RU2533223C1 - Method for gas turbine blade processing - Google Patents

Method for gas turbine blade processing Download PDF

Info

Publication number
RU2533223C1
RU2533223C1 RU2013121967/02A RU2013121967A RU2533223C1 RU 2533223 C1 RU2533223 C1 RU 2533223C1 RU 2013121967/02 A RU2013121967/02 A RU 2013121967/02A RU 2013121967 A RU2013121967 A RU 2013121967A RU 2533223 C1 RU2533223 C1 RU 2533223C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
implantation
nitrogen
hardening treatment
carbon
Prior art date
Application number
RU2013121967/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013121967A (en
Inventor
Анатолий Михайлович Смыслов
Рустем Халимович Ганцев
Владимир Энгелевич Галиев
Аскар Джамилевич Мингажев
Дамир Рамилевич Таминдаров
Диляра Зенуровна Фаткуллина
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология"
Владимир Энгелевич Галиев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология", Владимир Энгелевич Галиев filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология"
Priority to RU2013121967/02A priority Critical patent/RU2533223C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2533223C1 publication Critical patent/RU2533223C1/en
Publication of RU2013121967A publication Critical patent/RU2013121967A/en

Links

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed process comprises simultaneous electrochemical forming of root profile and butt part and hardening. Hardening is executed by ion implantation at energy of 25 to 30 keV in amount of 1.6·1017 cm-2 to 2·1017 cm-2 at the rate of portion increase of 0.7·1015 s-1 to 1·1015 s-1. Ions Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti or their combinations are use while said hardening by ion implementation is executed after electrochemical forming of root profile and butt part and hardening.
EFFECT: higher fatigue strength of gas turbine blades.
18 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к способу размерной и упрочняющей обработки лопаток ГТД, преимущественно из хромсодержащих нержавеющих сталей сплавов, а также титана и титановых сплавов, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, с целью обеспечения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств деталей турбомашин.The invention relates to electrophysical and electrochemical processing methods, in particular to a method for dimensional and hardening treatment of GTE blades, mainly from chromium-containing stainless steel alloys, as well as titanium and titanium alloys, and can be used in turbomachinery in the treatment of working and guide vanes of steam turbines, blades gas pumping units and compressors of gas turbine engines, in order to ensure the necessary physical, mechanical and operational properties of parts of turbomachines.

Рабочие лопатки компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) и газотурбинной установки (ГТУ), а также паровых турбин в процессе эксплуатации, подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Исходя из предъявляемых к эксплуатационным свойствам требований, для изготовления лопаток компрессора газовых турбин применяются высоколегированные хромистые, хромомолибденовые (CrMo), хромомолибденованадиевые (CrMoV) и др. средне - и высоколегированные стали (например, для лопаток паровых турбин - стали марок 20X13 и 15Х11МФ, газовых турбин - стали 20X13, ЭИ 961). Эти стали относятся к числу нержавеющих сталей с содержанием Cr 11-14%, различающихся между собой содержанием легирующих элементов: C, Mo, V. Кроме того, для изготовления лопаток компрессора газовых турбин применяются титановые сплавы, которые по сравнению с техническим титаном имеют более высокую прочность, в том числе и при высоких температурах, сохраняя при этом достаточно высокую пластичность и коррозионную стойкость (например, титановые сплавы марок ВТ6, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22 и др.).The working blades of the compressor of a gas turbine engine (GTE) and gas turbine installation (GTU), as well as steam turbines during operation, are exposed to significant dynamic and static loads, as well as corrosion and erosion destruction. Based on the performance requirements, for the manufacture of gas turbine compressor blades, high-alloy chromium, chromomolybdenum (CrMo), chromomolybdenum-vanadium (CrMoV) and other medium and high alloy steels are used (for example, for steam turbine blades - steel grades 20X13 and 15X11MF, gas turbines - steel 20X13, EI 961). These steels are among the stainless steels with a Cr content of 11-14%, differing in the content of alloying elements: C, Mo, V. In addition, titanium alloys are used for the manufacture of gas turbine compressor blades, which, in comparison with technical titanium, have higher strength, including at high temperatures, while maintaining a sufficiently high ductility and corrosion resistance (for example, titanium alloys of the grades VT6, VT14, VT3-1, VT22, etc.).

Однако лопатки турбин из указанных сталей и сплавов обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения. Поэтому дефекты, образующиеся в процессе изготовления этих деталей недопустимы, поскольку вызывают возникновение интенсивных процессов разрушения. Это вызывает проблемы при механической обработке поверхностей деталей турбомашин. В этой связи развитие способов получения высококачественных поверхностей деталей турбомашин является весьма актуальной задачей.However, turbine blades of these steels and alloys are highly sensitive to stress concentrators. Therefore, the defects formed in the manufacturing process of these parts are unacceptable, since they cause the occurrence of intense destruction processes. This causes problems when machining surfaces of turbomachine parts. In this regard, the development of methods for producing high-quality surfaces of turbomachine parts is a very urgent task.

Наиболее перспективными методами обработки лопаток турбомашин являются электрохимические методы полирования поверхностей [Грилихес С.Я. Электрохимическое и химическое полирование: Теория и практика. Влияние на свойства металлов. Л., Машиностроение, 1987], при этом наибольший интерес для рассматриваемой области представляют методы электролитно-плазменного полирования (ЭПП) деталей [например, Патент ГДР (DD) № 238074 (A1), кл. C25F 3/16, опубл. 06.08.86., а также Патент РБ № 1132, кл. C25F 3/16, 1996, БИ № 3].The most promising methods for processing turbomachine blades are electrochemical methods of polishing surfaces [Griliches S.Ya. Electrochemical and chemical polishing: Theory and practice. Effect on the properties of metals. L., Mashinostroenie, 1987], while the methods of electrolyte-plasma polishing (EPP) of parts are of the greatest interest for the field under consideration [for example, Patent GDR (DD) No. 238074 (A1), cl. C25F 3/16, publ. 08/06/86., As well as the Patent of the Republic of Belarus No. 1132, cl. C25F 3/16, 1996, BI No. 3].

Известен способ обработки металлических поверхностей, включающий анодную обработку в электролите [Патент РБ № 1132, кл. C25F 3/16, 1996, БИ № 3], а также способ электрохимической обработки [Патент США № 5028304, кл. B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, опубл. 02.07.91].A known method of processing metal surfaces, including anode processing in an electrolyte [Patent RB No. 1132, class. C25F 3/16, 1996, BI No. 3], as well as a method for electrochemical processing [US Patent No. 5028304, class. B23H 3/08, C25F 3/16, C25F 5/00, publ. 07/02/91].

