RU2420385C2 - Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys - Google Patents
Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420385C2 RU2420385C2 RU2009108847/02A RU2009108847A RU2420385C2 RU 2420385 C2 RU2420385 C2 RU 2420385C2 RU 2009108847/02 A RU2009108847/02 A RU 2009108847/02A RU 2009108847 A RU2009108847 A RU 2009108847A RU 2420385 C2 RU2420385 C2 RU 2420385C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vacuum
- blade
- implantation
- metal
- protective coating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из титановых сплавов.The invention relates to the field of engineering and can be used in turbomachinery for the restoration of working and guide vanes of steam turbines, gas pumping units and compressors of gas turbine engines made of titanium alloys.
Рабочие лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) и газотурбинной установки (ГТУ), а также паровых турбин в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Исходя из предъявляемых к эксплуатационным свойствам требований, для изготовления лопаток компрессора газовых турбин применяются титановые сплавы, которые по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пластичность и коррозионную стойкость ( например, титановые сплавы марок ВТ6, ВТ 14, ВТЗ-1, ВТ22 и др.). Указанные сплавы широко применяются, например, для изготовления лопаток турбин, работающих в условиях газоабразивной и влажно-паровой среды, при температурах до 500-540°С.The working blades of the compressor of a gas turbine engine (GTE) and a gas turbine installation (GTU), as well as steam turbines during operation are subjected to significant dynamic and static loads, as well as corrosion and erosion destruction. Based on the requirements for operational properties, titanium alloys are used for the manufacture of gas turbine compressor blades, which, in comparison with technical titanium, have higher strength, including at high temperatures, while maintaining a sufficiently high ductility and corrosion resistance (for example, titanium alloys of grades VT6, VT 14, VTZ-1, VT22, etc.). These alloys are widely used, for example, for the manufacture of turbine blades operating in a gas-abrasive and humid-steam environment, at temperatures up to 500-540 ° C.
Лопатки турбин из титановых сплавов обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения. Поэтому дефекты, образующиеся в процессе эксплуатации деталей из этих сплавов, вызывают возникновение интенсивных процессов разрушения. Кроме того, при изготовлении или ремонте деталей из титановых сплавов необходимо учитывать ряд таких требований, как повышенное качество поверхности, увеличение радиусов перехода от одних сечений к другим и др.Titanium alloy turbine blades are highly sensitive to voltage concentrators. Therefore, the defects formed during the operation of parts from these alloys cause intense fracture processes. In addition, in the manufacture or repair of parts made of titanium alloys, it is necessary to take into account a number of such requirements as increased surface quality, an increase in the radius of transition from one section to another, etc.
Возникающий в процессе эксплуатации износ лопаток требует проведения либо их преждевременной замены, либо их восстановительного ремонта.The wear of the blades arising during operation requires either their premature replacement or their repair.
При длительной эксплуатации в поверхностном слое материала лопаток образуются различного рода дефекты и, кроме структурных изменений, происходит ухудшение физико-механических свойств поверхности и основы материала из-за насыщения газами (примесями внедрения - кислородом, азотом, углеродом, водородом, которые резко снижают пластичность, причем наиболее сильное отрицательное действие оказывают примеси внедрения, особенно газы. При насыщении всего лишь 0,003 % Н, 0,02 % N или 0,7 % О титан полностью теряет способность к пластическому деформированию и хрупко разрушается. Особенно вреден водород, он малорастворим в α-титане и образует пластинчатые частицы гидрида, снижающего, в частности, ударную вязкость и отрицательно проявляющегося в испытаниях на замедленное разрушение). Поскольку физико-механические свойства титана и титановых сплавов зависят от содержания примесей в металле, то при дальнейшей эксплуатации таких лопаток начинается ускоренный процесс разрушения (возникновение трещин, дефектов основы и др.), который проводит к сильному повреждению или разрушению лопатки.During long-term operation in the surface layer of the material of the blades, various kinds of defects are formed and, in addition to structural changes, the physical and mechanical properties of the surface and base of the material deteriorate due to saturation with gases (interstitial impurities - oxygen, nitrogen, carbon, hydrogen, which sharply reduce ductility, moreover, the most important negative effect is exerted by interstitial impurities, especially gases.When saturated, only 0.003% N, 0.02% N or 0.7% O, titanium completely loses its ability to plastic deform It is brittle and breaks down. Hydrogen is especially harmful, it is sparingly soluble in α-titanium and forms lamellar particles of hydride, which reduces, in particular, toughness and negatively manifests itself in tests for delayed fracture). Since the physicomechanical properties of titanium and titanium alloys depend on the content of impurities in the metal, with the further operation of such blades an accelerated fracture process begins (cracks, defects of the substrate, etc.), which leads to severe damage or destruction of the blade.
