RU2434973C2 - Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine - Google Patents
Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434973C2 RU2434973C2 RU2009127293/02A RU2009127293A RU2434973C2 RU 2434973 C2 RU2434973 C2 RU 2434973C2 RU 2009127293/02 A RU2009127293/02 A RU 2009127293/02A RU 2009127293 A RU2009127293 A RU 2009127293A RU 2434973 C2 RU2434973 C2 RU 2434973C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- carried out
- blade
- strips
- treatment
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам наплавки при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей ГТД, ГТУ и паровых турбин, а именно лопаток турбомашин.The invention relates to methods for surfacing when restoring worn out and hardening new parts of gas turbine engines, gas turbine engines and steam turbines, namely turbomachine blades.
Лопатки турбомашин являются ответственными деталями, работающими в условиях знакопеременных переменных, динамических нагрузок, в сочетании с повышенным температурой и агрессивными средами, часто при воздействии факторов, приводящих к эрозионному износу их рабочих поверхностей.Blades of turbomachines are critical parts operating in conditions of alternating variables, dynamic loads, in combination with elevated temperature and aggressive environments, often when exposed to factors that lead to erosive wear of their working surfaces.
Известен способ электродуговой наплавки изделий, при котором ручной дуговой сваркой штучными электродами из различных материалов на плоскую поверхность изделия поочередно наплавляют продольные валики (А.С. СССР №1687406, МПК B23K 9/04, 1988). Недостатком способа является то, что процесс наплавки будет прерывистым, а следовательно, непроизводительным.A known method of electric arc welding of products, in which by manual arc welding with piece electrodes of various materials, longitudinal rollers are alternately fused onto the flat surface of the product (AS USSR No. 1687406, IPC B23K 9/04, 1988). The disadvantage of this method is that the surfacing process will be intermittent, and therefore unproductive.
Известен также способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку (А.С. №1539011, МПК В23K 9/04). При наплавке возникают шлаковые включения, которые ухудшают качество наплавляемого покрытия. Кроме того, вышеуказанные способы не обеспечивают высокую работоспособность изделий, работающих в условиях переменных, динамических нагрузок.There is also known a method of automatic electric arc surfacing under a product flux layer, in which at least one roller of one layer of the deposited metal is deposited in a spiral-welded continuous arc and the slag crust is removed from the surface of the roller (AS No. 1539011, IPC В23K 9/04) . When surfacing, there are slag inclusions that degrade the quality of the deposited coating. In addition, the above methods do not provide high performance products operating in conditions of variable, dynamic loads.
Известен также способ изготовления деталей с наплавленным покрытием и деталь, изготовленная с использованием такого способа (PCT/SU 80/0036; WO 81/03138). Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, выбрано за прототип. Этот способ включает электродуговое многослойное наплавление детали плавящимся электродом, механическую обработку и отпуск. Наплавление первого слоя производят так, чтобы обеспечить периодические, непрерывно следующие друг за другом, по меньшей мере, в одном направлении заглубления основания этого слоя в металл детали, и в качестве плавящегося электрода для наплавления этого слоя используют такой, коэффициент линейного расширения металла которого меньше коэффициента линейного расширения металла детали.There is also a known method of manufacturing parts with a deposited coating and a part made using this method (PCT / SU 80/0036; WO 81/03138). This technical solution is the closest in technical essence and the achieved effect, selected for the prototype. This method includes multi-layer electric arc melting of a part with a consumable electrode, machining and tempering. The fusion of the first layer is carried out in such a way as to ensure periodic, continuously following each other, at least in one direction of deepening the base of this layer into the metal of the part, and such a linear expansion coefficient of metal which is less than the coefficient is used as a melting electrode to deposit this layer linear expansion of metal parts.
Известно, что влияние остаточных напряжений на прочность изделий и их эксплуатационную надежность может быть как положительным, так и отрицательным. Для решения вопроса о положительном или отрицательном влиянии остаточных напряжений необходимо знать величину и характер распределения остаточных напряжений, величину и характер приложения внешних нагрузок, совокупность механических свойств материала, из которого изготовлены детали или конструкции, и только с помощью расчета с учетом различных факторов можно решить вопрос о прочности, надежности и долговечности деталей с учетом влияния среды, в которой они работают. Недостатком прототипа является невозможность управления полями остаточных напряжений в широких пределах.It is known that the effect of residual stresses on the strength of products and their operational reliability can be both positive and negative. To solve the problem of the positive or negative effect of residual stresses, it is necessary to know the magnitude and nature of the distribution of residual stresses, the magnitude and nature of the application of external loads, the totality of the mechanical properties of the material from which the parts or structures are made, and only by calculating various factors can we solve the problem about the strength, reliability and durability of parts, taking into account the influence of the environment in which they work. The disadvantage of the prototype is the inability to control the fields of residual stresses over a wide range.
