Применение износостойких естественных композитов в технологии ремонта и модифицирования лопаток ротора газотурбинных двигателей

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

2019. Т. 26. № 1. С. 251-266.

Авторы

Климов В. Г.*, Никитин В. И., Никитин К. В., Жаткин С. С., Когтева А. В.

Самарский государственный технический университет, СамГТУ, ул. Молодогвардейская, 244, Самара, 443100, Россия

*e-mail: vadim3945@yandex.ru, v.klimov@uecrus.com

Аннотация

Предлагается использование жаропрочных никелевых порошков марок типа ВПр в качестве износостойких наплавочных материалов, наносимых при помощи лазерного воздействия. Выявлена особенность формирования структуры описываемых материалов, проявляющаяся при высоких скоростях охлаждения в виде образования ес­тественных композитов с дисперсионным упрочнением по границе дендритного каркаса. Данная структура имеет ненаправленное расположение дендритной матрицы и обильное выделение упрочняющих фаз. повышающее износостойкие характеристики полученного композита.

Описан оригинальный метод восстановительной наплавки, позволяющий производить ремонт и модифици­рование лопаток ротора газотурбинных двигателей (ГТД) с повышением износостойкости контактных поверхностей детали. На основе проведенных сравнительных исследований, включающих в себя анализ на растровом сканирующем электронном микроскопе, измерение микротвердости и коэффициента линейного расширения материалов, испытания абразивной стойкости наплавок и их усталостной прочности доказана возможность применения материалов марок типа ВПр в качестве альтернативы классическим износостойким композитам с механической примесью различных карбидов. Показано, что в условиях импульсного лазерного воздействия при высоких скоростях охлаждения растёт средняя твёрдость и общая стойкость к абразивному износу некоторых сплавов ВПр за счёт формирования мелкодисперсной стабильной эвтектической структуры, близкой к исходному порошковому материалу. Выявлены положительные эксплуатационные характеристики сплавов марок ВПр 11-40Н и ВПр 27, позволяющие применять их при восстановлении лопаток ротора ГТД.

Ключевые слова:

лазерная порошковая наплавка, лопатка ротора ГТД, порошковая ванна, микротвердость, микроструктура, электронная микроскопия, локальный абразивный износ, естественный композит, карбид, карбо- борид, структурная наследственность, усталостные испытания

Библиографический список

  1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия. – 2-е изд. – М.: Наука, 2006. – 632 с.

  2. Петрушин Н.В., Елютин Е.С., Назаркин P.M. и др. Структура и свойства монокристаллов жаропрочного никелевого сплава, содержащего рений и рутений // Металлургия машиностроения. 2013. № 1. С. 12-18.

  3. Пермиловский И.А., Гейченко В.С., Фруман И.И. Восстановление наплавкой турбинных лопаток авиационных двигателей // Автоматическая сварка. 1976. № 5. С. 54-56.

  4. Пермиловский И.А., Казанцева Н.А. Физико-механические свойства наплавленных карбидохромовых сплавов // Автоматическая сварка. 1976. № 4. С. 52­-54.

  5. Колосов В.И. Способ восстановления длины пера лопаток компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления. Патент RU 2153965 C1. Бюл. № 1. 27.09.1999.

  6. Сорокин Л.И. Аргонодуговая наплавка бандажных полок рабочих лопаток из высокожаропрочных никелевых сплавов // Сварочное производство. 2004. № 7. С. 20-26.

  7. Сорокин Л.И., Лукин В.И., Багдасаров Ю.С. Свариваемость жаропрочных никелевых сплавов типа ЖС6 // Сварочное производство. 1997. № 6. С. 12-17.

  8. Yilmaz O., Gindy N, Gao J. A repair and overhaul methodology for aeroengine components // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2010. Vol. 26. No. 2, pp. 190-201. DOI: 10.1016/j.rcim.2009. 07.001

  9. Huang H., Gong Z.M., Chen X.Q., Zhou L. SMART robotic system for 3D profile turbine vane airfoil repair // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2003. Vol. 21. No. 4, pp. 275-283. DOI: 10.1007/s001700300032

  10. Nowotny S., Scharek S., Beyer E., Richter K-N. Laser beam build-up welding: Precision in repair, surface cladding, and direct 3D metal deposition // Journal of Thermal Spray Technology. 2007. Vol. 16. No. 3, pp. 344-348. DOI: 10.1007/s11666-007-9028-5

  11. Wilson J.M., Piya C., Shin Y.C., Zhao F., Ramani K. Remanufacturing of turbine blades by laser direct deposition with its energy and environmental impact analysis // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 80, pp. 170-178. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014. 05.084

  12. Shitarev I.L., Smelov V.G., Sotov A.V. Repair of a gas turbine blade tip by impulse laser build-up welding // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 682, pp. 96-99. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.682.96

  13. Smelov V.G., Sotov A.V., Kosirev S.A. Development of process optimization technology for laser cladding of GTE compressor blades // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2014. Vol. 9. No. 10, pp. 1854-1858.

  14. Евгенов А.Г., Лукина Е.А., Королев В.А. Особенности процесса селективного лазерного синтеза при­менительно к литейным сплавам на основе никеля и интерметаллида Ni3Al // Новости материаловедения. Наука и техника. 2016. № 5(23). С. 3-11.

  15. Климов В.Г., Жаткин С.С., ЕЦедрин Е.Ю., Когтева А.В. Особенности восстановления геометрии пера газотурбинного двигателя методом лазерной порошковой наплавки // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17. № 2(4). С. 782-788.

  16. Климов В.Г., Никитин В.И., Жаткин С.С. Восстановление высоты пера лопаток ЕТД высокотемпе­ратурными порошковыми припоями // Литейное производство. 2015. № 12. С. 11-15.

  17. Климов В.Г. Сравнение методов восстановления геометрии пера лопаток турбины из жаропрочных сплавов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 86-97.

  18. Климов В.Г. Применение лазерной импульсной наплавки при разработке технологии восстановления рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 170-179.

  19. Куренкова В.В., Дорошенко Л.К., Малашенко И.С. Особенности кристаллизации комплекснолегиро­ванных припоев для высокотемпературной пайки жаропрочных никелевых сплавов // Автоматическая сварка. 2009. № 6. С. 17-26.

  20. Tokoro K., Wikstrom N.P., Ojo O.A., Chaturvedi M.C. Variation in diffusion-induced solidification rate of liquated Ni–Cr–B insert during TLP bonding of Waspaloy superalloy // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 477. No. 1-2, pp. 311-318. DOI: 10.1016/j.msea.2007.05.069



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024