В некоторых случаях лопатки, имеющие сильные повреждения, восстанавливают сварочными методами с последующей механообработкой (например, приваркой вставки с последующей механообработкой) [патент РФ №2240215, МПК В 23Р 6/00, 2004 г.] или [патент РФ №2153965. Колосов В.И. Способ восстановления длины пера лопаток компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления. МПК В23Р 6/00, 2000 г.], в котором устанавливают и фиксируют лопатку в охлаждаемом приспособлении, а затем осуществляют дуговую наплавку по торцу переменного профиля неплавящимся электродом в среде защитного газа с присадочной проволокой. Недостатки указанных способов ремонта - сложность обеспечения величины усталостной прочности сварного соединения, сопоставимой с усталостной прочностью основного материала, и вследствие этого низкое качество восстановления эксплуатационных свойств лопаток.In some cases, blades with severe damage are restored by welding methods followed by machining (for example, welding the insert followed by machining) [RF patent No. 2240215, IPC B 23P 6/00, 2004] or [RF patent No. 2153965. Kolosov V.I. A method of restoring the length of the pen blades of the compressor of a gas turbine engine and a device for its implementation. IPC В23Р 6/00, 2000], in which a blade is installed and fixed in a cooled device, and then arc welding is carried out along the end face of a variable profile with a non-consumable electrode in a protective gas medium with a filler wire. The disadvantages of these repair methods are the difficulty in ensuring the value of the fatigue strength of the welded joint, comparable with the fatigue strength of the base material, and therefore the poor quality of restoration of the operational properties of the blades.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов, включающий дефектоскопию и оценку состояния материала ремонтируемой лопатки, удаление поверхностного дефектного слоя металла лопатки, термообработку путем нагрева и выдержки лопатки в вакууме для обеспечения процесса дегазации металла лопатки и восстановления его дислокационной структуры с последующим охлаждением лопатки до температуры окружающей среды (Основы технологии создания газотурбинных двигателей для магистральных самолетов. / Под ред. А.Г.Братухина, Ю.Е.Решетникова, А.А.Иноземцева. - М.: Авиатехинформ, 1999, с.479-480).The closest in technical essence to the proposed one is a method for restoring the operational properties of blades made of titanium alloys, including flaw detection and assessment of the condition of the material of the repaired blade, removal of the surface defective layer of the metal of the blade, heat treatment by heating and holding the blade in vacuum to ensure the process of degassing of the blade metal and restore it dislocation structure with subsequent cooling of the blade to ambient temperature (Fundamentals of technology for creating gas ruby engines for long-haul aircraft. / Under the editorship of A.G. Bratukhin, Yu.E. Reshetnikov, A.A. Inozemtsev. - M .: Aviatekhinform, 1999, p. 479-480).
Основным недостатком аналогов и прототипа является высокая трудоемкость и низкое качество восстановления эксплуатационных свойств лопаток. При этом термообработка после сварки не позволяет повысить весь комплекс физико-механических и технологических свойств (а в некоторых случаях приводит к охрупчиванию материала поверхностного слоя).The main disadvantage of analogues and prototype is the high complexity and low quality restoration of the operational properties of the blades. In this case, the heat treatment after welding does not allow to increase the whole range of physicomechanical and technological properties (and in some cases leads to embrittlement of the material of the surface layer).