Однако известные способы электрохимической обработки не позволяют получить качественный поверхностный слой материала, обеспечивающий повышенные эксплуатационные характеристики детали.However, the known methods of electrochemical processing do not allow to obtain a high-quality surface layer of the material, providing enhanced performance characteristics of the part.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ размерной электрохимической обработки [А.С. СССР №1478520, МПК B23H 5/06, Способ размерной электрохимической обработки лопаток ГТД. Опубл. 20.09.2005]. Известный способ размерной электрохимической обработки лопаток ГТД включает электрохимическое формирование профиля пера, электрохимическое полирование и поверхностную пластическую деформацию. При этом для повышения усталостной прочности лопаток, перед электрохимическим полированием проводят дробеструйный наклеп, а при последующем электрохимическом полировании часть наклепанного слоя удаляют. Однако известный способ совмещения размерной и упрочняющей обработки не позволяет получить высокие эксплуатационные характеристики лопатки, в частности ее усталостную прочность, поскольку повторное электрохимическое воздействие после упрочняющей обработки снижает качество поверхностного слоя детали. В то же время используемый в прототипе [А.С. СССР №1478520] метод упрочняющей обработки лопатки может быть использован только перед полированием ее поверхности.Closest to the claimed technical solution is a method of dimensional electrochemical processing [A.S. USSR No. 1478520, IPC B23H 5/06, Method for dimensional electrochemical processing of GTE blades. Publ. September 20, 2005]. The known method of dimensional electrochemical processing of GTE blades includes the electrochemical formation of a pen profile, electrochemical polishing and surface plastic deformation. Moreover, to increase the fatigue strength of the blades, bead peening is carried out before electrochemical polishing, and during the subsequent electrochemical polishing, part of the riveted layer is removed. However, the known method of combining dimensional and hardening treatment does not allow to obtain high operational characteristics of the blade, in particular its fatigue strength, since repeated electrochemical treatment after hardening reduces the quality of the surface layer of the part. At the same time used in the prototype [A.S. USSR No. 1478520] the method of hardening processing of a blade can be used only before polishing its surface.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение, непосредственно после завершения процесса электрохимической обработки поверхности лопатки, защитно-упрочняющей обработки не ухудшающей микрогеометрию поверхности и обладающей эффектом легирования поверхностного слоя материала детали.The task to which the claimed invention is directed is to ensure, immediately after completion of the process of electrochemical processing of the surface of the blade, protective hardening treatment that does not impair the microgeometry of the surface and has the effect of doping the surface layer of the material of the part.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение усталостной прочности лопаток ГТД.The technical result of the invention is to increase the fatigue strength of GTE blades.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки лопатки ГТД, включающем одновременное электрохимическое формирование профиля пера и прикомлевого участка, упрочняющую обработку, в отличие от прототипа, упрочняющую обработку проводят методом ионной имплантации при энергии от 25 до 30 кэВ, дозой от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2, со скоростью набора дозы от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1, в качестве ионов используют ионы Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti или их комбинации, причем ионно-имплантационную упрочняющую обработку проводят после электрохимического формирования профиля пера и прикомлевого участка.The technical result is achieved by the fact that in the method of processing a GTE blade, including the simultaneous electrochemical formation of the profile of the pen and the glue section, hardening processing, in contrast to the prototype, hardening processing is carried out by ion implantation at an energy of 25 to 30 keV, with a dose of 1.6 · 10 17 cm -2 to 2 · 10 17 cm -2 , with a dose rate of 0.7 · 10 15 s -1 to 1 · 10 15 s -1 , ions of Cr, V, Y, Yb are used, C, B, Zr, N, La, Ti, or combinations thereof, the ion implantation hardening treatment being carried out after electrochemical f framing the profile of the pen and the nibble area.

Технический результат достигается также тем, что в способе обработки лопатки ГТД, перед ионно-имплантационной упрочняющей обработкой проводят: либо электрохимическое полирование, либо электролитно-плазменное полирование, а перед полированием, как варианты способа, проводят дробеструйный наклеп, при этом отношение диаметра дроби к радиусу выходной кромки пера лопатки выбирают в пределах 0,3…4, а после дробеструйного наклепа, при полировании удаляют поверхностный слой толщиной 0,04…0,3 глубины наклепанного слоя.The technical result is also achieved by the fact that in the method of processing a GTE blade, before ion implantation hardening treatment, either electrochemical polishing or electrolyte-plasma polishing is carried out, and before polishing, as process variants, shot peening is carried out, while the ratio of the diameter of the shot to the radius the outlet edge of the feather blade is selected within 0.3 ... 4, and after shot peening, during polishing, remove the surface layer with a thickness of 0.04 ... 0.3 of the depth of the riveted layer.

Технический результат достигается также тем, что в способе обработки лопатки ГТД, после полирования, перед упрочняющей ионно-имплантационной обработкой проводят дробеструйный наклеп потоком микрошариков диаметром 10…80 мкм со скоростью 10…30 м/с.The technical result is also achieved by the fact that in the method of treating a GTE blade, after polishing, before hardening the ion implant treatment, shot peening is carried out with a flow of microspheres with a diameter of 10 ... 80 μm at a speed of 10 ... 30 m / s.

Технический результат достигается также тем, что в способе обработки лопатки ГТД, ионную имплантацию проводят или в импульсном режиме, или в непрерывном режиме, а после ионно-имплантационной упрочняющей обработки проводят постимплантационный отжиг.The technical result is also achieved by the fact that in the method of processing a GTE blade, ion implantation is carried out either in a pulsed mode or in a continuous mode, and after ion implantation hardening treatment, postimplantation annealing is carried out.

Технический результат достигается также тем, что в способе обработки лопатки ГТД, в качестве деталей ГТД используются лопатки компрессора газотурбинного двигателя из высоколегированных сталей или титановых сплавов, причем, после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие: либо из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, В или Si, либо многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Ме-С или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод.The technical result is also achieved by the fact that in the method of processing a GTE blade, GTE compressor blades are used as gas turbine engine parts from high alloy steels or titanium alloys, moreover, after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is applied: either from superhard compounds of one of refractory metals of IV-VI groups of the Periodic system of elements (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) with N, C, B or Si, or a multilayer coating of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me -N, Me-C carbon or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, N is nitrogen, C is carbon.

Заявляемый способ обработки лопатки газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом. Обрабатываемую заготовку лопатки помещают в полость катода - инструмента, имеющего форму, соответствующую форме изготавливаемой лопатки, погружают в ванну с водным раствором электролита, подают на заготовку-анод потенциал и производят обработку детали до получения заданной формы и размеров. После размерной обработки электрохимическим или электролитно-плазменным методом производят ионно-имплантационную защитно-упрочняющую обработку и, при необходимости, нанесение защитного покрытия. Ионно-имплантационную обработку и нанесение покрытий проводят в одной установке комплексной ионно-имплантационной обработки и ионно-плазменного нанесения покрытий. Для этого, полученные заготовки лопаток помещают в камеру установки, создают необходимый вакуум, производят ионную очистку, затем ионно-имплантационную обработку, по окончании которой, при необходимости, производят нанесение защитного покрытия. После нанесения покрытия, не вынимая заготовки из вакуумной установки, проводят постимплантационный отжиг. Затем, после остывания заготовок лопаток их вынимают из установки и производят контроль качества обработки. Описанную последовательность операций ионной имплантации и нанесения защитного покрытия можно также производить в отдельных установках: ионно-имплантационной установке, ионно-плазменной установке для нанесения покрытий и вакуумной печи.The inventive method of processing a blade of a gas turbine engine is as follows. The machined blank of the blade is placed in the cavity of the cathode - an instrument having a shape corresponding to the shape of the manufactured blade, immersed in a bath with an aqueous solution of electrolyte, fed to the blank-anode potential and the part is processed to obtain the desired shape and size. After dimensional treatment with an electrochemical or electrolyte-plasma method, an ion-implantation protective-hardening treatment is performed and, if necessary, a protective coating is applied. Ion-implantation treatment and coating are carried out in one installation of a complex ion-implantation treatment and ion-plasma coating. For this, the obtained blade blanks are placed in the installation chamber, the necessary vacuum is created, ion cleaning is performed, then the ion-implant treatment, after which, if necessary, a protective coating is applied. After coating, without removing the workpiece from the vacuum installation, post-implantation annealing is performed. Then, after cooling the blanks of the blades, they are removed from the installation and quality control of the processing is performed. The described sequence of operations of ion implantation and protective coating can also be performed in separate installations: ion-implantation installation, ion-plasma installation for coating and a vacuum furnace.

