RU2440877C2 - Method of reclaiming turbo machine vane body - Google Patents
Method of reclaiming turbo machine vane body Download PDFInfo
- Publication number
- RU2440877C2 RU2440877C2 RU2009127296/02A RU2009127296A RU2440877C2 RU 2440877 C2 RU2440877 C2 RU 2440877C2 RU 2009127296/02 A RU2009127296/02 A RU 2009127296/02A RU 2009127296 A RU2009127296 A RU 2009127296A RU 2440877 C2 RU2440877 C2 RU 2440877C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- blade
- implantation
- feather
- thickness
- Prior art date
Links
Images
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.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.
Известен способ восстановления лопаток наплавкой. На изношенный участок аргонодуговой сваркой наплавляют слои требуемой высоты сплавом, близким по свойствам к материалу лопаток. Перед наплавкой торцы зачищают, затем производят наплавку на постоянном токе в медных приспособлениях (Новые технологические процессы и надежность ГТД. Бюллетень. - М.: ЦИАМ, 1976, N 2 (6), с.71-73).A known method of restoring blades by surfacing. Layers of the required height are deposited onto the worn section by argon-arc welding with an alloy close in properties to the material of the blades. Before surfacing, the ends are cleaned, then direct-current surfacing is performed in copper devices (New technological processes and GTE reliability. Bulletin. - M.: TsIAM, 1976, N 2 (6), pp. 71-73).
Недостатком этого способа является образование дефектов в виде несплавлений и подрезов при наплавке первого слоя.The disadvantage of this method is the formation of defects in the form of fusion and undercuts during surfacing of the first layer.
Известен способ восстановления пера лопатки турбомашины, по которому на поврежденном участке пера лопатки выполняют цилиндрическую выемку, устанавливают в ней вкладыш и приваривают последний электроннолучевой сваркой, перемещая луч по окружности, вводя его в начальный момент со стороны вкладыша и выводя в конце сварки на вкладыш строго в одной точке (Патент Великобритании №1271662, НКИ В 2 R, опубл. 1972 г.).A known method of restoring a feather of a blade of a turbomachine, in which a cylindrical recess is made in a damaged portion of a blade of a blade of a blade, a liner is installed in it and the latter is welded by electron beam welding, moving the beam around the circumference, introducing it at the initial moment from the side of the liner and outputting it to the liner at the end of welding strictly in one point (British Patent No. 1271662, NKI B 2 R, publ. 1972).
Известен также способ восстановления пера лопатки турбомашины, заключающийся в том, что на поврежденном участке пера лопатки выемки, выполнение вставки по форме выемки, соединение вставки с пером лопатки в зоне выемки до полного его совмещения с пером с образованием сварочного зазора, приваривание вставки к перу лопатки [Патент РФ №2185945, МПК 8 В23Р 6/00, опубл. 2002.07.27].There is also known a method of restoring the feather of a blade of a turbomachine, which consists in the fact that on the damaged portion of the feather of the blade of the notch, inserting in the form of a notch, connecting the insert with the feather of the blade in the extraction zone until it is fully combined with the feather with the formation of a welding gap, welding the insert to the feather of the blade [RF patent No. 2185945, IPC 8 В23Р 6/00, publ. 2002.07.27].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранным в качестве прототипа является способ восстановления пера лопатки турбомашины, включающий выполнение на поврежденном участке пера лопатки выемки в виде части цилиндра, центр окружности которого расположен за кромкой пера выполнение вставки по форме выемки, соединение вставки с пером лопатки в зоне выемки до полного его совмещения с пером, приваривание вставки к перу лопатки и последующую размерную обработку, обеспечивающую заданную форму лопатки (А.С. СССР №544208, МПК В23Р 6/00, 1981 г.). Кроме того, в рассматриваемом способе (А.С. СССР №544208, МПК В23Р 6/00, 1981 г.) на поверхности со стороны корыта и спинки по поверхности контакта укрепляют накладки, устанавливая их заподлицо с вкладышем в месте максимальной толщины выемки, а приваривание вкладыша и накладок осуществляют электроннолучевой сваркой по стыку вкладыша и накладок односторонне на глубину, превышающую толщину вкладыша. После сварки вкладыш с накладками отрезают вдоль кромки пера, а профиль в месте сварки вкладыша обрабатывают и полируют.The closest in technical essence to the claimed method and selected as a prototype is a method of restoring a feather of a turbomachine blade, comprising performing a notch in the form of a cylinder part on the damaged portion of the feather of the blade, the center of a circle of which is located beyond the edge of the feather, making an insert in the form of a notch, connecting the insert with the pen the blades in the recess area until it is fully combined with the feather, welding the insert to the blade feather and subsequent dimensional processing, which ensures the given shape of the blade (AS USSR No. 544208, IPC В23Р 6/00, 1981). In addition, in the considered method (AS USSR No. 544208, IPC
