RU2457067C1

RU2457067C1 - Method of fabricating reinforced element of turbine run-in seal

Info

Publication number: RU2457067C1
Application number: RU2011118642/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Степанович Лисянский (RU); Александр Степанович Лисянский; Анатолий Михайлович Смыслов (RU); Анатолий Михайлович Смыслов; Алексей Анатольевич Смыслов (RU); Алексей Анатольевич Смыслов; Аскар Джамилевич Мингажев (RU); Аскар Джамилевич Мингажев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие Вакууммаш"
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-07-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to turbo machine flow section seals operated at higher temperatures and high-frequency oscillations. Proposed method comprises sintering granules of run-in material powder particles in mould in vacuum or protective medium. Layer of high-temperature solder is pre-applied on their surface to produce shell on every granule to sinter said granules to solid metal carcass of their shells. Aforesaid run-in material represents a mechanical mix of allow powder containing the following components, in wt %: Cr - 10.0 to 18.0%, Mo - 0.8 to 3.7%, Fe or Ti or Cu or combination thereof making the rest, or allow containing: Cr - 18% to 34%; Al - 3% to 16%; Y - 0.2% to 0.7%; Ni making the rest, or alloy containing: Cr - 18% to 34%; Al - 3% to 16%; Y - 0.2% to 0.7%; Co - 16% to 30%; Ni making the rest, with particle size varying from 15 mcm to 180 mcm, with powders of hexagonal boron nitride in amount of 1.0-1.5 % of total amount of mix and calcium fluoride in amount of 6.0-8.0% of total amount of mix.

EFFECT: higher run-in properties, mechanical strength and wear resistance.

23 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изготовления уплотнений зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.The invention relates to mechanical engineering, in particular to methods for the manufacture of seals of the gaps of the flowing part of turbomachines, long working in conditions of elevated temperatures and high-frequency vibrations.

Эффективность работы газотурбинных двигателей и установок, а также паровых турбин зависит от герметичности уплотнения между вращающимися лопатками и внутренней поверхностью корпуса в вентиляторе, компрессоре и турбине. Одним из основных видов подобных уплотнений являются истираемые уплотнения, герметичность которых обеспечивается за счет прорезания выступами на торцах лопаток канавок в истираемом уплотнительном материале. Уплотнения турбин выполняют, например, используя плетеные металлические волокна, соты [патент США №5080934, МПК F01D 11/08, 427/271, 1991] или спеченные металлические частицы. Приработка этих уплотнений происходит за счет его высокой пористости и его низкой прочности. Последнее обуславливает невысокую эрозионную стойкость уплотнительных материалов, что приводит к быстрому износу уплотнения. В качестве прирабатываемых уплотнений в современных двигателях и установках используют также газотермические покрытия, имеющие, по сравнению с вышеописанными материалами, меньшую трудоемкость изготовления.The efficiency of gas turbine engines and installations, as well as steam turbines, depends on the tightness of the seal between the rotating blades and the inner surface of the casing in the fan, compressor and turbine. One of the main types of such seals are abrasive seals, the tightness of which is ensured by cutting protrusions at the ends of the blades of the grooves in the abradable sealing material. Turbine seals are performed, for example, using braided metal fibers, honeycombs [US Pat. No. 5,080,934, IPC F01D 11/08, 427/271, 1991] or sintered metal particles. The running-in of these seals is due to its high porosity and its low strength. The latter causes a low erosion resistance of the sealing materials, which leads to rapid wear of the seal. As run-in seals in modern engines and plants, gas-thermal coatings are also used, which, in comparison with the materials described above, have a lower manufacturing complexity.

Известен способ изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4291089] методом газотермического напыления порошкового материала. При этом уплотнение формируется в виде покрытия, которое наносится непосредственно на кольцевой элемент корпуса турбомашины в зону уплотнения между корпусом и лопаткой.A known method of manufacturing a running-in seal of a turbomachine [US patent No. 4291089] by the method of thermal spraying of powder material. When this seal is formed in the form of a coating that is applied directly to the annular element of the casing of the turbomachine in the sealing zone between the casing and the blade.

Недостатком известного уплотнения является невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости и прочностных свойств уплотнения.A disadvantage of the known seal is the inability to simultaneously provide high break-in and strength properties of the seal.

Известен также способ изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4936745] путем его формирования в виде высокопористого керамического слоя с пористостью от 20 до 35 объемных %.There is also known a method of manufacturing a running-in seal of a turbomachine [US patent No. 4936745] by forming it in the form of a highly porous ceramic layer with a porosity of from 20 to 35 volume%.

Недостатком известного уплотнения является низкая эрозионная стойкость и прочность.A disadvantage of the known seal is low erosion resistance and strength.