Электрохимическую размерную обработку заготовок, в зависимости от вида сплава, производят при плотностях тока от 30 A/дм2 до 100 A/дм2.The electrochemical dimensional processing of billets, depending on the type of alloy, is carried out at current densities from 30 A / dm 2 to 100 A / dm 2 .

Электрохимическое полирование при плотностях тока от 0,1 A/дм2 до 1,1 A/дм2. Перед полированием может быть проведен дробеструйный наклеп. Использование дробеструйного наклепа перед электрохимическим полированием позволяет осуществить дополнительную упрочняющую обработку и удалить часть дефектов поверхностного слоя, возникших при электрохимической размерной обработке. При этом отношение диаметра дроби к радиусу выходной кромки пера лопатки выбирают в пределах 0,3…4. Соотношение между диаметром дроби и радиусом выходной кромки выбирается из соображений исключения перенаклепа тонких участков лопатки. При последующем полировании поверхности заготовки, удаляют поверхностный слой толщиной 0,04…0,3 глубины наклепанного слоя.Electrochemical polishing at current densities from 0.1 A / dm 2 to 1.1 A / dm 2 . Shot peening can be carried out before polishing. The use of shot peening before electrochemical polishing allows for additional hardening treatment and to remove some of the defects of the surface layer that arose during electrochemical dimensional processing. In this case, the ratio of the diameter of the fraction to the radius of the outlet edge of the feather blade is chosen in the range of 0.3 ... 4. The ratio between the diameter of the fraction and the radius of the output edge is selected from considerations of eliminating re-riveting thin sections of the scapula. With subsequent polishing of the surface of the workpiece, remove the surface layer with a thickness of 0.04 ... 0.3 depth of the riveted layer.

С целью осуществления дополнительной упрочняющей обработки, как вариант способа после полирования, перед упрочняющей ионно-имплантационной обработкой, может также проводиться дробеструйный наклеп потоком микрошариков диаметром 10…80 мкм со скоростью 10…30 м/с. Такая обработка позволяет уменьшить количество дефектов, возникающих в процессе электрохимического полирования, повысить однородность поверхностного слоя материала заготовки.In order to carry out additional hardening treatment, as a variant of the method after polishing, before hardening ion implant treatment, shot peening can also be carried out with a flow of microspheres with a diameter of 10 ... 80 μm at a speed of 10 ... 30 m / s. This treatment allows you to reduce the number of defects that occur during electrochemical polishing, to increase the uniformity of the surface layer of the workpiece material.

Ионную имплантацию можно проводить или в импульсном режиме или в непрерывном режиме. При этом в качестве имплантируемых ионов используются ионы таких элементов, как Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti или их комбинации, при энергии от 25 до 30 кэВ, дозой от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2, со скоростью набора дозы от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1. После ионно-имплантационной упрочняющей обработки проводят постимплантационный отжиг, температура которого и время выдержки зависят от используемого для изготовления лопатки сплава, выбранного вида иона и дозы имплантации.Ion implantation can be performed either in pulsed mode or in continuous mode. In this case, ions of such elements as Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti or their combinations are used as implantable ions, at energies from 25 to 30 keV, with a dose of 1.6 · 10 17 cm -2 to 2 · 10 17 cm -2 , with a dose rate from 0.7 · 10 15 s -1 to 1 · 10 15 s -1 . After ion-implantation hardening treatment, post-implantation annealing is carried out, the temperature of which and the exposure time depend on the alloy used for the manufacture of the blade, the selected type of ion, and the implantation dose.

При необходимости защиты поверхности детали от воздействия разрушающих эксплуатационных факторов (например, эрозии, коррозии и т.п.), после ионно-имплантационной упрочняющей обработки, ионно-плазменным методом наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, B, Si или наносят многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Ме-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, - углерод.If it is necessary to protect the surface of the part from the effects of destructive operating factors (for example, erosion, corrosion, etc.), after ion-implantation hardening treatment, the ion-plasma method is used to coat from superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic system of elements (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) with N, C, B, Si or a multilayer coating is applied from alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, Me-C carbon or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me - Ti, Zr, TiZr, and N - nitrogen, - carbon.

При электролитно-плазменной обработке (полировании) к заготовке прикладывают положительное напряжение, а к электролиту - отрицательное (анодная обработка) или прикладывают к изделию отрицательное напряжение, а к электролиту - положительное (катодная обработка), в результате чего достигают формирования вокруг детали парогазовой оболочки и возникновения разряда между обрабатываемым изделием и электролитом. Обработку ведут в среде электролита при поддержании вокруг детали парогазовой оболочки. Под действием электрического напряжения (электрического потенциала между деталью и электролитом) в парогазовой оболочке возникает разряд, представляющий из себя ионизированную электролитическую плазму, обеспечивающую протекание интенсивных химических и электрохимических реакций между обрабатываемой деталью и средой парогазовой оболочки.During electrolyte-plasma treatment (polishing), a positive voltage is applied to the workpiece, a negative voltage is applied to the electrolyte (anode treatment) or a negative voltage is applied to the product, and a positive voltage is applied to the electrolyte (cathode treatment), as a result of which a vapor-gas shell forms around the part and the occurrence of a discharge between the workpiece and the electrolyte. Processing is carried out in an electrolyte medium while maintaining a vapor-gas shell around a part. Under the action of electric voltage (electric potential between the part and the electrolyte), a discharge arises in the vapor-gas shell, which is an ionized electrolytic plasma, which ensures the flow of intensive chemical and electrochemical reactions between the treated part and the medium of the gas-vapor shell.

При подаче положительного потенциала на деталь, в процессе протекания указанных реакций происходит анодирование поверхности детали с одновременным химическим травлением образующегося окисла. Причем, при анодной поляризации парогазовый слой состоит из паров электролита, анионов и газообразного кислорода. Поскольку травление происходит, в основном, на микронеровностях, где образуется тонкий слой окисла, а процессы анодирования продолжаются, то в результате совместного действия этих факторов происходит уменьшение шероховатости обрабатываемой поверхности и, как следствие, полирование последней.When a positive potential is applied to the part, during the course of these reactions, the surface of the part is anodized with the chemical etching of the formed oxide. Moreover, with anodic polarization, the vapor-gas layer consists of electrolyte vapors, anions, and gaseous oxygen. Since etching occurs mainly on microroughnesses, where a thin oxide layer is formed, and the anodizing processes continue, as a result of the combined action of these factors, the roughness of the treated surface decreases and, as a result, polishing of the latter occurs.

При катодной поляризации парогазовая оболочка вокруг детали состоит из паров электролита, катионов и газообразного водорода, поэтому наряду с химическим взаимодействием катионов с материалом поверхностного слоя детали, происходит возникновение в парогазовой оболочке микроискровых разрядов, что приводит к электроэрозионному и кавитационному воздействию на обрабатываемую поверхность.In the case of cathodic polarization, the vapor-gas shell around the part consists of electrolyte vapors, cations and hydrogen gas, therefore, along with the chemical interaction of cations with the material of the surface layer of the part, micro spark discharges occur in the vapor-gas shell, which leads to electroerosive and cavitation effects on the treated surface.

