RU2346799C2 - Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов - Google Patents
Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346799C2 RU2346799C2 RU2007107704/02A RU2007107704A RU2346799C2 RU 2346799 C2 RU2346799 C2 RU 2346799C2 RU 2007107704/02 A RU2007107704/02 A RU 2007107704/02A RU 2007107704 A RU2007107704 A RU 2007107704A RU 2346799 C2 RU2346799 C2 RU 2346799C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- parts
- hours
- blades
- argon pressure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 25
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 2
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области технологии восстановительного ремонта деталей из жаропрочных никелевых сплавов после определенного срока их эксплуатации, а именно к применению горячего изостатического прессования при этом ремонте. Способ включает удаление старого защитного покрытия деталей, обработку последних горячим изостатическим прессованием, их термическую обработку и нанесение на них нового защитного покрытия. Горячее изостатическое прессование деталей осуществляют по двухступенчатому режиму. На первой ступени производят нагрев деталей в газостате в среде аргона от комнатной температуры до 1110-1150°С и выдержку деталей при данной температуре и давлении аргона 130-140 МПа в течение 1-2 часов. На второй ступени производят дальнейший нагрев деталей до температуры их закалки, увеличение давления аргона до 150-160 МПа и выдержку деталей в течение 1,5-3 часов с последующим их охлаждением в газостате. В результате чего обеспечивается уменьшение размера остаточных пор деталей или полное их устранение без существенного увеличения времени выдержки и давления аргона. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области технологии восстановительного ремонта деталей из жаропрочных никелевых сплавов после определенного срока их эксплуатации, а именно к применению горячего изостатического прессования (ТИП) при этом ремонте.
В лопатках, дисках турбин и других деталях из жаропрочных никелевых сплавов газотурбинных авиационных двигателей и двигателей энергетических установок при эксплуатации образуются под воздействием высоких температур и напряжений нежелательные изменения структуры и повреждения их целостности.
Структурные изменения сплавов заключаются в укрупнении частиц упрочняющей γ'-фазы, видоизменении и укрупнении карбидов, появлении строчечных и ячеистых карбидных выделений, обеднении твердого раствора легирующими компонентами, образовании хрупких ТПУ-фаз и т.п.
Повреждениями целостности деталей являются как наружные трещины, так и внутренние несплошности типа микропор и микронадрывов в виде клиновидных трещин, зарождение и рост которых происходит по мере развития деформации ползучести (Суперсплавы-II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергетических установок. / Под ред. Симса Ч.Т. -М. Металлургия. 1995).
Подобные изменения структуры и повреждения целостности неизбежно приведут к преждевременному разрушению деталей при дальнейшей их эксплуатации. Во избежание аварийной ситуации по истечении определенного срока эксплуатации (наработки) детали подвергают восстановительному ремонту.
Восстановление структуры деталей заключается в стандартной термической обработке, которая приводит структуру материала деталей практически к первоначальному состоянию.
Ремонт наружных повреждений деталей состоит в механической зачистке таких мест и заварке с последующей механической обработкой до требуемых размеров детали (патент US 6532656 ВА, 7 В23Р 15/00, 10.10.2001). Другим способом ликвидации наружных повреждений деталей является заполнение трещин расплавленным припоем (патент ЕР 1312437 А1, 7 В23Р 6/00, 19.11.2001).
Известны способы устранения внутренних несплошностей, образовавшихся при эксплуатации, применением механико-термической или электроимпульсной обработки деталей (Баранов Ю.П., Троицкий О.А., Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы. - М.: Институт машиноведения РАН. 2001). Механическое или электроимпульсное воздействие в сочетании с постоянным или циклическим нагревом детали ускоряет диффузионные процессы в материале, что в итоге способствует исчезновению микропор и микротрещин. Недостатком данных способов является большая длительность процесса (десятки часов), а также то, что устраняются лишь мелкие несплошности (порядка 1 мкм и менее). Кроме того, в случае возникновения в месте расположения несплошностей растягивающих напряжений возможно образование пор крупных размеров за счет передвижения и слияния мелких.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ восстановительного ремонта лопаток с наработкой из сплава ЖС6У-ВИ, принятый за прототип и состоящий из удаления старого защитного покрытия, проведения ГИП при температуре 1210°С, давлении аргона 160 МПа и выдержки на рабочем режиме 3 часа, последующей термической обработки по стандартному режиму и нанесении нового защитного покрытия (В.Булатов, Ю.Быков, А.Душкин и др. ГИП-эффективная технология восстановления турбинных лопаток. - г.Рыбинск: Газотурбинные технологии. №2. 2004. с.16-18).
