RU2640692C1 - Method of producing of hollow blade for gas turbine engine - Google Patents
Method of producing of hollow blade for gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2640692C1 RU2640692C1 RU2016126872A RU2016126872A RU2640692C1 RU 2640692 C1 RU2640692 C1 RU 2640692C1 RU 2016126872 A RU2016126872 A RU 2016126872A RU 2016126872 A RU2016126872 A RU 2016126872A RU 2640692 C1 RU2640692 C1 RU 2640692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blanks
- temperature
- bag
- aggregate
- diffusion welding
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя (ГТД), состоящей из обшивок и заполнителя, выполненных из титанового сплава. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и заполнителя и сверхпластической формовки для образования полого пера и ребер жесткости.The invention relates to the field of metal forming and can be used for the manufacture of a hollow fan blade of a gas turbine engine (GTE), consisting of casing and aggregate made of titanium alloy. The method involves the use of diffusion welding to connect the skin and aggregate and superplastic molding to form a hollow pen and stiffeners.
В настоящее время для изготовления полых лопаток турбомашин все чаще используются исходные заготовки из материалов с мелкозернистой структурой: субмикрокристаллической (СМК) или нанокристаллической (НК) структурой [1, Валиахметов О.Р. и др. Использование наноструктурных материалов и нанотехнологий для создания полых конструкций // Российские нанотехнологии. 2010. Т. 5. 1-2 С. 56-65]. Использование заготовок с СМК или НК структурой позволяет улучшить эксплуатационные характеристики деталей ГТД. В частности, эксплуатационные характеристики полых лопаток ГТД определяются качеством соединения заполнителя с обшивками, полученного диффузионной сваркой. Использование, по крайней мере, заготовки заполнителя с НК или СМК структурой позволяет значительно повысить качество соединения заполнителя с обшивками. В настоящее время размер зерен в заготовке заполнителя варьируется в пределах 5…10 мкм [2. Иноземцев А.А. О программе создания авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения для семейства самолетов МС-21 // Вестник Пермского научного центра. 2010. 4. С. 28-46].Currently, for the manufacture of hollow blades of turbomachines, the initial blanks from materials with a fine-grained structure are increasingly used: submicrocrystalline (SMC) or nanocrystalline (NC) structure [1, Valiakhmetov OR et al. Use of nanostructured materials and nanotechnologies for creating hollow structures // Russian Nanotechnologies. 2010. T. 5. 1-2 S. 56-65]. The use of blanks with a QMS or NK structure can improve the operational characteristics of gas turbine engine parts. In particular, the operational characteristics of the hollow GTE blades are determined by the quality of the connection of the filler with the casing obtained by diffusion welding. The use of at least a filler blank with NK or SMK structure can significantly improve the quality of the connection of the filler with skins. Currently, the grain size in the workpiece aggregate varies in the range of 5 ... 10 microns [2. Inozemtsev A.A. On the program for the creation of fifth-generation aviation gas turbine engines for the MS-21 family of aircraft // Bulletin of the Perm Scientific Center. 2010. 4. S. 28-46].
Известен способ изготовления лопатки, включающий штамповку пластин заданного профиля и различной длины, их наложение одна на другую, соединение их между собой фигурными перемычками с формированием пакета пластин и заточкой кромок (АС СССР 178932 "Рабочая лопатка осевого компрессора" МПК F04D 29/38, 1966 г.).A known method of manufacturing a blade, including stamping plates of a given profile and various lengths, stacking them one on top of another, connecting them together with curly jumpers with the formation of a package of plates and sharpening the edges (AS USSR 178932 "Working blade of an axial compressor" IPC F04D 29/38, 1966 g.).
