RU2610658C2 - Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys - Google Patents
Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610658C2 RU2610658C2 RU2015132617A RU2015132617A RU2610658C2 RU 2610658 C2 RU2610658 C2 RU 2610658C2 RU 2015132617 A RU2015132617 A RU 2015132617A RU 2015132617 A RU2015132617 A RU 2015132617A RU 2610658 C2 RU2610658 C2 RU 2610658C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- disk
- deformation
- disc
- heat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
- B21K25/00—Uniting components to form integral members, e.g. turbine wheels and shafts, caulks with inserts, with or without shaping of the components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения изделий из жаропрочных титановых сплавов и никелевых сплавов, и может найти применение в авиационной промышленности, а также в энергетическом машиностроении в качестве метода получения заготовок рабочих ступеней компрессора и неохлаждаемой турбины газотурбинных двигателей (ГТД). The invention relates to metallurgy, in particular to methods for producing products from heat-resistant titanium alloys and nickel alloys, and may find application in the aviation industry, as well as in power engineering as a method for producing workpiece blanks for compressor stages and an uncooled turbine of gas turbine engines (GTE).
Составные заготовки типа «диск-диск» из жаропрочных титановых сплавов используются для изготовления рабочих ступеней компрессора ГТД конструкции «блиск». Конструкция «блиск» предусматривает изготовление дисков компрессора за счет неразъемного соединения диска и лопаток. При производстве изделий конструкции «блиск» из жаропрочных титановых и никелевых сплавов важнейшими научно-практическими задачами являются получение регламентированной структуры, фазового состава, высокого и стабильного уровня механических и эксплуатационных свойств в различных зонах заготовок. При этом структура диска и лопаток различна. Пластинчатая рекристаллизованная структура диска должна обеспечивать высокие значения вязкости разрушения, а глобулярная или бимодальная структура лопаток - высокую усталостную прочность.Composite blanks of the "disk-disk" type made of heat-resistant titanium alloys are used for the manufacture of working stages of the GTE compressor of the Blisk design. The “blisk” design provides for the manufacture of compressor disks due to the integral connection of the disk and blades. In the manufacture of “blisk” construction products from heat-resistant titanium and nickel alloys, the most important scientific and practical tasks are to obtain a regulated structure, phase composition, high and stable level of mechanical and operational properties in various zones of the workpieces. Moreover, the structure of the disk and blades is different. The lamellar recrystallized structure of the disk should provide high values of fracture toughness, and the globular or bimodal structure of the blades should provide high fatigue strength.
Известен способ получения изделия конструкции «блиск», включающий отдельное изготовление диска и лопаток с оптимальной структурой и последующее их неразъемное соединение методом сварки в защитной атмосфере (патент US 5038014 A, B22F 3/105, 06.08.1991).A known method of obtaining products of construction "blisk", including the separate manufacture of a disk and blades with an optimal structure and their subsequent permanent connection by welding in a protective atmosphere (patent US 5038014 A, B22F 3/105, 08/06/1991).
Недостатками данного способа является то, что заготовка, изготовленная по известному способу, не является монолитной, что может привести к разрушению по границе раздела диска и лопатки. Известный способ также требует использования дорогостоящего сварочного оборудования.The disadvantages of this method is that the preform made by the known method is not monolithic, which can lead to destruction along the interface between the disk and the blade. The known method also requires the use of expensive welding equipment.
Известно изделие конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов, изготовленное способом, включающим обработку исходной заготовки деформацией в β-области со степенью деформации 20-40% в открытом штампе или термической обработкой в β-области в течение 1 часа, ускоренное охлаждение, нагрев до температура (α+β)-области, деформацию периферийной (лопаточной) зоны при температуре (α+β)-области со степенью деформации 20-40% с получением изделия с толщиной лопаточной зоны меньшей или равной толщине дисковой зоны заготовки и термическую обработку изделия (патент US 6110302 А, B21K 1/36, 29.08.2000).Known product design "blisk" of heat-resistant titanium alloys, manufactured by a method that includes processing the initial workpiece by deformation in the β-region with a degree of deformation of 20-40% in an open die or by heat treatment in the β-region for 1 hour, accelerated cooling, heating to the temperature of the (α + β) region, the deformation of the peripheral (scapular) zone at the temperature of the (α + β) region with a degree of deformation of 20–40% to obtain a product with a blade region thickness less than or equal to the thickness of the workpiece disk zone and heat treatment products (patent US 6110302 A, B21K 1/36, 08/29/2000).