Известен также способ изготовления уплотнения турбомашин с прирабатываемым покрытием на статоре турбомашины (патент РФ №2033527, кл. F01D 11/08, опубл. 20.04.1995). Уплотнение формируют путем соединения со старым слоем сотовой структуры. Однако гребешки на роторе при взаимодействии с сотовой структурой притупляются, что снижает герметичность уплотнения. Ячейки сотовой структуры могут иметь различные форму и размер площади поперечного сечения, глубину и толщину стенок. Сотовая структура может быть выполнена из стальной жаростойкой фольги или сверлением, прожигом, травлением или литьем. При значительной толщине стенок ячеек сот условия работы гребешков ужесточаются. Сильный износ гребешков так или иначе связан с необоснованно высокой прочностью материалов, используемых для производства сот, а также методов их изготовления, вызывающих утолщение толщины стенок ячеек.There is also known a method of manufacturing a seal of turbomachines with running-in coating on the stator of the turbomachine (RF patent No. 2033527, class F01D 11/08, publ. 04/20/1995). The seal is formed by bonding with the old honeycomb layer. However, the combs on the rotor become blunt when interacting with the honeycomb structure, which reduces the tightness of the seal. Cells of the honeycomb structure may have various shapes and sizes of cross-sectional areas, depth and wall thickness. The honeycomb structure may be made of heat-resistant steel foil or by drilling, piercing, etching or casting. With a significant wall thickness of the cells of the cells, the working conditions of the combs are tightened. Strong scallop wear is in one way or another connected with the unreasonably high strength of the materials used for the production of honeycombs, as well as methods for their manufacture, causing a thickening of the cell wall thickness.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины, включающий спекание в вакууме или защитной среде в пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с легирующими добавками с образованием прирабатываемого элемента заданной формы и размеров [патент РФ №2039631, МПК B22F 3/10. Способ изготовления истираемого материала. 1995]. Однако наличие в элементе сотовой структуры, выполненной из прочного материала, ведет к износу или повреждению гребешков. Известный способ изготовления уплотнения предусматривает его выполнение в виде жестко соединенного со статором слоя сотовой структуры. При этом слой сотовой структуры может быть закреплен на элементе турбомашины методом сварки или пайки [например, патент РФ №2277637, МПК F01D 11/08, 2006 г.].The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method of manufacturing an element of a run-in seal of a turbine, including sintering in vacuum or a protective medium in a mold of powder particles of a run-in material with alloying additives with the formation of a run-in element of a given shape and size [RF patent No. 2039631, IPC B22F 3/10. A method of manufacturing an abradable material. 1995]. However, the presence in the element of a honeycomb structure made of durable material leads to wear or damage to the scallops. A known method of manufacturing a seal involves its implementation in the form of a layer of honeycomb structure rigidly connected to the stator. In this case, the honeycomb layer can be fixed to the turbomachine element by welding or soldering [for example, RF patent No. 2277637, IPC F01D 11/08, 2006].

В этой связи, использование уплотнения, содержащего слой сотовой структуры, выполненный из монолитного материала, допускающего врезание в него выступов лопатки и снижающего их износ в процессе эксплуатации, привело бы к дальнейшему повышению эффективности работы турбомашин.In this regard, the use of a seal containing a layer of honeycomb structure made of a monolithic material that allows incision of the protrusions of the blade and reduces their wear during operation, would further increase the efficiency of the turbomachines.

