Способ изготовления турбинных и компрессорных лопаток

1 11786 29 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Социалистических Республик(51) Ч К 1 зВ 21 К 3/04 с присоединением заявки Хе Государстсеннмй комитет СССР по делам изсбоетений и открытий(43) Опубл ковано 15.05.82. Бюллетень Лое 18 (45) Дата опубликования описания 15.05.82(72) Авторы изооретения И. А. Климов, О. А. Кайбышев, В. Ф. Пширков,Г. Б. Строганов и Б. В. Родионов Уфимский авиационный институт им, Орджоникидзе(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТУРБИННЫХ И КОМПРЕССОРНЫХ ЛОПАТОКИзобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к технологии изготовления турбинных и компрессорных лопаток.Известен способ изготовления турбинныхи компрессорных лопаток, включающий нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку ее в режиме сверхпластичности, термическую и механическую обработку и последующую закрутку пера производят в режиме сверхпластичности, а закрутку пера осуществля 1 от после механической обработки.Недостатком этого способа является невысокое качество лопаток.Цель изобретения - повышение качествалопаток.Цель достигается тем, что в способе изготовления лопаток, включающем нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку в режиме сверхпластичности, термическую и механическую обработки и последующую закрутку пера, в процессе закрутки пера производят его скоростной нагрев до температуры начала окисления материала заготовки.Способ осуществляют следующим образом,Исходную заготовку покрывают стекло- смазкой, нагревают до температуры штамповки и деформируют в закрытом штампе в температурно-скоростных условиях сверх- пластичности.Полученный полуфабрикат, в зависимо 5 сти от типоразмера и исходя пз возможностей процессов штамповки и механической обработки, имеет припуски по профилю пера 0,1 - 0,3 мм и 0,3 - 0,5 мм по замку.Лопатки, сформированные в температур но-скоростных условиях сверхпластичности,имеют высокую прочность при повышенных характеристиках пластичности, особенно у титановых сплавов.Для лопаток, имеющих большие углы 15 закрутки и невысокую пластичность материала, что характерно для компрессорных лопаток первых ступеней, ресурса пластичности не хватает, чтобы произвести закрутку в холодном состоянии (на поверхности 20 пара появляется сетка микро- и макротрегцин) .Поэтому для повышения пластичностиматериала лопаток, прошедн 1 их механическую обработку, в процессе закрутки прп меняют скоростной нагрев профиля пера.В результатс нагрева до предлагаемыхтемператур характеристики пластичности сплава повышаются в 2 - 3 раза.В частности, для сплава ВТ, относило тельное удлинение (б) повышается с 12%3при 20 С до 40% при (00 С, а относительное сужение (Щ с 40% при 20"С до ЫО%при 7 ОО"С,Это способствует уменьшению потребностей усилий закрутки и снижению остаточных напряжении в пере примерно в 3 - 4раза, что благоприятно сказывается на повышении эксплуатационных характерискизделия.агрев сплавов до граничных температур начала интенсивного окисления длятитановых сплавов ЬОО - 700 С) обеспечивает не только высокую пластичность материала, необходимую для благоприятногопротекания процессов закрутки, но и минимальное окисление поверхностей изделий, 11 ревышение граничных температурвызывает пе только желательцое для процесса закрутки явление - повышение пластичности материала, но и нежелательныйпроцесс - интенсивное окисление поверхности, резко снижающее усталостную прочность изделия,Сочетание скоростного нагрева с процессом закрутки обеспечивает снижениеостаточных напряжений на поверхностипера, возникающих в процессе механической обработки. то происходит за счет одновременного воздействия температурногои силового факторов, ускоряющих процессы релаксации напряжений.( коростной нагрев профиля пера осуществляют на индукционной установке, гдесмонтировано устройство для закрутки.Скорость и равномерность прогрева перазависит от мощности индукционного источника, а также от формы иидуктора и егорасположения относительно заготовки.Схема крепления заготовки в устройстведля закрутки позволяет нагревать заготовку до необходимой температуры за 40 -бо сек и производить закрутку, поддерживая требуемую температуру. 