Задачей изобретения является создание способа изготовления детали с наплавленным покрытием, позволяющим повысить эксплуатационные свойства деталей за счет создания в детали композиции из основного и наплавленного материала.The objective of the invention is to provide a method for manufacturing parts with a deposited coating, which allows to increase the operational properties of the parts by creating a composition of the main and deposited material in the part.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения наплавленного покрытия на пере лопатки турбомашины, выполненном из жаропрочного сплава на никелевой или кобальтовой основе или из высоколегированной хромистой стали, включающем наплавление металла, по меньшей мере, на часть пера лопатки с образованием слоя, механическую обработку и термическую обработку, в отличие от прототипа осуществляют наплавление полос из легированных материалов в направлении продольной образующей пера лопатки при обеспечении промежутков между наплавленными полосами, при этом в качестве наплавляемого металла используют сплавы на основе никеля с Со, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y или их комбинацией, механическую обработку проводят с обеспечением заданной геометрии пера лопатки, а термическую обработку осуществляют термоциклированием, при этом возможны следующие варианты воплощения способа: полосы наплавляют так, что шаг между ними составляет от 2 мм до 40 мм при ширине полос от 1 мм до 34 мм, при обеспечении ширины промежутка между полосами от 1 мм до 36 мм; в качестве наплавляемого материала используют сплав состава: Со - от 25 до 55%, Cr - от 7 до 52%, Al - от 1 до 24%, Мо - от 0,2 до 5,5%, W - от 0,1 до 2,8%, Ti - от 0,1 до 1,1%, никель остальное; механическую обработку пера лопатки, после наплавки, проводят, оставляя высоту наплавленных полос в пределах размеров, не нарушающих функциональные свойства обрабатываемой лопатки; механическую обработку пера лопатки после наплавки проводят восстановлением исходного заданного профиля пера лопатки.The problem is solved in that in the method for producing a deposited coating on the blades of a turbomachine, made of a heat-resistant alloy on a nickel or cobalt base or of high-alloy chromium steel, including the deposition of metal, at least on a part of the blade’s feather to form a layer, machining and heat treatment, in contrast to the prototype, is carried out by fusing strips of alloyed materials in the direction of the longitudinal generatrix of the blade feather while providing gaps between the fusion in this case, nickel-based alloys with Co, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y or a combination thereof are used as the deposited metal, mechanical processing is carried out to ensure the specified blade feather geometry, and heat treatment is carried out by thermal cycling, while The following embodiments of the method are possible: the strips are fused so that the pitch between them is from 2 mm to 40 mm with a width of strips from 1 mm to 34 mm, while ensuring the width of the gap between the strips from 1 mm to 36 mm; as the deposited material, an alloy of the composition is used: Co - from 25 to 55%, Cr - from 7 to 52%, Al - from 1 to 24%, Mo - from 0.2 to 5.5%, W - from 0.1 up to 2.8%, Ti - from 0.1 to 1.1%, the rest is nickel; the mechanical processing of the blade pen, after surfacing, is carried out, leaving the height of the deposited strips within the dimensions that do not violate the functional properties of the processed blades; the mechanical processing of the blade pen after surfacing is carried out by restoring the initial specified profile of the blade pen.
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения наплавленного покрытия на пере лопатки турбомашины возможны также следующие варианты воплощения способа: термоциклирование осуществляют в диапазоне температур 800°С до 1050°С; после термоциклирования проводят электролитно-плазменное полирование; после термоциклирования проводят ионно-имплантационную обработку и постимплантационный отпуск; ионно-имплантационную обработку проводят ионами Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацией; ионную имплантацию проводят при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 1010 до 5·1020 ион/см2.The problem is also solved by the fact that in the method of producing a deposited coating on the blades of a turbomachine, the following variants of the method embodiment are also possible: thermal cycling is carried out in the temperature range 800 ° C to 1050 ° C; after thermal cycling, electrolyte-plasma polishing is carried out; after thermal cycling, ion-implant treatment and post-implant vacation are performed; ion implantation treatment is carried out by ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or a combination thereof; ion implantation is carried out at an ion energy of 0.2-30 keV and an ion implantation dose of 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 .
