RU2169639C2 - Method for making impellers of gas turbines - Google Patents
Method for making impellers of gas turbines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169639C2 RU2169639C2 RU98110342A RU98110342A RU2169639C2 RU 2169639 C2 RU2169639 C2 RU 2169639C2 RU 98110342 A RU98110342 A RU 98110342A RU 98110342 A RU98110342 A RU 98110342A RU 2169639 C2 RU2169639 C2 RU 2169639C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- disc
- nickel
- disk
- isostatic pressing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к производству рабочих колес газовых турбин, работоспособных в агрессивных средах, условиях высокоскоростного газового потока и перепада температур. The invention relates to the field of power engineering, in particular to the production of impellers of gas turbines that are operable in aggressive environments, conditions of high-speed gas flow and temperature difference.
Рабочее колесо газовой турбины включает в себя диск с расположенными на нем лопатками. При работе в экстремальных условиях материал колеса подвергается воздействию значительных динамических нагрузок и термическим напряжениям, поэтому он должен обладать высокими механическими свойствами и быть достаточно коррозионно-стойким в агрессивных средах. The impeller of a gas turbine includes a disk with blades located on it. When working in extreme conditions, the wheel material is exposed to significant dynamic loads and thermal stresses, so it must have high mechanical properties and be sufficiently corrosion-resistant in aggressive environments.
Известен способ изготовления монолитного рабочего колеса газовой турбины (авт. свид. СССР N 198871), включающий изготовление диска методом горячей деформации, например штамповкой с последующими его термообработкой для снятия напряжений в металле и электроэрозионной обработкой в электролите с получением лопаток и проточной части. A known method of manufacturing a monolithic impeller of a gas turbine (ed. Certificate. USSR N 198871), including the manufacture of a disk by hot deformation, such as stamping and subsequent heat treatment to relieve stresses in the metal and electric discharge machining in the electrolyte to obtain blades and flow part.
Однако недостатком данного способа является наличие анизотропии свойств и крупного зерна в материале изделия, что ограничивает его усталостную прочность и снижает его работоспособность в экстремальных условиях. However, the disadvantage of this method is the presence of anisotropy of properties and coarse grain in the material of the product, which limits its fatigue strength and reduces its performance under extreme conditions.
Известен способ изготовления рабочих колес газовых турбин (дисков с лопастями) методом горячего изостатического прессования порошка из высокопрочного коррозионно-стойкого материала (US 5234661 A, B 22 F 5/04, 1993). Способ включает размещение в полости газонепроницаемой формы стержня, выполненного с каналами, имеющими профиль, соответствующий индивидуальным лопаткам или лопастям, заполнение полости порошком для соединения лопаток или лопастей как единой монолитной заготовки, ее горячее изостатическое прессование, удаление стержня и заготовки из формы. A known method of manufacturing the impellers of gas turbines (disks with blades) by hot isostatic pressing of powder from a high-strength corrosion-resistant material (US 5234661 A, B 22 F 5/04, 1993). The method includes placing in the cavity a gas-tight form of a rod made with channels having a profile corresponding to individual blades or blades, filling the cavity with powder to connect the blades or blades as a single monolithic preform, its hot isostatic pressing, removing the rod and the preform from the mold.
Данный способ позволяет получить в материале рабочего колеса изотропные свойства и мелкое зерно, однако не обеспечивает получение точно заданной геометрии каналов проточной части, а также достижение необходимых механических свойств и стойкости в агрессивных средах для работы в экстремальных условиях при наличии вибрации. This method allows to obtain isotropic properties and fine grain in the material of the impeller, however, it does not provide the exact geometry of the channels of the flow part, and also the achievement of the necessary mechanical properties and resistance in aggressive environments to work in extreme conditions in the presence of vibration.
Задача изобретения - создание рабочего колеса газовой турбины, работоспособного в условиях вибрации, резкого перепада температур, высокого давления и скорости газа, а также агрессивной окислительной среды. The objective of the invention is the creation of the impeller of a gas turbine, operable in conditions of vibration, a sharp temperature drop, high pressure and gas velocity, as well as an aggressive oxidizing environment.