Техническим результатом заявляемого изобретения является одновременное обеспечение высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости уплотнения, а также снижения трудоемкости его изготовления.The technical result of the claimed invention is the simultaneous provision of high break-in, mechanical strength and wear resistance of the seal, as well as reducing the complexity of its manufacture.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления армированного элемента прирабатываемого уплотнения турбины, включающем спекание в вакууме или защитной среде в пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с образованием элемента уплотнения заданной формы и размеров, в отличие от прототипа перед спеканием элемента уплотнения формируют гранулы из порошка прирабатываемого материала, наносят на их поверхность слой высокотемпературного припоя до образования на каждой грануле оболочки, а затем производят формирование элемента уплотнения спеканием гранул до образования сплошного металлического каркаса из оболочек гранул при их соединении, а в качестве прирабатываемого материала берут материал состава, вес.%: Cr от 10,0 до 18,0%, Мо от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное, или из сплава состава, вес.%: Cr от 18% до 34%; Аl от 3% до 16%; Y от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или из сплава состава, вес.%: Cr от 18% до 34%; А1 от 3% до 16%; Y от 0,2% до 0,7%; Со от 16% до 30%; Ni - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 180 мкм в механической смеси с порошковым, с размерами частиц порошка менее 1 мкм, гексагональным нитридом бора - BN в количестве от 1,0% до 1,5% от общего объема смеси и фторидом кальция - CaF₂, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от 6,0% до 8,0% от общего объема смеси, причем спекание частиц порошка прирабатываемого материала проводят при температуре от 1100 до 1200°С либо в вакууме, либо в одной из следующих в газовых сред: либо в среде аммиака, либо в среде смеси аргона и аммиака, либо в среде смеси водорода и азота, либо в среде смеси водорода, аргона и азота, причем спекание гранул проводят при температуре (0,7…1,0) T_пл.пр, где Т_пл.пр - температура плавления высокотемпературного припоя, при этом в качестве смеси водорода и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород от 65 до 75%, атомарный азот от 2 до 5%, остальное азот, а в качестве смеси водорода, аргона и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород от 65 до 75%, атомарный азот от 2 до 5%, остальное - аргон.The technical result is achieved in that in a method for manufacturing a reinforced element of a running-in seal of a turbine, including sintering in vacuum or a protective medium in a mold of particles of powder of a running-in material with the formation of a sealing element of a given shape and size, in contrast to the prototype, granules are formed from sintering before sealing powder of the material being burned in, a layer of high-temperature solder is applied to their surface until a shell is formed on each granule, and then compaction of the sealing element by sintering the granules until a solid metal skeleton is formed from the shells of the granules when they are connected, and the material of the composition is taken as a raw material, wt.%: Cr from 10.0 to 18.0%, Mo from 0.8 to 3.7 %, Fe, or Ti, or Cu, or combinations thereof - the rest, or from an alloy composition, wt.%: Cr from 18% to 34%; Al from 3% to 16%; Y from 0.2% to 0.7%; Ni - the rest or from the alloy composition, wt.%: Cr from 18% to 34%; A1 from 3% to 16%; Y 0.2% to 0.7%; With from 16% to 30%; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 180 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF ₂ , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture, and the sintering of powder particles of the material being burned is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C or in vacuum, or in one of the following in gaseous media: either in ammonia, or in a mixture of argon and ammonia, or medium of a mixture of hydrogen and nitrogen, or in a medium of a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and the sintering of the granules is carried out at a temperature of (0.7 ... 1.0) T _pl.pr , where T _pl.pr is the melting temperature of the high-temperature solder, while in as a mixture of hydrogen and nitrogen use a mixture in volume%, composition: hydrogen from 65 to 75%, atomic nitrogen from 2 to 5%, the rest is nitrogen, and as a mixture of hydrogen, argon and nitrogen use a mixture in volume%, composition: hydrogen from 65 to 75%, atomic nitrogen from 2 to 5%, the rest is argon.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления армированного элемента прирабатываемого уплотнения турбины дополнительно в механическую смесь добавляют: BaSO₄ от 0,4% до 3% от общего объема смеси, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм и/или Ca от 0,01 до 0,2% от общего объема смеси, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a reinforced element of a run-in turbine seal, additionally, in the mechanical mixture are added: BaSO ₄ from 0.4% to 3% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm and / or Ca from 0.01 to 0.2% of the total volume of the mixture, in powder form, particle sizes from 1 μm to 25 μm.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления армированного элемента прирабатываемого уплотнения турбины гранулы формируют от 0,4 мм до 3,0 мм, а элементы выполняют в виде брусков, размерами и формой, обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины, причем размеры элемента составляют: длина от 20 мм до 700 мм, ширина от 10 мм 70 мм, высота от 5 мм до 50 мм и радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности от 200 мм до 2500 мм, причем выполняют сплошной каркас из оболочек гранул с объемной долей ко всему объему элемента от 4% до 30%, а в его поперечном сечении основание элемента выполняют в виде трапеции, а его верхнюю часть - в виде прямоугольника.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a reinforced element of a running-in turbine seal, the granules are formed from 0.4 mm to 3.0 mm, and the elements are made in the form of bars, dimensions and shape, providing, when they are connected into a ring, the formation of a full end seals of the turbomachine, and the element’s dimensions are: length from 20 mm to 700 mm, width from 10 mm to 70 mm, height from 5 mm to 50 mm and radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm, and solid frame of granule shells with a volume fraction of from 4% to 30% to the entire volume of the element, and in its cross section the base of the element is made in the form of a trapezoid, and its upper part is in the form of a rectangle.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления армированного элемента прирабатываемого уплотнения турбины формирование гранул из механической смеси порошка производят либо в многоместной ротационной пресс-форме с ячейками, соответствующими размерам гранул, либо в вибромельнице со стальными шарами диаметром от 5 мм до 15 мм, причем формирование гранул проводят в защитной среде с последующей их дегазацией в вакууме при температуре от 100°С до 600°С, а нанесение припоя на поверхность гранул проводят, либо газопламенным, либо плазменным методом, либо окунанием в расплавленный припой, либо методами осаждения в вакууме.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a reinforced element of a running-in turbine seal, the formation of granules from a mechanical powder mixture is carried out either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibration mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, moreover, the formation of granules is carried out in a protective environment, followed by their degassing in vacuum at a temperature of from 100 ° C to 600 ° C, and the application of solder on the surface of the granules is carried out, or gas flame nd, or plasma method, or dipping into molten solder, or vacuum deposition methods.