Известен также способ изготовления полой лопатки турбомашины, заключающийся в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам заданного профиля и размеров, фиксации элементов спинки и корыта, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом (Патент РФ 2229035, МПК F04D 29/38. Способ изготовления лопатки компрессора, 2004 г.). Применяемый для изготовления лопаток метод диффузионной сварки в вакууме позволяет получать качественные соединения. С применением этого вида сварки изготавливают, например, рабочие колеса турбокомпрессоров из хромоникелевой стали диаметром 460 мм. Кроме того, диффузионная сварка позволяет сваривать однородные и разнородные сплавы и металлокерамические материалы. Преимуществом диффузионной сварки является и возможность сваривать тугоплавкие материалы и материалы, которые, как правило, невозможно соединять другими способами.There is also known a method of manufacturing a hollow blade of a turbomachine, which consists in the formation of the elements of the back and trough of the blade by giving the plates a predetermined profile and dimensions, fixing the elements of the back and trough, providing the specified profile and dimensions of the blade and their subsequent one-piece connection with each other (RF Patent 2229035, IPC F04D 29/38, Method for manufacturing a compressor blade, 2004). The diffusion welding method used in the manufacture of blades in vacuum allows to obtain high-quality joints. Using this type of welding, for example, the impellers of turbochargers of chromium-nickel steel with a diameter of 460 mm are made. In addition, diffusion welding allows you to weld homogeneous and heterogeneous alloys and cermet materials. The advantage of diffusion welding is the ability to weld refractory materials and materials, which, as a rule, cannot be combined in other ways.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления полой вентиляторной лопатки газотурбинного двигателя (Европейский Патент №0568201, B21D 53/78, 1993), состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя, с использованием диффузионной сварки для соединения обшивок и заполнителя и сверхпластической формовки для образования полого пера и ребер жесткости, заключающийся в том, что в отмеченной ниже последовательности выполняют операции, согласно которым на поверхность участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят покрытие, препятствующее соединению, собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет, герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки, по крайней мере, одной трубки, подсоединяют трубку к пакету, полости пакета последовательно вакуумируют и заполняют инертным газом для удаления из полостей пакета кислорода, нагревают пакет до температуры, необходимой для испарения из покрытия, препятствующего соединению, связующего вещества, продолжая вакуумирование пакета, полностью герметизируют пакет посредством герметизации трубки, нагревают пакет до температуры диффузионной сварки, прикладывают к пакету давление и осуществляют диффузионную сварку заготовок, затем придают цельной конструкционной заготовке, полученной после сварки, аэродинамический профиль, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки, посредством горячей деформации, затем подают в ее полости рабочую среду для осуществления операции разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием, образующуюся при диффузионной сварке на участках, не подвергаемых соединению, посредством создания в полости давления, достаточного для упругой деформации заготовок, затем нагревают цельную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки, подают в ее полости рабочую среду для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки, и осуществляют сверхпластическую формовку до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing a hollow fan blade of a gas turbine engine (European Patent No. 0568201, B21D 53/78, 1993), consisting of casing and aggregate made of titanium alloy, using diffusion welding to connect the casing and aggregate and superplastic molding for the formation of a hollow pen and stiffening ribs, which consists in the fact that in the sequence indicated below, operations are performed according to which ok skin and / or filler blanks that are not subjected to diffusion welding, apply a coating that impedes joining, collect blanks of shell and filler in a bag, seal the bag at the edges, excluding the installation location of at least one tube, connect the tube to the bag, the bag’s cavities are successively evacuated and filled with an inert gas to remove oxygen from the bag’s cavities, the bag is heated to the temperature necessary for evaporation of the binder, By continuing to evacuate the bag, the bag is completely sealed by sealing the tube, the bag is heated to the temperature of diffusion welding, pressure is applied to the bag and diffusion welding of the workpieces is carried out, then the aerodynamic profile, including the formation of the trough and back of the blade and the twisting of the pen, is applied the blades, by means of hot deformation, are then fed into its cavity a working medium for the operation of breaking the adhesive bond between the workpieces and sheathing and filler and a protective coating formed during diffusion welding in areas that are not subject to connection by creating a pressure in the cavity sufficient for the elastic deformation of the workpieces, then the whole structural workpiece is heated to a superplastic forming temperature, a working medium is applied to create pressure in its cavity necessary for superplastic molding, and carry out superplastic molding to obtain a hollow feather blade and the formation of stiffeners.