Задача решена за счет того, что сначала изготавливают диск рабочего колеса горячим изостатическим прессованием металлических гранул в две стадии с последующей термической обработкой, а затем его подвергают электроэрозионному прожиганию с образованием рабочих лопаток с формированием проточной части, далее на диск с лопатками наносят слой никелевого покрытия с последующим отжигом, а затем - двухслойное металлокерамическое покрытие с последующим обжигом после каждого нанесения слоя. Диск изготавливают из гранул сплава на основе никеля, полученных распылением электрода, выполненного из этого сплава. Горячее изостатическое прессование осуществляют в газостате, обеспечивающем получение беспористых заготовок. Термическую обработку диска проводят путем закалки с последующим старением, обеспечивающим полное выделение γ′-фазы. Нанесение слоя никелевого покрытия осуществляют любым электрофизическим методом, например электродуговым, а нанесение металлокерамического покрытия - методом окунания. The problem is solved due to the fact that the impeller disk is first made by hot isostatic pressing of metal granules in two stages, followed by heat treatment, and then it is subjected to electroerosive burning with the formation of working blades with the formation of a flow part, then a layer of nickel coating is applied to the disk with blades with subsequent annealing, and then a two-layer cermet coating, followed by annealing after each application of the layer. The disk is made of granules of an alloy based on nickel obtained by spraying an electrode made of this alloy. Hot isostatic pressing is carried out in a gas bath, providing non-porous preforms. The heat treatment of the disk is carried out by quenching, followed by aging, ensuring the complete release of the γ′-phase. A nickel coating layer is applied by any electrophysical method, for example, by an electric arc method, and a cermet coating is applied by dipping.
Технический результат - получение рабочего колеса газовой турбины точных геометрических размеров, обладающего достаточно высокими механическими свойствами и стойкостью в агрессивной среде для работы в экстремальных условиях. EFFECT: obtaining an impeller of a gas turbine of exact geometric dimensions, having sufficiently high mechanical properties and resistance in an aggressive environment for operation in extreme conditions.
Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. The method according to the invention is as follows.
Заготовку в форме дисков со ступицей изготавливают методом горячего изостатического прессования в газостате гранул (порошка) никелевого сплава при высоких температуре и давлении инертного газа. Прессование осуществляют в капсулах. Гранулы получают методом распыления электрода, выполненного из никелевого сплава. В качестве исходного материала могут быть использованы также и высоколегированные и коррозионно-стойкие стали, обладающие повышенной усталостной прочностью. Использование исходного материала в виде гранул обеспечивает исключение ликвации в сплаве и получение изотропных механических свойств во всем объеме заготовки после горячего прессования в газостате. Горячее прессование производят в две стадии с целью получения беспористой заготовки. Далее диски в капсулах подвергают термической обработке в электропечах: закалке с последующим старением с целью максимального выделения упрочняющей γ′-фазы определенной морфологии. Осуществляют контроль механических свойств металла: прочность, пластичность, длительную прочность. Диски, прошедшие контроль, подвергают электроэрозионной обработке в электролите с целью прожигания на них лопаток заданного профиля и формирования проточной части с последующей электрохимической обработкой. В результате получают рабочие колеса газовой турбины. A blank in the form of disks with a hub is made by hot isostatic pressing of granules (powder) of nickel alloy in a gas bath at high temperature and inert gas pressure. Pressing is carried out in capsules. Granules are obtained by spraying an electrode made of a nickel alloy. Highly alloyed and corrosion-resistant steels with increased fatigue strength can also be used as starting material. The use of source material in the form of granules ensures the elimination of segregation in the alloy and the production of isotropic mechanical properties in the entire volume of the workpiece after hot pressing in a gas bath. Hot pressing is carried out in two stages in order to obtain a non-porous preform. Next, the disks in capsules are subjected to heat treatment in electric furnaces: quenching with subsequent aging in order to maximize the allocation of the strengthening γ′-phase of a certain morphology. They control the mechanical properties of the metal: strength, ductility, long-term strength. Disks that have passed the control are subjected to electroerosion processing in an electrolyte with the aim of burning blades of a given profile on them and forming a flow part with subsequent electrochemical processing. The result is the impellers of a gas turbine.
Для повышения стойкости колеса в агрессивных окислительных средах все его детали покрывают защитным покрытием. Для этого сначала на поверхность колеса наносят слой никелевого покрытия, а затем на него - двухслойное металлокерамическое покрытие. Никелевое покрытие наносят любым электрофизическим методом, например электродуговым или осаждением из газовой фазы. Металлокерамическое покрытие наносят путем окунания изделия в жидкую смесь, содержащую до 50% никелевого порошка и окислы других металлов. После нанесения никелевого покрытия проводят отжиг для получения адгезии покрытия, после нанесения каждого слоя металлокерамического покрытия проводят обжиг при режимах, обеспечивающих оптимальные условия формирования металлокерамики. To increase the durability of the wheel in aggressive oxidizing environments, all its parts are coated with a protective coating. To do this, first, a nickel coating layer is applied to the wheel surface, and then a two-layer cermet coating is applied to it. Nickel coating is applied by any electrophysical method, for example, by electric arc or vapor deposition. The ceramic-metal coating is applied by dipping the product in a liquid mixture containing up to 50% nickel powder and oxides of other metals. After applying the nickel coating, annealing is carried out to obtain adhesion of the coating; after applying each layer of the cermet coating, firing is performed under conditions providing optimal conditions for the formation of cermet.