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения наплавленного покрытия на пере лопатки турбомашины возможны также следующие варианты воплощения способа: дополнительно наносят защитное покрытие газотермическим или ионно-плазменным методами или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме или магнетронным распылением; нанесением защитного покрытия проводят ионно-имплантационную обработку, используя в качестве ионов для имплантации ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацию, причем ионную имплантацию проводят при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 10 до 5·1020 ион/см2; на перо лопатки из никелевых или кобальтовых сплавов наносят защитное покрытие толщиной от 10 до 60 мкм, а в качестве материала покрытия используют MeCrAlY, где Me - Ni, Co, NiCo, NiPtAl; после нанесения защитного покрытия наносят слой керамического материала ZrO2-Y2O3 в соотношении Y2О3 - 5…9 вес.%, ZrO2 - остальное, толщиной 20…300 мкм газотермическим или ионно-плазменным методом или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме; на перо лопатки из высоколегированных хромистых сталей наносят защитное покрытие толщиной от 10 до 30 мкм, из чередующихся слоев Me и соединений металлов с бором Ме-В, азотом - Me-N, углеродом Ме-С или углеродом и азотом - Me-NC, где Me-Ti, Zr, Al, W, Мо или их сочетание, причем толщины слоев многослойного покрытия выбирают из диапазонов: δМе=0,20…10 мкм, δMе-В=δMe-N=δMe-C=δMe-NC=0,10…6 мкм, где δMe - толщина слоя металла, δMе-B (δMе-N, δMе-C, δMe-NC) - толщина слоя борида, нитрида, карбида, карбонитрида металла.The problem is also solved by the fact that in the method of producing a deposited coating on the blades of a turbomachine, the following variants of the method embodiment are also possible: additionally, a protective coating is applied by gas thermal or ion-plasma methods or by electron beam evaporation and condensation in vacuum or magnetron sputtering; by applying a protective coating, ion-implantation treatment is carried out using ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti or a combination of them as ions for implantation, and ion implantation is carried out at an ion energy of 0.2-30 keV and a dose of implantation of ions of 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 ; on the feather blade of nickel or cobalt alloys, a protective coating with a thickness of 10 to 60 μm is applied, and MeCrAlY is used as the coating material, where Me is Ni, Co, NiCo, NiPtAl; after applying the protective coating, a layer of ceramic material ZrO 2 -Y 2 O 3 is applied in the ratio of Y 2 O 3 - 5 ... 9 wt.%, ZrO 2 - the rest, with a thickness of 20 ... 300 microns, by thermal spray or ion-plasma method or electron beam evaporation and condensation in vacuum; a sheath made of high-alloyed chromium steels is coated with a protective coating with a thickness of 10 to 30 μm, from alternating layers of Me and metal compounds with boron Me-B, nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me-Ti, Zr, Al, W, Mo, or a combination thereof, and the layer thicknesses of the multilayer coating are selected from the ranges: δ Me = 0.20 ... 10 μm, δ Me-B = δ Me-N = δ Me-C = δ Me-NC = 0.10 ... 6 μm, where δ Me is the thickness of the metal layer, δ Me-B (δ Me-N , δ Me-C , δ Me-NC ) is the thickness of the layer of boride, nitride, carbide, metal carbonitride .
Наплавку выполняют одним из следующих методов или их комбинацией: плазменной наплавкой, лазерной наплавкой, электроннолучевым способом, электродуговыми методами и др. Перед наплавкой в детали (как варианты воплощения) протачивают или продавливают канавки с заданными шагом, глубиной и количеством заходов. Образование наплавленных полос осуществляют путем заплавления этих канавок легированными сплавами. Канавки заплавляют наложением валиков наплавленного металла.Surfacing is carried out using one of the following methods or a combination of these: plasma surfacing, laser surfacing, electron beam methods, electric arc methods, etc. Before surfacing, grooves with a specified step, depth and number of passes are pierced or pressed through into parts (as embodiments). The formation of deposited strips is carried out by melting these grooves with alloyed alloys. The grooves are fused by applying rollers of the weld metal.