Недостатком существующих способов изготовления полых лопаток является недостаточное высокое качество соединения заполнителя с обшивками, полученного диффузионной сваркой.A disadvantage of existing methods for manufacturing hollow blades is the insufficient high quality of the connection of the filler with the casing obtained by diffusion welding.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных свойств полой лопатки за счет обеспечения качества соединения заполнителя с обшивками, полученного диффузионной сваркой.The objective of the invention is to increase the operational properties of a hollow blade due to the quality of the connection of the filler with the casing obtained by diffusion welding.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя, включающего нанесение антиадгезионного покрытия на поверхность участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, сборку заготовки обшивок и заполнителя в пакет, герметизацию пакета по кромкам, приварку трубки к пакету с обеспечением возможности доступа газа во внутреннюю полость пакета, вакуумирование полости пакета при его нагреве, обеспечивающем удаление кислорода, полную герметизацию пакета посредством герметизации трубки, нагрев пакета до температуры диффузионной сварки, приложение к пакету давления и осуществление диффузионной сварки заготовок, осуществление разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и антиадгезионным покрытием, нагрев пакета и его горячую деформацию, обеспечивающую получение аэродинамического профиля, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки, нагрев пакета до температуры сверхпластической формовки, подачу в ее полость рабочей среды для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки, и сверхпластическая формовка до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости, в отличие от прототипа, используют трехслойные заготовки обшивок и/или заполнителя, причем внешние слои заготовок выполняют из титанового сплава с размером зерен менее 0,8 мкм, а внутренние с размером зерен от 1 мкм до 8 мкм, при этом возможно использование следующих вариантов: диффузионную сварку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа, близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности заготовки заполнителя скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми заготовками обшивок и заполнителя, а второй этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития объемного взаимодействия соединяемых заготовок, первый этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 650-700°C в течение 30 мин, второй этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 900-950°C в течение 2 ч.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing a hollow blade of a gas turbine engine, consisting of claddings made of titanium alloy and a filler, including applying a release coating on the surface of sections of cladding blanks and / or filler blanks that are not subjected to diffusion welding, assembly of the blank casing and filler in the package, sealing the package along the edges, welding the tube to the package with the possibility of access of gas into the internal cavity of the package, evacuated the cavity of the package when it is heated, which ensures oxygen removal, complete sealing of the package by sealing the tube, heating the package to diffusion welding temperature, applying pressure to the package and performing diffusion welding of the workpieces, breaking the adhesive bond between the skin and filler workpieces and release coating, heating the package and its hot deformation, providing an aerodynamic profile, including the formation of the trough and back of the scapula and the twist of the feather of the scapula, heating chum to the temperature of superplastic molding, applying a working medium into its cavity to create the pressure necessary for superplastic molding, and superplastic molding to obtain a hollow feather of the blade and the formation of stiffeners, in contrast to the prototype, use three-layer blanks of skin and / or filler, and external the layers of the workpieces are made of titanium alloy with a grain size of less than 0.8 microns, and internal with a grain size of 1 micron to 8 microns, while the following options are possible: diffusion welding of exist in two stages, at the first stage pressure is applied at a temperature lower than the temperature of the second stage, close to the lower boundary of the temperature range, providing a deformation rate corresponding to the superplasticity of the aggregate preform, for a time sufficient to form a physical contact between the joined skin and aggregate preforms and the second stage is carried out at a temperature and for the time necessary for the development of the volumetric interaction of the connected workpieces, the first the diffusion welding step is carried out at a temperature of 650-700 ° C for 30 minutes, the second diffusion welding step is carried out at a temperature of 900-950 ° C for 2 hours
Обеспечение равнопрочности неразъемных соединений, полученных диффузионной сваркой, является одной из основных задач, связанных с повышением эксплуатационных свойств лопаток. Одним из перспективных направлений повышения эксплуатационных свойств промышленных сплавов является создание в них нанокристаллических или ультрамелкозернистых (УМЗ) структур методами интенсивной пластической деформации (ИПД). Металлические материалы с размером структурных элементов от 1 мкм до 100 нм и менее представляют собой большой интерес благодаря их уникальным физико-механическим свойствам: высокой прочности, усталостной прочности, износостойкости, низкотемпературной и/или высокоскоростной сверхпластичности [Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - Москва: Логос, 2000. - 272 с.].Ensuring the equal strength of one-piece joints obtained by diffusion welding is one of the main tasks associated with improving the operational properties of the blades. One of the promising directions for improving the operational properties of industrial alloys is the creation of nanocrystalline or ultrafine-grained (UFG) structures in them using the methods of intensive plastic deformation (IPD). Metallic materials with the size of structural elements from 1 μm to 100 nm or less are of great interest due to their unique physical and mechanical properties: high strength, fatigue strength, wear resistance, low temperature and / or high speed superplasticity [Valiev RZ, Alexandrov I. AT. Nanostructured materials obtained by intense plastic deformation. - Moscow: Logos, 2000. - 272 p.].
Деформационное поведение наноструктурных материалов (НСМ) существенным образом отличается от поведения соответствующих крупнокристаллических материалов. Это выражается в присущих НСМ высокой прочности, отсутствии деформационного упрочнения, повышенной скоростной чувствительности напряжения течения.The deformation behavior of nanostructured materials (NSM) differs significantly from the behavior of the corresponding coarse-grained materials. This is expressed in the inherent high strength NSM, the absence of strain hardening, and increased velocity sensitivity of the flow stress.