Недостатками способа является то, что структура в дисковой и лопаточной зонах изделия «блиск» не является оптимальной. В дисковой зоне формируется очень крупная структура (в случае термической обработки при температурах β-области), что приводит к снижению пластичности материала. При обработке исходной заготовки деформацией в β-области формируется структура с вытянутыми границами зерен, ориентированными в направлении наиболее вероятного распространения трещины, снижающая вязкость разрушения.The disadvantages of this method is that the structure in the disk and blade areas of the product "blisk" is not optimal. A very large structure is formed in the disk zone (in the case of heat treatment at β-region temperatures), which leads to a decrease in the ductility of the material. When processing the initial workpiece by deformation in the β-region, a structure is formed with elongated grain boundaries oriented in the direction of the most probable crack propagation, which reduces the fracture toughness.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения конструкции «блиск» из сплава жаропрочного титанового сплава ВТ25У методом раздельного изготовления дисковой зоны и лопаток и последующее их диффузионное сращивание методом горячего изостатического прессования (ГИП).Closest to the proposed invention is a method of obtaining a design "blisk" from an alloy of heat-resistant titanium alloy VT25U by the method of separate manufacture of a disk zone and blades and their subsequent diffusion splicing by hot isostatic pressing (GUI).
Технологический процесс включает:The technological process includes:
- получение центральной (дисковой) зоны и лопаток штамповкой и механической обработкой;- obtaining a central (disk) zone and blades by stamping and machining;
- изготовление капсулы и закладных элементов методом точного литья;- manufacture of capsules and embedded elements by precision casting;
- монтирование в капсулу центральной дисковой зоны и закладных элементов- mounting in the capsule of the central disk zone and embedded elements
- засыпку гранул в ободную часть диска;- filling granules into the rim of the disk;
- вибрационное уплотнение гранул, вакуумирование и герметизацию капсулы электронно-лучевой сваркой;- vibrational compaction of granules, evacuation and sealing of the capsule by electron beam welding;
- уплотнение в газостате;- seal in the gas bath;
- удаление капсулы и вытравливание закладных элементов.- removal of the capsule and etching of the embedded elements.
(«Технология легких сплавов» №.2, ВИЛС, 2010, с. 59-66)("Technology of light alloys" No. 2, VILS, 2010, S. 59-66)
Изготовление конструкции «блиск» по данной технологии позволяет значительно повысить коэффициент использования металла (КИМ). Однако заготовка не является монолитной, что может привести к разрушению по границе раздела. Использование данного способа требует изготовления капсулы, закладных элементов и ее герметизации, что значительно повышает трудоемкость изготовления заготовок. Кроме того, технологический процесс является экологически вредным, так как требует вытравливания закладных элементов в агрессивных средах.Fabrication of the “blisk” design using this technology can significantly increase the metal utilization factor (CMM). However, the workpiece is not monolithic, which can lead to destruction along the interface. Using this method requires the manufacture of capsules, embedded elements and its sealing, which significantly increases the complexity of manufacturing blanks. In addition, the process is environmentally harmful, since it requires etching of embedded elements in aggressive environments.
Составные заготовки типа «диск-вал» из жаропрочных никелевых сплавов используются для изготовления заготовок дисков и рабочих колес турбины с развитой ступичной частью (валом). Изготовление монолитных деформированных заготовок типа «диск-вал» из жаропрочных никелевых сплавов является очень энергоемким и трудоемким процессом, требующим деформационного оборудования большой мощности, также отличающееся большим расходом основного материала и штамповой оснастки. Получение составной заготовки типа «диск-вал» путем диффузионного соединения «диска» и «вала» позволит снизить материальные и энергетические затраты.Composite blanks of the "disk-shaft" type from heat-resistant nickel alloys are used for the manufacture of blanks of disks and impellers of a turbine with a developed hub part (shaft). The production of monolithic deformed billets of the “disk-shaft” type from heat-resistant nickel alloys is a very energy-intensive and labor-intensive process, requiring large-capacity deformation equipment, also characterized by a large consumption of basic material and die tooling. Obtaining a composite blank of the "disk-shaft" type by means of the diffusion connection of the "disk" and "shaft" will reduce material and energy costs.