Наплавленные участки детали, как правило, являются наиболее слабыми зонами восстановленной лопатки (механическая и химическая неоднородности, неблагоприятный комплекс механических свойств, неблагоприятные остаточные напряжения). Эти зоны определяют усталостную прочность, долговечность и надежность восстановленных деталей. Однако наложение регулярной по геометрии и химическому составу зон наплавки на перо лопатки создает, в отличие от хаотической наплавки, применяемой при восстановительном ремонте лопаток, эффекты, присущие композиционным материалам. В этом случае система «основной материал-наплавленные зоны» работает уже как композиционная система «матрица-армирующая наплавка». При этом, в зависимости от функциональных свойств поверхности детали, создаются такие свойства, как повышенная усталостная прочность (за счет торможения усталостных трещин в переходных зонах), зоны с повышенной концентрацией легирующих элементов (например, для эксплуатации лопаток из жаропрочных суперсплавов в условиях обеднения легирующими элементами при высокотемпературной эксплуатации лопаток), равномерное распределение эксплуатационных напряжений при совместной работе матричной и армирующих фаз и др. Благодаря возможности создания различных размерных соотношений зон наплавки и основного материала можно добиваться оптимального их распределения, отвечающего тем или иным условиям эксплуатации лопатки.The deposited parts of the part, as a rule, are the weakest areas of the restored blade (mechanical and chemical inhomogeneities, an unfavorable complex of mechanical properties, unfavorable residual stresses). These zones determine the fatigue strength, durability and reliability of the restored parts. However, the imposition of the areas of surfacing, regular in geometry and chemical composition, on the blade feather creates, in contrast to the chaotic surfacing used in the repair of blades, the effects inherent in composite materials. In this case, the system “main material-weld zones” already works as a composite system “matrix-reinforcing surfacing”. In this case, depending on the functional properties of the surface of the part, such properties are created as increased fatigue strength (due to braking of fatigue cracks in transition zones), zones with an increased concentration of alloying elements (for example, for operating blades made of heat-resistant superalloys in the conditions of depletion of alloying elements during high-temperature operation of the blades), uniform distribution of operational stresses during the joint operation of the matrix and reinforcing phases, etc. Due to the possibility of creating By using different dimensional ratios of the surfacing zones and the base material, it is possible to achieve their optimal distribution that meets the particular conditions of operation of the blade.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена лопатка с наплавленными на ее пере полосами. На чертеже обозначено: 1 - лопатка; 2 - перо; 3 - основной металл детали; 4 - наплавленные полосы; t - шаг между наплавленными полосами; а - ширина полосы; b - ширина промежутка между полосами; h - высота наплавочной зоны относительно исходной поверхности пера лопатки.The invention is illustrated in the drawing, which shows the blade with welded strips on its feather. The drawing indicates: 1 - blade; 2 - feather; 3 - the base metal of the part; 4 - deposited strip; t is the step between the deposited strips; a is the width of the strip; b is the width of the gap between the strips; h is the height of the surfacing zone relative to the initial surface of the blade pen.
Способ осуществляют следующим образом. На пере 1 лопатки 2 турбомашины, выполненном из жаропрочного сплава на никелевой или кобальтовой основе или из высоколегированной хромистой стали, осуществляют наплавление полос 4 из легированных материалов в направлении продольной образующей пера 1 лопатки 2 при обеспечении промежутков между наплавленными полосами. При этом придерживаются следующего соотношения: шаг между наплавленными полосами составляет от 2 мм до 40 мм, при ширине полос от 1 мм до 34 мм, при обеспечении ширины промежутка между полосами от 1 мм до 36 мм. Направление наплавки, ширина зоны наплавки, шаг и промежуток между наплавленными полосами выбирается в зависимости от размеров лопатки, условий ее эксплуатации, целей создания композиции «наплавка-основной материал» (повышение усталостной прочности, жаростойкости, жаропрочности, эрозионной стойкости и т.п.). В качестве наплавляемого металла используют сплавы на основе никеля с Со, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y или их комбинаций, в частности, в качестве наплавляемого материала используют сплав состава: Со - от 25 до 55%, Cr - от 7 до 52%, Al - от 1 до 24%, Mo - от 0,2 до 5,5%, W - от 0,1 до 2,8%, Ti - от 0,1 до 1,1%, никель - остальное. Механическую обработку проводят с обеспечением заданной геометрии пера лопатки, а термическую обработку осуществляют термоциклированием. Для обеспечения более качественной наплавки полос 4 на пере 1 лопатки 2 могут изготавливаться канавки для наплавки и производится наплавка легирующим металлом по канавкам с образованием наплавленных полос 4. После наплавки полос производят механическую обработку, обеспечивающую заданную геометрию пера 1 лопатки 4 (например, проводится предварительная механическая обработка методом фрезерования и окончательная механическая обработка шлифованием). При этом механическую обработку пера лопатки, после наплавки, проводят в зависимости от конкретных задач либо оставляя высоту наплавленных полос в пределах размеров, не нарушающих функциональные свойства обрабатываемой лопатки, либо восстановлением исходного заданного профиля пера лопатки. Термоциклирование осуществляют в диапазоне температур 800°С до 1050°С, а после термоциклирования проводят электролитно-плазменное полирование или ионно-имплантационную обработку и постимплантационный отпуск. Кроме того, ионно-имплантационную обработку и постимплантационный отпуск может быть