Однако материалы с СМК и НК структурами достаточно дороги. Поэтому использование этих материалов в композиции со сплавами с обычной структурой значительно удешевляет деталь.However, materials with QMS and NK structures are quite expensive. Therefore, the use of these materials in compositions with alloys with a conventional structure significantly reduces the cost of the part.
Благодаря значительной релаксационной способности многочисленных границ зерен заготовки заполнителя с СМК и, особенно с НК структурой, позволяющей в процессе диффузионной сварки избежать деформационного упрочнения при образовании физического контакта, становится возможным несколько снизить требования к чистоте поверхности свариваемых заготовок обшивок и заполнителя. В заявляемом способе этот эффект, учитывая значительную площадь поверхности заготовок обшивок и заполнителя, подвергаемой шлифованию и полированию, можно считать весьма существенным.Due to the significant relaxation ability of the numerous grain boundaries of the aggregate preform with SMC and, especially, with the NC structure, which allows to avoid strain hardening during the formation of physical contact during diffusion welding, it becomes possible to slightly reduce the surface finish of the welded blanks of the skin and aggregate. In the inventive method, this effect, given the significant surface area of the blanks of skin and aggregate, subjected to grinding and polishing, can be considered very significant.
Известно техническое решение [Патент US 3713207, МПК В23К 20/227, 1973 г.], с применением прокладок со средним размером зерен менее 1 мкм для улучшения качества соединения, полученного диффузионной сваркой, заготовок с произвольной структурой. Известен также способ диффузионной сварки в два этапа с применением подобных прокладок [Патент РФ 2415738, МПК В23К 20/16, 2011 г.]. При этом на первом этапе сварки давление рекомендуется прикладывать при температуре, близкой к нижней границе температурного интервала сверхпластичности заготовки заполнителя, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок. Второй же этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития при соединении объемного взаимодействия между заготовками обшивок и заполнителя.A technical solution is known [Patent US 3713207, IPC V23K 20/227, 1973], using gaskets with an average grain size of less than 1 μm to improve the quality of the connection obtained by diffusion welding, workpieces with an arbitrary structure. There is also a known method of diffusion welding in two stages using similar gaskets [RF Patent 2415738, IPC V23K 20/16, 2011]. At the same time, at the first stage of welding, it is recommended to apply pressure at a temperature close to the lower boundary of the temperature range of the superplasticity of the aggregate preform, for a time sufficient to form physical contact between the connected surfaces of the preforms. The second stage is carried out at a temperature and for the time necessary for development when connecting volumetric interaction between the blanks of the skin and the aggregate.
Однако в заявляемом техническом решении используются не прокладки, а поверхности с СМК или НК структурами. Кроме обеспечения качественной диффузионной сварки элементов лопатки, применение слоистой структуры материала позволяет повысить эксплуатационные свойства лопатки за счет использования более совершенного поверхностного слоя. Кроме того, при изготовлении полой вентиляторной лопатки указанные известные приемы диффузионной сварки могут быть использованы только в совокупности с основными приемами заявляемого способа, позволяющими достигнуть существенного и нового для заявляемого способа эффекта, заключающегося в том, что, размер зерен в сварном соединении со стороны заготовки обшивки и заготовки заполнителя после проведения процесса сварки остается одинаковым для обеих заготовок, изменяется незначительно, что способствует созданию благоприятных условий сверхпластической формовки и снижает влияние концентраторов напряжений, возникающих в местах соединений ребер с обшивкой.However, in the claimed technical solution, gaskets are not used, but surfaces with a QMS or NK structures. In addition to ensuring high-quality diffusion welding of the blade elements, the use of a layered structure of the material improves the operational properties of the blade by using a more advanced surface layer. In addition, in the manufacture of a hollow fan blade, these known methods of diffusion welding can be used only in conjunction with the main methods of the proposed method, which allows to achieve a significant and new effect for the claimed method, namely, that the grain size in the welded joint from the side of the sheathing blank and the filler blanks after the welding process remains the same for both blanks, varies slightly, which contributes to the creation of favorable conditions with erhplasticheskoy molding and reduces impact stress concentrators arising at the joints with fins plating.
Сущность заявляемого способа, возможность его осуществления и использования иллюстрируются представленными ниже примерами.The essence of the proposed method, the possibility of its implementation and use are illustrated by the examples below.