Недостатком прототипа являются значительная трудоемкость процесса восстановления лопатки и низкие эксплуатационные характеристики лопаток турбомашин, в частности из-за значительных остаточных механических сварочных напряжений, приводящих к неблагоприятному напряженно-деформированному состоянию в восстановленной зоне лопатки.The disadvantage of the prototype is the significant complexity of the process of restoration of the blades and low performance characteristics of the blades of turbomachines, in particular due to significant residual mechanical welding stresses leading to an unfavorable stress-strain state in the restored area of the blade.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости процесса восстановления лопатки, повышение эксплуатационных характеристик восстановленных лопаток за счет снижения остаточных механических сварочных напряжений.The technical result of the invention is to reduce the complexity of the process of restoration of the blades, improving the operational characteristics of the restored blades by reducing residual mechanical welding stresses.
Технический результат достигается тем, что в способе восстановления пера лопатки турбомашины, имеющего участки с повреждениям типа выемки, включающий выполнение на поврежденном участке пера лопатки выемки в виде части цилиндра, центр окружности которого расположен за кромкой пера, выполнение вставки в виде диска с контактной поверхностью, соответствующей по форме поверхности выемки, соединение вставки с пером лопатки в зоне выемки до полного его совмещения с пером, приваривание вставки к перу лопатки и последующую размерную обработку, обеспечивающую заданную форму лопатки, в отличие от прототипа, приваривание вставки к перу лопатки осуществляют сваркой трением путем вращения вставки вокруг его оси со скоростью и силой прижатия, обеспечивающими сварное соединение между вставкой и пером лопатки в зоне выемки в пределах от 0,4 до 1,0 от прочности основного материала лопатки.The technical result is achieved by the fact that in the method of restoring a feather of a blade of a turbomachine having sections with damages of a recess type, comprising performing a recess in the damaged area of a feather of a pen of a blade as part of a cylinder, the center of a circle of which is located beyond the edge of the pen, inserting in the form of a disk with a contact surface, corresponding to the shape of the surface of the recess, the connection of the insert with the feather of the scapula in the area of the recess until it is fully combined with the pen, welding the insert to the pen of the scapula and subsequent dimensional processing providing a given shape of the blade, in contrast to the prototype, the insert is welded to the blade feather by friction welding by rotating the insert around its axis with a speed and pressing force, providing a welded connection between the insert and the feather of the blade in the recess area in the range from 0.4 to 1, 0 on the strength of the main material of the scapula.
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления пера лопатки турбомашины после размерной обработки пера лопатки производят ее термическую обработку до восстановления его дислокационной структуры; производят ее ионно-имплантационную обработку и постимплантационный отпуск; после термической обработки лопатки производят: ее упрочняющую обработку поверхностным пластическим деформированием микрошариками; производят ее электролитно-плазменное полирование; производят ее ионно-имплантационную обработку и постимплантационный отпуск.The technical result is also achieved by the fact that in the method of restoring the feather of the blade of a turbomachine after dimensional processing of the feather of the blade, it is heat treated until its dislocation structure is restored; produce its ion-implant treatment and post-implant vacation; after heat treatment of the blades produce: its hardening treatment by surface plastic deformation by microspheres; produce its electrolyte-plasma polishing; produce its ion-implant treatment and post-implant vacation.