Однако после применения этого режима ГИП в лопатках остаются поры со средним размером 2,7 мкм, хотя до обработки средний размер пор составлял 21,2 мкм. Одной их причин присутствия в лопатках после ГИП остаточных пор является пониженная пластичность сплава вследствие структурных изменений, происшедших в процессе длительной эксплуатации. Очевидно, что для устранения пор необходимо или значительно увеличить время выдержки и давление аргона на рабочем режиме газостатирования, или предварительно улучшить пластичность материала лопаток.
Значительное увеличение времени выдержки при газостатировании (до 10 и более часов) и давления аргона (более 200 МПа) может сделать такую обработку экономически не выгодной.
Пластичность материала лопаток возможно повысить путем предварительного нагрева перед осуществлением рабочего режима ГИП. При этом нагреве произойдет «исправление» нежелательных изменений структуры, приобретенных при эксплуатации: растворение хрупких частиц ТПУ-фаз, исчезновение строчечных и ячеистых карбидных выделений, коагуляция и уменьшение размеров γ'-фазы и карбидов.
Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа ГИП, который обеспечивает уменьшение размера остаточных пор или полное их устранение без существенного увеличения времени выдержки и давления аргона на рабочем режиме газостатирования при восстановительном ремонте деталей с наработкой.
Для решения поставленной задачи лопатки или другие детали после длительной эксплуатации и удаления старого защитного покрытия обрабатывают ГИП по двухступенчатому режиму:
- первая ступень - нагрев деталей в газостате в среде аргона от комнатной температуры до температуры 1110-1150°С, выдержка деталей при данной температуре и давлении аргона 130-140 МПа в течение 1-2 часов,
- вторая ступень - дальнейший нагрев деталей до температуры их закалки и увеличение давления аргона до 150-160 МПа, выдержка деталей при этих значениях температуры и давления в течение 1,5-3 часов с последующим их охлаждением в газостате.
После ГИП лопатки или детали подвергают стандартной термической обработке и нанесению нового защитного покрытия.
Пример конкретного выполнения
Практическая проверка предлагаемого изобретения осуществлялась на партии лопаток из сплава ЖС6У-ВИ с наработкой 2369 часов (50 шт.) и с наработкой 4951 час (40 шт.) в процессе их эксплуатации в составе авиационных двигателей.
Одна часть этих лопаток исследовалась в исходном состоянии (без ГИП), вторая часть лопаток подвергалась обработке ГИП по режиму прототипа, а третья часть лопаток обрабатывалась ГИП по предлагаемому режиму:
- первая ступень - нагрев в газостате от комнатной температуры до температуры 1140±5°С, подъем давления аргона до 135±5 МПа, выдержка 1,5 часа;
- вторая ступень - подъем температуры до 1210±10°С и давления аргона до 160±5 МПа, выдержка 2,5 часа;
- охлаждение в газостате.
Газостатическая обработка лопаток осуществлялась в газостате марки HIRP 70/150-200-1300.
Лопатки из партии с наработкой 4951 час в исходном состоянии (без ГИП), после обработки ГИП по режиму прототипа и после обработки ГИП по предлагаемому режиму подвергались металлографическому анализу пористости. Исследования проводились под оптическим микроскопом при увеличении 200 крат на шлифах, выполненных поперек пера лопатки на одинаковом расстоянии (20 мм) от замка лопаток.
Результаты анализа пористости лопаток представлены в табл.1.
| Таблица 1 | ||
| Результаты металлографического анализа пористости лопаток из сплава ЖС6У-ВИ с наработкой 4953 ч | ||
| Состояние лопаток | Суммарная доля пор, % | Средний размер пор, мкм |
| Исходный (без ГИП) | 0,84 | 11,10 |
| ГИП по режиму прототипа | 0,27 | 1,68 |
| ГИП по предлагаемому режиму | 0,13 | 0.68 |
Лопатки с наработкой 2369 ч и 4951 ч трех состояний (исходное, после ГИП по режиму прототипа и после ГИП по предлагаемому режиму) были термически обработаны по стандартному режиму (температура 1210±10°С, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе) и испытаны на усталостную прочность. Испытания проводились при комнатной температуре на пьезокерамическом вибростенде по изгибной форме колебаний до появления первой трещины. База испытаний составляла 20 миллионов циклов.