Исследованиями авторов было установлено, что в определенных условиях возможно создание материала для уплотнений, обладающего с одной стороны достаточно высокими механической прочностью и износостойкостью, позволяющими изготавливать из него элементы уплотнений, не разрушающиеся в условиях эксплуатации, а с другой - обладать высокой прирабатываемостью. Совмещение высокой механической прочности и прирабатываемости в разработанном уплотнении объясняется, в частности, тем, что сплошной каркас, образованный спеканием между собой частиц порошка, обладает достаточно высокой прочностью, позволяющей удерживать внутри каркаса наполнитель, образованный также спеканием частиц порошка между собой, но с гораздо более низкой адгезионной прочностью. Такое функциональное разделение прирабатываемого элемента на прирабатываемую (порошковый наполнитель с меньшей адгезией частиц) и несущую части (сплошной каркас, сформированный из спеченных оболочек гранул) существенно увеличивает прочностные характеристики уплотнительного элемента.The studies of the authors found that under certain conditions it is possible to create a material for seals that has, on the one hand, sufficiently high mechanical strength and wear resistance, which make it possible to produce seal elements from it that are not destroyed under operating conditions, and, on the other hand, to have high break-in. The combination of high mechanical strength and break-in in the developed seal is explained, in particular, by the fact that the continuous frame formed by sintering powder particles with each other has a sufficiently high strength that allows the filler to be kept inside the frame, also formed by sintering powder particles with each other, but with much more low adhesive strength. This functional separation of the run-in element into the run-in (powder filler with less particle adhesion) and the bearing part (solid frame formed from sintered pellet shells) significantly increases the strength characteristics of the sealing element.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:

на фиг.1 представлены: фиг.1,а - гранула с оболочкой; фиг.1,б - гранулы перед спеканием; на фиг.2 - структура материала уплотнения после спекания. На фиг.1 и 2 обозначено: 1 - гранула с оболочкой; 2 - спеченный порошок наполнителя в грануле; 3 - внешняя оболочка гранулы; 4 - поры; 5 - группа гранул перед спеканием; 6 - сплошной металлический каркас из оболочек гранул; 7 - группа гранул после спекания; 8 - оболочка гранулы после спекания.figure 1 presents: figure 1, a granule with a shell; figure 1, b - granules before sintering; figure 2 - structure of the material of the seal after sintering. In figures 1 and 2 are indicated: 1 - granule with a shell; 2 - sintered filler powder in the granule; 3 - the outer shell of the granule; 4 - pores; 5 - a group of granules before sintering; 6 - a solid metal frame made of shells of granules; 7 - a group of granules after sintering; 8 - granule shell after sintering.

Пример. В качестве материалов для получения элемента прирабатываемого уплотнения использовался металлический порошок следующих составов: 1) [Cr 9,0%, Мо 0,6%, Fe - остальное] -неудовлетворительный результат (Н.Р.); 2) [Cr 10,0%, Мо от 0,8%, Fe - остальное] - удовлетворительный результат (У.Р.); 3) [Cr 14,3%, Мо 2,6%, Fe - остальное] - (У.Р.); 4) [Cr 18,0%, Мо 3,7%, Fe - остальное] - (У.Р.); 5) [Cr 8,0%, Мо 0,7%, Ti - остальное] - (Н.Р.); 6) [Cr 10,0%, Мо от 0,8%, Ti - остальное] - (У.Р.); 7) [Cr 14,3%, Мо 2,6%, Ti - остальное] - (У.Р.); 8) [Cr 18,0%, Мо 3,7%, Ti - остальное] - (V.P.); 9) [Cr 9,0%, Мо 0,7%, Cu - остальное] - (Н.Р.); 10) [Cr 10,0%, Мо от 0,8%, Cu - остальное] - (У.Р.); 11) [Cr 15,2%, Мо 2,4%, Cu - остальное] - (У.Р.); 12) [Cr 18,0%, Мо 3,7%, Cu - остальное] - (У.Р.); 13) [Cr от 16%; Аl 2,5%; Y от 0,1%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 14) [Cr от 18%; Аl 3%; Y 0,2%; Ni - остальное] - (У.Р.); 15) [Cr 34%; Аl 16%; Y 0,7%; Ni - остальное] - (У.Р.); 16) [Cr 16%; Аl от 2%; Y 0,1%; Со 14%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 17) Cr 18%; Аl 3%; Y 0,2%; Со 16%; Ni остальное] - (У.Р.); 18) Cr 34%; Al 16%; Y 0,7%; Co 30%; Ni - остальное] - (У.P.).Example. As materials for obtaining an element of a running-in seal, metal powder of the following compositions was used: 1) [Cr 9.0%, Mo 0.6%, Fe - the rest] - unsatisfactory result (N.R.); 2) [Cr 10.0%, Mo from 0.8%, Fe - the rest] - satisfactory result (U.R.); 3) [Cr 14.3%, Mo 2.6%, Fe — the rest] - (U.R.); 4) [Cr 18.0%, Mo 3.7%, Fe — the rest] - (U.R.); 5) [Cr 8.0%, Mo 0.7%, Ti — the rest] - (N.R.); 6) [Cr 10.0%, Mo from 0.8%, Ti - the rest] - (U.R.); 7) [Cr 14.3%, Mo 2.6%, Ti — the rest] - (U.R.); 8) [Cr 18.0%, Mo 3.7%, Ti — the rest] - (V.P.); 9) [Cr 9.0%, Mo 0.7%, Cu - the rest] - (N.R.); 10) [Cr 10.0%, Mo from 0.8%, Cu - the rest] - (U.R.); 11) [Cr 15.2%, Mo 2.4%, Cu - the rest] - (U.R.); 12) [Cr 18.0%, Mo 3.7%, Cu — the rest] - (U.R.); 13) [Cr from 16%; Al 2.5%; Y from 0.1%; Ni - the rest] - (N.R.); 14) [Cr from 18%; Al 3%; Y 0.2%; Ni - the rest] - (UR); 15) [Cr 34%; Al 16%; Y 0.7%; Ni - the rest] - (UR); 16) [Cr 16%; Al from 2%; Y 0.1%; With 14%; Ni - the rest] - (N.R.); 17) Cr 18%; Al 3%; Y 0.2%; With 16%; Ni rest] - (UR); 18) Cr 34%; Al 16%; Y 0.7%; Co 30%; Ni - rest] - (W.P.).