Известна полезная модель - биметаллическая заготовка для ротора компрессора газотурбинного двигателя, содержащая соединенные между собой горячим изостатическим прессованием части, одна из которых выполнена из сплава на основе никеля, другая часть выполнена из сплава на основе никеля, применимого для сварки, и в виде колец, расположенных на торцевых поверхностях (патент на полезную модель №100439, U1, B22F 5/00, 20.12.2010).A useful model is known - a bimetallic billet for a compressor rotor of a gas turbine engine, containing parts interconnected by hot isostatic pressing, one of which is made of nickel-based alloy, the other part is made of nickel-based alloy, suitable for welding, and in the form of rings located on end surfaces (utility model patent No. 100439, U1, B22F 5/00, 12/20/2010).
Изготовление конструкции «блиск» данного типа позволяет значительно повысить КИМ. Недостатком данной модели является необходимость изготовления капсулы, закладных элементов и ее герметизации, что значительно повышает трудоемкость изготовления заготовок.Fabrication of the “blisk” design of this type can significantly increase the CMM. The disadvantage of this model is the need to manufacture capsules, embedded elements and its sealing, which significantly increases the complexity of manufacturing blanks.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных никелевых сплавов, включающий соединение жаропрочных никелевых сплавов с использованием ГИП. Способ основан на том, что основания лопаток соединяются вместе с помощью сварки, образуя непрерывное кольцо, а оставшийся объем диска формируется из металлического порошка с применением ГИП (патент ЕР 1586740 А2, В23Р 15/00, 19.10.2005).Closest to the proposed invention is a method of obtaining products design "blisk" of heat-resistant nickel alloys, including the connection of heat-resistant nickel alloys using GUI. The method is based on the fact that the base of the blades are joined together by welding, forming a continuous ring, and the remaining volume of the disk is formed from metal powder using GUI (patent EP 1586740 A2, B23P 15/00, 10/19/2005).
Недостатками данного способа является высокая трудоемкость изготовления заготовок и недостаточная надежность сварных соединений.The disadvantages of this method is the high complexity of the manufacture of blanks and the lack of reliability of welded joints.
Технической задачей предлагаемого изобретения является изготовление составных заготовок типа «диск-диск» и «диск-вал» для рабочих ступеней ротора компрессора конструкции «блиск».The technical task of the invention is the manufacture of composite blanks of the type "disk-disk" and "disk-shaft" for the working stages of the compressor rotor design "blisk".
Техническим результатом является повышение КИМ, а также упрощение процесса изготовления за счет снижения времени и энергетических затрат на его проведение.The technical result is to increase the CMM, as well as simplifying the manufacturing process by reducing the time and energy costs of its implementation.
Технический результат достигается способом получения составной заготовки типа «диск-вал» из жаропрочных никелевых сплавов, включающим изготовление частей составных заготовок с предварительно подготовленной структурой, предварительное соединение составных частей, изотермическую деформацию составной заготовки, горячее изостатическое прессование и термическую обработку составной заготовки, при этом предварительное соединение составных частей осуществляется методом вакуумной пайки, а изотермическая деформация осуществляется на воздухе с суммарной степенью деформации не менее 50%.The technical result is achieved by the method of producing a composite workpiece of the "disk-shaft" type from heat-resistant nickel alloys, including the manufacture of parts of composite workpieces with a pre-prepared structure, preliminary joining of the component parts, isothermal deformation of the composite workpiece, hot isostatic pressing and heat treatment of the composite workpiece, while preliminary the connection of the components is carried out by vacuum soldering, and isothermal deformation is carried out in air with a total degree of deformation of at least 50%.
Предпочтительно, при изотермической деформации составной заготовки используется выдержка под нагрузкой для более полного протекания диффузионных процессов.Preferably, during isothermal deformation of the composite preform, exposure under load is used to more fully diffuse processes.
Предпочтительно, перед соединением частей составной заготовки типа «диск-вал» используется предварительное деформационное упрочнение соединяемых поверхностей.Preferably, prior to joining the parts of the composite disk-shaft preform, pre-strain hardening of the surfaces to be joined is used.
Предпочтительно, поверхности соединения частей составной заготовки имеют выступы и впадины.Preferably, the joining surfaces of the parts of the composite preform have protrusions and depressions.
Составные заготовки типа «диск-диск» изготавливаются с использованием в качестве материала центральной (дисковой) части жаропрочного титанового сплава марки ВТ8, в качестве материала для периферийной (лопаточной) части - жаропрочного титанового сплава марки ВТ8М-1.Composite blanks of the "disk-disk" type are made using the central (disk) part of the heat-resistant titanium alloy of the VT8 brand as the material for the peripheral (blade) part of the heat-resistant titanium alloy of the VT8M-1 brand.