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления лопаток турбомашин после электролитно-плазменного полирования или после упрочняющей обработки ППД лопатки производят ее ионно-имплантационную обработку при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 10The technical result is also achieved by the fact that in the method of reconstructing the blades of turbomachines after electrolyte-plasma polishing or after hardening the PPD of the blade, it is ion-implanted at an ion energy of 0.2-30 keV and an ion implantation dose of 10 1010 до 5·10 up to 5 · 10 20twenty ион/см и постимплантационный отпуск, используя ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинации. ion / cm and post-implantation leave using ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or combinations thereof.
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления лопаток турбомашин используют лопатки из легированных сталей, на перо лопатки после ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска газотермическим и/или ионно-плазменным методами, и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме, и/или магнетронным распылением наносят многослойное покрытие 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, TiZr, TiAl, TiAlZr, TiAlZrMo или их сочетание, В - бор, N - азот, С - углерод, причем толщины слоев многослойного покрытия выбирают из диапазонов: δThe technical result is also achieved by the fact that in the method of reconstructing the blades of turbomachines, alloy steel blades are used, on the feather of the blade after ion-implantation treatment and post-implantation tempering by gas thermal and / or ion-plasma methods, and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum, and / or by magnetron sputtering, a multilayer coating is applied 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, TiZr, TiAl, TiAlZr, TiAlZr Mo or their combination, B is boron, N is nitrogen, C is carbon, and the thicknesses of the layers of the multilayer coating are selected from the ranges: δ МеMe - 0,20·10 мкм, δ - 0.20 · 10 μm, δ Ме-BMe-B =δ= δ Me-NMe-n =δ= δ Me-CMe-c =δ= δ Me-NCMe-nc =0,10·6 мкм, где δ= 0.10 · 6 μm, where δ МеMe - толщина слоя металла, δ - metal layer thickness, δ Ме-BMe-B (δ (δ Me-NMe-n , δ, δ Ме-CMe-C , δ, δ Me-NCMe-nc ) - толщина слоя борида (нитрида, карбида, карбонитрида) металла.) - the thickness of the layer of boride (nitride, carbide, carbonitride) of the metal.
Технический результат достигается также тем, что в способе восстановления лопаток турбомашин используют лопатки из никелевых или кобальтовых сплавов, на перо лопатки после ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска газотермическим и/или ионно-плазменным методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме наносят защитное покрытие толщиной от 10 до 60 мкм, а в качестве материала покрытия используют MeCrAlY, где Me - Ni, Со, NiCo, NiPtAl; после нанесения покрытия наносят слой керамического материала толщиной 20…300 мкм, в качестве материала керамического слоя используют ZrOThe technical result is also achieved by the fact that in the method of reconstructing the blades of turbomachines, blades made of nickel or cobalt alloys are used, on the feather of the blade after ion implantation treatment and post-implantation tempering by gas thermal and / or ion-plasma methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum a protective coating is applied with a thickness of 10 to 60 μm, and MeCrAlY is used as the coating material, where Me is Ni, Co, NiCo, NiPtAl; after coating, a layer of ceramic material with a thickness of 20 ... 300 microns is applied, ZrO is used as the material of the ceramic layer 22 -Y-Y 22 OO 33 в соотношении Y in the ratio of Y 22 OO 33 - 5…9% вес, ZrO - 5 ... 9% weight, ZrO 22 - остальное, а нанесение слоя керамического материала осуществляют газотермическим и/или ионно-плазменным методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме; после нанесения покрытия производят диффузионный отжиг лопатки. - the rest, and applying a layer of ceramic material is carried out by gas thermal and / or ion-plasma methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum; after coating, diffusion annealing of the blade is performed.