Известно, что для повышения ударной вязкости сварных соединений титановых сплавов производят высокотемпературный объемный отжиг (Г.А. Ильченко и др. Термическая обработка подвижным электронным лучом сварных соединений разноименных титановых сплавов. // Материалы VIII Всесоюзной конференции по электронно-лучевой сварке. М., МЭИ, 1983, с.59-65). Однако высокотемпературный объемный отжиг приводит к изменению геометрии маложестких деталей, а также деталей, имеющих неоднородности, образованные при восстановлении материала лопатки наплавочными или сварочными методами.It is known that to increase the toughness of welded joints of titanium alloys, high-temperature bulk annealing is performed (G.A. Ilchenko and others. Heat treatment by a movable electron beam of welded joints of unlike titanium alloys. // Materials of the VIII All-Union Conference on Electron Beam Welding. M., MPEI, 1983, p. 59-65). However, high-temperature bulk annealing leads to a change in the geometry of low-rigidity parts, as well as parts having inhomogeneities formed during the restoration of the material of the blade by welding or welding methods.
Более целесообразным является использование методов восстановления материалов лопаток, осуществляемых еще до начала процессов интенсивного разрушения детали.More appropriate is the use of methods for the restoration of materials of the blades, carried out before the beginning of the processes of intensive destruction of the part.
Техническим результатом заявляемого способа является снижение трудоемкости процесса и повышение эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов за счет восстановления свойств материала лопатки еще до начала возникновения процессов ее интенсивного разрушения.The technical result of the proposed method is to reduce the complexity of the process and increase the operational properties of the blades of titanium alloys by restoring the properties of the material of the blade even before the onset of the processes of its intensive destruction.
Технический результат достигается тем, что в способе восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов, включающем дефектоскопию и оценку состояния материала ремонтируемой лопатки, удаление поверхностного дефектного слоя металла лопатки, термообработку путем нагрева и выдержки лопатки в вакууме для обеспечения процесса дегазации металла лопатки и восстановления его дислокационной структуры с последующим охлаждением лопатки до температуры окружающей среды, в отличие от прототипа нагрев осуществляют до температуры 350°С…500°С, выдержку в вакууме при этой температуре в течение 0,2-1,5 ч, причем выдержку в вакууме и охлаждение в вакууме совмещают с обработкой в продольном магнитном поле напряженностью от 10 кА/м до 100 кА/м.The technical result is achieved by the fact that in the method of restoring the operational properties of blades made of titanium alloys, including defectoscopy and assessing the condition of the material of the repaired blade, removal of the surface defective layer of the metal of the blade, heat treatment by heating and holding the blade in vacuum to ensure the process of degassing of the metal of the blade and restore its dislocation structures with subsequent cooling of the blade to ambient temperature, in contrast to the prototype, heating is carried out to 350 ° C ... 500 ° C, holding in vacuum at this temperature for 0.2-1.5 hours, and holding in vacuum and cooling in vacuum combined with processing in a longitudinal magnetic field with a strength of 10 kA / m to 100 kA / m
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов после термообработки металла лопатки производят ее упрочняющую обработку либо электролитно-плазменным полированием, либо поверхностным пластическим деформированием (ППД), в том числе и микрошариками, а охлаждение лопатки осуществляют со скоростью 10…50°С/мин,The technical result is also achieved by the fact that in the method of restoring the operational properties of the blades of titanium alloys after heat treatment of the metal of the blade, it is hardened by either electrolyte-plasma polishing or surface plastic deformation (PPD), including microspheres, and the cooling of the blade is carried out at a speed 10 ... 50 ° C / min,
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов после термообработки в вакууме лопатки или после электролитно-плазменного полирования или после упрочняющей обработки ППД, в том числе и микрошариками, производят ионную имплантацию и постимплантационный отпуск, при этом в качестве ионов для имплантации могут использоваться ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинации, а ионная имплантация проводится при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 1010 до 5·1020 ион/см2.The technical result is also achieved by the fact that in the method of restoring the operational properties of blades made of titanium alloys after heat treatment in vacuum of the blade or after electrolyte-plasma polishing or after hardening of PPD, including microspheres, ion implantation and postimplantation tempering are carried out, while as ions for implantation can be used ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti or combinations thereof, and ion implantation is carried out at an ion energy of 0.2-30 keV and a dose of implantation of ions of 10 10 to 5 · 10 twenty ion / cm 2 .
