-360 MPa in 103 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, however, a further increase in their total content causes a significant increase in the dissolution temperature of the γ'-phase, which is compensated by an increased content of cobalt.

Гафний в сочетании с ниобием в заявленных концентрациях, а также добавки церия и иттрия обеспечивают достаточную пластичность литого сплава на длительный ресурс, способствуют стабилизации в сплаве карбидов, а также повышению эксплуатационных характеристик лопатки в условиях воздействия высоких температур и агрессивных сред.Hafnium in combination with niobium in the stated concentrations, as well as additives of cerium and yttrium, provide sufficient ductility of the cast alloy for a long service life, contribute to the stabilization of carbides in the alloy, and also improve the performance of the blade under high temperatures and aggressive environments.

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 stated ratios of the components in the alloy exclude the appearance of embrittling phases during operation and limit the release of non-equilibrium eutectic γ'-phase, which provides a reduced volume of gas-shrinkage porosity and increases the resistance of the product to cracking.

Для получения литых блоков лопаток газовой турбины из предлагаемого сплава используют известные способы и устройства для литья турбинных блоков 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 часов.To obtain cast blocks of gas turbine blades from the proposed alloy, known methods and devices are used for casting turbine blocks of blades from heat-resistant alloys with single-crystal, directional and equiaxed structures. Heat treatment of cast billets includes homogenizing annealing at a temperature of about 1260°C for 3-10 hours.

Достигаемое повышенное сопротивление агрессивным воздействиям среды предлагаемой лопатки из предлагаемого сплава (по сравнению с известным аналогом) позволяют увеличить эксплуатационную надежность и срок службы изделий.Achievable increased resistance to aggressive environments of the proposed blades of the proposed alloy (compared to the known analogue) can increase the operational reliability and service life of 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 повышенных воздействий высоких температур и агрессивных сред 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 (Ni3Al) 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 under increased exposure to high temperatures and aggressive environments, is provided by a high content of chromium and 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 resistance of known and proposed gas turbine blades, comparative tests were carried out, showing the following results.

Толщины покрытий составляли:The coating thicknesses were:

по способу-прототипу:according to the prototype method:

внешнее покрытие: жаростойкий слой - толщиной от 10 мкм до 15 мкм;outer coating: heat-resistant layer - from 10 microns to 15 microns thick;

внутреннее покрытие - толщиной от 10 мкм до 15 мкм.an internal covering - from 10 microns to 15 microns thick.

по предлагаемому способу:according to the proposed method:

внешнее покрытие: жаростойкий слой - толщиной от 10 мкм до 15 мкм;outer coating: heat-resistant layer - from 10 microns to 15 microns thick;

внутреннее покрытие - толщиной от 10 до 15 мкм.an internal covering - from 10 to 15 microns thick.

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 heat resistance tests, the following results were obtained: the long-term strength of nickel alloy blades on average compared to 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 час;prototype: 360-380 hours;

по предлагаемому техническому решению: 490-510 час;according to the proposed technical solution: 490-510 hours;

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 час;prototype: 410-430 hours;

по предлагаемому техническому решению: 510-530 час;according to the proposed technical solution: 510-530 hours;

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 час;prototype: 360-370 hours;

по предлагаемому техническому решению: 410-418 час.according to the proposed technical solution: 410-418 hours.

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 variant, exceeds similar indicators obtained by the prototype by an average of 6.7-8.4%.

Таким образом, предложенный блок лопаток из сплава на никелевой основе с жаростойкими внешним и внутренним покрытиями позволяют достичь технического результата заявляемой полезной модели - повышения жаропрочности и жаростойкости блока лопаток при одновременном повышении ее выносливости.Thus, the proposed block of blades made of a nickel-based alloy with heat-resistant outer and inner coatings makes it possible to achieve the technical result of the claimed utility model - increasing the heat resistance and heat resistance of the blade block while increasing its endurance.

Claims (2)

1. Блок из трех полых направляющих лопаток турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок, содержащий на внешней поверхности пера внешнее жаростойкое покрытие и на внутренней поверхности полости лопаток внутреннее жаростойкое покрытие, причем упомянутый блок выполнен из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающийся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит церий, иттрий и гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,06–0,12, хром 20,00–22,00, кобальт 10,30–12,00, вольфрам 3,00–4,00, молибден 1,10–1,90, алюминий 2,40–3,30, бор 0,015, ниобий 0,25–0,40, церий 0,025, иттрий 0,025, титан 3,20–4,00, гафний 0,30–0,60, марганец ≤0,30, цирконий 0,030, кремний ≤0,30, азот ≤0,010, железо ≤0,50, медь ≤0,10, никель – основа, причем внешнее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено шликерным алюмосилицированием при содержании в покрытии, вес %: Аl – от 26% до 32%; Si – от 3,0% до 4,7%; Ni – остальное, а внутреннее жаростойкое покрытие толщиной от 10 мкм до 15 мкм выполнено из сплава состава, вес %: Cr – от 4,0% до 8,0% и Al – от 15,0% до 25,0%, Ni – остальное, толщиной от 10 мкм до 15 мкм.1. A block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants, containing an external heat-resistant coating on the outer surface of the feather and an internal heat-resistant coating on the inner surface of the cavity of the blades, and said block is made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt , tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains cerium, yttrium and hafnium in the following ratio, wt.% : carbon 0.06-0.12, chromium 20.00-22.00, cobalt 10.30-12.00, tungsten 3.00-4.00, molybdenum 1.10-1.90, aluminum 2.40 –3.30, boron 0.015, niobium 0.25–0.40, cerium 0.025, yttrium 0.025, titanium 3.20–4.00, hafnium 0.30–0.60, manganese ≤0.30, zirconium 0.030, silicon ≤0.30, nitrogen ≤0.010, iron ≤0.50, copper ≤0.10, nickel is the base, and the outer heat-resistant coating with a thickness of 10 microns to 15 microns is made of slip aluminum plating at the content in the coating, wt %: Al - from 26% to 32%; Si - from 3.0% to 4.7%; Ni - the rest, and the internal heat-resistant coating with a thickness of 10 microns to 15 microns is made of an alloy of composition, wt%: Cr - from 4.0% to 8.0% and Al - from 15.0% to 25.0%, Ni - the rest, with a thickness of 10 microns to 15 microns. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что масса блока лопаток составляет 2,8 кг, а габаритные размеры составляют 252 мм × 80,5 мм × 130 мм.2. Block according to claim 1, characterized in that the weight of the block of blades is 2.8 kg, and the overall dimensions are 252 mm × 80.5 mm × 130 mm.
RU2021128777U 2021-10-03 2021-10-03 Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants RU208686U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128777U RU208686U1 (en) 2021-10-03 2021-10-03 Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021128777U RU208686U1 (en) 2021-10-03 2021-10-03 Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU208686U1 true RU208686U1 (en) 2021-12-29