Пример 1. Обрабатываемую заготовку лопатки турбомашины из хромистой стали марки 20X13 помещали в полость катода-инструмента, погружали в ванну с водным раствором электролита, а затем, прикладывая к детали положительное, а к электролиту - отрицательное напряжение производили ее обработку. Заготовки обрабатывались в среде электролита на основе водного раствора сульфата аммония концентрацией 0,8…3,4%. После размерной обработке детали подвергались электрохимическому полированию. При исходной высоте микронеровностей 0,63 мкм после процесса полирования она составила 0,12 мкм.Example 1. The workpiece blank of a turbomachine blade made of chrome steel grade 20X13 was placed in the cavity of the cathode-instrument, immersed in a bath with an aqueous solution of electrolyte, and then applying positive voltage to the part and negative voltage to the electrolyte, we processed it. Billets were processed in an electrolyte medium based on an aqueous solution of ammonium sulfate with a concentration of 0.8 ... 3.4%. After dimensional processing, the parts were subjected to electrochemical polishing. At the initial microroughness height of 0.63 microns after the polishing process, it was 0.12 microns.

Кроме того, была проведена обработка сталей марок 15Х11МФ, ЭИ 961, ЭП - 718 (показавшая аналогичные результаты) в электролитах составов, мас.%:In addition, the processing of steels of grades 15X11MF, EI 961, EP - 718 (showing similar results) in electrolytes of the compositions, wt.%:

1. (NH4)2SO4 - 5; Трилон Б - 0,8.1. (NH 4 ) 2 SO 4 - 5; Trilon B - 0.8.

2. содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%2. containing sulfuric and phosphoric acid, a block copolymer of ethylene and propylene oxides and the sodium salt of sulfonated butyl oleate in the following ratio of components, wt.%

Серная кислота - 10-30Sulfuric acid - 10-30

Орто-фосфорная кислота - 40-80Orthophosphoric acid - 40-80

Блок-сополимер окисей этилена и пропилена - 0,05-1,1Block copolymer of ethylene oxide and propylene - 0.05-1.1

Натриевая соль сульфированного бутилолеата - 0,01-0,05Sodium salt of sulfonated butyl oleate - 0.01-0.05

Вода - Остальное.Water - The rest.

3. водные растворы солей неорганических кислот аммония и щелочных металлов или соли низших карбоновых кислот, а также растворы свободных кислот.3. aqueous solutions of salts of inorganic acids of ammonium and alkali metals or salts of lower carboxylic acids, as well as solutions of free acids.

4. электролит содержащий аммонийную соль неорганической кислоты, аммонийные соли низших карбоновых кислот и органические или неорганические вещества, образующие с металлами сплава комплексные соединения.4. an electrolyte containing an ammonium salt of an inorganic acid, ammonium salts of lower carboxylic acids and organic or inorganic substances forming complex compounds with alloy metals.

5. водные растворы солей натрия (3-22%-ый раствор кислого углекислого натрия).5. aqueous solutions of sodium salts (3-22% solution of sodium hydrogencarbonate).

6. водные растворы хлористый аммоний, хлористый натрий.6. aqueous solutions of ammonium chloride, sodium chloride.

7. водные растворы солей аммония (аммоний лимоннокислый одно- или двух-, или трехзамещенный, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:7. aqueous solutions of ammonium salts (ammonium citrate one- or two- or trisubstituted, or mixtures thereof in the following ratio of components, wt.%:

Аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смеси - 2-18,Ammonium citrate mono-, or two-, or trisubstituted, or mixtures thereof - 2-18,

Вода - Остальное).Water - Else).

На образцы из высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе 20X13, 15Х11МФ, ЭИ961, ЭП866, ЭП708 после их размерной электрохимической обработки, полирования и ионно-имплантационной обработки, были нанесены покрытия по предлагаемому способу.After the dimensional electrochemical processing, polishing and ion-implant treatment, samples of high alloy steels and nickel-based alloys 20X13, 15X11MF, EI961, EP866, and EP708 were coated on the samples by the proposed method.

Режимы обработки образцов и нанесения покрытия по предлагаемому способу.Modes of sample processing and coating according to the proposed method.

Ионная очистка: ионы аргона при энергии 6 кэВ - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 8 кэВ - удовлетворительный результат (У.Р.); 10 кэВ (У.Р.); 12 кэВ (Н.Р.); плотность тока: 110 МкА/см2 (Н.Р.); 130 МкА/см2 (У.Р.); 160 МкА/см2 (У.Р.); 180 МкА/см2 (Н.Р.); время ионной очистки: 0,1 часа (Н.Р.); 0,3 часа (У.Р.); 1,0 часа (У.Р.); 1,5 часа (Н.Р.).Ion purification: argon ions at an energy of 6 keV - unsatisfactory result (N.R.); 8 keV - satisfactory result (U.R.); 10 keV (U.R.); 12 keV (N.R.); current density: 110 MkA / cm 2 (N.R.); 130 MkA / cm 2 (U.R.); 160 MkA / cm 2 (U.R.); 180 MkA / cm 2 (N.R.); ion cleaning time: 0.1 hours (N.R.); 0.3 hours (U.R.); 1.0 hours (U.R.); 1.5 hours (N.R.).

Ионная имплантация ионами Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti и их комбинации: энергия - 20 кэВ - Неудовлетворительный результат (Н.Р.); 25 кэВ - Удовлетворительный Результат (У.Р.); 30 кэВ (У.Р.); 40 кэВ (Н.Р.); доза - 1,2·1017 см-2 (Н.Р.); 1,6·1017 см-2 (У.Р.); 2·1017 см-2 (У.Р.); 3·1017 см-2 (Н.Р.); скоростью набора дозы - 0,4·1015 с-1 (Н.Р.); 0,7·1015 с-1 (У.Р.); 1·1015 c-1 (У.Р.); 3·1015 с-1 (Н.Р.).Ion implantation with Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti ions and their combinations: energy - 20 keV - Unsatisfactory result (N.R.); 25 keV - Satisfactory Result (UR); 30 keV (U.R.); 40 keV (N.R.); dose - 1.2 · 10 17 cm -2 (N.R.); 1.6 · 10 17 cm -2 (U.R.); 2 · 10 17 cm -2 (U.R.); 3 · 10 17 cm -2 (N.R.); dose rate - 0.4 · 10 15 s -1 (N.R.); 0.7 · 10 15 s -1 (U.R.); 1 · 10 15 s -1 (U.R.); 3 · 10 15 s -1 (N.R.).

Создание требуемого вакуума производилось турбомолекулярным насосом; создавали вакуум от 10-5 до 100-7 мм рт.ст.The creation of the required vacuum was carried out by a turbomolecular pump; created a vacuum from 10 -5 to 100 -7 mm Hg

После обработки деталей проводили постимплантационный отжиг, в одном вакуумном объеме установки за один технологический цикл.After processing the parts, postimplantation annealing was performed in one vacuum volume of the installation in one technological cycle.

Ионную имплантацию проводили как в импульсном, так и непрерывном режимах. В качестве деталей из титановых сплавов использовались лопатки компрессора газотурбинного двигателя, лопатки газотурбинной установки и лопатки паровой турбины.Ion implantation was performed both in pulsed and continuous modes. As parts from titanium alloys, the compressor blades of a gas turbine engine, the blades of a gas turbine plant and the blades of a steam turbine were used.