Заявляемый способ изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.The inventive method of manufacturing a hollow blade of a gas turbine engine is as follows.
На фиг. 1 показан пакет заготовок в процессе его сборки перед операцией диффузионной сварки, на фиг. 2 микроструктура сплава ВТ6: а - в исходном состоянии, б - с величиной зерен 0,8-0.6 мкм. Фигуры содержат: 1, 2 - заготовки обшивок; 3 - заготовка заполнителя; 4, 5 - выступы под замок лопатки; 6, 7 - проточки; 8 - прорезь; 9, 10 - участки под диффузионную сварку; 11, 12 - участки с защитным покрытием.In FIG. 1 shows a package of blanks during assembly before the diffusion welding operation; FIG. 2 microstructure of VT6 alloy: a - in the initial state, b - with a grain size of 0.8-0.6 microns. The figures contain: 1, 2 - blanks skin; 3 - filler blank; 4, 5 - protrusions under the lock of the scapula; 6, 7 - grooves; 8 - slot; 9, 10 - sections for diffusion welding; 11, 12 - areas with a protective coating.
В качестве заготовок обшивок 1, 2 (фиг. 1) используют трехслойные листы толщиной, достаточной для получения замковой части лопатки, а в качестве заготовки заполнителя трехслойный лист, обеспечивающий получения внутреннего каркаса лопатки заданной толщины. Трехслойные листы можно получать например методом диффузионной сварки. При необходимости, заготовкам придают необходимые размеры и форму, например, при помощи обработки резанием. При этом формируют выступы 4, 5 под замок лопатки и заточки 6, 7. Поверхности заготовок обшивок и заполнителя подготавливают к диффузионной сварке посредством шлифования и полирования. Непосредственно перед сваркой свариваемые поверхности заготовок подвергают химической очистке. На заданные участки 11, 12 заготовок наносят защитное покрытие, например, методом щелкотрафаретной печати. В качестве защитного покрытия может быть использован порошковый иттрий, распределенный в связующем веществе и растворителе. Заготовки 1, 2, 3 собирают в пакет и фиксируют относительно друг друга (фиг. 1), например при помощи штифтов. Затем к упомянотому пакету присоединяют трубку (не показана) в отверстие, образованное проточками 6, 7 и прорезью 8. Заготовки 1, 2, 3 по кромкам соединяют между собой аргонодуговой сваркой, формируя герметичный пакет, имеющий доступ к внутренней полости через приваренную трубку. Полости пакета вакуумируют, а затем подают инертный газ - аргон, повторяя указанный цикл до полного удаления их внутренней полости кислорода.As blanks for
Далее пакет устанавливают в печь, где его нагревают до температуры 250-350°C для выпаривания связующего вещества из защитного покрытия при непрерывном вакуумировании полостей пакета. Пакет вынимают из печи и охлаждают, продолжая непрерывное вакуумирование. Наличие остатков связующего вещества выявляют посредством контроля его уровня в удаляемом при вакуумировании газе. Далее трубку герметизируют. Пакет помещают в газостат и осуществляют диффузионную сварку заготовок. Диффузионную сварку заготовок осуществляют, выбирая необходимые температуру и давление. Температура может повышаться ступенчато для осуществления поэтапной диффузионной сварки.Next, the package is installed in an oven, where it is heated to a temperature of 250-350 ° C to evaporate the binder from the protective coating with continuous evacuation of the cavity of the package. The bag is removed from the oven and cooled, continuing continuous evacuation. The presence of binder residues is detected by monitoring its level in the gas removed during evacuation. Next, the tube is sealed. The package is placed in a gas thermostat and diffusion welding of the workpieces is carried out. Diffusion welding of the workpieces is carried out by choosing the necessary temperature and pressure. The temperature can increase stepwise for the implementation of stepwise diffusion welding.
После диффузионной сварки цельную конструкционную заготовку устанавливают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок 1, 2 и заполнителя 3 располагались строго в горизонтальной плоскости. В полости цельной конструкционной заготовки осторожно вводят аргон для осуществления упругой деформации заготовок обшивок и заполнителя и разрыва адгезионной связи между защитным покрытием и заготовками. Операцию разрыва адгезионной связи осуществляют при комнатной температуре. После снятия давления полости цельной конструкционной заготовки вакуумируют и герметизируют.After diffusion welding, the integral structural blank is set so that the adjacent surfaces of the blanks of the
Далее цельную конструкционную заготовку подвергают гибке и закрутке посредством горячей деформации. На заключительном этапе закрутки осуществляют коррекцию формы гнутой цельной конструкционной заготовки в соответствии с заданной формой штампа, используемого для сверхпластической формовки. При этом можно использовать штамп, непосредственно предназначенный для сверхпластической формовки.Next, the integral structural billet is subjected to bending and twisting by means of hot deformation. At the final stage of the twist, the shape of the bent solid structural billet is corrected in accordance with the given shape of the stamp used for superplastic molding. In this case, a stamp directly intended for superplastic molding can be used.