Размеры частиц составляли величины: 10 мкм; 30 мкм; 63 мкм; 100 мкм; 160 мкм; 180 мкм. Наилучшие результаты при содержании фракций порошка размерами: менее 40 мкм - от 30% до 40%, от 40 мкм до 70 мкм - 40% до 50%, от 70 мкм до 140 мкм - 10% до 20%, более 140 мкм - остальное. Механическая смесь из металлического порошка состава, вес.%: Cr от 10,0 до 18,0%о, Мо от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Сu, или их комбинации - остальное или из сплава состава, вес.%: Cr от 18% до 34%; Al от 3% до 16%; Y от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или из сплава состава, вес.%: Cr от 18% до 34%; Al от 3% до 16%; Y от 0, 2% до 0,7%; Со от 16% до 30%; Ni - остальное, содержала гексагональный нитрид бора (BN) размерами частиц порошка менее 1 мкм в количестве: 0,5% - (Н.Р.); 1,0% - (У.Р.); 1,5% - (У.Р.); 1,8% - (H.P.) и фторид кальция - CaF₂, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от общего объема смеси: 5% - (Н.Р.); 6,0% - (У.Р.); 8,0% - (У.Р.); 9% - (H.Р.). Кроме того, были использованы порошковые материалы вышеуказанных составов с дополнительными добавками следующих компонентов: 1) BaSO₄: 0,4%; 1,2%; 3%. 2) Са: 0,01%; 0,2%.The particle sizes were: 10 microns; 30 microns; 63 microns; 100 microns; 160 microns; 180 microns. The best results when containing fractions of powder fractions with sizes: less than 40 microns - from 30% to 40%, from 40 microns to 70 microns - 40% to 50%, from 70 microns to 140 microns - 10% to 20%, more than 140 microns - the rest . A mechanical mixture of a metal powder composition, wt.%: Cr from 10.0 to 18.0% o, Mo from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or a combination thereof — the rest or from an alloy composition, wt.%: Cr from 18% to 34%; Al from 3% to 16%; Y from 0.2% to 0.7%; Ni - the rest or from the alloy composition, wt.%: Cr from 18% to 34%; Al from 3% to 16%; Y from 0.2% to 0.7%; With from 16% to 30%; Ni - the rest, contained hexagonal boron nitride (BN) with a particle size of powder less than 1 μm in an amount of: 0.5% - (N.R.); 1.0% - (U.R.); 1.5% - (U.R.); 1.8% - (HP) and calcium fluoride - CaF ₂ , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of the total volume of the mixture: 5% - (N.R.); 6.0% - (U.R.); 8.0% - (U.R.); 9% - (H.P.). In addition, powder materials of the above compositions were used with additional additives of the following components: 1) BaSO ₄ : 0.4%; 1.2%; 3% 2) Ca: 0.01%; 0.2%.

Размеры сотового элемента прирабатываемого уплотнения составляли: длина: 20 мм; 50 мм; 100 мм; 200 мм; 500 мм; 700 мм; ширина: 10 мм; 20 мм; 40 мм; 70 мм; высота: 5 мм; 10 мм; 30 мм; 50 мм; радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности: 200 мм; 400 мм; 1200 мм; 2300 мм; 2500 мм.The dimensions of the honeycomb element of the run-in seal were: length: 20 mm; 50 mm; 100 mm; 200 mm; 500 mm; 700 mm; width: 10 mm; 20 mm; 40 mm; 70 mm; height: 5 mm; 10 mm; 30 mm; 50 mm; radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface: 200 mm; 400 mm; 1200 mm; 2300 mm; 2500 mm.

Диаметр гранул составлял от 0,4 до 3,0 мм (0,2 мм - (Н.Р.); 0,4 мм - (У.Р.); 2,0 мм - (У.Р.); 3,0 мм - (У.Р.); 4,0 мм - (Н.Р.). Нанесение припоя на поверхность стержней проводили газопламенным, плазменным методом, окунанием в расплавленный припой и методами осаждения в вакууме (ионно-плазменным методом). Состав высокотемпературного припоя является ноу-хау.The diameter of the granules was from 0.4 to 3.0 mm (0.2 mm - (N.R.); 0.4 mm - (U.R.); 2.0 mm - (U.R.); 3 , 0 mm - (U.R.); 4.0 mm - (N.R.) Solder was applied to the surface of the rods by the gas-flame, plasma method, dipping into the molten solder, and vacuum deposition methods (by the ion-plasma method). The composition of high temperature solder is know-how.