Перед полированием, проводили дробеструйный наклеп, при этом отношение диаметра дроби к радиусу выходной кромки пера лопатки выбирали в пределах 0,3…4, (0,2 (Н.Р.); 0,3 (У.Р.); 0,8 (У.Р.); 1,6 (У.Р.); 2,4 (У.Р.); 4,0 (У.Р.); 4,6 (Н.Р.).Before polishing, a shot peening was carried out, while the ratio of the diameter of the shot to the radius of the outlet edge of the feather blade was chosen in the range of 0.3 ... 4, (0.2 (N.R.); 0.3 (U.R.); 0, 8 (U.R.); 1.6 (U.R.); 2.4 (U.R.); 4.0 (U.R.); 4.6 (N.R.).

После дробеструйного наклепа, при полировании, удаляли поверхностный слой толщиной 0,04…0,3 глубины наклепанного слоя (0,02 (Н.Р.); 0,04 (У.Р.); 0,08 (У.Р.); 0,16 (У.Р.); 0,3 (У.Р.); 0,35 (Н.Р.).After shot peening, during polishing, the surface layer was removed with a thickness of 0.04 ... 0.3 of the depth of the riveted layer (0.02 (N.R.); 0.04 (U.R.); 0.08 (U.R. ); 0.16 (U.R.); 0.3 (U.R.); 0.35 (N.R.).

После полирования, перед упрочняющей ионно-имплантационной обработкой проводили дробеструйный наклеп потоком микрошариков диаметром 10...80 мкм (8 мкм (Н.Р.); 10 мкм (У.Р.); 20 мкм (У.Р.); 40 мкм (У.Р.); 60 мкм (У.Р.); 80 мкм (У.Р.); 100 мкм (Н.Р.)) со скоростью 10...30 м/с (6 м/с (Н.Р.); 10 м/с (У.Р.);20 м/с (У.Р.); 30 м/с (У.Р.); 40 м/с (Н.Р.).After polishing, before hardening by ion implant treatment, shot peening was carried out with a flow of microspheres with a diameter of 10 ... 80 μm (8 μm (N.R.); 10 μm (U.R.); 20 μm (U.R.); 40 microns (U.R.); 60 microns (U.R.); 80 microns (U.R.); 100 microns (N.R.)) at a speed of 10 ... 30 m / s (6 m / s (N.R.); 10 m / s (U.R.); 20 m / s (U.R.); 30 m / s (U.R.); 40 m / s (N.R.) .

Покрытия наносили ионно-плазменным методом из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, B или Si. Для Получения покрытий использовались следующие системы: Ti-N, Zr-N, Hf-N, V-N, Nb-N, Ta-N, Cr-N, Mo-N, W-N, Ti-C, Zr-C, Hf-C, V-C, Nb-C, Ta-C, Cr-C, Mo-C, W-C, Ti-C, Zr-Si, Hf-Si, V-Si, Nb-Si, Та-Si, Cr-Si, Mo-Si, W-Si. Кроме того, наносили многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, С- углерод.The coatings were applied by the ion-plasma method from superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic Table of the Elements (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) with N, C, B or Si. The following systems were used to obtain coatings: Ti-N, Zr-N, Hf-N, VN, Nb-N, Ta-N, Cr-N, Mo-N, WN, Ti-C, Zr-C, Hf-C , VC, Nb-C, Ta-C, Cr-C, Mo-C, WC, Ti-C, Zr-Si, Hf-Si, V-Si, Nb-Si, Ta-Si, Cr-Si, Mo -Si, W-Si. In addition, a multilayer coating was applied from alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me - Ti, Zr, TiZr, a N - nitrogen, C-carbon .

Толщина слоя металла в паре: 40 нм (Н.Р.); 50 нм (У.Р.); 60 нм (У.Р.); 80 нм (Н.Р.). Толщина слоя соединений металла с азотом в паре: 200 нм (Н.Р.); 300 нм (У.Р.); 400 нм (У.Р.); 500 нм (Н.Р.).The thickness of the metal layer in the pair: 40 nm (N.R.); 50 nm (U.R.); 60 nm (U.R.); 80 nm (N.R.). The thickness of the layer of metal compounds with nitrogen in pairs: 200 nm (N.R.); 300 nm (U.R.); 400 nm (U.R.); 500 nm (N.R.).

Создание требуемого вакуума производилось турбомолекулярным насосом; создавали вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт.ст.The creation of the required vacuum was carried out by a turbomolecular pump; created a vacuum from 10 -5 to 10 -7 mm Hg

Общая толщина покрытия-прототипа и покрытия, нанесенного по предлагаемому способу, составляла от 7 мкм до 15 мкм.The total thickness of the coating of the prototype and the coating applied by the proposed method ranged from 7 μm to 15 μm.

Электролитно-плазменное полирование проводили, погружая детали в водный раствор электролита и прикладывая к ним положительное по отношению к электролиту электрическое напряжение, осуществляя следующие варианты: полирование вели до обеспечения шероховатости не ниже Ra=0,08…0,12 мкм; полирование вели при рабочем напряжении 18..490 В; как варианты, в качестве электролита использовали: водный раствор сульфата аммония с концентрацией 0,8…3,4; водный раствор, содержащий серную и орто-фосфорную кислоты, блок-сополимер окисей этилена и пропилена и натриевую соль сульфированного бутилолеата при следующем соотношении компонентов, мас.%:Electrolyte-plasma polishing was carried out by immersing the parts in an aqueous electrolyte solution and applying an electric voltage positive with respect to the electrolyte, carrying out the following options: polishing was carried out until the roughness was not lower than R a = 0.08 ... 0.12 μm; polishing was carried out at an operating voltage of 18..490 V; as options, the electrolyte used was: an aqueous solution of ammonium sulfate with a concentration of 0.8 ... 3.4; an aqueous solution containing sulfuric and phosphoric acid, a block copolymer of ethylene and propylene oxides and the sodium salt of sulfonated butyl oleate in the following ratio, wt.%:

Серная кислота - 10-30Sulfuric acid - 10-30

Орто-фосфорная кислота - 40-80Orthophosphoric acid - 40-80

Блок-сополимер окисей этилена и пропилена - 0,05-1,1Block copolymer of ethylene oxide and propylene - 0.05-1.1

Натриевая соль сульфированного бутилолеата - 0,01-0,05Sodium salt of sulfonated butyl oleate - 0.01-0.05

Вода - Остальное.Water - The rest.

Как варианты, в качестве электролита использовали: водные растворы солей неорганических кислот аммония и щелочных металлов или соли низших карбоновых кислот, а также растворы свободных кислот; электролит, содержащий аммонийную соль неорганической кислоты, аммонийные соли низших карбоновых кислот и органические или неорганические вещества, образующие с металлами сплава комплексные соединения; используют электролит состава, мас.%: As options, the following were used as the electrolyte: aqueous solutions of salts of inorganic acids of ammonium and alkali metals or salts of lower carboxylic acids, as well as solutions of free acids; an electrolyte containing an ammonium salt of an inorganic acid, ammonium salts of lower carboxylic acids, and organic or inorganic substances forming complex compounds with alloy metals; use an electrolyte composition, wt.%:

(NH4)2SO4 - 5(NH 4 ) 2 SO 4 - 5

Трилон Б - 0,8.Trilon B - 0.8.