Результаты усталостных испытаний лопаток приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||||
| Результаты усталостных испытаний лопаток из сплава ЖС6У-ВИ с наработкой 2369 и 4951 часов | |||||
| Продолжительность наработки, час | Состояние лопаток | Количество испытанных лопаток, шт | Напряжение, (σа, кгс/мм2 | Число циклов N×106 | Результат испытания |
| 2369 | Исходное (без ГИП) | 6 | 16 | 20 | Без разрушения |
| 5 | 18 | 10,1-14,3 | Разрушение | ||
| ГИП по | 4 | 18 | 20 | Без разрушения | |
| режиму | 5 | 20 | 20 | Без разрушения | |
| прототипа | 3 | 20 | 14,1-16,9 | Разрушение | |
| 4 | 22 | 7,6-10,2 | Разрушение | ||
| ГИП по | 5 | 18 | 20 | Без разрушения | |
| предлагаемому | 7 | 20 | 20 | Без разрушения | |
| режиму | 5 | 22 | 20 | Без разрушения | |
| 2 | 22 | 15,4-17,8 | Разрушение | ||
| 4 | 24 | 12,4-14,6 | Разрушение | ||
| 4951 | Исходное | 6 | 16 | 20 | Без разрушения |
| (без ГИП) | 5 | 18 | 5,9-6,5 | Разрушение | |
| ГИП по | 6 | 18 | 20 | Без разрушения | |
| режиму прототипа | 4 | 20 | 8,5-9,4 | Разрушение | |
| ГИП по | 5 | 18 | 20 | Без разрушения | |
| предлагаемому | 6 | 20 | 20 | Без разрушения | |
| режиму | 1 | 22 | 20 | Без разрушения | |
| 4 | 22 | 6,4-8,1 | Разрушение | ||
Данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют о том, что применение предлагаемого режима ГИП без увеличения времени обработки, как элемента технологии восстановительного ремонта, эксплуатировавшихся лопаток из сплава ЖС6У-ВИ по сравнению с известным режимом ГИП способствует уменьшению количества и размера остаточных пор в лопатках и увеличению усталостной прочности лопаток.
Суммарная доля пор в лопатках с наработкой 4951 ч снизилась с 0,27 до 0,13% при уменьшении среднего размера пор с 1,68 до 0,68 мкм.
Предел выносливости лопаток с наработкой 4951 ч увеличился с 18 до 20 кгс/мм. Предел выносливости лопаток в исходном состоянии (без ГИП) составляет 16 кгс/мм2.
Claims (1)
- Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий удаление старого защитного покрытия деталей, обработку последних горячим изостатическим прессованием, их термическую обработку и нанесение на них нового защитного покрытия, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование деталей осуществляют по двухступенчатому режиму, на первой ступени производят нагрев деталей в газостате в среде аргона от комнатной температуры до 1110-1150°С и выдержку деталей при данной температуре и давлении аргона 130-140 МПа в течение 1-2 ч, на второй ступени производят дальнейший нагрев деталей до температуры их закалки, увеличение давления аргона до 150-160 МПа и выдержку деталей в течение 1,5-3 ч с последующим их охлаждением в газостате.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107704/02A RU2346799C2 (ru) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107704/02A RU2346799C2 (ru) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007107704A RU2007107704A (ru) | 2008-09-10 |
| RU2346799C2 true RU2346799C2 (ru) | 2009-02-20 |
Family
ID=39866486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007107704/02A RU2346799C2 (ru) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2346799C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2111889A (en) * | 1981-11-20 | 1983-07-13 | Mtu Muenchen Gmbh | A method of increasing the reliability of creep loaded components in particular turbine blades |
| RU2033436C1 (ru) * | 1992-11-21 | 1995-04-20 | Рафик Шаваршович Блурцян | Способ изготовления деталей из высокомарганцовистой стали |
| RU2066253C1 (ru) * | 1991-05-13 | 1996-09-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Способ изготовления турбинных лопаток |
| RU2184178C2 (ru) * | 2000-02-07 | 2002-06-27 | ООО "Турбомет" | Способ повышения качества и эксплуатационной надежности лопаток турбины газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов |
| RU2204467C2 (ru) * | 2001-07-04 | 2003-05-20 | Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" | Способ исправления дефектов на отливках |
-
2007
- 2007-03-01 RU RU2007107704/02A patent/RU2346799C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2111889A (en) * | 1981-11-20 | 1983-07-13 | Mtu Muenchen Gmbh | A method of increasing the reliability of creep loaded components in particular turbine blades |
| RU2066253C1 (ru) * | 1991-05-13 | 1996-09-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Способ изготовления турбинных лопаток |
| RU2033436C1 (ru) * | 1992-11-21 | 1995-04-20 | Рафик Шаваршович Блурцян | Способ изготовления деталей из высокомарганцовистой стали |
| RU2184178C2 (ru) * | 2000-02-07 | 2002-06-27 | ООО "Турбомет" | Способ повышения качества и эксплуатационной надежности лопаток турбины газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов |
| RU2204467C2 (ru) * | 2001-07-04 | 2003-05-20 | Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" | Способ исправления дефектов на отливках |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БУЛАТОВ В. и др. ГИП - эффективная технология восстановления турбинных лопаток. Газотурбинные технологии, №2, 2004, с.18-20. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007107704A (ru) | 2008-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7115175B2 (en) | Modified advanced high strength single crystal superalloy composition | |
| JP4468082B2 (ja) | ガスタービン部品の材料劣化・損傷回復処理方法及びガスタービン部品 | |
| EP3532648B1 (fr) | Superalliage a base de nickel, aube monocristalline et turbomachine. | |
| US20190168327A1 (en) | Method for producing turbine blade | |
| CN114247899A (zh) | 不产生裂纹的SLM成形Inconel 738合金的热处理方法 | |
| JP2003342617A (ja) | 耐熱合金製補修高温部品、Ｎｉ基耐熱合金製補修ガスタービン翼、Ｎｉ基耐熱合金製ガスタービン翼の補修方法および耐熱合金製ガスタービン動翼の補修方法 | |
| KR100757258B1 (ko) | 고온등압압축-열처리 일괄공정에 의한 가스터빈용 니켈계초합금 부품의 제조방법 및 그 부품 | |
| RU2346799C2 (ru) | Способ восстановительного ремонта деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов | |
| RU2353496C2 (ru) | Способ ремонта лопаток из легированной стали | |
| RU2184178C2 (ru) | Способ повышения качества и эксплуатационной надежности лопаток турбины газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов | |
| RU2309191C1 (ru) | Способ обработки литых деталей из жаропрочных никелевых сплавов | |
| US4125417A (en) | Method of salvaging and restoring useful properties to used and retired metal articles | |
| JP2003034853A (ja) | Ｎｉ基合金の熱処理方法 | |
| Belyaev et al. | High-cycle fatigue of single crystals of nickel-base superalloy vzhm4 | |
| RU2420385C2 (ru) | Способ восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов | |
| RU2261935C2 (ru) | Способ обработки изделия с равноосной структурой из жаропрочного сплава | |
| CN110938788B (zh) | 一种基于热处理改善的涡轮后机匣铸件的延寿方法 | |
| Wortmann | Improving reliability and lifetime of rejuvenated turbine blades | |
| RU2424887C2 (ru) | Способ восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов | |
| RU2640117C1 (ru) | Способ повышения плотности сложнопрофильных изделий из интерметаллидных сплавов на основе никеля, полученных аддитивными технологиями | |
| RU2675326C1 (ru) | Способ высокотемпературной пайки деталей из алюминиевых термоупрочняемых сплавов | |
| RU2610379C1 (ru) | Способ восстановительной обработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов | |
| RU2351685C2 (ru) | Способ упрочнения покрытий деталей из жаропрочных никелевых сплавов | |
| Nový et al. | Failure of Al-alloy AK 4-1c under creep-fatigue interaction conditions | |
| Gholami et al. | Surface treatments to improve fatigue performance of age-hardenable CuNi3Si1Mg |