Для формирования требуемой структуры дисковой и лопаточной частей составной заготовки типа «диск-диск» исходные заготовки из сплавов марок ВТ8 и ВТ8М-1 подверглись всесторонней ковке в (α+β)-области при температуре деформации от (Тпп - 30) до (Тпп - 50)°С, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Суммарная степень деформации при всесторонней ковке в (α+β)-области должна быть не менее 50%, т.к. степень деформации при термомеханической обработке влияет на однородность структуры сплавов после деформации. Получение оптимального типа структуры достигается при степени деформации в интервале 50-80%. Поковки после всесторонней ковки заготовки охлаждаются на воздухе.To form the required structure of the disk and blade parts of a disk-disk composite billet, the initial billets of alloys of the VT8 and VT8M-1 grades were subjected to comprehensive forging in the (α + β) -region at a deformation temperature from (TPP - 30) to (TPP - 50) ° C, where TPP is the temperature of the polymorphic transformation of the alloy. The total degree of deformation during comprehensive forging in the (α + β) region should be at least 50%, because the degree of deformation during thermomechanical processing affects the uniformity of the structure of alloys after deformation. Obtaining the optimal type of structure is achieved with a degree of deformation in the range of 50-80%. Forgings after comprehensive forging of the workpiece are cooled in air.
Предварительное соединение заготовок пайкой производится в вакуумной печи электросопротивления типа СНВЭ-2.4.2/16. Для пайки составных заготовок типа «диск-диск» из сплавов ВТ8-ВТ8М-1 использовали припой ВПр16. Паяное соединение должно быть сплошным, не иметь непропаев. Качество пайки и наличие непропаев оценивается визуально.Preliminary connection of the workpieces by soldering is carried out in a vacuum furnace of electrical resistance type SNVE-2.4.2 / 16. To solder composite blanks of the "disk-disk" type from VT8-VT8M-1 alloys, VPr16 solder was used. The soldered joint should be solid, not have non-solders. The quality of soldering and the presence of non-solders is assessed visually.
Исследования микроструктуры образцов, изготовленных из зоны соединения составной заготовки типа «диск-диск», показали, что в зоне соединения была сформирована дифференцированная структура. В дисковой части сформирована структура с полностью рекристаллизованной β-фазой и пластинчатой морфологией выделений низкотемпературной α-фазы, обеспечивающая повышенные значения вязкости разрушения, сопротивления малоцикловой усталости и ползучести, в лопаточной части составной заготовки (сплав ВТ8М-1) сформирована структура с глобулярно-пластинчатой морфологией выделений α-фазы, обеспечивающая повышенные значения многоцикловой усталости и сопротивления ползучести. Таким образом, предложенный способ получения заготовок «блисков» позволяет получить заготовки с оптимизированной структурой в дисковой и лопаточной зонах заготовки.Studies of the microstructure of samples made from the joint zone of a composite workpiece of the "disk-disk" type showed that a differentiated structure was formed in the joint zone. In the disk part, a structure with a fully recrystallized β-phase and lamellar morphology of low-temperature α-phase precipitates is formed, providing increased values of fracture toughness, low-cycle fatigue and creep resistance, and a structure with globular-lamellar morphology is formed in the scapular part of the composite billet (VT8M-1 alloy) α-phase precipitation, providing increased values of multi-cycle fatigue and creep resistance. Thus, the proposed method for producing blanks "blisk" allows you to get blanks with an optimized structure in the disk and blade zones of the workpiece.
Составные заготовки типа «диск-вал» изготавливаются из жаропрочных никелевых сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД путем соединения составных частей из одноименных сплавов.Compound blanks of the "disk-shaft" type are made of heat-resistant nickel alloys EP742-ID and EP975-ID by combining components from the same alloys.
Для формирования требуемой структуры вала и диска составной заготовки типа «диск-вал» исходные заготовки из сплавов марки ЭП742-ИД и ЭП975-ИД подвергаются всесторонней ковке со степенью деформации не менее 50% при температуре ниже температуры полного растворения γ' фазы.To form the required structure of the shaft and disk of a composite workpiece of the “disk-shaft” type, the initial workpieces from alloys of the EP742-ID and EP975-ID alloys are subjected to comprehensive forging with a degree of deformation of at least 50% at a temperature below the complete dissolution temperature of the γ 'phase.