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов после упрочняющей обработки ППД или после постимплантационного отпуска производят нанесение на лопатку защитного покрытия, а при нанесении защитного покрытия производят дополнительную ионную имплантацию, а в качестве материала защитного покрытия могут использоваться нитриды металлов Me-N, карбиды металлов Ме-С и карбонитриды металлов Me-NC, где Me-Ti, Zr, TiZr, N - азот, С - углерод, а толщины слоев многослойного защитного покрытия из чередующихся слоев металлов Me и нитридов металлов Me-N, карбидов металлов Ме-С или карбонитридов металлов, выбираться из диапазонов: δMе=0,20…10 мкм, δMе-N=0,10…6 мкм, где δMе - толщина слоя металла, δMе-N - толщина слоя нитрида металла. При этом нанесение покрытия могут осуществлять ионно-плазменными методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, а также газотермическими методами (плазменным, детанационным, газопламенным напылением и др.).The technical result is also achieved by the fact that in the method of restoring the operational properties of the blades of titanium alloys after hardening the PPD or after post-implantation tempering, a protective coating is applied to the blade and, when applying a protective coating, additional ion implantation is performed, and nitrides can be used as a protective coating material Me-N metals, Me-C metal carbides and Me-NC metal carbonitrides, where Me-Ti, Zr, TiZr, N - nitrogen, C - carbon, and the layer thicknesses of the multilayer th coating of alternating layers of Me metals and Me-N metal nitrides, Me-C metal carbides or metal carbonitrides, be selected from the ranges: δ Me = 0.20 ... 10 μm, δ Me-N = 0.10 ... 6 μm, where δ Me - the thickness of the metal layer, δ Me-N - the thickness of the metal nitride layer. In this case, the coating can be carried out by ion-plasma methods and / or electron-beam evaporation and condensation in vacuum, as well as by thermal methods (plasma, detanation, flame spraying, etc.).
Таким образом, осуществление нагрева лопатки до температуры 350°С…500°С с осуществлением термической выдержки в вакууме при этой температуре в течение в пределах 0,2-1,5 ч с последующим охлаждением позволяет произвести как дегазацию материала лопатки, так и восстановить его физико-химические и структурные свойства. Использование при этом дополнительно магнитных полей напряженностью от 10 кА/м до 100 кА/м для обработки дегазируемого и восстанавливаемого сплава позволяет повысить качество обработки за счет улучшения процессов дегазации и упрочняющей обработки сплава. Как показали исследования, сочетание процессов дегазации и восстановления дислокационной структуры сплавов при воздействии температуры и магнитного поля создает сверхсуммарный эффект, приводящий к повышению эксплуатационных свойств лопаток. Кроме того, применение дополнительных методов упрочняющей обработки, модифицирования поверхностного слоя материала лопатки и нанесения защитных покрытий в сочетании с улучшенными свойствами материала лопатки, а также устранение необходимости наплавки и размерной механообработки позволяют достичь эффекта предлагаемого технического решения - снижение трудоемкости процесса и повышение надежности при восстановлении эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов. Причем применение этих методов упрочнения, модифицирования и нанесения покрытий для способа-прототипа в результате возникновения неоднородностей материала детали, связанных с необходимостью наплавки (нанесения) чужеродного материала и проведением размерной механообработки, не позволяют достичь такого же высокого технического результата по надежности, как в заявляемом техническом решении.Thus, the implementation of heating the blade to a temperature of 350 ° C ... 500 ° C with the implementation of thermal aging in vacuum at this temperature for 0.2-1.5 hours, followed by cooling, allows both the degassing of the material of the blade and its restoration physicochemical and structural properties. The use of additional magnetic fields with a strength of 10 kA / m to 100 kA / m for the treatment of degassed and reduced alloy improves the quality of processing by improving the degassing processes and hardening of the alloy. As studies have shown, a combination of the processes of degassing and restoring the dislocation structure of alloys under the influence of temperature and a magnetic field creates an overtotal effect, leading to an increase in the operational properties of the blades. In addition, the use of additional methods of hardening, modifying the surface layer of the material of the blade and applying protective coatings in combination with improved properties of the material of the blade, as well as eliminating the need for surfacing and dimensional machining, can achieve the effect of the proposed technical solution - reducing the complexity of the process and increasing reliability when restoring operational properties of blades made of titanium alloys. Moreover, the application of these methods of hardening, modification and coating for the prototype method as a result of the heterogeneity of the material of the part associated with the need for surfacing (coating) of foreign material and dimensional machining does not allow to achieve the same high technical result in reliability as in the claimed technical decision.