проведен и после электролитно-плазменного полирования лопатки. Ионно-имплантационную обработку пера 1 лопатки 4 проводят ионами Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацией при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 1010 до 5·1020 ион/см2. На перо 1 лопатки 4 дополнительно может наносится защитное покрытие газотермическим или ионно-плазменным методами или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме или магнетронным распылением, а непосредственно перед нанесением защитного покрытия может проводится ионно-имплантационная обработка ионами Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинацию, при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 1010 до 5-1020 ион/см2. На перо 1 лопатки 4 из никелевых или кобальтовых сплавов наносят защитное покрытие толщиной от 10 до 60 мкм, а в качестве материала покрытия используют MeCrAlY, где Me - Ni, Co, NiCo, NiPtAl. При этом после нанесения защитного покрытия наносят слой керамического материала ZrO2-Y2O3 в соотношении Y2О3 - 5…9 вес.%, ZrO2 - остальное, толщиной 20…300 мкм газотермическим или ионно-плазменным методом или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме. Если же лопатка 4 изготовлена из высоколегированных хромистых сталей, то на перо 1 лопатки 4 наносят защитное покрытие толщиной от 10 до 30 мкм из чередующихся слоев Me и соединений металлов с бором Ме-В, азотом - Ме-N, углеродом Ме-С или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, Al, W, Mo или их сочетание, причем толщины слоев многослойного покрытия выбирают из диапазонов: δМе=0,20…10 мкм, δМе-В=δMe-N=δМе-С=δМе-NC=0,10…6 мкм, где δМе - толщина слоя металла, δМе-В (δMe-N, δМе-С, δМе-NC) - толщина слоя борида, нитрида, карбида, карбонитрида металла.The method is as follows. On the feather 1 of the blade 2 of the turbomachine, made of a heat-resistant alloy on a nickel or cobalt base or of high alloy chromium steel, the bands 4 of alloyed materials are fused in the direction of the longitudinal generatrix of the feather 1 of the blade 2 while providing gaps between the deposited bands. In this case, the following ratio is adhered to: the step between the deposited strips is from 2 mm to 40 mm, with a strip width of 1 mm to 34 mm, while ensuring a gap width between strips of 1 mm to 36 mm. The direction of deposition, the width of the deposition zone, the step and the gap between the deposited strips is selected depending on the dimensions of the blade, the conditions of its operation, the goals of creating the composition “surfacing-base material” (increasing fatigue strength, heat resistance, heat resistance, erosion resistance, etc.) . Nickel-based alloys with Co, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y or combinations thereof are used as the deposited metal, in particular, an alloy of the composition: Co - from 25 to 55%, Cr - from 7 up to 52%, Al - from 1 to 24%, Mo - from 0.2 to 5.5%, W - from 0.1 to 2.8%, Ti - from 0.1 to 1.1%, nickel - rest. The mechanical treatment is carried out with the specified geometry of the feather blade, and the heat treatment is carried out by thermal cycling. To ensure better surfacing of strips 4 on feather 1 of blade 2, grooves for surfacing can be made and surfacing with alloying metal along grooves with formation of deposited strips 4. After surfacing of strips, machining is performed that provides the specified geometry of pen 1 of blade 4 (for example, preliminary mechanical milling and final machining by grinding). In this case, the mechanical processing of the blade pen, after surfacing, is carried out depending on specific tasks either by leaving the height of the deposited strips within the limits of dimensions that do not violate the functional properties of the processed blade, or by restoring the initial specified profile of the blade pen. Thermocycling is carried out in the temperature range 800 ° C to 1050 ° C, and after thermal cycling, electrolyte-plasma polishing or ion-implant treatment and post-implantation leave are carried out. In addition, ion-implant treatment and post-implant vacation can be carried out after electrolyte-plasma polishing of the scapula. The ion-implantation treatment of pen 1 of the blade 4 is carried out by ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or a combination thereof at an ion energy of 0.2-30 keV and an ion implantation dose of 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 . On feather 1 of the blade 4, a protective coating can be additionally applied by thermal or ion-plasma methods or by electron beam evaporation and condensation in vacuum or magnetron sputtering, and immediately before the application of the protective coating, ion implantation with Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or a combination thereof, at an ion energy of 0.2-30 keV and an ion implantation dose of 10 10 to 5-10 20 ion / cm 2 . A feather 1 of a blade 4 of nickel or cobalt alloys is coated with a thickness of 10 to 60 μm, and MeCrAlY is used as the coating material, where Me is Ni, Co, NiCo, NiPtAl. In this case, after applying the protective coating, a layer of ceramic material ZrO 2 -Y 2 O 3 is applied in a ratio of Y 2 O 3 - 5 ... 9 wt.%, ZrO 2 - the rest, with a thickness of 20 ... 300 microns, by the thermal or ion-plasma method or electron radiation evaporation and condensation in a vacuum. If the blade 4 is made of high-alloy chromium steels, then on the feather 1 of the blade 4 a protective coating is applied from 10 to 30 μm thick from alternating layers of Me and metal compounds with boron Me-B, nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen, Me-NC, where Me is Ti, Zr, Al, W, Mo, or a combination thereof, and the thicknesses of the layers of the multilayer coating are selected from the ranges: δ Me = 0.20 ... 10 μm, δ Me-B = δ Me- N = δ Me-C = δ Me-NC = 0.10 ... 6 μm, where δ Me is the thickness of the metal layer, δ Me-B (δ Me-N , δ Me-C , δ Me-NC ) is the thickness of the layer boride, nitride, carbide, metal carbonitride.
