Файл: 1. Конструктивные особенности лопаток турбины 5 Материалы, применяемые при изготовлении лопаток турбины 9.docx

эрозияприисчезновении защитного покрытия[13].Рисунок 1.6. Местное выкрашивание лопатки ТВД ГТД ГТН 25(наработка32152ч.)[13].

4. 
   Часть разрушений обусловлена причинами технологического характера: следы касания торца пера лопатки о вставки, литейные дефекты в виде раковин и оксидных включений. Наибольшее количество отказов приходится на рабочие лопатки, прошедшие ремонт.
   
5. 
   Оплавление лопаток турбины вызывается преимущественно попаданием конденсата в топливный газ, а прогары полых охлаждаемых лопаток — нарушениями в работе системы их охлаждения, иногда (при встроенных камерах сгорания) чрезмерной длиной факела.
   
6. 
   Коррозионное повреждение лопаток, снижающее предел выносливости их материала на 10—30%.
   
7. 
   В редких случаях разрушения обусловлены повторными, периодически повторяющимися термическими напряжениями при частых пусках и остановках турбин [13].
   

Впроцессеэксплуатациинасегментахсопловогоаппаратамогутвозникатьпорыилицепочкипор,микротрещины,трещины,рыхлоты,растрескивания поверхностного слоя, забоины, смятие материала (рисунок1.7), вырывы материала на гребешках уплотнений, выработка материала поповерхностямвращения,биения,засорениящелей.Такжевстречаютсялитейные дефекты в виде раковин и окисных включений. Поры проявляютсяна поверхности в виде отдельных (локальных) дефектов. Рыхлота являетсяследствиемдеградацииосновногоматериалаипотериимпрочностныхсвойств, например, вследствие термоциклической усталости. Забоина, смятие

---

материала—дефект,возникающийпримеханическомвоздействиинаповерхностьинородноготела[13],[14].Рисунок 1.7. Деформация в виде забоин и вырывов материала сопловогоблокаГТУГТН25[13].Такимобразом,лопаткикомпрессоровитурбинподвергаютсядействиюстатических,динамическихициклическихнагрузок,крометого,лопаткииспытываютциклические,термическиенапряжения;работаютвусловияхагрессивной газовой среды при высокой температуре и подвергаются газовойкоррозии [5]. Лопатки ГТД имеют сложную пространственную геометрию иизготавливаютсяизтрудно-деформируемыхматериалов:жаропрочныхникелевыхититановыхсплавов.Книмпредъявляютсяповышенныетребованияпоструктуреметалла,егохимическомусоставу,механическимсвойствам,геометрическимразмераминаличиюдефектов(заковы,прострелы,пережоги,прижоги и т.д.)[4],[15].

4. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Существующие методы ремонта лопаток

Рабочиелопаткитурбиныгазотурбинныхустановокимеютустановленныйразработчикомресурсработы(обычно25000часов).ПосколькуЖНСобладаютдовольновысокойстоимостью,торемонтизношенныхизделийчастоявляетсяэкономическицелесообразнымрешением, чем замена. Например, компоненты турбинного двигателя, такиекак рамы, ковши и лопатки, могут ремонтироваться несколько раз в течениесрокаихслужбы.Вобщемслучаеремонтзаключаетсяввыполненииследующихопераций:демонтажлопаток,чистка,дефектация,восстановлениемикроструктуры основного материала, восстановление геометрии и формы,восстановлениепокрытий,контролькачества[1].Посколькуисходнаямикроструктура основного металла может быть претерпеть изменения привоздействии повышенной температуры, то технологические приёмы процессаремонтной сварки/наплавки, могут значительно отличаться от используемыхдляпервоначальногоизготовления.Вслучаедисперсно-упрочненных(precipitation–strengthened)имонокристаллическихсплавов,составприсадочныхматериаловможетотличатьсяотосновногометалла.Вситуациях,когдапослесваркидлявосстановлениямеханическихсвойствтребуетсятермическая обработка,растрескивание может быть проблемой,особенноввысокоэффективныхсплавах,упрочненныхвыделением

---

фазы гамма-штрих (γ') и / или гамма-2 штриха (γ″) [16].

1. Восстановительная термообработка

Вдеталяхвысокотемпературныхступенейтурбины,работающихпродолжительноевремяпривысокойтемпературеибольшихнагрузках,происходитпотеряначальныхэксплуатационныхсвойств.Входетакойэксплуатациипроисходитдеградациямикроструктуры.Дляснижениястоимостижизненногоциклалопатоктурбиныбылиразработаныпроцессыдля ее восстановления к исходному состоянию. Процессы включает в себягорячееизостатическоепрессование(ГИП)ивосстановительнуютермообработку[17].Восстановительнаятермовакуумнаяобработка(ВТВО)одинизспособовустранениянежелательныхизмененийвструктуреисвойствахсплавалопаток,полученныхвпроцессеэксплуатации.Неoбхoдимoстьприменениявoсстановительнoйтермooбрабoткиприремoнтелoпатoкoпределяется пo структурнoму сoстoянию материала, кoтoрoе oцениваетсяэлектрoннo-микрoскoпическимметoдoм,имеxаническимисвoйствамиматериала пoсле нарабoтки лoпаток в сoставе двигателя [12]. В работе [18]показана возможность полного восстановления структуры и свойств сплаваЖС6У-ВИ,подвергнутоговоздействиювысокихэксплуатационныхтемператур путемпроведения ВТВО.Вoсстановительную термoобработку прoводят в вакуумных печах приoстаточном давлении не более 1х10^-4 мм рт. cт. и скoрости oхлаждения немeнее 40 град/мин, чтo oбусловлено нe тoлько защитoй дeтали oт oкисления,нo и вoзможностью удалeния газа из микрoдефектов матeриала лoпатки, чтoнеoбходимодля бoлееуспешнoгоихзалeчивания[12].ВыбороптимальногорежимаВТВОопределяетсяконструктивнымиособенностямивосстанавливаемыхлопаток

---

исостояниемихматериала,котороезависитотпродолжительностиработыпринаиболее«жёстких»режимах. Температура процесса ВТВО должна быть в большинстве случаевдостаточнадляполнойгомогенизациисплава,чтопозволяетдостичьисходнойплотностидислокаций,атакжеобеспечитьоптимальнуюморфологиюи размерычастицупрочняющей фазы.ПродолжительностьВТВОопределяетсякомпромиссоммеждунеобходимостью достаточно полного «залечивания» микропор по границамзёренипредотвращениемзначительногораспадамонокарбиднойфазы.Отрицательныепоследствияпоследнейреакциисвязанынетолькособразованиемдвойныхкарбидовнеблагоприятнойморфологии,ноисразупрочнениемтвердогораствораиз-заобеднениятугоплавкимилегирующими элементами областей вокруг этих выделений. Для сплавов сустойчивоймонокарбиднойфазойтакойопасностинесуществует,ионимогутподвергатьсявакуумнойвосстановительнойобработкемногократно[19].ПрименяемаянарядероссийскихпредприятийВТВОпорежимувысокотемпературной гомогенизации не обеспечивает стабильноговосстановления структуры и свойств, вследствие сохранениямикропористостивлопатках,чтоприводитксущественномуснижениюэксплуатационных свойств,вчастностипределавыносливости[20].СущностьГИПзаключаетсяводновременномвоздействиинаобрабатываемуюдетальвысокогодавленияивысокойтемпературы.ВрезультатеГИПпроисходитзалечиваниевнутреннихдефектов

---