Для оценки стойкости лопаток, восстановленных по прототипу и предлагаемому способу, были проведены следующие исследования. Режимы и условия восстановления лопаток из титановых сплавов ВТ6, ВТ3-1, охватывающей как режимы обработки по способу-прототипу, так и предлагаемому способу, приведены в таблицах с 1 по 7. Для обработки образцов использовались магнитные поля напряженностью от 10 кА/м до 100 кА/м. По способу-прототипу использовались образцы с восстановленным наплавкой материалом с последующей механической обработкой до получения требуемого размера.To assess the durability of the blades restored by the prototype and the proposed method, the following studies were carried out. The conditions and conditions for the recovery of blades made of titanium alloys VT6, VT3-1, covering both the processing modes of the prototype method and the proposed method, are shown in tables 1 to 7. Magnetic fields with a strength of 10 kA / m to 100 were used to process the samples kA / m According to the prototype method, samples with reconstructed surfacing material were used, followed by machining to obtain the required size.
Проведенные исследования позволили оценить влияние процесса термообработки и дегазации в вакууме в сочетании с одновременной магнитной обработкой на свойства восстановленных деталей как после наплавки материала на детали (способ-прототип), так и непосредственно после эксплуатации до начала процессов разрушения детали (предлагаемый способ).The studies performed allowed us to evaluate the effect of the heat treatment and degassing in vacuum in combination with simultaneous magnetic treatment on the properties of the restored parts both after surfacing of the material on the part (prototype method), and immediately after operation, before the destruction of the part begins (proposed method).
Анализ результатов сравнительных испытаний показал, что наилучшие свойства лопаток из титановых сплавов обеспечивает предлагаемый способ восстановления деталей. Образцы, обработанные по предлагаемому способу, характеризуются лучшими эксплуатационными свойствами и наименьшим количеством дефектов материала детали.An analysis of the results of comparative tests showed that the best properties of blades made of titanium alloys provide the proposed method for the restoration of parts. Samples processed by the proposed method are characterized by the best operational properties and the least number of defects in the material of the part.
Были также проведены испытания на выносливость и циклическую прочность лопаток в условиях эксплуатационных температур (при 300-450°С) на воздухе. В результате эксперимента было установлено следующее: условный предел выносливости (σ-1) лопаток (после ремонта) в среднем составляет:The endurance and cyclic strength tests of the blades were also carried out at operating temperatures (at 300-450 ° C) in air. As a result of the experiment, the following was established: the conditional endurance limit (σ -1 ) of the blades (after repair) averages:
1. После восстановления и механообработки лопаток1. After restoration and machining of the blades
1) по способу-прототипу 290-325 МПа;1) by the method of the prototype 290-325 MPa;
2) по предлагаемому способу 415-430 МПа;2) by the proposed method 415-430 MPa;
2. После обработки микрошариками2. After processing with beads
1) по способу-прототипу 315-440 МПа;1) according to the prototype method 315-440 MPa;
2) по предлагаемому способу 425-440 МПа;2) by the proposed method 425-440 MPa;
3. После имплантации ионов Cr, Y, Yb, C,B, Zr3. After implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions
1) по способу-прототипу 334-352 МПа;1) according to the prototype method 334-352 MPa;
2) по предлагаемому способу 455-470 МПа;2) by the proposed method 455-470 MPa;
4. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С,В, Zr4. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions
1) по способу-прототипу 345-360 МПа;1) according to the prototype method 345-360 MPa;
2) по предлагаемому способу 485-490 МПа;2) by the proposed method 485-490 MPa;
5. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С,В, Zr и нанесения защитного покрытия5. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a protective coating
1) по способу-прототипу 330-344 МПа;1) by the prototype method 330-344 MPa;
2) по предлагаемому способу 470-485 МПа;2) by the proposed method 470-485 MPa;
6. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С,В, Zr и нанесения защитного многослойного покрытия6. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a protective multilayer coating
1) по способу-прототипу 330-350 МПа;1) according to the prototype method 330-350 MPa;
2) по предлагаемому способу 390-410 МПа.2) by the proposed method 390-410 MPa.