Для оценки заявляемого способа и сравнения его со способом-прототипом были проведены следующие исследования. Первая группа лопаток с эксплуатационными дефектами была восстановлена наплавкой в дефектных зонах согласно способу-прототипу. Вторая группа лопаток с эксплуатационными дефектами была восстановлена по вариантам заявляемого способа. При этом были использованы следующие диапазоны зон наплавки: а=1 мм, b=0,5 мм; а=1 мм, b=1 мм; а=8 мм, b=8 мм; а=20 мм, b=10 мм; а=34 мм, b=6 мм; а=40 мм, b=10 мм (где а - ширина полосы; b - ширина промежутка между полосами; t - шаг между наплавленными полосами (t=а+b)). При этом в качестве наплавляемого сплава использовались различные сочетания сплавов на основе никеля с Со, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y или их комбинацией, а также сплавы состава: Со - от 25 до 55%, Cr - от 7 до 52%, Al - от 1 до 24%, Mo - от 0,2 до 5,5%, W - от 0,1 до 2,8%, Тi - от 0,1 до 1,1%, остальное - никель.To evaluate the proposed method and compare it with the prototype method, the following studies were carried out. The first group of blades with operational defects was restored by surfacing in the defective areas according to the prototype method. The second group of blades with operational defects was restored according to the variants of the proposed method. The following ranges of surfacing zones were used: a = 1 mm, b = 0.5 mm; a = 1 mm, b = 1 mm; a = 8 mm, b = 8 mm; a = 20 mm, b = 10 mm; a = 34 mm, b = 6 mm; a = 40 mm, b = 10 mm (where a is the width of the strip; b is the width of the gap between the strips; t is the step between the deposited strips (t = a + b)). In this case, various combinations of nickel-based alloys with Co, Cr, Al, Mo, W, Ti, Y, or a combination thereof, as well as alloys of the composition: Co - from 25 to 55%, Cr - from 7 to 52, were used as a deposited alloy %, Al - from 1 to 24%, Mo - from 0.2 to 5.5%, W - from 0.1 to 2.8%, Ti - from 0.1 to 1.1%, the rest is nickel.
Для оценки стойкости лопаток из легированных стали 20Х13, восстановленных по прототипу и предлагаемому способу, были проведены следующие испытания на выносливость и циклическую прочность лопаток в условиях эксплуатационных температур (при 300-450°С) на воздухе. В результате эксперимента было установлено, что условный предел выносливости (σ-1) лопаток (после ремонта) составляет:To assess the resistance of the blades of alloy steel 20X13, restored by the prototype and the proposed method, the following tests were carried out on the endurance and cyclic strength of the blades at operating temperatures (at 300-450 ° C) in air. As a result of the experiment, it was found that the conditional endurance limit (σ -1 ) of the blades (after repair) is:
А. После восстановления и механообработки лопаток:A. After restoration and machining of the blades:
1) по способу-прототипу - в среднем 85-105 МПа;1) according to the prototype method - an average of 85-105 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 220-240 МПа;2) by the proposed method - an average of 220-240 MPa;
Б. После обработки микрошариками:B. After treatment with beads:
1) лопаткам, восстановленным по способу-прототипу, - в среднем 100-110 МПа;1) the blades restored by the prototype method, an average of 100-110 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 230-250 МПа;2) by the proposed method - an average of 230-250 MPa;
В. После имплантации ионов Cr, Y, Yb, C, B, Zr:B. After implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions:
1) лопаткам, восстановленным по способу-прототипу, - в среднем 130-140 МПа;1) the blades restored by the prototype method, an average of 130-140 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 260-280 МПа;2) by the proposed method - an average of 260-280 MPa;
Г. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr:D. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions:
1) лопаткам, восстановленным по способу-прототипу, - в среднем 92-104 МПа;1) the blades restored by the prototype method, an average of 92-104 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 270-290 МПа;2) by the proposed method - an average of 270-290 MPa;
Д. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr и нанесения защитного покрытия:D. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a protective coating:
1) лопаткам, восстановленным по способу-прототипу, - в среднем 84-92 МПа;1) the blades restored by the prototype method, an average of 84-92 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 250-270 МПа;2) by the proposed method - an average of 250-270 MPa;
Е. После обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr и нанесения защитного многослойного покрытия:E. After treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a protective multilayer coating:
1) лопаткам, восстановленным по способу-прототипу, - в среднем 86-104 МПа;1) the blades restored by the prototype method, an average of 86-104 MPa;
2) по предлагаемому способу - в среднем 260-280 МПа.2) by the proposed method - an average of 260-280 MPa.