Элемент прирабатываемого уплотнения был изготовлен спеканием в вакууме, при остаточном давлении в камере не хуже 10^-2 мм рт.ст., а также в газовых средах смеси водорода и азота состава: водород 55% - (H.Р.); 65% - (У.Р.); 70% - (У.Р.); 75% - (У.Р.); 85% - (Н.Р.).; атомарный азот: 0,5% - (Н.Р.); 2% - (У.Р.); 4% - (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7% - (Н.Р.), остальное - азот, и газовых смесях водорода, аргона и азота состава: водород - 55% - (Н.Р.); 65% - (У.Р.); 70% - (У.Р.); 75% - (У.Р.); 85% - (Н.Р.).; атомарный азот: 0,5% - (Н.Р.); 2% - (У.Р.); 4% - (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7% - (Н.Р.), остальное аргон. Спекание стержней производилось при температуре от 1100 до 1200°С, [(от 1100°С до 1200°С)±100°С], в электропечи ОКБ 8086, а спекание элементов из гранул при температурах от 0,7 до 1,0 температуры плавления применяемого высокотемпературного припоя. Давление прессования при изготовлении заготовок прирабатываемого уплотнения было равным: 40 кгс/мм²; 50 кгс/мм²; 60 кгс/мм²; 70 кгс/мм². Механические свойства полученного материала составили: твердость НВ от 134 до 146; σ_в - 28,8…37,1 кгс/мм²; σ_т,=17,1…25,4 кгс/мм²; ударная вязкость 1,14…1,53 кгм/см². Результаты испытаний образцов уплотнений из разработанного материала в условиях эксплуатации показали сочетание высоких прочностных характеристик уплотнений с хорошей прирабатываемостью.An element of the running-in seal was made by sintering in vacuum, with a residual pressure in the chamber of no worse than 10 ^-2 mm Hg, as well as in gaseous media of a mixture of hydrogen and nitrogen of the composition: hydrogen 55% - (H.P.); 65% - (U.R.); 70% - (U.R.); 75% - (U.R.); 85% - (N.R.) .; atomic nitrogen: 0.5% - (N.R.); 2% - (U.R.); 4% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (N.R.), the rest is nitrogen, and gas mixtures of hydrogen, argon and nitrogen composition: hydrogen - 55% - (N.R.); 65% - (U.R.); 70% - (U.R.); 75% - (U.R.); 85% - (N.R.) .; atomic nitrogen: 0.5% - (N.R.); 2% - (U.R.); 4% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (N.R.), the rest is argon. Sintering of the rods was carried out at a temperature from 1100 to 1200 ° C, [(from 1100 ° C to 1200 ° C) ± 100 ° C], in an OKB 8086 electric furnace, and sintering of elements from granules at temperatures from 0.7 to 1.0 temperature melting used high temperature solder. The pressing pressure in the manufacture of blanks of the running-in seal was equal to: 40 kgf / mm ² ; 50 kgf / mm ² ; 60 kgf / mm ² ; 70 kgf / mm ² . The mechanical properties of the obtained material were: HB hardness from 134 to 146; σ _in - 28.8 ... 37.1 kgf / mm ² ; σ _t = 17.1 ... 25.4 kgf / mm ² ; impact strength 1,14 ... 1,53 kgm / cm ² . The test results of samples of seals from the developed material under operating conditions showed a combination of high strength characteristics of seals with good break-in.

Таким образом, способ изготовления армированного элемента прирабатываемого уплотнения турбины, включающий следующие признаки: спекание в вакууме или защитной среде в пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с образованием элемента уплотнения заданной формы и размеров; перед спеканием элемента уплотнения, формирование гранулы из порошка прирабатываемого материала; нанесение на их поверхность слоя высокотемпературного припоя до образования на каждой грануле оболочки; проведение формирования элемента уплотнения спеканием гранул до образования сплошного металлического каркаса из оболочек гранул при их соединении; использование в качестве прирабатываемого материала состава, вес.%: Cr от 10,0 до 18,0%, Mo от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное, или сплава состава, вес.%: Cr от 18% до 34%; Al от 3% до 16%; Y от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное или сплава состава, вес.%: Сr от 18% до 34%; Аl от 3% до 16%; Y от 0, 2% до 0,7%; Cо от 16% до 30%; Ni - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 1 80 мкм в механической смеси с порошковым, с размерами частиц порошка менее 1 мкм, гексагональным нитридом бора - BN в количестве от 1,0% до 1,5% от общего объема смеси и фторидом кальция - CaF₂, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от 6,0% до 8,0% от общего объема смеси; спекание частиц порошка прирабатываемого материала при температуре от 1100 до 1200°С либо в вакууме, либо в одной из следующих в газовых сред: либо в среде аммиака, либо в среде смеси аргона и аммиака, либо в среде смеси водорода и азота, либо в среде смеси водорода, аргона и азота; спекание гранул при температуре (0,7…1,0) Т_пл.пр, где Т_пл.пр - температура плавления высокотемпературного припоя; использование в качестве смеси водорода и азота смесь в объемных %, состава: водород от 65 до 75%, атомарный азот от 2 до 5%, остальное азот, а в качестве смеси водорода, аргона и азота смеси, в объемных %, состава: водород от 65 до 75%, атомарный азот от 2 до 5%, остальное - аргон; добавление дополнительно в механическую смесь: BaSO₄ от 0,4% до 3% от общего объема смеси, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм и/или Са от 0,01 до 0,2% от общего объема смеси, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм; формирование гранул от 0,4 мм до 3,0 мм; выполнение элементов в виде брусков, размерами и формой, обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины; размеры элемента составляют: длина от 20 мм до 700 мм, ширина от 10 мм 70 мм, высота от 5 мм до 50 мм и радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности от 200 мм до 2500 мм; выполнение сплошного каркаса из оболочек гранул с объемной долей ко всему объему элемента от 4% до 30%; основание элемента, в его поперечном сечении, выполняют в виде трапеции, а его верхнюю часть - в виде прямоугольника; формирование гранул из механической смеси порошка производят либо в многоместной ротационной пресс-форме с ячейками, соответствующими размерам гранул, либо в вибромельнице со стальными шарами диаметром от 5 мм до 15 мм, причем формирование гранул проводят в защитной среде с последующей их дегазацией в вакууме при температуре от 100°С до 600°С, а нанесение припоя на поверхность гранул проводят, либо газопламенным, либо плазменным методом, либо окунанием в расплавленный припой, либо методами осаждения в вакууме, что позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата: одновременного обеспечения высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости уплотнения.Thus, a method of manufacturing a reinforced element of a running-in seal of a turbine, comprising the following features: sintering in vacuum or a protective medium in a mold of particles of powder of a running-in material with the formation of a sealing element of a given shape and size; before sintering the sealing element, the formation of granules from the powder of the material being burned in; applying a layer of high-temperature solder to their surface until a shell is formed on each granule; the formation of the sealing element by sintering the granules to form a continuous metal frame from the shells of the granules when they are connected; use of a composition as a run-in material, wt.%: Cr from 10.0 to 18.0%, Mo from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or a combination thereof - the rest, or alloy composition , wt.%: Cr from 18% to 34%; Al from 3% to 16%; Y from 0.2% to 0.7%; Ni - the rest or alloy composition, wt.%: Cr from 18% to 34%; Al from 3% to 16%; Y from 0.2% to 0.7%; Co from 16% to 30%; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 1 80 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF ₂ , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture; sintering of powder particles of the material being burned in at a temperature from 1100 to 1200 ° C either in vacuum or in one of the following in gaseous media: either in ammonia or in a mixture of argon and ammonia, or in a mixture of hydrogen and nitrogen, or in a medium mixtures of hydrogen, argon and nitrogen; sintering of granules at a temperature of (0.7 ... 1.0) T _pl.pr , where T _pl.pr - melting temperature of high-temperature solder; use as a mixture of hydrogen and nitrogen a mixture in volume%, composition: hydrogen from 65 to 75%, atomic nitrogen from 2 to 5%, the rest is nitrogen, and as a mixture of hydrogen, argon and nitrogen mixture, in volume%, composition: hydrogen from 65 to 75%, atomic nitrogen from 2 to 5%, the rest is argon; additional addition to the mechanical mixture: BaSO ₄ from 0.4% to 3% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm and / or Ca from 0.01 to 0.2% of the total volume of the mixture , in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm; granule formation from 0.4 mm to 3.0 mm; the execution of the elements in the form of bars, dimensions and shape, providing, when connected to the ring, the formation of a complete mechanical seal of the turbomachine; element dimensions are: length from 20 mm to 700 mm, width from 10 mm to 70 mm, height from 5 mm to 50 mm and radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm; the implementation of a continuous frame from the shells of granules with a volume fraction to the entire volume of the element from 4% to 30%; the base of the element, in its cross section, is made in the form of a trapezoid, and its upper part is in the form of a rectangle; the formation of granules from a mechanical powder mixture is carried out either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibration mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, and the formation of granules is carried out in a protective medium, followed by their degassing in vacuum at a temperature from 100 ° C to 600 ° C, and the application of solder on the surface of the granules is carried out either by flame, or plasma method, or by dipping into molten solder, or by deposition methods in vacuum, which allows to achieve delivery Nogo invention in technical result: provision of simultaneous running-high mechanical strength and wear resistance of the seal.

Claims

1. A method of manufacturing a reinforced element of a running-in seal of a turbine, including sintering in vacuum or a protective medium in a mold of particles of powder of a running-in material with the formation of a sealing element of a given shape and size, characterized in that granules are made of powder of a running-in material before sintering of the sealing element, a layer of high-temperature solder is formed on their surface until a shell is formed on each granule, and then a sealing element is formed by sintering the granules before the formation of a continuous metal frame from the shells of the granules when they are combined, and as the material being taken in, take the composition material, wt.%: Cr - from 10.0 to 18.0, Mo - from 0.8 to 3.7, Fe, or Ti, or Cu, or combinations thereof - the rest, or from an alloy composition, wt.%: Cr - from 18 to 34; Al - from 3 to 16; Y - from 0, 2 to 0.7; Ni - the rest, or from an alloy composition, wt.%: Cr - from 18 to 34; Al - from 3 to 16; Y - from 0.2 to 0.7; Co - from 16 to 30; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 180 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF ₂ , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture, and the sintering of powder particles of the material being burned is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C or in vacuum, or in one of the following gaseous media: ammonia, a mixture of argon and ammonia, a mixture of hydrogen and nitrogen, a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and the sintering of the granules is carried out at a temperature of (0.7 ... 1.0) T _pl.pr , where T _pl.pr - melting temperature of high-temperature solder.