У образцов группы, обработанной по режимам, представленным в таблицах 8 и 9 (с параметрами обработки, выходящей за пределы оптимальных значений - вариант В8: τвыд=0,15 час; вариант В9: Т=300°С), после восстановления и механообработки σ-1 лопаток в среднем составляет:In the samples of the group processed according to the modes presented in tables 8 and 9 (with processing parameters that go beyond the optimal values - option B8: τ output = 0.15 hours; option B9: T = 300 ° C), after restoration and machining σ -1 blades on average is:
1) по способу-прототипу 285-320 МПа;1) by the method of the prototype 285-320 MPa;
2) по предлагаемому способу 310-340 МПа.2) by the proposed method 310-340 MPa.
Повышение предела выносливости у восстановленных и обработанных лопаток во всех видах проведенных испытаний указывает на то, что при нагреве лопатки до температуры 350°С…500°С с осуществлением термической выдержки в вакууме при этой температуре в течение в пределах 0,2-1,5 ч, обеспечивающих дегазацию материала лопатки и восстановление его физико-химических и структурных свойств, использование при этом дополнительно магнитных полей напряженностью от 10 кА/м до 100 кА/м для обработки дегазируемого и восстанавливаемого сплава, а также при применении одного из следующих вариантов проведения дополнительной упрочняющей обработки восстановленной лопатки и нанесения покрытия: упрочняющая обработка микрошариками; ионная имплантация ионами одного из следующей группы химических элементов: Cr, Y, Yb, С,В, Zr или их комбинации; постимплантационный отпуск; нанесение покрытия (нитридные покрытия Me-N, где Me-Ti, Zr, TiZr, a N - азот; многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, где Me-Ti, Zr, TiZr, а N - азот), полученного либо ионно-плазменным методом, либо электронно-лучевым испарением в вакууме, позволяют достичь технического результата заявляемого способа - снижения трудоемкости процесса и повышения эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов за счет восстановления свойств материала детали еще до начала возникновения процессов интенсивного разрушения детали. При этом снижение трудоемкости восстановления лопаток связано с упрощением технологии ремонта лопаток в связи с отсутствием таких наиболее трудоемких и дорогих процессов, как наплавка, размерная механообработка, и связанных с ними операций контроля.An increase in the fatigue limit of reconditioned and treated blades in all types of tests indicates that when the blades are heated to a temperature of 350 ° C ... 500 ° C with thermal exposure in vacuum at this temperature for 0.2-1.5 h, ensuring the degassing of the material of the blade and the restoration of its physico-chemical and structural properties, the use of additional magnetic fields with a strength of 10 kA / m to 100 kA / m for processing a degassed and reduced alloy, as well as enii one of the following options for additional hardening treatment and reduced blade coating: strengthening processing microbeads; ion implantation with ions of one of the following groups of chemical elements: Cr, Y, Yb, C, B, Zr, or a combination thereof; post-implantation leave; coating (nitride coatings Me-N, where Me-Ti, Zr, TiZr, a N is nitrogen; a multilayer coating of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen is Me-N, where Me-Ti, Zr, TiZr, and N - nitrogen), obtained either by the ion-plasma method or by electron-beam evaporation in vacuum, allow to achieve the technical result of the proposed method - to reduce the complexity of the process and improve the operational properties of the blades of titanium alloys by restoring the properties of the material of the part before the onset of intensive fracture the details. At the same time, the reduction in the complexity of the restoration of the blades is associated with the simplification of the technology of repair of the blades due to the absence of such the most labor-consuming and expensive processes, as surfacing, dimensional machining, and related control operations.