Предварительное соединение заготовок пайкой производится в вакуумной печи электросопротивления типа СНВЭ-2.4.2/16. Для пайки составных заготовок типа «диск-вал» использовали припой ВПр27, а для заготовок из сплава ЭП742-ИД припой ВПр56. Паяное соединение должно быть сплошным, не иметь непропаев. Качество пайки и наличие непропаев оценивается визуально.Preliminary connection of the workpieces by soldering is carried out in a vacuum furnace of electrical resistance type SNVE-2.4.2 / 16. For the soldering of composite blanks of the "disk-shaft" type, VPr27 solder was used, and for workpieces from EP742-ID alloy, VPr56 solder was used. The soldered joint should be solid, not have non-solders. The quality of soldering and the presence of non-solders is assessed visually.
Деформация составных заготовок производится на гидравлических прессах типа ПА2638 и ПА2642 в закрытом контейнере. Высота и диаметр контейнера должны обеспечивать деформацию составных заготовок по высоте со степенью деформации не менее 50%. Для защиты материалов от окисления в процессе нагрева и деформации на поверхность составных заготовок наносится защитное технологическое покрытие (ЗТП) на основе стеклоэмали. В процессе деформации составной заготовки металл должен доходить до боковых стенок закрытого контейнера. Составные заготовки после деформации охлаждаются на воздухе.Compound billets are deformed on hydraulic presses of the type PA2638 and PA2642 in a closed container. The height and diameter of the container must ensure the deformation of the composite workpieces in height with a degree of deformation of at least 50%. To protect materials from oxidation during heating and deformation, a protective technological coating (ZTP) based on glass enamel is applied to the surface of composite billets. In the process of deformation of the composite billet, the metal should reach the side walls of the closed container. Composite workpieces after deformation are cooled in air.
Для окончательного диффузионного соединения составных заготовок типа «диск-диск» из жаропрочных титановых сплавов и заготовок типа «диск-вал» из жаропрочных никелевых сплавов после изотермической штамповки составных заготовок проводится горячее изостатическое прессование заготовок.For the final diffusion bonding of composite disc-to-disk blanks of heat-resistant titanium alloys and disk-shaft blanks of heat-resistant nickel alloys, isothermal pressing of the blanks is carried out after isothermal stamping of the blanks.
Перед горячим изостатическим прессованием проводится пескоструйная обработка составных заготовок. Пескоструйная обработка должна обеспечить полное удаление остатков ЗТП с поверхности заготовок. Наличие остатков ЗТП на поверхности составных заготовок после пескоструйной обработки определяется визуально.Before hot isostatic pressing, sandblasting of composite blanks is carried out. Sandblasting should ensure the complete removal of residues of ZTP from the surface of the workpieces. The presence of ZTP residues on the surface of composite preforms after sandblasting is determined visually.
Пескоструйная обработка проводится с целью не загрязнить газостат для горячего изостатического прессования и поэтому не является принципиально важной технологической операцией.Sandblasting is carried out in order not to contaminate the gas thermostat for hot isostatic pressing and therefore is not a fundamentally important technological operation.
Для протекания диффузионных процессов и снижения вероятности роста зерна проводили диффузионную сварку методом ГИП. Протекание основных диффузионных процессов при диффузионном соединении однородных и разнородных материалов осуществляется в течение 2-3 часов.To proceed diffusion processes and reduce the likelihood of grain growth, diffusion welding was performed by the ISU method. The course of the main diffusion processes in the diffusion connection of homogeneous and dissimilar materials is carried out within 2-3 hours.
Из полотна штамповки изготовлены образцы для исследования микроструктуры и механических свойств в зоне соединения.Samples for studying the microstructure and mechanical properties in the joint zone were made from the stamping web.
Исследование микроструктуры зон соединения составных заготовок типа «диск-вал» из сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД после термической обработки показали, что в дисковой части и валу сформирована регламентированная структура с размером зерна, соответствующим 3-4 баллу со значительным количеством у' фазы. Структура материалов в зонах соединения соответствует типичной структуре сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД для заготовок дисков ГТД.The study of the microstructure of the zones of the connection of composite blanks of the disk-shaft type from EP742-ID and EP975-ID alloys after heat treatment showed that a regulated structure with a grain size corresponding to 3-4 points with a significant amount of the y 'phase was formed in the disk part and shaft . The structure of the materials in the connection zones corresponds to the typical structure of EP742-ID and EP975-ID alloys for blanks of gas turbine engines.