Достижение технического результата предлагаемого способа объясняется простотой процесса восстановления пера лопатки, когда для дефектов типа выемок на пере лопатки вместо наплавки материала или приварки электронно-лучевой сваркой используются вставки в виде дисков. При этом достаточно легко одним из известных методов (например фрезерованием в местах указанных дефектов) выполнить цилиндрическую выемку. Изготовление вставки в виде диска с торцом по форме и размеру выемки также осуществить достаточно просто (например на токарном станке). Что касается сварки трением, то она производится вращением диска вокруг его оси, что также не требует специального сложного оборудования (например, для этой цели может использоваться даже сверлильный станок). После удаления излишней части пальца, путем его срезания «под корень» с оставлением припуска на обработку, осуществляют требуемую размерную обработку пера лопатки в восстановленной зоне. В связи с тем, сварка трением осуществляется без излишнего расплавления металла и, следовательно, при более низком нагреве лопатки, поэтому после восстановления дефектного участка пера лопатки создается более благоприятное напряженно-деформированное состояние, приводящее к повышению эксплуатационных свойств восстановленной лопатки. Кроме того, использование правильного (плавного) сферического контакта на границе «вставка- перо» позволяет избегать возникновения концентраторов напряжения, характерных для других методов восстановления. Кроме того, применение упрочняющих технологий после восстановления формы лопатки дисковыми вставками позволяет значительно улучшить их эксплуатационные характеристики.The achievement of the technical result of the proposed method is explained by the simplicity of the process of restoring the blade feather, when for inserts like incisions on the shoulder blades instead of surfacing the material or welding by electron beam welding, inserts in the form of discs are used. At the same time, it is quite easy to perform a cylindrical recess using one of the known methods (for example, by milling in places of the indicated defects). The manufacture of an insert in the form of a disk with an end in shape and size of the recess is also quite simple to carry out (for example, on a lathe). As for friction welding, it is performed by rotating the disk around its axis, which also does not require special sophisticated equipment (for example, even a drilling machine can be used for this purpose). After removing the excess part of the finger, by cutting it “to the root” with the allowance for processing, the required dimensional processing of the pen blade in the restored area is carried out. In this regard, friction welding is carried out without excessive melting of the metal and, therefore, with a lower heating of the blade, therefore, after the restoration of the defective portion of the blade feather, a more favorable stress-strain state is created, leading to an increase in the operational properties of the restored blade. In addition, the use of the correct (smooth) spherical contact at the insert – feather interface allows one to avoid the appearance of stress concentrators characteristic of other recovery methods. In addition, the use of hardening technologies after restoration of the shape of the blade by disk inserts can significantly improve their operational characteristics.
Предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, подтверждающими возможность его осуществления, на которых:The invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, confirming the possibility of its implementation, on which:
фиг.1 схематично изображает лопатку 1 с дефектом 2 на кромке пера 3;figure 1 schematically depicts a
фиг.2 схематично изображает сечение лопатки 1 в зоне дефекта 2, удаляемым материалом 4 и контуром будущей контактной поверхности (выемки) 5;figure 2 schematically depicts a cross section of the
фиг.3-5 схематично изображают процесс восстановления пера 3 лопатки 1 путем приварки вставки: фиг.3 - процесс приварки диска 6; фиг.4 - отрезание вставки 7 приваренной к перу 3 лопатки 1 от диска 6; фиг.5 - восстановленная зона пера 3 лопатки 1 после размерной обработки.Fig.3-5 schematically depict the process of restoring the
Способ осуществляют следующим образом. Поврежденный участок 2 пера 3 лопатки 1 обрабатывается, например, фрезерованием для получения выемки 5 с формой контактной поверхности, обеспечивающей стыковку с диском 6 (фиг.1 и 2).The method is as follows. The damaged
