RU2699340C2 - Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей - Google Patents
Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699340C2 RU2699340C2 RU2017144468A RU2017144468A RU2699340C2 RU 2699340 C2 RU2699340 C2 RU 2699340C2 RU 2017144468 A RU2017144468 A RU 2017144468A RU 2017144468 A RU2017144468 A RU 2017144468A RU 2699340 C2 RU2699340 C2 RU 2699340C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- nichrome
- gas turbine
- sealing material
- turbine engines
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/127—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with a deformable or crushable structure, e.g. honeycomb
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к спеченному уплотнительному материалу для газотурбинных двигателей. Материал содержит порошок нитрида бора, порошок нихрома и порошок карбонильного никеля, при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас.% от содержания порошка нихрома. Обеспечивается интенсификация процесса спекания за счет введения в состав порошка карбонильного никеля. 1 табл.
Description
Данное изобретение относится к спеченным материалам изделий типа втулок и вставок из жаростойкого уплотнительного материала для газовых турбин реактивных двигателей.
Спеченные изделия предназначаются для уплотнений проточной части газовых и паровых турбин и для защиты вращающихся деталей ротора от износа.
Они работают в условиях высоких температур, больших давлений газового потока, при звуковых и сверхзвуковых скоростях обдува с периодическим врезанием пера лопаток или гребня лабиринтов ротора турбины в материал уплотнительного кольца или лабиринтного уплотнения.
В газовых турбинах температура газового потока составляет 400-850°C и более, скорость потока превышает 100-200 м/с, а в сопловых аппаратах первой ступени достигает 500 м/с. Газовый поток имеет окислительный характер (смесь газового состава 74% N2, 14% CO2 2% H2O) [1, 2].
Для обеспечения безаварийной работы турбин в течение заданного срока службы, составляющего иногда тысячи часов, материал изделий радиальных уплотнений должен удовлетворять следующим требованиям [2, 3, 4]:
- обладать стойкостью против окисления и эрозии в среде рабочего потока;
- иметь достаточную механическую прочность для выполнения монтажных работ и сопротивляться эрозии и нагружению при врезании лопаток;
- обладать высокими антифрикционными свойствами.
Таким требованиям отвечают обычно применяемые на практике композиционные уплотнительные материалы на основе никеля и нихрома с добавками графита, окиси цинка, талька, слюды, нитрида бора.
Известны уплотнительные материалы на основе никеля [5, 6], содержащие до 8% нитрида бора, обладающие удовлетворительной жаростойкостью при 700-800°C. Их можно рекомендовать для изготовления узлов уплотнений проточной части средне-температурных газовых транспортных турбин.
Более высокой жаростойкостью при работе в диапазоне температур 950-1000°C обладает материал марки УМБ-4С [7] на основе нихрома с добавкой 8% нитрида бора. Указанный материал является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принят за прототип.
При этом достигаются следующие физико-механические характеристики изделий: плотность - 5,5…6,0 г/см3; твердость НВ - 30…50 кгс/мм2;
предел прочности при изгибе σви - не менее 5 кгс/мм2.
Несмотря на высокие уровень жаростойкости и ресурсные показатели этого материала недостатками технологии изготовления уплотнительных изделий являются высокая трудоемкость операций и себестоимость производства.
(Двукратное высокотемпературное спекание по рекомендуемому режиму 1230°C с изотермической выдержкой в течение 4-х часов).
При длительном спекании заготовок уплотнительных изделий и температуре выше 1200°C имеет место выход из строя коробов- лодочек из нержавеющей стали и дорогостоящих нагревателей.
Изобретательской задачей явилась разработка экономичного состава и способа изготовления уплотнительных изделий Путем интенсификации процесса спекания порошковых заготовок.
В настоящем изобретении предлагается ввести в основу материала добавку порошка карбонильного никеля марки ПНК-УТ3 в количестве 10…15% от содержания порошка нихрома.
Добавка мелкого карбонильного порошка никеля с величиной частиц 5…7 мкм к порошку нихрома фракции 40…100 мкм способствует увеличению количества межчастичных контактов и интенсификации процесса спекания, снижению температуры изотермической выдержки на 30…50°C. Это существенно улучшает технико-экономические показатели производства уплотнительных изделий (снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления).
