Способ изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабатываемых алюминиевых сплавов

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЯСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1.Казаков Н.Ф., Орлов И.Е. Исследованге г разработка технологии соедгнения деталей рабочих колес малоразмерных турбин методом дгффуЭгонной сваркг.-В сб.: ДиФФузионное соедгненге в вакууме металлов, сплавов г неметаллгческгх материалов. М., Проблемная лаборатория дгФфузгонной сварки в вакууме, 1973, с.96-101;2.ДгФФузгонная сварка дисков ТХУ гз алюмгнгегого сплава АК, ;И 2081-11-80,Технологгческая гн .струкцгя. М НПО Гелгймаш, 1980. БО 1147538 А 4(51) В 23 К 20/24// Р 01 0 5/Р 4 й Р 04 0 29 28(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАКРЫТОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ТУРБОМАШИНЫ ИЗ ТЕРМООБРАБАТЫВАЕМЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, заключающийся в том, что покрывной диск устанавлгвают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопаткам, соединяют их между собой диФФузионной сваркой в защитной атмосФере, охлаждают г прогзводят окончательную термообработку колеса, о т л г ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпаенгя надежностг колеса путем увелгченгя прочностг сварного соединения, перед установкой покрывного диска произво-. дят предваргтельную термообработку Я обоих дисков путем отжгга покрывного (иасужгс) диска и иакаиииаиия и ска- Д ренгя несущего (покрывного) диска.Г,."Изобретение относится к турбомашиностроению в частности к способамизготовления закрытых рабочих колесцентробежных турбомашин.Известен способ изготовления закрытых рабочих колес центробежных 5турбомашин иэ титановых сплавов,заключающийся в том, что покрывнойдиск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском,прижимают покрывной диск к лопаткам и соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере ЯОднако изготовленные из титанарабочие колеса обладают большим.весом.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ изготовления закрытого рабочегоколеса центробежной турбомашины из. 0термообрабатываемых алюминиевыхсплавов, заключающийся в том, чтопокрывной диск устанавливают налопатках, выполненных заОдно с несушим диском, прижимают покрывнойдиск к лопаткам, соединяют их междусобой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и произво-(дят окончательную термообработку колеса. (2) .Однако при известном способе изготовления рабочего колеса иэ алюминиевых термообрабатывеемых сплавовв отличие от титановых сплавов насвариваемых поверхностях остаетсятонкий слой окисной пленки, которая 35частично остается в сварном шве иуменьшает прочность соединения,снижая надежность рабочего колеса,Цель изобретения - повышение надежности рабочего колеса путем увели чения прочности сварного соединения,Указанная цель достигается тем,что согласно способу изготовлениязакрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабатываемых алюминиевых сплавов, заключающемуся в том, что покрывной дискустанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопаткам, соединяют.их между собой диффузионнойсваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательнуютермообработку колеса, перед установкой покрывного диска производятпредварительную термообработку.обоих 55.дисков путем отжига покрывного (несущего) диска и закаливания и старениянесущего (покрывного) диска.Способ реализуется следующимобразом, 60Перед сборкой покрывного и несущего дисков для осуществления диффузионной сварки производят термообработку обоих дисков. Термообработка заключается в том, что отжигают 65 покрывной диск, а несущий диск закаливают и старят. Свариваемые поверхности подготавливают химическим травлением, затем несущий диск, выполненный заоднос лопатками, помещают в приспособление. Покрывной. диск устанавливают на лопатах., Прижимают покрывной диск к лопаткам. Усилие сжатия обеспечивает местное вдавливание микрорельефа более твердой детали в более мягкую.Затем приспособление со сжатыми дисками помещают в герметичную камеру, вакуумируют и производят нагрев до температуры диффузионной сварки, В процесса нагрева осуществляется дополнительное сжатие свариваемых дисков, при этом происходит преимущественное вдавливание более твердой детали в более мягкую, торцы лопаток вдавливаются в покрывной диск. При достижении температуры, близкой к температуре сварки твердости обеих деталей выравниваются, происходит взаимное пластическое течение и одинаковая активация диффузионных процессов в свариваемых дисках. После выдержки при температуре сварки следует охлаждение, извлечение сваренного колеса иэ приспособления и окончательная упрочняющая термообработка.П р и м е р. Изготовление рабочего колеса иэ алюминиевого сплава АК, Несущий диск с лопатками закаливали с температуры 515 С в тепо лой воде и старили при 160 С в течение 12 ч покрывной диск.отжигали при 350 С один час, При этом6твердость материала несущего диска составила НВ 106, а твердость покрывного диска НВ 50. Перед сваркой диски травили в растворе на основе ортофосфорной кислоты; осветляли в растворе азотной кислоты (1:1), промывали в воде, сушили.Сборку дисков осуществляли в приспособлении со стяжными болтами из титана, окончательная затяжка которых осуществлялась при сжатии дисков на прессе (усилие в 20 т при площади торцов лопаток .450 мм обеспечивало вдавливание торцов в покрывной диск на глубину 0,3 мм). Затем свариваемые диски вместе с приспособлением помещали в вакуумную печь, откачивали до разрежения 10" мм рт.ст.и нагревали до 560 С,о Время нагрева 90 мин, а выдержка при температуре сварки 10 мин. Сварочное давление обеспечивалось различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов дисков (ЛК) и материала стяжных болтов (титан). После сварки колеса совместно с приспособлением охлаждались е печью, Сваренное колесо вынимали из приспособления,проев Ь а Еею юЗаказ 1459/15 Тираж 1086 . ПодписноеВНИИИИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и .открытий.113635, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 ФиЛиал ППИ ффйатентфф, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 изводили упрочняющую термообраббтку (закалку и искусственное старение) и окончательную обработку колеса.Выполнение предварительной термообработки несущего и покрывного дисков путем отжига покрывного (несущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска обеспечивает разницу в твердости сопрягаемых поверхностей, При этом 10 в процессе сжатия происходит вдавливание микровыступов более твердой детали в более мягкую и снятие окисной пленки с боковых поверхностей микровыступов. При дальнейшем сжа тии до температуры разупрочненияпроисходит внедрение (или осадка) торца лопатки в покрывной диск(под действием покрывного диска),что приводит к увеличению площадифизического контакта свариваемыхповерхностей. Таким образом, придание матери" злам свариваемых деталей различной твердости на начальной стадии сжа" тия н нагрева облегчает образование физического контакта материалов и увеличивает работоспособность колес на срез за счет вдавливания торцов лопаток в тело нокрывногодиска, а выравнивание твердостей при температуре сварки обеспечивает оптимальные условия для диффузии.