Результаты испытаний образцов из зоны соединения частей составной заготовки типа «диск-диск» показали, что кратковременная прочность зоны соединения соответствует кратковременной прочности сплавов ВТ8 и ВТ8М-1, разрушение образцов происходило вне зоны соединения по участку сплава ВТ8М-1.The test results of samples from the joint zone of parts of a composite workpiece of the “disk-disk” type showed that the short-term strength of the joint zone corresponds to the short-term strength of the VT8 and VT8M-1 alloys, the destruction of the samples occurred outside the joint zone along the VT8M-1 alloy site.
Механические свойства зоны соединения составной заготовки типа «диск-вал» из сплава ЭП742-ИД в целом соответствуют механическим свойствам сплава ЭП742-ИД. Прочность зоны соединения составной заготовки типа «диск-вал» из сплава ЭП975-ИД составляет 80% от прочности сплава ЭП975-ИД. Характеристики пластичности при растяжении образцов из зон соединения составных заготовок из сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД меньше характеристик пластичности при растяжении монолитных образцов из сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД.The mechanical properties of the joint zone of the composite disk-shaft preform of EP742-ID alloy generally correspond to the mechanical properties of the EP742-ID alloy. The strength of the joint zone of a composite blank of the "disk-shaft" type from EP975-ID alloy is 80% of the strength of the EP975-ID alloy. The plasticity characteristics when tensile samples from the zones of joining of composite workpieces from EP742-ID and EP975-ID alloys are less than the plasticity characteristics when tensile samples of monolithic samples from EP742-ID and EP975-ID alloys are stretched.
Разработанная технология изготовления составных заготовок типа «диск-диск» и «диск-вал» для рабочих ступеней компрессора и неохлаждаемой турбины обеспечивает снижение трудоемкости изготовления полуфабрикатов на 20-25% и повышение КИМ на 30-50% в зависимости от геометрических размеров заготовок.The developed technology for manufacturing composite blanks of the “disk-disk” and “disk-shaft” type for the working stages of the compressor and uncooled turbine provides a 20-25% reduction in the complexity of manufacturing semi-finished products and an increase in CMM by 30-50% depending on the geometric dimensions of the blanks.
Таким образом, предлагаемый способ получения заготовок изделий конструкции «блиск» и дисковых заготовок с развитой ступичной частью - валом позволяет повысить КИМ, а также упростить процесс изготовления, снизив время и энергетические затраты на его проведение.Thus, the proposed method of obtaining blanks of products of construction "blisk" and disk blanks with a developed hub part - shaft allows you to increase the CMM, as well as to simplify the manufacturing process, reducing time and energy costs for its implementation.
Примеры использования:Examples of using:
- рабочая ступень компрессора низкого давления ГТД конструкции «блиск»;- the working stage of the low-pressure compressor of the gas turbine engine of the Blisk design;
- рабочая ступень радиальной неохлаждаемой турбины малогабаритных ГТД и газотурбинных установок (ГТУ).- the working stage of the radial uncooled turbine of small-sized gas turbine engines and gas turbine units (GTU).
Примеры осуществленияExamples of implementation
Пример 1.Example 1
Для осуществления способа выбраны жаропрочные титановые сплавы ВТ8 и ВТ8М-1, из которых изготовлена составная заготовка типа «диск-диск» диаметром 220 мм.To implement the method, heat-resistant titanium alloys VT8 and VT8M-1 were selected, of which a composite workpiece of the "disk-disk" type with a diameter of 220 mm was made.
В качестве исходной заготовки использовали деформированный пруток из сплава ВТ8 диаметром 150 мм и деформированный пруток из сплава ВТ8М-1 диаметром 150 мм, из которых изготавливались внешняя и внутренняя часть заготовки типа «диск-диск».As the initial billet, a deformed bar of VT8 alloy with a diameter of 150 mm and a deformed bar of VT8M-1 alloy with a diameter of 150 mm were used, from which the outer and inner part of the disk-disk billet were made.
Прутки подвергались всесторонней ковке в (α+β)-области, суммарная деформация составляла не менее 50%.The rods were subjected to comprehensive forging in the (α + β) -region, the total deformation was not less than 50%.