Ниже приведены примеры осуществления данного способа. The following are examples of the implementation of this method.
Пример 1
В качестве исходного материала использовали гранулы дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭП-741НП. Гранулы получали путем распыления вращающегося электрода, выполненного из этого сплава, под воздействием плазмы в атмосфере аргона. Горячее изостатическое прессование диска осуществляли в газостате при температуре до 1000oC и под давлением до 1500 атм. Скомпактированные диски в капсулах подвергали закалке с охлаждением на воздухе, а затем - старению с охлаждением на воздухе. Далее изготавливали лопатки и проточную часть колеса путем прожигания диска.Example 1
The starting material used was granules of a precipitation hardening nickel-base alloy of the EP-741NP grade. Granules were obtained by spraying a rotating electrode made of this alloy under the influence of plasma in an argon atmosphere. Hot isostatic pressing of the disk was carried out in a gas bath at a temperature of up to 1000 o C and under a pressure of up to 1500 atm. The compacted disks in capsules were quenched with air cooling and then aged with air cooling. Next, the blades and the flow part of the wheel were made by burning the disk.
Для защиты рабочего колеса от воздействия агрессивной среды на все детали наносили защитное покрытие. Для этого вначале наносили слой никелевого покрытия толщиной до 100 мкм электродуговым методом с последующим отжигом при температуре до 800oC, а затем - металлокерамическое покрытие толщиной до 80 мкм с последующим обжигом при температуре 1050±10oC.To protect the impeller from the effects of aggressive environment, a protective coating was applied to all parts. To do this, first applied a layer of nickel coating with a thickness of up to 100 μm by the electric arc method, followed by annealing at a temperature of up to 800 o C, and then a ceramic-metal coating with a thickness of up to 80 μm, followed by annealing at a temperature of 1050 ± 10 o C.
Полученное рабочее колесо газовой турбины было исследовано для определения механических свойств в различных направлениях при комнатной и температуре 650oC. Анализ показал, что свойства изотропны во всех направлениях и соответствуют требуемым значениям.The resulting gas turbine impeller was investigated to determine the mechanical properties in various directions at room temperature and 650 o C. The analysis showed that the properties are isotropic in all directions and correspond to the required values.
В результате металлографического анализа выявлено, что структура металла имеет мелкое равноосное зерно, размер которого не превышает 60 мкм. As a result of metallographic analysis, it was revealed that the metal structure has a fine equiaxed grain whose size does not exceed 60 μm.
Исследования на усталостную прочность показали, что изделие сохранило свойства при 1•107 циклов испытания.Studies on fatigue strength showed that the product retained its properties at 1 • 10 7 test cycles.
При испытании изделия в агрессивной среде, содержащей кислород, не выявлены какие-либо дефекты. When testing the product in an aggressive environment containing oxygen, no defects were detected.
Пример 2
При изготовлении рабочего колеса газовой турбины был использован тот же исходный материал, что и в примере 1. Режимы горячего прессования дисков в газостате и термообработки заготовок аналогичны режимам, описанным в примере 1. Рабочие лопатки изготавливали аналогично описанному режиму в примере 1. На все детали изготовленного рабочего колеса наносили слой никелевого покрытия методом осаждения из газовой фазы при разложении карбонила никеля толщиной до 200 мкм с последующим отжигом при температуре до 1000oC. На полученное никелевое покрытие наносили металлокерамическое покрытие толщиной до 30 мкм с последующим обжигом при температуре 1050±10oC.Example 2
In the manufacture of the gas turbine impeller, the same starting material was used as in example 1. The modes of hot pressing of disks in a gas bath and heat treatment of workpieces are similar to those described in example 1. Impellers were made in the same way as described in example 1. For all parts manufactured the impeller was applied a layer of nickel coating by gas vapor deposition during the decomposition of nickel carbonyl with a thickness of up to 200 μm, followed by annealing at a temperature of up to 1000 o C. On the resulting nickel coating a ceramic-metal coating was applied up to a thickness of 30 μm, followed by firing at a temperature of 1050 ± 10 o C.