Для осуществления сверхпластической формовки цельную конструкционную заготовку устанавливают между разъемными половинами штампа, имеющими требуемую форму. Заготовку нагревают и подвергают сверхпластической деформации в среде инертного газа. Деформацию осуществляют за счет давления аргона, подаваемого в полости цельной конструкционной заготовки так, чтобы обеспечить скорость деформации в интервале сверхпластичности заготовки заполнителя. В результате деформации заготовки обшивок принимают форму рабочей полости штампа, а заготовка заполнителя образует внутренний каркас лопатки в виде наклонных ребер жесткости.To carry out superplastic forming, an integral structural blank is installed between the split die halves having the desired shape. The workpiece is heated and subjected to superplastic deformation in an inert gas environment. The deformation is carried out due to the pressure of argon supplied to the cavity of the integral structural preform so as to ensure the strain rate in the superplastic range of the aggregate preform. As a result of deformation of the blanks of the skin, they take the form of a working cavity of the stamp, and the blank of the filler forms the inner frame of the blade in the form of inclined stiffeners.
После сверхпластической формовки полуфабрикат лопатки подвергают механической обработке, при которой удаляют технологические зоны, окончательно формируют кромки пера лопатки, периферийную часть пера и замок лопатки. При этом демонтируют все трубки, а оставшиеся после них отверстия заделывают.After superplastic forming, the semifinished product of the blade is subjected to machining, in which the process zones are removed, the edges of the blade feather, the peripheral part of the feather and the blade lock are finally formed. At the same time, all tubes are dismantled, and the holes remaining after them are closed.
На первом этапе сварки давление рекомендуется прикладывать при температуре, близкой к нижней границе температурного интервала сверхпластичности заготовки заполнителя, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок обшивок и заполнителя. В процессе образования физического контакта при указанной температуре первого этапа появляется возможность замедлить и даже предотвратить рост зерен в заготовке заполнителя, и, следовательно, сохранить количество и протяженность границ зерен, определяющих при образовании физического контакта релаксационную способность заготовки заполнителя, а также сохранить отмеченную существенную разницу в пределах текучести заготовок обшивок и заполнителя и за счет всех этих факторов значительно снизить степень деформационного упрочнения заготовки заполнителя при образовании физического контакта и, как результат, повысить качество соединения.At the first stage of welding, it is recommended to apply pressure at a temperature close to the lower boundary of the temperature range of the superplasticity of the filler preform, for a time sufficient to form physical contact between the joined surfaces of the casing and filler preforms. In the process of physical contact formation at the indicated temperature of the first stage, it becomes possible to slow down and even prevent grain growth in the aggregate preform, and therefore, to preserve the number and extent of grain boundaries that determine the relaxation ability of the aggregate preform during physical contact formation, and also to preserve the noted significant difference in the yield stress of the blanks of the skin and aggregate and due to all these factors significantly reduce the degree of strain hardening Preparations aggregate in formation of physical contact and as a result, improve the quality of the connection.
Второй же этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития при соединении объемного взаимодействия между заготовками обшивок и заполнителя. Время второго этапа должно быть достаточным для протекания в заготовках и в зоне соединения релаксационных процессов: рекристаллизации, приведения границ зерен в равновесное состояние, образования общих зерен в зоне соединения, снятия внутренних напряжений.The second stage is carried out at a temperature and for the time necessary for development when connecting volumetric interaction between the blanks of the skin and the aggregate. The time of the second stage should be sufficient for the relaxation processes to occur in the workpieces and in the joint zone: recrystallization, equilibration of grain boundaries, formation of common grains in the joint zone, and removal of internal stresses.