Повышение предела выносливости у восстановленных и обработанных лопаток во всех видах проведенных испытаний указывает на то, что 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, C, B, Zr или их комбинации; постимплантационный отпуска; 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 - Ме-N, где Me - Ti, Zr, TiZr, а N - азот), полученного либо ионно-плазменным методом, либо электронно-лучевым испарением в вакууме; позволяет достичь технического результата заявляемого способа - получение при ремонте деталей наплавленного материала и границы зоны наплавки с минимальными дефектами за счет улучшения свариваемости материала детали, а также повышение эксплуатационных свойств лопатки после восстановления.An increase in the endurance limit of reconditioned and treated blades in all types of tests carried out indicates that when using one of the following options for additional hardening treatment of the reconditioned blade and coating: hardening treatment with microspheres; 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 is 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 is Ti, Zr, TiZr, and N - nitrogen) obtained either by the ion-plasma method or by electron-beam evaporation in vacuum; allows to achieve the technical result of the proposed method - obtaining during repair of parts of the deposited material and the border of the weld zone with minimal defects by improving the weldability of the material of the part, as well as improving the operational properties of the blade after restoration.
Таким образом, проведенные исследования показали, что применение предлагаемого способа восстановления лопаток из легированных сталей позволяет увеличить по сравнению с прототипом условный предел выносливости (σ-1) с 90-105 МПа до 220-240 МПа, а при применении дополнительных вариантов упрочняющей обработки и нанесения покрытий до 250-270 МПа, что подтверждает заявленный технический результат.Thus, the studies showed that the application of the proposed method for the restoration of blades from alloy steels allows to increase the conditional endurance limit (σ -1 ) from 90-105 MPa to 220-240 MPa as compared with the prototype, and when using additional options for hardening treatment and application coatings up to 250-270 MPa, which confirms the claimed technical result.
Были также проведены испытания на выносливость и циклическую прочность лопаток из никелевых и кобальтовых сплавов ЦНК-7, FSX-414, ЖС-6, в условиях высоких температур (при 870-950°С) на воздухе. В результате эксперимента было установлено следующее: условный предел выносливости (σ-1) лопаток (после ремонта) составляет:The endurance and cyclic strength tests of blades made of nickel and cobalt alloys TsNK-7, FSX-414, ZhS-6 were carried out at high temperatures (at 870-950 ° C) in air. As a result of the experiment, the following was established: the conditional endurance limit (σ -1 ) of the blades (after repair) is:
1) по известному способу - никелевые сплавы в среднем 210-220 МПа, кобальтовые - 210-215 МПа;1) by a known method - nickel alloys on average 210-220 MPa, cobalt - 210-215 MPa;
2) по предлагаемому способу:2) by the proposed method:
- (после механической обработки) - никелевые сплавы в среднем 225 МПа, кобальтовые - 215 МПа;- (after machining) - nickel alloys on average 225 MPa, cobalt - 215 MPa;
- (после обработки микрошариками) - никелевые сплавы в среднем 235 МПа, кобальтовые - 225 МПа;- (after treatment with microspheres) - nickel alloys on average 235 MPa, cobalt - 225 MPa;
- (после имплантации ионов Cr, Y,Yb, С, В, Zr) - никелевые сплавы в среднем 230-250 МПа, кобальтовые - 230-240 МПа;- (after implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions) - nickel alloys on average 230-250 MPa, cobalt - 230-240 MPa;
- (после обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr) - никелевые сплавы в среднем 240-250 МПа, кобальтовые - 230-240 МПа;- (after treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions) - nickel alloys on average 240-250 MPa, cobalt - 230-240 MPa;
- (после обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr и нанесения жаростойкого покрытия - MeCrAlY, где Me - Ni, Co, NiCo, а также покрытия NiPtAl) - никелевые сплавы в среднем 260 МПа, кобальтовые - 245МПа;- (after treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a heat-resistant coating - MeCrAlY, where Me - Ni, Co, NiCo, as well as NiPtAl coatings) - nickel alloys on average 260 MPa, cobalt - 245MPa;
- (после обработки микрошариками и имплантации ионов Cr, Y, Yb, С, В, Zr и нанесения жаростойкого покрытия - MeCrAlY, где Me - Ni, Co, NiCo, а также покрытия NiPtAl, и нанесения слоя ZrO2-Y2O3 в соотношении Y2О3 - 5…9 вес.%, ZrO2 - остальное, при охлаждении лопаток) - никелевые сплавы в среднем 270 МПа, кобальтовые - 254 МПа.- (after treatment with microspheres and implantation of Cr, Y, Yb, C, B, Zr ions and applying a heat-resistant coating - MeCrAlY, where Me is Ni, Co, NiCo, as well as NiPtAl coatings, and applying a ZrO 2 -Y 2 O 3 layer in the ratio Y 2 O 3 - 5 ... 9 wt.%, ZrO 2 - the rest, when the blades are cooled) - nickel alloys on average 270 MPa, cobalt - 254 MPa.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127293/02A RU2434973C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127293/02A RU2434973C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009127293A RU2009127293A (en) | 2011-01-20 |