Таким образом, проведенные исследования показали, что применение предлагаемого способа восстановления эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов позволяет увеличить по сравнению с прототипом условный предел выносливости (σ-1) в среднем с 320-330 МПа до 420-440 МПа, а при применении дополнительных вариантов упрочняющей обработки и нанесения покрытий до 450-490 МПа, что подтверждает заявленный технический результат (повышение эксплуатационных свойств лопаток из титановых сплавов). При этом простое использование упрочняющих видов обработки для способа-прототипа не позволяет достичь поставленного технического результата.Thus, the studies showed that the application of the proposed method for restoring the operational properties of blades made of titanium alloys allows to increase the conditional endurance limit (σ -1 ) compared with the prototype on average from 320-330 MPa to 420-440 MPa, and when using additional options hardening treatment and coating up to 450-490 MPa, which confirms the claimed technical result (improving the operational properties of blades made of titanium alloys). Moreover, the simple use of reinforcing types of processing for the prototype method does not allow to achieve the technical result.
Пример реализации способаAn example implementation of the method
После проведения дефектоскопии и оценки состояния материала ремонтной лопатки, изготовленной из титанового сплава ВТ9, осуществлялся нагрев до температуры термической выдержки в вакууме (500°С, время выдержки 1 час, вакуум 6·10-2 Па) при воздействии на деталь магнитных полей напряженностью порядка 40 кА/м, затем охлаждение в вакууме в камере до температуры окружающей среды (28°С) при продолжающемся воздействии на деталь магнитных полей. В результате термической выдержки в вакууме в сочетании с магнитной обработкой произошла дегазация дефектных участков металла лопатки и восстановление дислокационной структуры металла, что сказалось на повышении эксплуатационных свойств детали.After defectoscopy and assessment of the condition of the material of the repair blade made of VT9 titanium alloy, heating to a temperature of thermal exposure in vacuum (500 ° C, exposure time 1 hour, vacuum 6 · 10 -2 Pa) was carried out when magnetic fields were subjected to an intensity of the order of 40 kA / m, then cooling in a vacuum in a chamber to ambient temperature (28 ° C) with continued exposure to a detail of magnetic fields. As a result of thermal exposure in vacuum in combination with magnetic treatment, degassing of the defective sections of the metal of the blade and the restoration of the dislocation structure of the metal occurred, which affected the increase in the operational properties of the part.
Ионная имплантация. Обработку поверхности лопаток по предлагаемому способу проводят в следующей последовательности. После механической обработки и электролитно-плазменного полирования лопатку тщательно обезжиривают в ультразвуковой ванне и протирают бензино-ацетоновой смесью. Для удаления остатков влаги лопатку подвергают термообработке в сушильном шкафу при температуре от 60°С до 65°С. После сушки лопатку устанавливают в вакуумную камеру, где создают вакуум не ниже 2·104 Па и проводят очистку ионами аргона в течение 12 мин с последующей ионной имплантацией хрома по режиму: имплантируемый ион N+; энергия ионов 300-3000 эВ ; плотность ионного тока 5·10 мА/см2 ; доза имплантации ионов 3·10-9 ион/см2.Ion implantation. The surface treatment of the blades according to the proposed method is carried out in the following sequence. After machining and electrolyte-plasma polishing, the blade is thoroughly degreased in an ultrasonic bath and wiped with a gasoline-acetone mixture. To remove residual moisture, the blade is subjected to heat treatment in an oven at a temperature of 60 ° C to 65 ° C. After drying, the blade is installed in a vacuum chamber, where a vacuum of at least 2 · 10 4 Pa is created and argon ions are cleaned for 12 minutes, followed by ion implantation of chromium according to the regime: implantable ion N + ; ion energy 300-3000 eV; the ion current density of 5 · 10 mA / cm 2 ; the dose of implantation of ions 3 · 10 -9 ion / cm 2 .