При использовании заготовки заполнителя с размером зерен 0,6-0,8 мкм рекомендуется осуществлять первый этап диффузионной сварки при температуре 650-700°C в течение 30 мин, а второй этап при температуре 900-950°C в течение 2 часов. Полученные результаты исследований подтвердили высокое качество соединения, полученного диффузионной сваркой по заявляемому способу.When using a filler blank with a grain size of 0.6-0.8 μm, it is recommended to carry out the first stage of diffusion welding at a temperature of 650-700 ° C for 30 minutes, and the second stage at a temperature of 900-950 ° C for 2 hours. The obtained research results confirmed the high quality of the compound obtained by diffusion welding by the present method.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
По заявляемому способу была изготовлена полая лопатка вентилятора, имеющая сложный аэродинамический профиль, сконструированная в соответствии с ее описанием, представленным в [Патент РФ №2354854, МПК F04D 29/32, F04D 29/38, 2009].According to the claimed method, a hollow fan blade was made having a complex aerodynamic profile designed in accordance with its description presented in [RF Patent No. 2354854, IPC F04D 29/32, F04D 29/38, 2009].
В качестве исходных заготовок обшивок использовали плиты со средним размером зерен: внешние слои 0,8 мкм, внутренний слой - 6 мкм. В качестве исходной заготовки заполнителя использовали лист толщиной 1 мм со средним размером зерен: внешние слои 0,8 мкм, внутренний слой - 2 мкм. Поверхности заготовок обшивок и заполнителя являлись плоскими по всей площади.Plates with an average grain size were used as the initial blanks of the skin: outer layers 0.8 μm,
Диффузионную сварку осуществляли в два этапа:Diffusion welding was carried out in two stages:
первый этап осуществляли при температуре 650-700°C в течение 30 мин, второй этап - при температуре 900-950°C в течение 2 часов.the first stage was carried out at a temperature of 650-700 ° C for 30 minutes, the second stage was carried out at a temperature of 900-950 ° C for 2 hours.
Операцию придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля осуществляли при температуре 800°C.The operation of imparting an aerodynamic profile to the integral structural blank was carried out at a temperature of 800 ° C.
Сверхпластическую формовку осуществляли при температуре 920°C.Superplastic molding was carried out at a temperature of 920 ° C.
Таким образом, использование в заявляемом способе изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя следующих существенных признаков: нанесение антиадгезионного покрытия на поверхность участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке; сборку заготовки обшивок и заполнителя в пакет; герметизации пакета по кромкам; приварку трубки к пакету с обеспечением возможности доступа газа во внутреннюю полость пакета; вакуумирование полости пакета при его нагреве, обеспечивающем удаление кислорода; полную герметизацию пакета посредством герметизации трубки; нагрев пакета до температуры диффузионной сварки; приложение к пакету давления и осуществление диффузионной сварки заготовок; осуществление разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и антиадгезионным покрытием; нагрев пакета и его горячую деформацию, обеспечивающую получение аэродинамического профиля, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки; нагрев пакета до температуры сверхпластической формовки; подачу в ее полость рабочей среды для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки; сверхпластическая формовка до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости; использование трехслойных заготовок обшивок и/или заполнителя; выполнение внешних слоев заготовок из титанового сплава с размером зерен менее 0,8 мкм, а внутренние с размером зерен от 1 мкм до 8 мкм; диффузионную сварку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа, близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности заготовки заполнителя скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми заготовками обшивок и заполнителя, а второй этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития объемного взаимодействия соединяемых заготовок; первый этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 650-700°C в течение 30 мин, второй этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 900-950°C в течение 2 ч, позволяет решить поставленную в настоящем изобретении задачу, которая состоит: в повышении эксплуатационных свойств полой лопатки за счет обеспечения качества соединения заполнителя с обшивками, полученного диффузионной сваркой.Thus, the use in the claimed method of manufacturing a hollow blade of a gas turbine engine of the following essential features: applying a release coating on the surface of the sections of the blanks of skin and / or blanks of aggregate, not subjected to connection by diffusion welding; assembly of the blanks and skin filler in the package; sealing the package along the edges; welding the tube to the bag with the possibility of gas access into the internal cavity of the bag; evacuation of the cavity of the package when it is heated, ensuring the removal of oxygen; complete sealing of the bag by sealing the tube; heating the bag to a temperature of diffusion welding; application to the pressure package and diffusion welding of workpieces; breaking the adhesive bond between the blanks of the skin and aggregate and the release coating; heating the package and its hot deformation, providing an aerodynamic profile, including the formation of the trough and back of the scapula and the twist of the feather of the scapula; heating the bag to a superplastic