| RU2434973C2 true RU2434973C2 (en) | 2011-11-27 |
Family
ID=45318366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009127293/02A RU2434973C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2434973C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635688C2 (en) * | 2015-10-08 | 2017-11-15 | Либурди Инжиниринг Лимитед. | Method for repair and manufacture of gas turbine engine components and gas turbine engine components repaired or manufactured with its use |
| RU2641210C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-01-16 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys |
| RU2667110C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-09-14 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") | Turbomachines blades shrouds from heat-resistant nickel alloys reconstruction method |
| RU2751500C1 (en) * | 2020-12-02 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for electrolyte-plasma welding of non-ferrous metals and their alloys |
| RU2791745C1 (en) * | 2022-07-21 | 2023-03-13 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method for restoring the chord line of the feather from a heat-resistant nickel alloy |
-
2009
- 2009-07-15 RU RU2009127293/02A patent/RU2434973C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2635688C2 (en) * | 2015-10-08 | 2017-11-15 | Либурди Инжиниринг Лимитед. | Method for repair and manufacture of gas turbine engine components and gas turbine engine components repaired or manufactured with its use |
| RU2641210C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-01-16 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of application of wear-resistant coating on bandage shelter of shoulder of turbomashes from nickel alloys |
| RU2667110C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-09-14 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") | Turbomachines blades shrouds from heat-resistant nickel alloys reconstruction method |
| RU2751500C1 (en) * | 2020-12-02 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" | Method for electrolyte-plasma welding of non-ferrous metals and their alloys |
| RU2791745C1 (en) * | 2022-07-21 | 2023-03-13 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method for restoring the chord line of the feather from a heat-resistant nickel alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009127293A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Duraisamy et al. | Tribological performance of wire arc additive manufactured 347 austenitic stainless steel under unlubricated conditions at elevated temperatures | |
| Hutasoit et al. | Fatigue life of laser clad hardfacing alloys on AISI 4130 steel under rotary bending fatigue test | |
| RU2434973C2 (en) | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine | |
| CN107502889A (en) | A kind of method at precision laser deposited nickel-base alloy powder end | |
| Ramiro et al. | Characteristics of Fe-, Ni-and Co-based powder coatings fabricated by laser metal deposition without preheating the base material | |
| US20180230584A1 (en) | Manufactured article and method | |
| Sawant et al. | Characteristics of single-track and multi-track depositions of stellite by micro-plasma transferred arc powder deposition process | |
| RU99367U1 (en) | TURBINE SHOVEL WITH DISCRETE FILLING LAYER | |
| RU2420610C1 (en) | Procedure for forming discrete welded coating on blade body of turbo-machine | |
| Torres et al. | Laser metal deposition of self-lubricating alloys on selective laser melting maraging tools for the high temperature forming of aluminium | |
| RU2353496C2 (en) | Repair method of blades made from steel alloy | |
| RU91018U1 (en) | HARDENED TURBO MACHINE | |
| US10828701B2 (en) | Near-net shape shield and fabrication processes | |
| Vuoristo et al. | Laser coating and thermal spraying–process basics and coating properties | |
| US20220178264A1 (en) | Method for producing steam turbine member | |
| Savinkin et al. | Study on the optimal phase structure of recovered steam turbine blades using different technological spray modes for deposition of Al2O3 | |
| García-Vázquez et al. | Analysis of weld bead parameters of overlay deposited on D2 steel components by plasma transferred arc (PTA) process | |
| Kuznetsov et al. | Research of technological possibility of increasing erosion resistance rotor blade using laser cladding | |
| Pradeep et al. | Evaluation of dry sliding wear behavior of thermally sprayed and microwave post-processed TiO2 reinforced tungsten carbide composite coating | |
| Olivio et al. | Analysis of 410NiMo coating deposited by thermal spray in CA6NM martensitic stainless steel against erosion by cavitation | |
| Ranjan et al. | Latest advancements in the surface performance of microwave cladding and the future scope–A critical review | |
| Maleque et al. | Abrasive wear response of TIG-melted TiC composite coating: Taguchi approach | |
| RU2426631C1 (en) | Method to recondition steam turbine vanes from alloyed steels | |
| Szala et al. | Cavitation erosion resistance of high-alloyed Fe-based weld hardfacings deposited via SMAW method | |
| Dudek et al. | Surface Treatment Proposals for the Automotive Industry by the Example of 316L Steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20110111 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20110325 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160716 |