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

структурысплава,вследствиечегоувеличиваетсяплотностьматериаласплава,уменьшается дефектность тонкой структуры, повышаются эксплуатационныехарактеристикидетали (усталостнаяи длительнаяпрочность)[21].На рисунке 1.8 проведено сравнение микроструктуры сплава GTD111после наработки в течение 24000 часов и после восстановления до исходноймикроструктуры с применением восстановительной термической обработки вкомплексесГИП.

а)	б)
Рисунок 1.8. Сплав GTD111 после 24000 часов эксплуатации (а); после восстановительной термической обработки в комплексе с ГИП (б)

Восстановительнаятермическаяобработкаполностьюперестраиваетмикроструктуру лопатки после эксплуатации. Параметры восстановительнойтермическойобработкисущественноотличаютсяотпараметровтермообработки при изготовлении новых деталей. Для ускорения диффузиипроцесс ведут при высоких температурах, но не превышающих температурыликвидусасплаваитемпературы началаинтенсивногоростазерна.Следуетотметить,чтомонокристаллическиесплавывконтекстевосстановительныхработтребуютотдельногорассмотрения.Восстановительнаятермообработкаможетвызватьрекристаллизациюматериалалопатки,чтонесогласуетсясихизначальноймонокристаллическойприродой.Поэтомуприразработкедлянихвосстановительнойтермообработки необходимо учитывать склонность к рекристаллизации длякаждого конкретногосплава[22].

2. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Диффузионная пайка

Технологию диффузионной пайки используют для ремонта трещин внекритичныхобластяхстационарных компонентов.В компании Siemens технология диффузионной пайки используется дляремонта мелких усталостных трещин сопловых лопаток, качество ремонтакоторых сильно зависит от степени очистки поверхности и микротрещин подпайку. Зачастую очистку осуществляют ионами фторидов, также используютмеханическиеспособы (рисунок1.9)[23].Рисунок1.9.Очищеннаятрещинавсплавенаосновекобальта[23].Технологиядиффузионнойпайкитакжесуспехомприменяетсякомпаниями Pratt&Whitney aircraft[24] и Liburdi EngineeringLtd [25] приремонте и производстве деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля икобальта[1].

3. Дуговые технологии ремонта лопаток

Благодаряпростоте,доступностиинизкойсебестоимостидуговыеметоды ремонта лопаток являются самыми распространёнными. К примеру,сотрудникифирмыAlstom[26],ориентируясьснижениемстоимостиремонтных операций, производит восстановление поврежденных деталей изжаростойкихсплавовметодамиаргонодуговойнаплавки,рисунок1.10.Рисунок 1.10. Локальный ремонт аргонодуговой сваркой входной кромкистаторной лопатки из сплава IN939 с использованием присадочнойпроволокиIN625.Зонатермическоговлиянияприблизительно0,5мм[26].Подобныйлокальныйремонтсиспользованием

---

технологииаргонодуговой наплавки также применяется для восстановления торцов пералопаток (сплав IN738) ротора. Авторы [27] отмечают существенно меньшеерастрескиваниезонытермическоговлияния.Наплавкуреализовалиприминимальнойдлинедуги.КомпанияHickhamIndustries,Inc[28]используетпроцессаргонодуговойсваркинеплавящимсяэлектродомдлявосстановлениялопатокиз направленно-закристаллизованного сплава GTD111. Технология ремонтаподразумевает использование камер с контролируемой атмосферой, а такжепредварительнуюипоследующуюсварочнуютермообработку.СварочноесоединениебезрастрескиваниябылополученосиспользованиемприсадочногоматериалаIN738LCиRene80.Усталостныеиспытаниявосстановленныхизделийпоказали, достижение80%свойствосновного.ChromalloyHITиSiemens-WestinghousePowerCorp.[29]успешноприменяют технологию аргонодуговой сварки неплавящимся электродом приремонте рабочих лопаток высокотемпературной секции турбины из литогосплаваIN738инаправленно-закристаллизованногоMar-M002.Переднаплавкойпроводятиндукционныйнагревлопаткидотемпературы900°С.Металлографические исследования подтвердили отсутствие растрескиванияметалла лопатки и сварного соединения. Усталостные испытания показаливосстановлениесвойствметаллалопаткинауровне70-80%свойствосновногометалла.Какпоказаланализнекоторыхработпомимопреимуществаргонодуговойнаплавки,данномуспособутакжеприсущинедостатки:вследствиепрямогорасплавленияосновногометалладугой,формируетсязначительная

---

зонатермическоговлиянияскрупнозернистойструктурой,требующая последующей термической обработки; формируются припуски донескольких миллиметров на последующую механическую обработку; низкаяпроизводительностьиточностьобработки,возникающиезначительныесварочныенапряжения[1],[30].Для снижения объёмных сварочных напряжений, образующихся привыделении γ’-фазы из твёрдого раствора в ЗТВ и металле шва, и подавлениятрещинообразования предложен метод импульсной аргонодуговой наплавкипутём равномерного плёночного расплавления основного металла ЖС6 наглубину до 0,2-0,3 мм [31]. В данном методе основной металл расплавляетсяза счёт теплоты расплавленного наплавляемого материала. Предложенныйметоднеисключаетобразованиенапряжений:объёмныенапряжениязаменяются линейными. Для снятия напряжений, восстановленные лопаткитребуютпоследующегоотжигапритемпературе950°Свтечение3часов.Такженеобходимапоследующаямеханическаяобработка.Ксожалению,существующиедуговыеметодывосстановлениярабочихлопатокиндустриальныхГТДхарактеризуютсянизкойэффективностью:коэффициентвыходагодногоизделиясоставляетизделия15...25%,коэффициентиспользованияматериала–10...20%,поэтомуинтересныиные,болееэффективные,методы восстановлениялопаток[1].

4. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Плазменные технологии ремонта

Sermatech разработал процесс для восстановления торца пера лопатки иремонтатрещинсиспользованиемплазменного источниканагрева[32].Использование порошкового присадочного материала с композициейсоответствующейосновномуметаллуспособствовалоприменениюэтогопроцессадляремонтанаиболееответственныхсплавовIN738иGTD111.Нанесениеслоятолщинойдо2,3ммпозволилополучитьусталостнуюпрочностьнаплавленных слоёвнауровне79%отбазовогоматериала.Для ремонта поверхностных дефектов на ММПП «Салют» (Москва,Россия) применяют малогабаритные плазмотроны с самоустанавливающейсядлинойдугиисосевойподачейрабочегогаза-аргонаилиегосмесейсазотомиливодородом.Подачанапыляемогоматериалаосуществляетсянасрезесопла-анода.Дугавтакихплазмотронаххарактеризуетсяневысокимнапряжением.Дляполучениядугисмощностью,достаточнойдлякачественного напыления, необходимы большие токи (300-500А). При этомресурс стержневого вольфрамового катода и выходного электрода-анода сростом тока значительно уменьшается. Нарушение формы сопла плазмотронаотрицательно отражается на качествепокрытия[12].Для расширения возможности ремонта эксплуатационных и литейныхдефектовнадеталяхиузлах,изготовленныхизвысоколегированныхлитейных сплавов, а также получения стабильных результатов, применяласьаргонно-плазменнаяустановка,разработаннаявНИИЭММПУим.Н.Э.Баумана. Одним из важных достоинств плазменного напыления порошковых

---