Технология изготовления уплотнительных изделий из порошковых материалов на основе нихрома заключается в следующем:
1. Приготовление смеси для прессования - 8% порошка нитрида бора гексонального ТУ 26.8-00222226-2003, порошок нихрома ПХВ20Н80 ГОСТ13084 + порошок никеля ПНК-УТЗ ГОСТ 9722 - 92%;
для улучшения прессуемости добавляется пластификатор - стеарат Zn - 1% от общей массы. Смешивание производится в двухвалковом смесителе.
2. Прессование заготовок происходит на пресс-автомате с давлением прессования 500…600 МПа. Плотность прессовок составляет 6,0…6,2 г/см3;
3. Отжиг прессовок происходит при 1180… 1200°C с изотермической выдержкой в течение 4-х часов в проходной печи в среде защитного газа (азот + диссоциированный аммиак); плотность прессовок снижается с ростом геометрических размеров до 5,5…5,8 г/см3;
4. Повторное прессование (допрессовка) спеченных заготовок производится на механическом прессе с тем же давлением. Плотность допрессованных заготовок возрастает до 6,4…6,6 г/см3;
5. Повторное спекание заготовок по режиму.указанному в п. 3.
Для определения наиболее оптимального количества вводимого в смесь порошка никеля были проведены эксперименты по изготовлению опытных изделий из порошковой смеси с содержанием никеля от 5 до 30% мас от количества нихрома.
Полученные результаты представлены в таблице.
Из приведенных данных в таблице видно, что максимальный уровень физико-механических характеристик (твердость НВ=45-53 кгс/мм2, предел прочности σизг=6,9-8,3 кгс/мм2) получен при добавке к порошку нихрома 10-15% карбонильного никеля и спекании при 1180-1200°C.
Добавленная фракция порошка никеля (5-7 мкм) располагается при смешивании и прессовании в пространстве между крупными частицами (40-100 мкм) порошка нихрома, увеличивая тем самым насыпную плотность (2,15-2,20 г/см3), площадь межчастичных контактов и интенсифицирует процесс спекания (температура спекания на 30…50°C ниже, чем в известном аналоге-прототипе [7].
Снижение температуры спекания на 30…50°C существенно уменьшает трудоемкость и себестоимость изготовления уплотнительных изделий при экономии материалов из нержавеющей стали и молибденовых нагревателей.
Список использованной литературы
1. Костецкий Б.И, Белицкий И.Е, Натансон М.Е. Определение углерода и кремния в металлокерамических уплотнительных материалах на никелевой основе методом спектрального анализа. - Порошковая металлургия, 1964, №2, с. 40-45.
2. Федорченко И.М, Казанцева Н.А, Дубров Г.Л. Металлокерамический материал для радиального уплотнения высокотемпературных турбин. - Порошковая металлургия, 1969, №3, с. 90-95.
3. Семенов Ю.Н, дубров Г.Л, Казанцева Н.А. Металлокерамический уплотнительный материал на основе монель - металла. - В кн.: Порошковая металлургия. Минск. Высшая школа, 1966, с. 274-280.
4. Федорченко. И.М, Денисенко Э.Т, Мирошников В.Н. Исследование окалиностойкости некоторых материалов на основе никеля. Сообщ. 1 - Порошковая металлургия, 1965, №3, с. 35-41.
5. Белицкий М.Е. Исследование металлокерамических материалов композиций никель-нитрид бора. - Порошковая металлургия, 1966, №11, с. 29-34.
6. Костечко Р.Ф, Головкин Ю.И, Смирнов В.А. и др. А.С. 569636 (СССР). Уплотнительные материалы на основе никеля. - Опубл. в Б.И., 1977, №31.
7. Белицкий М.Е, Скопенко И.Ф. Исследование влияния предварительного окисления на прирабатываемость металлокерамических уплотнительных материалов. - Порошковая металлургия, 1968, №10, с. 33-42.