По форме выемки на лопатке 1 изготавливается заготовка вставки 7 в виде диска 6 с контактной поверхностью соответствующей по форме поверхности 4 выемки 5 на пере 3 лопатки 1. При этом толщина вставки-диска 6 должна быть несколько (приблизительно в 1,1…1,5 раз) больше максимальной толщины пера лопатки в зоне контактной поверхности. Диск 6 вставляют в выемку на лопатке 1 по контактной поверхности 5, прикладывают усилие прижатия Р и приводят диск 6 во вращательное движение. Усилие Р и скорость вращения должны обеспечивать процесс сварки трением. Производят приварку диска 6 к перу 3 лопатке 1 (фиг.3). Затем излишний объем материала диска 6 удаляют, вначале отрезая от диска 6 лишнюю часть оставляя лишь вставку 7, а затем производят размерную обработку, обеспечивающую восстановление заданной геометрии пера лопатки (фиг.3) (например, проводится предварительная механическая обработка методом фрезерования и окончательная механическая обработка шлифованием).According to the shape of the recess on the
Для оценки стойкости лопаток из легированных стали 20X13, восстановленных по прототипу и предлагаемому способам, 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 (σTo assess the resistance of the blades of alloy steel 20X13, restored according to the prototype and the proposed methods, 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-one ) лопаток (после ремонта) составляет:) 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, С,В, 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) 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 покрытияE. 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, С, В, Zr или их комбинации; постимплантационный отпуска; нанесение покрытия после ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска (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, a N - азот) полученного либо ионно-плазменным методом, либо электронно-лучевым испарением в вакууме; позволяют 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 indicates that when using one of the following options for additional hardening treatment of the reconditioned blades and coating: hardening by 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 after ion-implantation treatment and post-implantation tempering (nitride coatings Me-N, where Me is Ti, Zr, TiZr, and 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 is 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 ~ obtaining during repair of parts of the deposited material and the border of the surfacing zone with minimal defects due to improved 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 (σThus, the studies showed that the application of the proposed method for the restoration of blades from alloy steels can increase the conditional endurance limit (σ -1-one ) 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) from 90-105 MPa to 220-240 MPa, and when using additional options for hardening treatment and coating 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 (σThe 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-one ) лопаток (после ремонта) составляет:) 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, Со, 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, Со, NiCo, а также покрытия NiPtAl, и нанесения слоя ZrO- (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 layer 22 -Y-Y 22 OO 33 в соотношении Y in the ratio of Y 22 OO 33 - 5…9% вес, ZrO - 5 ... 9% weight, ZrO 22 - остальное при охлаждении лопаток) - никелевые сплавы в среднем 270 МПа, кобальтовые - 254 МПа; - the rest when cooling the blades) - nickel alloys on average 270 MPa, cobalt - 254 MPa;
Повышение предела выносливости у восстановленных и обработанных лопаток как из никелевых, так и кобальтовых сплавов, 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, С, В, Zr или их комбинации; пост имплантационный отпуска; нанесение покрытия MeCrAlY, (где Me - Ni, Со, NiCo), полученного либо ионно-плазменным методом либо электроннолучевым испарением в вакууме; покрытие NiPtAl; наносенный слой керамического материала толщиной 20…300 мкм, в качестве материала которого используют ZrOAn increase in the endurance limit of restored and processed blades made of nickel and cobalt alloys in all types of tests indicates that when using one of the following options for additional hardening treatment of the reconditioned blade and coating: hardening by microspheres; ion implantation with ions of one of the following groups of chemical elements: Cr, Y, Yb, C, B, Zr, or a combination thereof; implant leave post; coating MeCrAlY, (where Me is Ni, Co, NiCo), obtained either by the ion-plasma method or electron beam evaporation in vacuum; NiPtAl coating; a deposited layer of ceramic material with a thickness of 20 ... 300 microns, the material of which is used ZrO 22 -Y-Y 22 OO 33 в соотношении Y in the ratio of Y 22 OO 33 - 5…9% вес, ZrO - 5 ... 9% weight, ZrO 22 - остальное, также способствуют достижению указанного технического результата заявляемого способа. - the rest also contribute to the achievement of the specified technical result of the proposed method.