Как вариант, в качестве электролита использовали: электролит состава,Alternatively, the electrolyte used was: electrolyte composition,

мас.%:wt.%:

(NH4)3PO4 - 5(NH 4 ) 3 PO 4 - 5

Н3РО4 - 0,5H 3 PO 4 - 0.5

Тартрат K - 0,5;Tartrate K - 0.5;

Как вариант, в качестве электролита использовали: водные растворы солей натрия; в качестве водного раствора солей натрия используют 3-22%-ый раствор кислого углекислого натрия. В качестве электролита использовали: водные растворы солей аммония; в качестве соли аммония используют аммоний лимоннокислый одно- или двух-, или трехзамещенный, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: Аммоний лимоннокислый одно-, или двух-, или трехзамещенный, или их смеси - 2-18As an option, the following were used as the electrolyte: aqueous solutions of sodium salts; as an aqueous solution of sodium salts, a 3-22% solution of sodium hydrogencarbonate is used. As the electrolyte used: aqueous solutions of ammonium salts; as the ammonium salt, ammonium citrate is used, one or two, or trisubstituted, or mixtures thereof in the following ratio of components, wt.%: Ammonium citrate, mono- or two- or trisubstituted, or mixtures thereof - 2-18

Вода - Остальное.Water - The rest.

Как вариант, в качестве электролита использовали: водные растворы солей со значением pH 4…9.As an option, used as an electrolyte: aqueous solutions of salts with a pH value of 4 ... 9.

Испытания на выносливость и циклическую прочность образцов из вышеприведенных марок сталей и сплавов на воздухе, показали, что условный предел выносливости (σ-1) образцов, обработанных по вариантам предлагаемого способа, превышает, в среднем, величину условного предела выносливости образцов, обработанных по способу-прототипу [А.С. СССР №1478520, МПК B23H 5/06, Способ размерной электрохимической обработки лопаток ГТД. Опубл. 20.09.2005] от 1,1 до 1,4 раз.Tests for endurance and cyclic strength of samples from the above grades of steels and alloys in air showed that the conditional endurance limit (σ -1 ) of samples processed according to the variants of the proposed method exceeds, on average, the value of the conditional endurance limit of samples processed by the method prototype [A.S. USSR No. 1478520, IPC B23H 5/06, Method for dimensional electrochemical processing of GTE blades. Publ. September 20, 2005] from 1.1 to 1.4 times.

Пример 2. Обработке подвергали заготовки лопаток турбомашины из титановых сплавов марок ВТ-1, ВТ-5, ВТ6, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22. Для этого их помещали в полость катода-инструмента, погружали в ванну с водным раствором электролита, а затем прикладывая к детали положительное, а к электролиту - отрицательное напряжение производили их обработку. Заготовки обрабатывались в среде электролитов на основе водного раствора, в состав которых входили соли борфтористоводородной, кремнефтористой, гексафтортитановой или плавиковой кислот (NH4BF4; №2 SiF6). Кроме того, использовались водные растворы электролитов, содержащие (8%-12%) NaNO3 с добавками поверхностно-активных веществ от 2 до 8 г/м3.Example 2. The workpiece was subjected to the preparation of turbomachine blades made of titanium alloys of grades VT-1, VT-5, VT6, VT14, VT3-1, VT22. To do this, they were placed in the cavity of the cathode-instrument, immersed in a bath with an aqueous solution of electrolyte, and then applying a positive voltage to the part, and a negative voltage to the electrolyte, they were processed. The billets were processed in an electrolyte based on an aqueous solution, which included salts of hydrofluoric, silicofluoric, hexafluorotitanic or hydrofluoric acids (NH 4 BF 4 ; No. 2 SiF 6 ). In addition, we used aqueous solutions of electrolytes containing (8% -12%) NaNO 3 with the addition of surfactants from 2 to 8 g / m 3 .

После размерной обработки детали подвергались электрохимическому полированию. При исходной высоте микронеровностей 0,63 мкм после процесса полирования она составила 0,10 мкм.After dimensional processing, the parts were subjected to electrochemical polishing. At the initial microroughness height of 0.63 microns after the polishing process, it was 0.10 microns.

Далее заготовки из указанных титановых сплавов были подвергнуты упрочняющей обработке как по способу- прототипу [А.С. СССР №1478520, МПК B23H 5/06, Способ размерной электрохимической обработки лопаток ГТД. Опубл. 20.09.2005], согласно приведенных в способе-прототипе условий и режимов обработки, так и по предлагаемому способу ионно-имплантационной упрочняющей обработки.Next, the workpieces from these titanium alloys were subjected to hardening treatment as in the prototype method [A.S. USSR No. 1478520, IPC B23H 5/06, Method for dimensional electrochemical processing of GTE blades. Publ. September 20, 2005], according to the processing conditions and modes described in the prototype method, and according to the proposed method of ion-implantation hardening treatment.

Режимы обработки образцов по предлагаемому способу.Modes of processing samples for the proposed method.

Ионная очистка: ионы аргона при энергии 6 кэВ - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 8 кэВ - удовлетворительный результат (У.Р.); 10 кэВ (У.Р.); 12 кэВ (Н.Р.); плотность тока: 110 МкА/см2 (Н.Р.); 130 МкА/см2 (У.Р.); 160 МкА/с2 (У.Р.); 180 МкА/см2 (Н.Р.); время ионной очистки: 0,1 часа (Н.Р.); 0,3 часа (У.Р.); 1,0 часа (У.Р.); 1,5 часа (Н.Р.).Ion purification: argon ions at an energy of 6 keV - unsatisfactory result (N.R.); 8 keV - satisfactory result (U.R.); 10 keV (U.R.); 12 keV (N.R.); current density: 110 MkA / cm 2 (N.R.); 130 MkA / cm 2 (U.R.); 160 MkA / s 2 (U.R.); 180 MkA / cm 2 (N.R.); ion cleaning time: 0.1 hours (N.R.); 0.3 hours (U.R.); 1.0 hours (U.R.); 1.5 hours (N.R.).

Ионная имплантация ионами Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti и их комбинации: энергия - 20 кэВ - Неудовлетворительный результат (Н.Р.); 25 кэВ - Удовлетворительный результат (У.Р.); 30 кэВ (У.Р.); 40 кэВ (Н.Р.); доза - 1,2·1017 см-2 (Н.Р.); 1,6·1017 см-2 (У.Р.); 2·1017 см-2(У.Р.); 3·1017 см-2 (Н.Р.); скорость набора дозы - 0,4·1015 с-1 (Н.Р.); 0,7·1015 с-1 (У.Р.); 1·1015 c-1 (У.Р.); 3·1015 с-1 (Н.Р.).Ion implantation with Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti ions and their combinations: energy - 20 keV - Unsatisfactory result (N.R.); 25 keV - Satisfactory result (U.R.); 30 keV (U.R.); 40 keV (N.R.); dose - 1.2 · 10 17 cm -2 (N.R.); 1.6 · 10 17 cm -2 (U.R.); 2 · 10 17 cm -2 (U.R.); 3 · 10 17 cm -2 (N.R.); dose rate - 0.4 · 10 15 s -1 (N.R.); 0.7 · 10 15 s -1 (U.R.); 1 · 10 15 s -1 (U.R.); 3 · 10 15 s -1 (N.R.).

Создание требуемого вакуума производилось турбомолекулярным насосом; создавали вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт.ст.The creation of the required vacuum was carried out by a turbomolecular pump; created a vacuum from 10 -5 to 10 -7 mm Hg

После обработки деталей проводили постимплантационный отжиг, в одном вакуумном объеме установки за один технологический цикл.After processing the parts, postimplantation annealing was performed in one vacuum volume of the installation in one technological cycle.

Ионную имплантацию проводили как в импульсном, так и непрерывном режимах.Ion implantation was performed both in pulsed and continuous modes.