Перед изотермической деформацией проводилось предварительное соединение заготовок вакуумной пайкой с применением припоя марки ВПр16. Изотермическая деформация проводилась на прессе усилием 630 тс, оснащенном нагревательной установкой, обеспечивающей нагрев штамповой оснастки до температуры, соответствующей температуре нагрева составной заготовки. Деформация проводилась в закрытом контейнере со скоростью 0,5-1 мм/сек, усилие 300 тс. Время выдержки под усилием 300 тс - 40 сек. В процессе деформации составной заготовки металл доходил до боковых стенок закрытого контейнера. Составные заготовки после деформации охлаждались на воздухе.Before isothermal deformation, the preforms were pre-bonded with vacuum brazing using VPr16 grade solder. Isothermal deformation was carried out on a press with a force of 630 ton-force, equipped with a heating unit that heated the die tooling to a temperature corresponding to the heating temperature of the composite billet. The deformation was carried out in a closed container with a speed of 0.5-1 mm / s, a force of 300 tf. Holding time under a force of 300 tf - 40 sec. During the deformation of the composite billet, the metal reached the side walls of the closed container. Composite preforms after deformation were cooled in air.
Для окончательного диффузионного соединения составных заготовок типа «диск-диск» проводилось горячее изостатическое прессование заготовок. ГИП проводилось при давлении (120±10) МПа и выдержке при рабочем режиме в течение 3 ч.For the final diffusion bonding of composite disc-to-disk blanks, hot isostatic pressing of the blanks was carried out. The ISU was carried out at a pressure of (120 ± 10) MPa and holding at operating conditions for 3 hours.
В дисковой части сформирована структура с полностью рекристаллизованной β-фазой и пластинчатой морфологией выделений низкотемпературной α-фазы.In the disk part, a structure with a completely recrystallized β-phase and lamellar morphology of the precipitates of the low-temperature α-phase is formed.
В лопаточной части составной заготовки сформирована структура с глобулярно-пластинчатой морфологией выделений α-фазы.A structure with a globular-lamellar morphology of α-phase precipitates is formed in the scapular part of the composite preform.
Механические свойства полученной составной заготовки из сплавов ВТ8-ВТ8М-1 после стандартной термической обработки представлены в таблице 1.The mechanical properties of the obtained composite billets from VT8-VT8M-1 alloys after standard heat treatment are presented in table 1.
Примеры 2 и 3 для составных заготовок типа сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД были выполнены по аналогичной технологической схеме, что и в примере 1.Examples 2 and 3 for composite workpieces such as alloys EP742-ID and EP975-ID were performed according to a similar technological scheme as in example 1.
В качестве исходных заготовок использовались прессованные прутки диаметром 150 мм.Pressed rods with a diameter of 150 mm were used as initial blanks.
Составные заготовки типа «диск-вал» из никелевого сплава ЭП742-ИД и никелевого сплава ЭП975-ИД подвергались всесторонней ковке при температуре ниже температуры полного растворения γ' фазы.Compound blanks of the "disk-shaft" type made of the EP742-ID nickel alloy and the EP975-ID nickel alloy were subjected to comprehensive forging at a temperature below the complete dissolution temperature of the γ 'phase.
Для вакуумной пайки составных заготовок из сплава ЭП742-ИД использовался припой марки ВПр27, для заготовок из сплава ЭП975-ИД - припой ВПр56. Для соединения заготовок из сплава ЭП975-ИД также использовали метод лазерной сварки в вакууме.For vacuum brazing of composite preforms from EP742-ID alloy, solder grade ВПр27 was used, for workpieces from alloy EP975-ИД - solder ВПр56 was used. The method of laser welding in vacuum was also used to connect the blanks from the EP975-ID alloy.
Изотермическую деформацию составных заготовок проводили на прессе усилием 630 тс, оснащенном нагревательной установкой, обеспечивающей нагрев штамповой оснастки до температуры, соответствующей температуре нагрева составной заготовки перед деформацией. Деформация проводилась в закрытом контейнере со скоростью деформации 0,5-1 мм/сек, усилием 430 тс. Время выдержки под усилием 430 тс - 60 сек.The isothermal deformation of composite preforms was carried out on a press with a force of 630 tf, equipped with a heating unit that heated the die tool to a temperature corresponding to the heating temperature of the composite preform before deformation. The deformation was carried out in a closed container with a strain rate of 0.5-1 mm / s, a force of 430 tf. The exposure time under a force of 430 tf - 60 sec.
ГИП проводили при давлении (150±10) МПа с выдержкой при рабочем режиме в течение 3 ч.The ISU was carried out at a pressure of (150 ± 10) MPa with exposure at the operating mode for 3 hours.
Была получена структура с размером зерна, соответствующим 3-4 баллу со значительным количеством γ' фазы.A structure was obtained with a grain size corresponding to 3-4 points with a significant amount of γ 'phase.