Повышение предела выносливости у восстановленных и обработанных лопаток, указывает на то, что при использовании предложенного способа восстановления пера лопатки турбомашины, имеющего участки с повреждениям типа выемки, включающий выполнение на поврежденном участке пера лопатки выемки в виде части цилиндра, центр окружности которого расположен за кромкой пера, выполнение вставки в виде диска с контактной поверхностью, соответствующей по форме поверхности выемки, соединение вставки с пером лопатки в зоне выемки до полного его совмещения с пером, приваривание вставки к перу лопатки и последующую размерную обработку, обеспечивающую заданную форму лопатки, отличающийся тем, что приваривание вставки к перу лопатки осуществляют сваркой трением путем вращения вставки вокруг его оси со скоростью и силой прижатия, обеспечивающими сварное соединение между вставкой и пером лопатки в зоне выемки в пределах от 0,4 до 1,0 от прочности основного материала лопатки; проведение после размерной обработки пера лопатки ее термической обработки до восстановления дислокационной структуры ее материала; проведение ее ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска; проведение, после термической обработки лопатки: ее упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием микрошариками; проведение ее электролитно-плазменного полирования; проведение ее ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска; проведение, после электролитно-плазменного полирования или после упрочняющей обработки ППД лопатки, ее ионно-имплантационной обработки при энергии ионов 0,2-30 кэВ и дозе имплантации ионов 10An increase in the endurance limit of reconditioned and treated blades indicates that when using the proposed method for restoring a feather of a blade of a turbomachine, which has sections with damages of the type of recess, including the execution on the damaged section of the pen of the blade of the recess as a part of the cylinder, the center of which is located outside the edge of the pen , the implementation of the insert in the form of a disk with a contact surface corresponding to the shape of the surface of the recess, the connection of the insert with the feather of the scapula in the area of the recess until it is fully combined ia with a pen, welding the insert to the blade feather and subsequent dimensional processing, providing a given shape of the blade, characterized in that the welding of the insert to the blade feather is carried out by friction welding by rotating the insert around its axis with a speed and pressing force, providing a welded connection between the insert and feather blades in the excavation zone ranging from 0.4 to 1.0 of the strength of the main material of the blade; carrying out heat treatment after dimensional processing of the feather blade to restore the dislocation structure of its material; carrying out its ion-implant treatment and post-implant vacation; carrying out, after heat treatment of the blade: its hardening treatment with surface plastic deformation by microspheres; conducting its electrolyte-plasma polishing; carrying out its ion-implant treatment and post-implant vacation; carrying out, after electrolyte-plasma polishing or after hardening the PPD of the blade, its ion-implant treatment at an ion energy of 0.2-30 keV and a dose of ion implantation 10 1010 до 5·10 up to 5 · 10 20twenty ион/см ion / cm 22 , а также постимплантационного отпуска, используя ионы Cr, Y, Yb, С, В, Zr, N, La, Ti или их комбинации; использование лопаток из легированных сталей, нанесение после ионно-имплантационной обработки и постимплантационного отпуска на перо лопатки из указанных сталей газотермическим и/или ионно-плазменным методами и/или электроннолучевым испарением и конденсацией в вакууме многослойного покрытия 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, TiZr, TiAl, TiAlZr, TiAlZrMo или их сочетание, В - бор, N - азот, С - углерод, при выборе толщины слоев многослойного покрытия из диапазонов: δas well as post-implantation leave using ions of Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or combinations thereof; the use of alloy steel blades, application after ion-implantation treatment and post-implantation tempering onto a feather of a blade of these steels by gas thermal and / or ion-plasma methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum of a multilayer coating of 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, TiZr, TiAl, TiAlZr, TiAlZrMo or a combination thereof, B - boron, N - nitrogen, C - carbon, when choosing the thickness of the layers of a multilayer coating of diap Azones: δ МеMe =0,20…10 мкм, δ= 0.20 ... 10 μm, δ Ме-BMe-B =δ= δ Me-NMe-n =δ= δ Ме-CMe-C =δ= δ Me-NCMe-nc =0,10…6 мкм, где δ= 0.10 ... 6 μm, where δ МеMe - толщина слоя металла, δ - metal layer thickness, δ Ме-BMe-B (δ (δ Me-NMe-n , δ, δ Me-CMe-c , δ, δ Me-NCMe-nc ) - толщина слоя борида (нитрида, карбида, карбонитрида) металла; а также использование лопаток из никелевых или кобальтовых сплавов, нанесение на перо лопатки из указанных сплавов газотермическим и/или ионно-плазменным методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме защитного покрытия толщиной от 10 до 60 мкм, использование в качестве материала покрытия MeCrAlY, где Me - Ni, Со, NiCo, NiPtAl; нанесение, после нанесения покрытия, слоя керамического материала толщиной 20·300 мкм, использование в качестве материала керамического слоя ZrO) is the thickness of the layer of boride (nitride, carbide, carbonitride) of the metal; as well as the use of blades made of nickel or cobalt alloys, applying to the feather of a blade made of the indicated alloys by gas thermal and / or ion-plasma methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum of a protective coating with a thickness of 10 to 60 μm, use as a coating material MeCrAlY, where Me is Ni, Co, NiCo, NiPtAl; applying, after coating, a layer of ceramic material with a thickness of 20 · 300 μm, using ZrO as a ceramic layer material 22 -Y-Y 22 OO 33 в соотношении Y in the ratio of Y 22 OO 33 - 5…9% вес, ZrO - 5 ... 