molding temperature; supplying a working medium into its cavity to create the pressure necessary for superplastic molding; superplastic molding to obtain a hollow feather blade and the formation of stiffeners; the use of three-layer blanks of skin and / or aggregate; the execution of the outer layers of preforms of titanium alloy with a grain size of less than 0.8 microns, and the inner with a grain size of 1 micron to 8 microns; diffusion welding is carried out in two stages, while at the first stage pressure is applied at a temperature lower than the temperature of the second stage, close to the lower boundary of the temperature range, providing a deformation rate corresponding to the conditions of superplasticity of the aggregate preform, for a time sufficient to form a physical contact between the connected skin preforms and aggregate, and the second stage is carried out at a temperature and for the time necessary for the development of volumetric interaction by connecting Mykh blanks; the first stage of diffusion welding is carried out at a temperature of 650-700 ° C for 30 minutes, the second stage of diffusion welding is carried out at a temperature of 900-950 ° C for 2 hours, allows you to solve the problem posed in the present invention, which consists in: improving the operational properties of the hollow blades by ensuring the quality of the connection of the filler with the casing obtained by diffusion welding.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126872A RU2640692C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method of producing of hollow blade for gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126872A RU2640692C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method of producing of hollow blade for gas turbine engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2640692C1 true RU2640692C1 (en) | 2018-01-11 |
Family
ID=68235364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126872A RU2640692C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method of producing of hollow blade for gas turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2640692C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5240376A (en) * | 1991-07-31 | 1993-08-31 | Mcdonnell Douglas Corporation | SPF/DB hollow core fan blade |
| EP0568201A1 (en) * | 1992-05-01 | 1993-11-03 | ROLLS-ROYCE plc | A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding |
| RU2066253C1 (en) * | 1991-05-13 | 1996-09-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Method of making turbine blades |
| RU2581339C1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Blade of gas-turbine unit made of heat-resistant nickel-based alloy and manufacturing method thereof |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126872A patent/RU2640692C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2066253C1 (en) * | 1991-05-13 | 1996-09-10 | Асеа Браун Бовери АГ | Method of making turbine blades |
| US5240376A (en) * | 1991-07-31 | 1993-08-31 | Mcdonnell Douglas Corporation | SPF/DB hollow core fan blade |
| EP0568201A1 (en) * | 1992-05-01 | 1993-11-03 | ROLLS-ROYCE plc | A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding |
| RU2581339C1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Blade of gas-turbine unit made of heat-resistant nickel-based alloy and manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5161950A (en) | Dual alloy turbine disk | |
| US9199345B2 (en) | Method for producing a metal reinforcement for a turbine engine blade | |
| CN111570795B (en) | Preparation of Ti2Method for manufacturing ALNb/Ti60 double-alloy disk | |
| RU2477191C2 (en) | Method of making hollow blower blade | |
| RU2412017C2 (en) | Method of producing hollow fan vane | |
| KR20160028469A (en) | Methods for producing forged products and other worked products | |
| CN103328150A (en) | Method for producing a metal reinforcement | |
| EP2226133B1 (en) | Method of manufacturing an aerofoil | |
| JPS6137387A (en) | Manufacture of integral multi-alloy part | |
| WO2006101420A2 (en) | Method for producing an article by superplastic shaping and diffusion welding | |
| CA2009649A1 (en) | Dual-alloy disk system | |
| US8986490B2 (en) | Method of manufacturing a component | |
| US7560065B2 (en) | Method and system for manufacturing of multi-component complex shape parts consisting of monolithic and powder materials working at different performance conditions | |
| CN109434380A (en) | A kind of Varying-thickness lightweight missile wing covering manufacturing process | |
| RU2555274C1 (en) | Method of manufacturing of hollow fan blade | |
| US20120317810A1 (en) | Method for making a metal reinforcement for the blade of a turbine engine | |
| US5344063A (en) | Method of making diffusion bonded/superplastically formed cellular structures with a metal matrix composite | |
| CN106794545A (en) | The method for manufacturing leading edge shield | |
| CN110523983A (en) | A kind of novel high-performance superfine crystalline substance GH4169 metal worm disc manufacturing method | |
| CN110465663B (en) | Manufacturing method of single-alloy dual-performance gradient functional titanium alloy compressor disk | |
| US7896221B2 (en) | Method of manufacturing an aerofoil | |
| WO2017086822A1 (en) | Method of manufacturing a hollow metal turbomachine blade | |
| US8689440B2 (en) | Method of forming a hollow component with an internal structure | |
| RU2640692C1 (en) | Method of producing of hollow blade for gas turbine engine | |
| RU2569614C1 (en) | Fabrication of turbomachine hollow metal blade |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200705 |