Механические свойства полученных составных заготовок типа «диск-вал» из сплавов ЭП742-ИД и ЭП975-ИД после стандартной термической обработки представлены в таблице 1.The mechanical properties of the obtained composite blanks of the "disk-shaft" type from EP742-ID and EP975-ID alloys after standard heat treatment are presented in Table 1.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132617A RU2610658C2 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132617A RU2610658C2 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015132617A RU2015132617A (en) | 2017-02-09 |
| RU2610658C2 true RU2610658C2 (en) | 2017-02-14 |
Family
ID=58453622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015132617A RU2610658C2 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2610658C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689837C1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-05-29 | АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method for diffusion welding of heat-resistant nickel alloy |
| RU2706925C1 (en) * | 2019-04-11 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) | Method for manufacturing a composite workpiece of "disc-shaft" type from heat-resistant alloys |
| RU2766654C1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller |
| RU2799458C1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-07-05 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Method for making products from granules made from nickel-based alloys or from titanium-based alloys |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1533138A1 (en) * | 1986-12-19 | 1995-02-27 | И.Л. Ровенский | Gas turbine rotors production method |
| RU2196672C1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making rotor of gas turbine engine |
| EP1586740A2 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Rolls Royce Plc | Turbine blisk |
-
2015
- 2015-08-05 RU RU2015132617A patent/RU2610658C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1533138A1 (en) * | 1986-12-19 | 1995-02-27 | И.Л. Ровенский | Gas turbine rotors production method |
| RU2196672C1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Method for making rotor of gas turbine engine |
| EP1586740A2 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-19 | Rolls Royce Plc | Turbine blisk |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689837C1 (en) * | 2018-12-04 | 2019-05-29 | АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method for diffusion welding of heat-resistant nickel alloy |
| RU2706925C1 (en) * | 2019-04-11 | 2019-11-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) | Method for manufacturing a composite workpiece of "disc-shaft" type from heat-resistant alloys |
| RU2766654C1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller |
| RU2799458C1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-07-05 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Method for making products from granules made from nickel-based alloys or from titanium-based alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015132617A (en) | 2017-02-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111235506B (en) | Thermal processing technology of TC25G titanium alloy forging | |
| CN107427896B (en) | The manufacturing method of Ni base superalloy | |
| CN104588997B (en) | A kind of method that nearly isothermal die forging process prepares TiAl alloy component | |
| EP2659993B1 (en) | Closed-die forging method and method of manufacturing forged article | |
| RU2291019C2 (en) | Method of manufacture of article by superplastic moulding and diffusion welding | |
| US20180216626A1 (en) | Aluminum brazing of hollow titanium fan blades | |
| CN112296602B (en) | Manufacturing method of double-alloy double-structure titanium alloy blisk | |
| JP2009056512A (en) | Method and related apparatus for joining dissimilar metals | |
| JPH0818146B2 (en) | Method of manufacturing a unitary body in which different metals are joined | |
| US7560065B2 (en) | Method and system for manufacturing of multi-component complex shape parts consisting of monolithic and powder materials working at different performance conditions | |
| CN112247043A (en) | Ti2Preparation process of AlNb-based alloy forging | |
| RU2610658C2 (en) | Method of manufacturing composite workpieces of disc-disc and disc-shaft type out of heat-resistant titanium and nickel alloys | |
| CN105385869A (en) | Manufacturing method for high-niobium TiAl system intermetallic compound and TC4 titanium alloy composite component | |
| JP2008229680A (en) | PROCESS FOR PRODUCING MOLDED PRODUCT OF TiAl-BASED ALLOY | |
| CN110508735B (en) | Increment constraint multidirectional forging method for silicon carbide whisker reinforced aluminum matrix composite | |
| EP3351651B1 (en) | Turbine rotor blade manufacturing method | |
| US20150211372A1 (en) | Hot isostatic pressing to heal weld cracks | |
| JPH03174938A (en) | Method for hot forging ni base super heat-resistant alloy | |
| US20050142023A1 (en) | Apparatus and a method of manufacturing an article by consolidating powder material | |
| EP2283952A2 (en) | Powder metal mold | |
| US10583521B2 (en) | Method for producing a blade for a turbomachine | |
| US20090159162A1 (en) | Methods for improving mechanical properties of a beta processed titanium alloy article | |
| JP6410135B2 (en) | Hot forging die | |
| JP6185347B2 (en) | Intermediate material for splitting Ni-base superheat-resistant alloy and method for producing the same, and method for producing Ni-base superheat-resistant alloy | |
| RU209367U1 (en) | MONOBLOCK BLANK BLISK |