После этого в том же рабочем пространстве проводят вакуумный постимплантационный отпуск при температуре 400°С в течение 1 ч. Постимплантационный отпуск можно совмещать с нанесением ионно-плазменных покрытий. (Режимы при нанесении покрытия: ток 1=140 А, напряжение U=140 В).After that, vacuum postimplantation tempering is carried out in the same working space at a temperature of 400 ° С for 1 h. Postimplantation tempering can be combined with the application of ion-plasma coatings. (Modes when coating: current 1 = 140 A, voltage U = 140 V).
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009108847/02A RU2420385C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009108847/02A RU2420385C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009108847A RU2009108847A (en) | 2010-09-20 |
| RU2420385C2 true RU2420385C2 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=42938768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009108847/02A RU2420385C2 (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420385C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639182C1 (en) * | 2017-01-31 | 2017-12-20 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of repair of longitudinal pipe weld, applied by laser welding |
| RU2753845C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method for processing workpieces made of technically pure titanium vt1-0 |
-
2009
- 2009-03-10 RU RU2009108847/02A patent/RU2420385C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Основы технологии создания газотурбинных двигателей для магистральных самолетов. Под редакцией А.Г.Братухина и др. - М.: Авиатехинформ, 1999, с.479-480. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639182C1 (en) * | 2017-01-31 | 2017-12-20 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of repair of longitudinal pipe weld, applied by laser welding |
| RU2753845C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-08-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" | Method for processing workpieces made of technically pure titanium vt1-0 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009108847A (en) | 2010-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2390578C2 (en) | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys | |
| KR101392350B1 (en) | Shot peening method | |
| RU2407822C2 (en) | Procedure for production of wear and fatigue resistant surface layers of items out of titanium alloy and item produced by this procedure | |
| Kalinina et al. | Hardening of leading edges of turbine blades by electrospark alloying | |
| Suave et al. | Impact of thermomechanical aging on alloy 625 high temperature mechanical properties | |
| RU2420385C2 (en) | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys | |
| Kikuchi et al. | Formation of nitrided layer using atmospheric-controlled IH-FPP and its effect on the fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy under four-point bending | |
| Kikuchi et al. | Effect of fine particle peening treatment prior to nitriding on fatigue properties of AISI 4135 steel | |
| RU2353496C2 (en) | Repair method of blades made from steel alloy | |
| RU2308537C1 (en) | Method of working surface of metallic article | |
| RU2420382C2 (en) | Method of repairing vanes made from titanium alloys | |
| RU2424887C2 (en) | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys | |
| Filippini et al. | Effect of the Microstructure on the Deformation and Fatigue Damage in a Gamma‐TiAl Produced by Additive Manufacturing | |
| RU2424886C2 (en) | Method of recovering operating properties of turbo machine vanes from alloyed steels | |
| RU2354521C2 (en) | Method of reconditioning alloyed steel blades | |
| RU2420384C2 (en) | Method of recovering operating properties of turbo machine vanes from alloyed steels | |
| JP4603198B2 (en) | Method for improving fatigue characteristics of titanium alloy parts and titanium alloy parts using the same | |
| RU2682265C1 (en) | Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy | |
| US20080304998A1 (en) | Method of hardening titanium and titanium alloys | |
| RU2598425C1 (en) | Method of producing damping coating | |
| RU2677041C1 (en) | Protective multilayer coating application method on the gas turbine engine blisk blades from the titanium alloy against dust-abrasive erosion | |
| RU2234556C2 (en) | Method for processing of surfaces of steam turbine vanes made of titanium alloy | |
| Pilsová et al. | Effect of Internal Pressure on Microstructural and Mechanical Properties of X10CrNiCuNb18-9-3 (SUPER 304H) Austenitic Stainless Steel | |
| RU2744005C1 (en) | Method of electrospark alloying of titanium alloy blades of steam turbines of thermal power plants and nuclear power plants | |
| Affandi et al. | The effect of the tempering process on the hardness and impact strength on NS 4340 steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130311 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131210 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160311 |