Family

ID=80039555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021128777U RU208686U1 (en) 2021-10-03 2021-10-03 Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU208686U1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2147624C1 (en) * 1994-10-14 2000-04-20 Сименс АГ Protective layer for protecting part against corrosion, oxidation, and thermal overloading, and method of preparation thereof
DE10052023C1 (en) * 2000-10-20 2002-05-16 Krupp Vdm Gmbh Austenitic nickel-chrome-cobalt-molybdenum-tungsten alloy and its use
EP2546021A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-based alloy, use and method
RU2581339C1 (en) * 2014-12-19 2016-04-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Blade of gas-turbine unit made of heat-resistant nickel-based alloy and manufacturing method thereof
ES2605948T3 (en) * 2012-06-05 2017-03-17 VDM Metals GmbH Nickel-chrome-aluminum alloy with good processability, creep resistance and corrosion resistance
RU2674274C1 (en) * 2018-03-22 2018-12-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom
RU2678353C1 (en) * 2018-05-21 2019-01-28 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Heat and corrosion resistant nickel-based alloy for casting of large-sized working and nozzle blades of gas-turbine units

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2147624C1 (en) * 1994-10-14 2000-04-20 Сименс АГ Protective layer for protecting part against corrosion, oxidation, and thermal overloading, and method of preparation thereof
DE10052023C1 (en) * 2000-10-20 2002-05-16 Krupp Vdm Gmbh Austenitic nickel-chrome-cobalt-molybdenum-tungsten alloy and its use
EP2546021A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-based alloy, use and method
ES2605948T3 (en) * 2012-06-05 2017-03-17 VDM Metals GmbH Nickel-chrome-aluminum alloy with good processability, creep resistance and corrosion resistance
RU2581339C1 (en) * 2014-12-19 2016-04-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Blade of gas-turbine unit made of heat-resistant nickel-based alloy and manufacturing method thereof
RU2674274C1 (en) * 2018-03-22 2018-12-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom
RU2678353C1 (en) * 2018-05-21 2019-01-28 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" Heat and corrosion resistant nickel-based alloy for casting of large-sized working and nozzle blades of gas-turbine units

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8449262B2 (en) Nickel-based superalloys, turbine blades, and methods of improving or repairing turbine engine components
RU2505616C2 (en) Filler weld material, use of filler weld material, and structural element
US20080017694A1 (en) Braze Alloy And The Use Of Said Braze Alloy
RU2567759C2 (en) Nickel-based superalloy
JPWO2006059805A1 (en) Heat resistant superalloy
EP2420584B1 (en) Nickel-based single crystal superalloy and turbine blade incorporating this superalloy
US11459640B2 (en) High gamma prime nickel based superalloy, its use, and method of manufacturing of turbine engine components
JP5526223B2 (en) Ni-based alloy, gas turbine rotor blade and stator blade using the same
US20110287269A1 (en) Alloy, protective layer and component
EP3650566B1 (en) Nickel-based superalloy and articles
US6554920B1 (en) High-temperature alloy and articles made therefrom
EP3862448A1 (en) Nickel-based superalloys
EP2730669A1 (en) Nickel-based superalloys
JP2007191791A (en) Nickel-based superalloy composition
JP5626920B2 (en) Nickel-base alloy castings, gas turbine blades and gas turbines
EP2537951A1 (en) Ni-based alloy, and turbine rotor and stator blade for gas turbine
JP6970438B2 (en) Ni-based superalloy
WO2012135093A2 (en) Nickel-base weld materials, processes of using, and components formed therewith
RU208686U1 (en) Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants
US20070044869A1 (en) Nickel-base superalloy
JPWO2019193630A1 (en) Ni-based superalloy castings and Ni-based superalloy products using them
EP2617846A2 (en) A cast nickel-iron-base alloy component and process of forming a cast nickel-iron-base alloy component
RU207292U1 (en) TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND PLANTS
RU207259U1 (en) Blade of the second stage of the turbine DG-90
RU206356U1 (en) TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS