RU2457070C1

RU2457070C1 - Method of fabricating element of turbine run-in seal

Info

Publication number: RU2457070C1
Application number: RU2011117663/02A
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: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
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 preset size and shape rods from run-in material powders. 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%; Ni making the rest. With particle size varying from 15 mcm to 180 mcm, with powders of hexagonal boron nitride with particle size less than 1 mcm in amount of 1.0-1.5% of total mix amount and calcium fluoride CaF₂ with particle size of 1 mcm to 25 mcm in amount of 6.0-8.0% of total amount of mix. Note here that sintering is carried out at 1100-1200°C in vacuum or one of the following media ammonia, mix of argon with ammonia, mix of hydrogen with nitrogen, mix of hydrogen, argon and nitrogen.

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

11 cl, 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 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 статором слоя 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 connecting a honeycomb layer to the stator. 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, burning, 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 пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с образованием элемента уплотнения 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 соприкосновении выступов на торце лопатки с сотовой структурой острые кромки гребешков притупляются, что приводит к снижению эффективности уплотнения. 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 running-in seal of a turbine, including sintering in a mold particles of powder of a running-in material with the formation of a sealing 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. When the protrusions at the end of the scapula come in contact with the honeycomb structure, the sharp edges of the combs become dull, which leads to a decrease in the compaction efficiency. 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].

Процесс изготовления и прикрепления сотовой структуры достаточно сложен, трудоемок, а также связан с большими временными затратами. При этом сотовая структура может быть соединена как с кольцевым элементом турбомашины, так и с отдельными, образующими кольцо вставками [например, патент РФ 2287063, МПК F01D 11/08, 2006 г.].The manufacturing process and the attachment of the honeycomb structure is quite complicated, time-consuming, and also associated with large time costs. In this case, the honeycomb structure can be connected both with the annular element of the turbomachine and with individual inserts forming a ring [for example, RF patent 2287063, IPC F01D 11/08, 2006].

Недостатками прототипа являются невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости материала уплотнения, а также необходимость использования сотовых ячеек.The disadvantages of the prototype are the impossibility of simultaneously ensuring high break-in, mechanical strength and wear resistance of the seal material, as well as the need to use cells.

В этой связи, использование уплотнения, не содержащего слоя сотовой структуры, а выполненного из монолитного материала допускающими врезание в него выступов лопатки и снижающими их износ в процессе эксплуатации, привело бы к дальнейшему повышению эффективности работы турбомашин.In this regard, the use of a seal that does not contain a layer of honeycomb structure, but is made of a monolithic material that allows the protrusions of the blades to be cut into it 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 материала 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 material, as well as reducing the complexity of its manufacture.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины, включающем спекание в пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с образованием элемента уплотнения заданной формы и размеров, в отличие от прототипа, в качестве прирабатываемого материала берут материал 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 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; Co - 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°C либо в вакууме, либо в одной из следующих 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, а 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 by the fact that in the method of manufacturing the element of the running-in seal of the turbine, including sintering in the mold particles of the powder of the run-in material with the formation of the sealing element of a given shape and size, in contrast to the prototype, the material of the composition, 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 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 fluoride calcium - CaF ₂ with a particle size 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 produced is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C either in vacuum or in one of the following gaseous media: either in ammonia, or in a mixture of argon and ammonia, or in mixtures of hydrogen and nitrogen, or in a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and as a mixture of hydrogen and nitrogen, the mixture is used 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, a mixture is used 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 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 an element of a running-in turbine seal, additionally, in a mechanical mixture are added: BaSO ₄ 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 and / or Ca 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.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины элементы уплотнения выполняют в виде брусков размерами и формой, обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины, при этом 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, 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 the element of the running-in seal of the turbine, the sealing elements are made in the form of bars with dimensions and shape, ensuring, when they are connected into a ring, the formation of a complete mechanical seal of the turbomachine, while 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 radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm, 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.

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 материале для уплотнений объясняется, в частности, тем, что адгезионная прочность частиц наполнителя, образующего материал, весьма высока, тогда как в результате мгновенного ударно-теплового воздействия в условиях эксплуатации уплотнения на отдельную частицу наполнителя кинетическая энергия удара переходит в тепловую энергию. В результате этого адгезионная прочность на границе рассматриваемой частицы резко снижается и в результате удара происходит его отрыв. В целом же процесс прирабатываемости уплотнения складывается из совокупности единичных процессов отрыва частиц наполнителя в результате снижения адгезионной прочности на границе каждой частицы. Кроме того, отрыв и унос частицы приводят к отводу излишней теплоты из зоны приработки и не позволяют нагреваться основной массе материала. Таким образом реализуется совмещение адгезионной прочности соединения частиц наполнителя. В связи с дискретным характером взаимодействия системы «уплотнение-лопатка», практически, после приработки происходит их безконтактное взаимодействие. Однако для реализации описанного механизма прирабатываемости уплотнения необходимо обеспечить ряд условий. К этим условиям относятся: осуществление спекания в пресс-форме частиц порошка прирабатываемого материала с образованием элемента уплотнения заданной формы и размеров; использование в качестве прирабатываемого материала 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 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; Co - 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. При этом важное значение имеют также условия получения прирабатываемого уплотнения, как осуществление спекания частиц порошка прирабатываемого материала при температуре от 1 100 до 1200°C либо в вакууме, либо в одной из следующих 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 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 authors' studies found that under certain conditions it is possible to create a material for seals, which, on the one hand, has 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, have high break-in potential. The combination of high mechanical strength and break-in ability in the developed seal material is explained, in particular, by the fact that the adhesive strength of the particles of the filler forming the material is very high, whereas the kinetic energy of the impact as a result of the instant shock-thermal action during operation of the seal on a separate filler particle goes into heat energy. As a result of this, the adhesive strength at the boundary of the particle in question decreases sharply and, as a result of the impact, it breaks off. In general, the process of running in of compaction consists of a set of individual processes of detachment of filler particles as a result of a decrease in adhesive strength at the boundary of each particle. In addition, the separation and entrainment of particles lead to the removal of excess heat from the running-in zone and do not allow the bulk of the material to heat up. Thus, a combination of the adhesive strength of the filler particles is realized. In connection with the discrete nature of the interaction of the “seal-blade” system, practically, after running-in, their contactless interaction occurs. However, for the implementation of the described mechanism of the running in of the seal, it is necessary to provide a number of conditions. These conditions include: the implementation of sintering in the mold particles of the powder of the material being burned with the formation of the sealing element of a given shape and size; the use of material of the 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 from 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 fluoride calcium - CaF ₂ with powder particle sizes from 1 μm to 25 μm in an amount of from 6.0 to 8.0% of the total volume of the mixture. At the same time, the conditions for obtaining a running-in seal are also important, such as the sintering of powder particles of a running-in material at a temperature of 1100 to 1200 ° C, either in vacuum or in one of the following gaseous media: either in ammonia or in an argon mixture and ammonia, either in a medium of a mixture of hydrogen and nitrogen, or in a medium of a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and 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, PrOH and nitrogen mixture was used in volume% composition: hydrogen - from 65 to 75 atomic nitrogen - from 2 to 5, the balance argon.

Кроме того, функциональные свойства уплотнения могут регулироваться использованием следующих добавок 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 Ca от 0,01 до 0,2% от общего объема смеси в виде порошка размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм, выполнение элементов уплотнения в виде брусков размерами и формой, обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины при размерах элемента: 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; выполнении в его поперечном сечении основания элемента в виде трапеции, а его верхней части в виде прямоугольника.In addition, the functional properties of the seal can be controlled using the following additives in the mechanical mixture: BaSO ₄ 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 and / or Ca 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, the implementation of the sealing elements in the form of bars with dimensions and shape, providing, when connected to the ring, the formation of a complete mechanical seal of the turbomachine with element sizes: length from 20 mm up to 700 mm, width from 10 mm 70 mm, height from 5 mm up to 50 mm and a radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm; performing in its cross section the base of the element in the form of a trapezoid, and its upper part in the form of a rectangle.

Пример. В качестве материалов для получения элемента прирабатываемого уплотнения использовался металлический порошок следующих составов: 1) [Cr - 9,0%, Mo - 0,6%, Fe - остальное] - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 2) [Cr - 10,0%, Mo - от 0,8%, Fe - остальное] - удовлетворительный результат (У.Р.); 3) [Cr - 14,3%, Mo - 2,6%, Fe - остальное] - (У.Р.); 4) [Cr - 18,0%, Mo - 3,7%, Fe - остальное] - (У.Р.); 5) [Cr - 8,0%, Mo - 0,7%, Ti - остальное] - (Н.Р.); 6) [Cr - 10,0%, Mo - от 0,8%, Ti - остальное] - (У.P.); 7) [Cr - 14,3%, Mo - 2,6%, Ti - остальное] - (У.P.); 8) [Cr - 18,0%, Mo - 3,7%, Ti - остальное] - (У.P.); 9) [Cr - 9,0%, Mo - 0,7%, Cu - остальное] - (Н.Р.); 10) [Cr - 10,0%, Mo - от 0,8%, Cu - остальное] - (У.Р.); 11) [Cr - 15,2%, Mo - 2,4%, Cu - остальное] - (У.Р.); 12) [Cr - 18,0%, Mo - 3,7%, Cu - остальное] - (У.Р.); 13) [Cr - от 16%; Al - 2,5%; Y - от 0, 1%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 14) [Cr - от 18%; Al - 3%; Y - 0, 2%; Ni - остальное]- (У.Р.); 15) [Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0,7%; Ni - остальное] - (У.Р.); 16) [Cr - 16%; Al - от 2%; Y - 0, 1%; Co - 14%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 17) Cr - 18%; Al - 3%; Y - 0, 2%; Co - 16%; Ni - остальное] - (У.Р.); 18) Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0,7%; Co 30%; Ni - остальное] - (У.Р.).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] - (W.P.); 7) [Cr - 14.3%, Mo - 2.6%, Ti - the rest] - (W.P.); 8) [Cr - 18.0%, Mo - 3.7%, Ti - the rest] - (W.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%; Co - 14%; Ni - the rest] - (N.R.); 17) Cr - 18%; Al - 3%; Y - 0, 2%; Co - 16%; Ni - the rest] - (UR); 18) Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0.7%; Co 30%; Ni - rest] - (UR).

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, Mo - 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; 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; Co - 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.)-(Н.Р.) 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% - (Н.Р.). Кроме того, были использованы порошковые материалы вышеуказанных составов с дополнительными добавками следующих компонентов: 1) BaSO₄: 0,4%; 1,2%; 3%. 2) Ca: 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 of the composition, 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 from an alloy of the 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, 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.) - (N.R.) and calcium fluoride - CaF ₂ with powder particle sizes from 1 μm to 25 μm in an amount of the total mixture volume: 5% - (N.R.) ; 6.0% - (U.R.); 8.0% - (U.R.); 9% - (N.R.). 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.

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% - (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 - 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 заготовок производилось при температуре от 1 100 до 1200°C, [(от 1100°C до 1200°C)±100°C], в электропечи ОКБ 8086. 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 139 до 147; σ_в=29,1…37,2 кгс/мм²; σ_т=17,1…25,8 кгс/мм²; ударная вязкость 1,16…1,57 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, at 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% - (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 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 blanks was carried out at a temperature of 1,100 to 1,200 ° C, [(from 1,100 ° C to 1,200 ° C) ± 100 ° C], in an OKB 8086 electric furnace. 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 139 to 147; σ _in = 29.1 ... 37.2 kgf / mm ² ; σ _t = 17.1 ... 25.8 kgf / mm ² ; impact strength 1,16 ... 1,57 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.

Claims

1. A method of manufacturing an element of the run-in seal of the turbine, including sintering in the mold particles of the powder of the run-in material with the formation of the seal element of a given shape and size, characterized in that as the run-in material take a mechanical mixture of powder from an alloy composition, 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 composition, wt.%: Cr — from 18 to 34; Al - from 3 to 16; Y - from 0.2 to 0.7; Ni - the rest, or 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 microns to 180 microns, with hexagonal boron nitride powder BN with powder particle sizes less than 1 micron, in an amount of 1.0% to 1.5% of the total 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, moreover, sintering of powder particles of the material being produced is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C in vacuum or in one of the following in gaseous media: ammonia, a mixture of argon and ammonia, a mixture of hydrogen and nitrogen, a mixture of hydrogen, argon and nitrogen.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a mixture of hydrogen and nitrogen use a mixture, vol.%, Composition: hydrogen - from 65 to 75, atomic nitrogen - from 2 to 5, the rest is nitrogen, and as a mixture hydrogen, argon and nitrogen use a mixture, vol.%, composition: 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, with 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 sealing elements are in the form of bars, the dimensions and shape of which, when they are connected into a ring, form a complete mechanical seal of the turbomachine.

9. The method according to claim 8, 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.

10. The method according to claim 8, characterized in that in its cross section the base of the element is in the form of a trapezoid, and its upper part is in the form of a rectangle.

11. The method according to claim 9, characterized in that in its cross section the base of the element is in the form of a trapezoid, and its upper part is in the form of a rectangle.