Дробеструйная обработка и нанесение покрытий были произведены по тем же режимам и с теми же параметрами, что и в вышеприведенном примере (см. Пример 1).Shot blasting and coating were performed according to the same modes and with the same parameters as in the above example (see Example 1).

В качестве деталей из титановых сплавов использовались лопатки компрессора газотурбинного двигателя, лопатки газотурбинной установки и лопатки паровой турбины.As parts from titanium alloys, the compressor blades of a gas turbine engine, the blades of a gas turbine plant and the blades of a steam turbine were used.

Были проведены испытания на выносливость и циклическую прочность образцов из титановых сплавов на воздухе. В результате эксперимента установлено следующее: условный предел выносливости The endurance and cyclic strength tests of samples of titanium alloys in air were carried out. As a result of the experiment, the following was established: conditional endurance limit

-1)образцов в исходном состоянии составляет 400 МПа, у образцов, упрочненных по способу-прототипу - 420 МПа, а по предлагаемому способу 440-480 МПа.-1 ) samples in the initial state is 400 MPa, for samples hardened by the prototype method - 420 MPa, and according to the proposed method 440-480 MPa.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе обработки лопатки газотурбинного двигателя следующих приемов: одновременное электрохимическое формирование профиля пера и прикомлевого участка; упрочняющую обработку методом ионной имплантации при энергии от 25 до 30 кэВ, дозой от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2, со скоростью набора дозы от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1; в качестве ионов используют ионы Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti или их комбинации; ионно-имплантационную упрочняющую обработку проводят после электрохимического формирования профиля пера и прикомлевого участка; перед ионно-имплантационной упрочняющей обработкой проводят: либо электрохимическое полирование, либо электролитно-плазменное полирование; перед полированием, проводят дробеструйный наклеп, при этом отношение диаметра дроби к радиусу выходной кромки пера лопатки выбирают в пределах 0,3…4, а после дробеструйного наклепа, при полировании удаляют поверхностный слой толщиной 0,04…0,3 глубины наклепанного слоя; после полирования, перед упрочняющей ионно-имплантационной обработкой проводят дробеструйный наклеп потоком микрошариков диаметром 10…80 мкм со скоростью 10…30 м/с; ионную имплантацию проводят или в импульсном режиме или в непрерывном режиме, а после ионно-имплантационной упрочняющей обработки проводят постимплантационный отжиг; в качестве деталей ГТД используются лопатки компрессора газотурбинного двигателя из высоколегированных сталей или титановых сплавов; после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие: либо из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) с N, C, B или Si, либо многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Ме-С или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод, позволяют достичь поставленного в заявляемом способе технического результата - повышения усталостной прочности лопаток ГТД.Thus, the comparative tests showed that the use of the following techniques in the method of processing a blade of a gas turbine engine: simultaneous electrochemical formation of the profile of the pen and the nibble site; hardening treatment by ion implantation at an energy of 25 to 30 keV, a dose of 1.6 · 10 17 cm -2 to 2 · 10 17 cm -2 , with a dose rate of 0.7 · 10 15 s -1 to 1 · 10 15 s -1 ; as ions, ions of Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti, or combinations thereof are used; ion-implantation hardening treatment is carried out after the electrochemical formation of the profile of the pen and the adjacent site; before ion-implantation hardening treatment is carried out: either electrochemical polishing or electrolyte-plasma polishing; before polishing, a shot peening is carried out, while the ratio of the diameter of the shot to the radius of the outlet edge of the feather blade is selected within 0.3 ... 4, and after shot peening, the surface layer with a thickness of 0.04 ... 0.3 of the depth of the riveted layer is removed; after polishing, before hardening ion-implantation treatment, shot peening is carried out with a flow of microspheres with a diameter of 10 ... 80 microns at a speed of 10 ... 30 m / s; ion implantation is carried out either in a pulsed mode or in a continuous mode, and after ion-implantation hardening treatment, post-implantation annealing is performed; as gas turbine engine parts, compressor blades of a gas turbine engine made of high alloy steels or titanium alloys are used; after ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is applied: either from superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic system of elements (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) with N, C, B or Si, or a multilayer coating of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, and N is nitrogen, C is carbon, they make it possible to achieve the technical result set in the inventive method - to increase the fatigue strength of GTE blades.

Claims (18)

1. Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя, включающий одновременное электрохимическое формирование профиля пера и прикомлевого участка, упрочняющую обработку, отличающийся тем, что упрочняющую обработку проводят методом ионной имплантации при энергии от 25 до 30 кэВ, дозой от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2 и со скоростью набора дозы от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1, причем используют ионы Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti или их комбинации, а ионно-имплантационную упрочняющую обработку проводят после электрохимического формирования профиля пера и прикомлевого участка.1. The method of processing the blades of a gas turbine engine, including the simultaneous electrochemical formation of the profile of the pen and the glue section, hardening treatment, characterized in that the hardening treatment is carried out by ion implantation at an energy of 25 to 30 keV, a dose of 1.6 · 10 17 cm -2 up to 2 · 10 17 cm -2 and with a dose rate from 0.7 · 10 15 s -1 to 1 · 10 15 s -1 , using ions Cr, V, Y, Yb, C, B, Zr, N , La, Ti, or combinations thereof, and ion-implantation hardening treatment is carried out after the electrochemical formation of the pen profile and nibble on site. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед ионно-имплантационной упрочняющей обработкой проводят полирование электрохимическим методом или электролитно-плазменным методом.2. The method according to claim 1, characterized in that prior to the ion-implantation hardening treatment, polishing is carried out by the electrochemical method or by the electrolyte-plasma method. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед полированием проводят дробеструйный наклеп, при этом отношение диаметра дроби к радиусу выходной кромки пера лопатки выбирают в пределах 0,3…4, а при полировании удаляют поверхностный слой толщиной 0,04…0,3 глубины наклепанного слоя.3. The method according to claim 2, characterized in that the shot blast hardening is carried out before polishing, while the ratio of the diameter of the shot to the radius of the outlet edge of the feather blade is selected within 0.3 ... 4, and when polishing the surface layer with a thickness of 0.04 ... 0 is removed , 3 depths of riveted layer. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что после полирования перед упрочняющей ионно-имплантационной обработкой проводят дробеструйный наклеп потоком микрошариков диаметром 10…80 мкм со скоростью 10…30 м/с.4. The method according to claim 2, characterized in that after polishing, before hardening the ion implant treatment, shot peening is carried out with a flow of microspheres with a diameter of 10 ... 80 μm at a speed of 10 ... 30 m / s. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ионную имплантацию проводят в импульсном режиме или в непрерывном режиме.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ion implantation is carried out in a pulsed mode or in a continuous mode. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки проводят постимплантационный отжиг.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that after ion-implantation hardening treatment, post-implantation annealing is carried out. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки проводят постимплантационный отжиг.7. The method according to claim 5, characterized in that after ion-implantation hardening treatment, post-implantation annealing is performed. 8. Способ по любому из пп.1-4, 7, отличающийся тем, что детали ГТД используют в виде лопаток компрессора газотурбинного двигателя из высоколегированных сталей или титановых сплавов.8. The method according to any one of claims 1 to 4, 7, characterized in that the details of the gas turbine engine are used in the form of compressor blades of a gas turbine engine made of high alloy steels or titanium alloys. 9. Способ по п.5, отличающийся тем, что детали ГТД используют в виде лопаток компрессора газотурбинного двигателя из высоколегированных сталей или сплавов или титановых сплавов.9. The method according to claim 5, characterized in that the gas turbine engine parts are used in the form of compressor blades of a gas turbine engine made of high alloy steels or alloys or titanium alloys. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что детали ГТД используют в виде лопаток компрессора газотурбинного двигателя из высоколегированных сталей или сплавов или титановых сплавов.10. The method according to claim 6, characterized in that the details of the gas turbine engine are used in the form of compressor blades of a gas turbine engine made of high alloy steels or alloys or titanium alloys. 11. Способ по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W с N, C, B или Si.11. The method according to any one of claims 1 to 4, 7, 9, 10, characterized in that after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is made of superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic system of elements: Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W with N, C, B or Si. 12. Способ по п.5, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W с N, C, B или Si.12. The method according to claim 5, characterized in that after ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is made of superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic Table of the Elements: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta , Cr, Mo, W with N, C, B or Si. 13. Способ по п.6, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W с N, C, B или Si.13. The method according to claim 6, characterized in that after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is made of superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic Table of the Elements: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta , Cr, Mo, W with N, C, B or Si. 14. Способ по п.8, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят покрытие из сверхтвердых соединений одного из тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы элементов: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W с N, C, B или Si.14. The method according to claim 8, characterized in that after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a coating is made of superhard compounds of one of the refractory metals of groups IV-VI of the Periodic system of elements: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta , Cr, Mo, W with N, C, B or Si. 15. Способ по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод.15. The method according to any one of claims 1 to 4, 7, 9, 10, characterized in that after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a multilayer coating is applied of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, a N is nitrogen, C is carbon. 16. Способ по п.5, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод.16. The method according to claim 5, characterized in that after the ion-implantation hardening treatment by the ion-plasma method, a multilayer coating is applied of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me- NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, N is nitrogen, C is carbon. 17. Способ по п.6, отличающийся тем, что после упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод.17. The method according to claim 6, characterized in that after hardening treatment by the ion-plasma method, a multilayer coating is applied of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, N is nitrogen, C is carbon. 18. Способ по п.8, отличающийся тем, что после упрочняющей обработки ионно-плазменным методом наносят многослойное покрытие из чередующихся слоев Me и соединений металлов с азотом - Me-N, углеродом Me-C или углеродом и азотом - Me-NC, где Me - Ti, Zr, TiZr, a N - азот, C - углерод. 18. The method according to claim 8, characterized in that after hardening treatment by the ion-plasma method, a multilayer coating is applied of alternating layers of Me and metal compounds with nitrogen - Me-N, carbon Me-C or carbon and nitrogen - Me-NC, where Me is Ti, Zr, TiZr, N is nitrogen, C is carbon.
RU2013121967/02A 2013-05-13 2013-05-13 Method for gas turbine blade processing RU2533223C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121967/02A RU2533223C1 (en) 2013-05-13 2013-05-13 Method for gas turbine blade processing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121967/02A RU2533223C1 (en) 2013-05-13 2013-05-13 Method for gas turbine blade processing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2533223C1 true RU2533223C1 (en) 2014-11-20
RU2013121967A RU2013121967A (en) 2014-11-20