При проведении аналогичных исследований полученного изделия обнаружено, что его материал имеет те же свойства, что и изделие, изготовленное по технологии примера 1. При испытаниях в агрессивной среде, содержащей кислород, дефекты не обнаружены. When conducting similar studies of the obtained product, it was found that its material has the same properties as the product made according to the technology of example 1. When tested in an aggressive environment containing oxygen, no defects were detected.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110342A RU2169639C2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Method for making impellers of gas turbines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110342A RU2169639C2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Method for making impellers of gas turbines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98110342A RU98110342A (en) | 2000-02-27 |
| RU2169639C2 true RU2169639C2 (en) | 2001-06-27 |
Family
ID=20206661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98110342A RU2169639C2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Method for making impellers of gas turbines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2169639C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649188C2 (en) * | 2016-05-11 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of shaped discs manufacturing by the hot isostatic pressing method |
| CN111922347A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-13 | 飞而康快速制造科技有限责任公司 | Heat treatment method for 3D printing aluminum alloy |
| RU2743542C2 (en) * | 2016-09-22 | 2021-02-19 | Зульцер Мэнэджмент Аг | A method of manufacturing or repairing a part of a rotary machine, as well as a part manufactured or repaired using such a method |
-
1998
- 1998-05-28 RU RU98110342A patent/RU2169639C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649188C2 (en) * | 2016-05-11 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Method of shaped discs manufacturing by the hot isostatic pressing method |
| RU2743542C2 (en) * | 2016-09-22 | 2021-02-19 | Зульцер Мэнэджмент Аг | A method of manufacturing or repairing a part of a rotary machine, as well as a part manufactured or repaired using such a method |
| CN111922347A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-13 | 飞而康快速制造科技有限责任公司 | Heat treatment method for 3D printing aluminum alloy |
| CN111922347B (en) * | 2020-07-31 | 2021-12-24 | 飞而康快速制造科技有限责任公司 | Heat treatment method for 3D printing aluminum alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5573604A (en) | Process for manufacturing a turbine blade made of an (alpha/beta)-titanium base alloy | |
| Löber et al. | Comparison off selective laser and electron beam melted titanium aluminides | |
| US4418124A (en) | Plasma spray-cast components | |
| US6049978A (en) | Methods for repairing and reclassifying gas turbine engine airfoil parts | |
| US3964877A (en) | Porous high temperature seal abradable member | |
| US9511436B2 (en) | Composite composition for turbine blade tips, related articles, and methods | |
| JPH0136551B2 (en) | ||
| US6551372B1 (en) | High performance wrought powder metal articles and method of manufacture | |
| US4370789A (en) | Fabrication of gas turbine water-cooled composite nozzle and bucket hardware employing plasma spray process | |
| US4447466A (en) | Process for making plasma spray-cast components using segmented mandrels | |
| CN111876737A (en) | Nickel-chromium alloy sputtering target material and preparation method thereof | |
| CN114411067B (en) | Medium-carbon hot work die steel material and additive manufacturing method based on same | |
| CN113293370A (en) | High-entropy alloy coating for laser cladding of aluminum alloy surface and preparation method | |
| RU2169639C2 (en) | Method for making impellers of gas turbines | |
| IT9019923A1 (en) | SYSTEM OF MATERIALS FOR HIGH TEMPERATURE OPERATION OF JET MOTORS | |
| RU2610658C2 (en) | Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys | |
| CN113088901B (en) | Nickel-chromium alloy sputtering target material and hot isostatic pressing preparation method thereof | |
| JPH11335801A (en) | Heat treated superalloy object formed by spray forming method and production of this superalloy object | |
| WO2006098210A1 (en) | Protective coat and metal structure | |
| CN110106420B (en) | Co-based high-temperature alloy and preparation method and application thereof | |
| EP2739760B1 (en) | Method for forming an improved thermal barrier coating (tbc) and a thermal-barrier-coated article | |
| RU2649188C2 (en) | Method of shaped discs manufacturing by the hot isostatic pressing method | |
| Muboyadzhyan et al. | Ion-plasma diffusion aluminide coatings for gas turbine blades (structure and properties) | |
| CN116024566B (en) | High-temperature-wear-resistant high-entropy alloy coating and preparation method thereof | |
| KR101459196B1 (en) | Manufacturing Methods of MAX Phases TiAlN Bulk Materials and Micro Electrical Discharge Drilling Method threeof |