11 рименениескоростного нагрева ооеспечивает дополнительное снижение величины окисления поверхностей заготовки за счет уменьшениявремени нахождения ее в зоне повышенныхтемператур известно, что процесс окисления идет во времени).Схема процесса закрутки основана наиспользовании пакета колец, охватывающих перо, причем каждое кольцо поворачивается вокруг своей оси на определенныйугол, обеспечивая поворот соответствующего сечения пера.Пример осуществления способа,Заготовку из прутка (материал ВТ,размер Ы 14 К 34) покрывают стеклосмазкой ЭВТи нагревают до 960"С. Затемнагретую заготовку помещают в штампзакрытого типа, в зоне деформирования которого 950 - 960 С, и штампуют при постоянной температуре со скоростью 3 - 5 мм/мин.Полученный полуфабрикат с незакручен 11 ым профилем пера и припусками по перу 510 15 20 25 30 35 40 4550 55 00 40,1 - 0,15 мм, по заьку 0,2 мм ермообраоатывают в течение бири ООО.11 осле термообработки в начале производят удаление стеклосмазки, альфироваиного слоя и заусенцев.Затем, используя в качестве исходиои базы незакручсиное перо, оораоатывают замок. 1 осле чего иа оазе оораоогаииого замка производят полнуо мсхаиичсску о обработку профиля пера. Обраооташая лопатка после контроля геометрических параметров 1 Осуиае иа Операцио заируки пера.роцесс осуществляют в устроисвс для зак 15 утки, заклОчеиОь В шдукционньи иагревательиыи ьок. Устройсво работает следующим образом, 11 осле установки лопатки в устроиство и зажиме сс за замок производя поворот кольца, охватыиаОщего верхнее кольцо, и рабоу ьстуиает кольцо, охватываощее сечение пера, расположенное ниже, а затем - еще одно кольцо и кольцо, которое охватывает корневое сечение. Угол поворота нижнего кольца - минимальный, так как необходимый угол закрутки пера в корневом сечеши заложен в штамповке, Угол поворота верхнего кольца - максимальный, с учетом упругих деформаций ои будет больше угла закрутки верхнего сечения на 20- 22 .11 агрев лопатки осущсствляот синхронно с работой устройства. Поэтому в начале процесса закрутку осуществляют при невысоких, но равномерно возрастающих температурах, со скоростью нагрева 20 в сек. 11 ри достижении заданных температур процесс закрутки из област упругих деформаций переходт и область иласс- скОГО тсчсии 5 ыатсрил. 11 а прояжснии всего процесса поддерживают постоянную температуру, ио пе выше грашчиых температур начала интенсивного окисления. Для Ы 1-9 700"-+10. Эта температура обеспечивает оптимальные условия протекания процесса.Процесс закрутки длится 2 мин. После закрутки производят контроль угла закрутки, а также контроль с целью выявления трещин (ульразвуковой и люмпнисцентный).Закручивание лопатки подвергают поверхностному упрочнснию.Для сравнительной оценки качества лопаток, закрученных в режиме скоростного нагрева, были проведены усталостные испытания 2-х партий лопаток, Первая партия - лопатки, закрученные с применением нагрева, вторая - лопатки, закрученные в холодном состоянии.Б результате испытаний выносливость образцов, закрученных с применением нагрева, оказалась выше на 15 - 20%. Результаты испытаний приведены в таблице.786129 Режимы испытаний Способ закрутки М циклов до разрушения; кг,ли Формулазобретения Закрутка без нагрева 5 10 - 7 10 1250 50 0 1 ое - 1). 11 Р Закрутка с нагре- вом 50 1250 Составитель Е. СубботинТекред И. Заболотнова Рсдактор Е. Хейфиц Корректор А. Степанова Заказ 838/8 Изд. М 155 Тираж 733 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, М(-35, Раевская иао., л. 4,5Типография, ир. Свисиовз, 2 Использование предложенного способа изготовления лопаток обеспечивает повышение ресурса изделий на 15 - 20 Ъ. Кроме того, появляется возмолкность изготавлиВать лопатки из малопластпчнь 1 х сплавовс большими углами закрутки,Способ изготовления турбинных и компрессорных лопаток, включающий нагрев заготовки, закрытую объемную штамповку ес в рсжнмс сверхпластичности, термиче скую и механическую обработку и последующую закрутку пера, отличающийся тем, что, с целью повышения качества лопаток, в процессе закрутки пера производят его скоростной нагрев до температуры 15 начала окисления материала заготовки,