2. The method according to claim 2, characterized in that a mixture of the composition is used as a mixture of hydrogen and nitrogen, vol.%: Hydrogen - from 65 to 75, atomic nitrogen - from 2 to 5, the rest - nitrogen, and as a mixture of hydrogen , argon and nitrogen use a mixture of the composition, vol.%: hydrogen - from 65 to 75, atomic nitrogen - from 2 to 5, the rest - argon.

3. The method according to claim 1, characterized in that in addition to the mechanical mixture, BaSO ₄ is added from 0.4% to 3% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm.

4. The method according to claim 2, characterized in that BaSO _{4 is} additionally added to the mechanical mixture from 0.4% to 3% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, with particle sizes from 1 μm to 25 μm.

5. The method according to claim 1, characterized in that in addition to the mechanical mixture, Ca is added from 0.01% to 0.2% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm.

6. The method according to claim 2, characterized in that in addition to the mechanical mixture, Ca is added from 0.01% to 0.2% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm.

7. The method according to claim 3, characterized in that in addition to the mechanical mixture, Ca is added from 0.01% to 0.2% of the total volume of the mixture, in the form of a powder, with particle sizes from 1 μm to 25 μm.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the granules are formed with sizes from 0.4 mm to 3.0 mm.

9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the elements are in the form of bars with dimensions and shape that, when they are connected into a ring, form a complete mechanical seal of the turbomachine.

10. The method according to claim 8, characterized in that the elements are in the form of bars with dimensions and shape that, when they are connected into a ring, form a complete mechanical seal of the turbomachine.

11. The method according to claim 9, characterized in that the dimensions of the element are: length from 20 mm to 700 mm, width from 10 mm to 70 mm, height from 5 mm to 50 mm and the radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm.

12. The method according to claim 10, characterized in that the dimensions of the element are: length from 20 mm to 700 mm, width from 10 mm to 70 mm, height from 5 mm to 50 mm and the radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm.

13. The method according to any one of claims 1 to 7, 10-12, characterized in that they carry out a continuous frame of shells of granules with a volume fraction to the entire volume of the element from 4% to 30%.

14. The method according to claim 8, characterized in that they perform a continuous frame of shells of granules with a volume fraction to the entire volume of the element from 4% to 30%.

15. The method according to claim 9, characterized in that they perform a continuous frame of shells of granules with a volume fraction to the entire volume of the element from 4% to 30%.

16. The method according to any one of claims 1 to 7, 10-12, 14.15, characterized in that they form an element having in the cross section a base made in the form of a trapezoid, and the upper part in the form of a rectangle.

17. The method according to claim 8, characterized in that they form an element having in cross section a base made in the form of a trapezoid, and the upper part in the form of a rectangle.

18. The method according to claim 9, characterized in that they form an element having in cross section a base made in the form of a trapezoid, and the upper part in the form of a rectangle.

19. The method according to item 13, characterized in that they form an element having in cross section a base made in the form of a trapezoid, and the upper part in the form of a rectangle.

20. The method according to any one of claims 1 to 7, 10-12, 14.15, 17-19, characterized in that the formation of granules from a mechanical mixture of the powder is carried out either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibrating mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, and the formation of granules is carried out in a protective medium, followed by their degassing in vacuum at a temperature of from 100 ° C to 600 ° C, and the application of solder on the surface of the granules is carried out either by flame or plasma method or by dipping in molten solder, or by methods deposition in vacuo.

21. The method according to claim 8, characterized in that the formation of granules from a mechanical powder mixture is carried out either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibrating mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, and the formation of granules carried out in a protective environment, followed by their degassing in vacuum at a temperature of from 100 ° C to 600 ° C, and the application of solder to the surface of the granules is carried out either by flame or plasma method, or by dipping into molten solder, or by deposition by vacuum.

22. The method according to p. 13, characterized in that the formation of granules from a mechanical powder mixture is carried out either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibration mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, and the formation of granules carried out in a protective environment, followed by their degassing in vacuum at a temperature of from 100 ° C to 600 ° C, and the application of solder to the surface of the granules is carried out either by flame or plasma method, or by dipping into molten solder, or by deposition by vacuum.

23. The method according to p. 16, characterized in that the formation of granules from a mechanical mixture of the powder is produced either in a multi-seat rotational mold with cells corresponding to the size of the granules, or in a vibrating mill with steel balls with a diameter of 5 mm to 15 mm, and the formation the granules are carried out in a protective environment, followed by their degassing in vacuum at a temperature of from 100 ° C to 600 ° C, and the solder is applied to the surface of the granules either by flame or plasma, or by dipping into molten solder, or by vacuum deposition methods.