9% weight, ZrO 22 - остальное, при нанесении керамического материала газотермическим и/или ионно-плазменным методами и/или электронно-лучевым испарением и конденсацией в вакууме; проведение после нанесения покрытия диффузионного отжига лопатки, позволяют достичь технического результата предлагаемого изобретения, которым является снижение трудоемкости процесса восстановления лопатки, повышение эксплуатационных характеристик восстановленных лопаток за счет снижения остаточных механических сварочных напряжений и создания в восстановленной зоне лопатки более благоприятного напряженно-деформированного состояния. - the rest, when applying the ceramic material by gas thermal and / or ion-plasma methods and / or electron beam evaporation and condensation in vacuum; carrying out diffusion annealing of the blade after coating, allows to achieve the technical result of the invention, which is to reduce the complexity of the process of restoration of the blade, improving the operational characteristics of the restored blades by reducing residual mechanical welding stresses and creating a more favorable stress-strain state in the restored zone of the blade.
Пример конкретной реализации способа. После дефектации ремонтной лопатки, изготовленной из хромистой стали 20X13, производилось фрезерование дефектного мест на пере лопатки (удаление дефектного материала, выполнение на поврежденном участке пера лопатки выемки с цилиндрической поверхностью для стыковки со вставкой-диском с аналогичной цилиндрической поверхностью). Затем из той же хромистой стали 20X13 по форме выемки изготавливалась диск-вставка. Далее осуществлялась приварка вставки к перу лопатки при помощи сварки трением. Приварка проводилась при усилии прижатия 15 Н и скорости вращения 1000 об/мин. Для исключения перегрева лопатки и улучшения газовой защиты при сварке (в качестве подкладки) была использована медная пластина размером 350×50×4 мм, имеющая профиль пера лопатки со стороны входной кромки (расположенная вне зоны движения диска). Для сохранения тепловложений от сварки и уменьшения остаточных напряжений использовали нагретые керамические накладки. Доведение профиля пера лопатки до чертежных размеров осуществляли механической обработкой (фрезерованием, шлифованием, полированием). Затем выполняли обезжиривание и контроль цветной дефектоскопией. После чего осуществлялась защитно-упрочняющая обработка. Обработку поверхности лопаток по предлагаемому способу проводят в следующей последовательности. После всех формообразующих механических обработок, включая электролитно-плазменное полирование, 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 до 65С. После сушки лопатку устанавливают в вакуумную камеру, где создают вакуум не ниже 2-10An example of a specific implementation of the method. After the repair blades made of chrome steel 20X13 were faulted, the defective places were milled onto the blades (removing the defective material, making a notch with a cylindrical surface on the damaged part of the feather blade for joining with a disk insert with a similar cylindrical surface). Then, from the same chrome steel 20X13, a disk insert was made in the form of a recess. Next, the insert was welded to the blade feather using friction welding. Welding was carried out with a pressing force of 15 N and a rotation speed of 1000 rpm. To exclude overheating of the blade and improve gas protection during welding (as a lining), a copper plate 350 × 50 × 4 mm in size was used, having a blade feather profile from the input edge side (located outside the disk movement zone). To save heat input from welding and reduce residual stresses, heated ceramic plates were used. The profile of the blade pen was brought to the drawing dimensions by machining (milling, grinding, polishing). Then, degreasing and color inspection were performed. After that, protective hardening treatment was carried out. The surface treatment of the blades according to the proposed method is carried out in the following sequence. After all the forming mechanical treatments, including 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 to 65C. After drying, the blade is installed in a vacuum chamber, where a vacuum of at least 2-10
4four
Па и проводят очистку ионами аргона в течение 12 мин с последующей ионной имплантацией хрома по режиму: имплантируемый ион Cr; энергия ионов 300-1000 эВ; плотность ионного тока 5-10 мА/см Pa and carry out purification by argon ions for 12 min followed by ion implantation of chromium according to the regime: implantable Cr ion; ion energy 300-1000 eV; ion current density 5-10 mA / cm
22
; доза имплантации ионов 3·10;
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 I=140 А, напряжение U=140 В).After this, vacuum postimplantation tempering is carried out in the same working space at a temperature of 400 ° C for 1 h. Postimplantation tempering can be combined with the application of ion-plasma coatings (Modes when coating: current I = 140 A, voltage U = 140 V).