Family

ID=53381016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121967/02A RU2533223C1 (en) 2013-05-13 2013-05-13 Method for gas turbine blade processing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2533223C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680630C1 (en) * 2018-05-08 2019-02-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of ion-implantation treatment of compressor monowheel with titanium alloys blades
RU2685892C1 (en) * 2018-05-08 2019-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of hardening treatment of titanium alloy self-balancing unicycle blades
RU2702515C1 (en) * 2018-06-06 2019-10-08 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method of nickel-based alloy part reinforcing treatment (versions)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028304A (en) * 1988-10-21 1991-07-02 Stanishevsky Vladimir K Method of electrochemical machining of articles made of conducting materials
RU2403316C2 (en) * 2008-05-13 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Ion-plasma coating application method
RU2441100C2 (en) * 2010-04-20 2012-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Method of producing heat-resisting coat on gas turbine vanes
RU2011125859A (en) * 2011-06-23 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" METHOD OF ION-IMPLANT PROCESSING OF COMPRESSOR BLADES FROM HIGH-ALLOYED STEELS AND ALLOYS ON A NICKEL BASIS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5028304A (en) * 1988-10-21 1991-07-02 Stanishevsky Vladimir K Method of electrochemical machining of articles made of conducting materials
RU2403316C2 (en) * 2008-05-13 2010-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Ion-plasma coating application method
RU2441100C2 (en) * 2010-04-20 2012-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" Method of producing heat-resisting coat on gas turbine vanes
RU2011125859A (en) * 2011-06-23 2012-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" METHOD OF ION-IMPLANT PROCESSING OF COMPRESSOR BLADES FROM HIGH-ALLOYED STEELS AND ALLOYS ON A NICKEL BASIS

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2680630C1 (en) * 2018-05-08 2019-02-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of ion-implantation treatment of compressor monowheel with titanium alloys blades
RU2685892C1 (en) * 2018-05-08 2019-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of hardening treatment of titanium alloy self-balancing unicycle blades
RU2702515C1 (en) * 2018-06-06 2019-10-08 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Method of nickel-based alloy part reinforcing treatment (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013121967A (en) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Electrochemical machining of high-temperature titanium alloy Ti60
RU2373306C2 (en) Method of multistage electrolyte-plasma polishing of products made of titanium and titanium alloys
EP3359712B1 (en) Smoothing the surface finish of rough metal articles
Basha et al. State of the art on chemical and electrochemical based finishing processes for additive manufactured features
RU2552202C2 (en) Method of protecting compressor blades of gas-turbine engine made of titanium alloy from abrasive dust erosion
RU2533223C1 (en) Method for gas turbine blade processing
RU2355829C2 (en) Method of electrolytic-plasma polishing of metals works
Vignesh et al. Response optimisation in wire electrical discharge machining of AISI H11 tool steel using Taguchi-GRA approach
RU2552203C2 (en) Method of grinding parts made from titanium alloys
Fayazfar et al. An overview of surface roughness enhancement of additively manufactured metal parts: a path towards removing the post-print bottleneck for complex geometries
RU2706263C1 (en) Method of electrolytic-plasma polishing of articles from titanium and iron-chromium-nickel alloys
RU2655563C1 (en) Method of the gas turbine engine blisk from titanium alloys protecting against dust abrasion erosion
Xin et al. Corrosion and wear properties of micro-arc oxidation treated Ti6Al4V alloy prepared by selective electron beam melting
RU2467098C1 (en) Method of plasma-electrolytic removal of coatings from titanium nitrides or those of compounds of titanium with metals
RU2357019C2 (en) Method of electrolyte-plasma treatment of details
RU2495966C1 (en) Method of grinding parts made from titanium alloys
US20060137995A1 (en) Method for removal of metal from a workpiece
Zohoor et al. Effect of electrolyte type on electrochemical machining of 304 steel
RU2682265C1 (en) Method for hardening blades of monowheel made of titanium alloy
JP6869495B1 (en) Stainless steel structure with excellent hydrogen embrittlement and corrosion resistance and its manufacturing method
RU2355828C2 (en) Method of electrolyte-plasma treatment of details
RU2094546C1 (en) Process of removal of coat from metal backing
RU2693236C1 (en) Method of polishing blisk blades of gas turbine engine made of titanium alloys
RU2631573C1 (en) Method of applying multilayer ion-plasma coating on stamp engraving surface from heat-resistant nickel alloy
RU2805723C1 (en) Method for electrolyte-plasma removal of protective coating based on aluminum and nickel from surface of workpiece

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160514