Claims (3)
- Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей, содержащий порошок нитрида бора, отличающийся тем, что он содержит порошок нихрома и порошок карбонильного никеля в следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
порошок нитрида бора 8 порошок нихрома и порошок карбонильного никеля 92, - при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас. % от содержания порошка нихрома.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017144468A RU2699340C2 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017144468A RU2699340C2 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017144468A RU2017144468A (ru) | 2019-06-18 |
RU2017144468A3 RU2017144468A3 (ru) | 2019-06-18 |
RU2699340C2 true RU2699340C2 (ru) | 2019-09-04 |
Family
ID=66947359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017144468A RU2699340C2 (ru) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699340C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU263887A1 (ru) * | И. М. Федорченко, Н. А. Казанцева , Г. Л. Дубров | Металлокерамический уплотнительный материал | ||
SU569636A1 (ru) * | 1976-01-09 | 1977-08-25 | Предприятие П/Я Р-6209 | Уплотнительный материал на основе никел |
EP0067746A1 (fr) * | 1981-06-12 | 1982-12-22 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation, "S.N.E.C.M.A." | Joint susceptible d'être usé par abrasion et son procédé de réalisation |
US5080934A (en) * | 1990-01-19 | 1992-01-14 | Avco Corporation | Process for making abradable hybrid ceramic wall structures |
RU2039631C1 (ru) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ изготовления истираемого материала |
-
2017
- 2017-12-18 RU RU2017144468A patent/RU2699340C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU263887A1 (ru) * | И. М. Федорченко, Н. А. Казанцева , Г. Л. Дубров | Металлокерамический уплотнительный материал | ||
SU569636A1 (ru) * | 1976-01-09 | 1977-08-25 | Предприятие П/Я Р-6209 | Уплотнительный материал на основе никел |
EP0067746A1 (fr) * | 1981-06-12 | 1982-12-22 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation, "S.N.E.C.M.A." | Joint susceptible d'être usé par abrasion et son procédé de réalisation |
US5080934A (en) * | 1990-01-19 | 1992-01-14 | Avco Corporation | Process for making abradable hybrid ceramic wall structures |
RU2039631C1 (ru) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ изготовления истираемого материала |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017144468A (ru) | 2019-06-18 |
RU2017144468A3 (ru) | 2019-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10036287B2 (en) | Valve seat | |
CN109439992B (zh) | 一种NbC-Ni-Mo2C高温硬质合金及其制备方法 | |
TW200914628A (en) | Ultra-hard composite material and method for manufacturing the same | |
WO2015141331A1 (ja) | 鉄基焼結合金製バルブシート | |
CN104030688A (zh) | 一种低温反应烧结碳化硅的制备方法 | |
RU2699340C2 (ru) | Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей | |
CN104451321A (zh) | 一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末及其制备方法 | |
US5545249A (en) | Sintered bearing alloy for high-temperature application and method of manufacturing an article of the alloy | |
EP1019557B1 (en) | Corrosion resistant cemented carbide | |
CN101457317B (zh) | 一种AlTi基体增压器涡轮材料及其制备方法 | |
JP6392530B2 (ja) | 鉄基焼結合金製バルブシート | |
CN115925423A (zh) | 一种高性能单相自润滑高熵陶瓷材料及其制备方法 | |
CN113681009B (zh) | 摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相复合材料及制备方法 | |
JP2016166387A (ja) | Fe基焼結用硬質粉末およびこれを用いた耐摩耗性の優れたFe基焼結体 | |
AU2018101750A4 (en) | High-strength material silicon carbide ceramic production plant | |
US2949356A (en) | Ferrous alloys and articles made therefrom | |
JP6189616B2 (ja) | 鉄基焼結合金製回転軸シールリング及びその製造方法 | |
JP2014009390A (ja) | 溶射材料粉末、溶射材料焼結体及び溶射材料の製造方法 | |
CN111041321A (zh) | 一种用于机床导轨的金属陶瓷及其制备工艺 | |
JP6222815B2 (ja) | 焼結部材 | |
CN112658265B (zh) | 一种高强度抗冲击疲劳座圈粉末冶金材料 | |
RU2455376C1 (ru) | Способ получения металлокерамического термостойкого материала | |
CN109336615B (zh) | 一种高韧抗磨减摩的赛隆-锡复合材料 | |
JP2011246797A (ja) | 電気加熱鍛縮機用電極およびその周辺部材 | |
CN113430442A (zh) | 一种硬质合金材料及其制备方法与应用 |