Claims (24)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127296/02A RU2440877C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Method of reclaiming turbo machine vane body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127296/02A RU2440877C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Method of reclaiming turbo machine vane body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009127296A RU2009127296A (en) | 2011-01-20 |
| RU2440877C2 true RU2440877C2 (en) | 2012-01-27 |
Family
ID=45786593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009127296/02A RU2440877C2 (en) | 2009-07-15 | 2009-07-15 | Method of reclaiming turbo machine vane body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2440877C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760895C1 (en) * | 2021-03-10 | 2021-12-01 | Акционерное общество "ОДК-Климов" | Method for restoring the cyclic durability of disks of aircraft gas turbine engines |
| RU2768906C1 (en) * | 2021-07-02 | 2022-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Method for restoring the blades of a gas turbine engine compressor |
-
2009
- 2009-07-15 RU RU2009127296/02A patent/RU2440877C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760895C1 (en) * | 2021-03-10 | 2021-12-01 | Акционерное общество "ОДК-Климов" | Method for restoring the cyclic durability of disks of aircraft gas turbine engines |
| RU2768906C1 (en) * | 2021-07-02 | 2022-03-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Method for restoring the blades of a gas turbine engine compressor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009127296A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5554514B2 (en) | Method of processing metal articles and articles manufactured by the processing method | |
| CN104385703B (en) | Complex gradient coating that a kind of blade surface is repaired and preparation method thereof | |
| RU2390578C2 (en) | Procedure for production of erosion-resistant coating containing nano-layers for blades of turbo-machines out of titanium alloys | |
| CN105463453B (en) | A kind of thermal barrier coating of interface stability and preparation method thereof | |
| WO2006095799A1 (en) | Surface treatment method and repair method | |
| JP2010000540A5 (en) | ||
| JP6389052B2 (en) | Erosion resistant coating system and treatment method thereof | |
| US20190076930A1 (en) | Method for manufacturing an abradable plate and repairing a turbine shroud | |
| RU2440877C2 (en) | Method of reclaiming turbo machine vane body | |
| EP3138644A2 (en) | Rotating component, method of forming a rotating component and apparatus for forming a rotating component | |
| RU2420383C2 (en) | Method of reclaiming turbo machine vanes | |
| RU2434973C2 (en) | Procedure for production of built-up coating on blade body of turbo-machine | |
| CN113692331A (en) | Turbine casing component and repair method thereof | |
| RU2353496C2 (en) | Repair method of blades made from steel alloy | |
| RU2445199C2 (en) | Method of hardening turbo machine nozzle vane unit made from nickel and cobalt alloys | |
| JPS63255357A (en) | Turbine moving blade and its production | |
| RU2009144440A (en) | METHOD FOR RESTORING TURBO MACHINES OF TURBO MACHINES FROM NICKEL AND COBALT ALLOYS | |
| CN113215565A (en) | Laser composite manufacturing method for improving high-temperature oxidation resistance of steam turbine valve rod | |
| RU2420385C2 (en) | Method of reclaiming operating properties of vanes made from titanium alloys | |
| RU2426631C1 (en) | Method to recondition steam turbine vanes from alloyed steels | |
| RU2420610C1 (en) | Procedure for forming discrete welded coating on blade body of turbo-machine | |
| RU2354521C2 (en) | Method of reconditioning alloyed steel blades | |
| RU2234556C2 (en) | Method for processing of surfaces of steam turbine vanes made of titanium alloy | |
| RU2570274C1 (en) | Method of production of wear-resistant high-temperature coating | |
| US11873571B2 (en) | Method for coating a component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20110125 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20110810 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160716 |