Способ радиальной ковки заготовок турбинных лопаток из жаропрочных сталей и сплавов

)5 В 21,т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 0 ТНРЫТПРИ ГКНТ СССР Я ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ РАДИА 3 ЬНОЬ 1 Х ЛОПАТОКПАВОВтение отнодавлением(54) СПОСОВОК ТУРБИН СТАЕЙ И С (57) Изобр ке металло использова альной ков лопаток из КИ ВАГОТО АРОПРОЧНЫ сится к ет быть радиных о при изгото ой заготовок ении урби талл в и жаропрочных обработ быть ис радиальных лопаодную цилиндричесрмируют пульсирую" направлении бойка- мере деФормации я заготовки, В щими ми,попе каж(21) 4120887/25-27(71) Всесоюзный проектно-технологический институт энергетического машиностроения и Производственное объединение "Ленинградский завод турбинных лопаток"(56) Радюченко Ю.С. Ротационная ковка. М.: Машгиз, 1962, с.128-129,Изобретение относится к металлов давлением и может польэовано при изготовлени ной ковкой заготовок турби ток из жаропрочных металло вов,Цель изобретения - повышение качества заготовок турбинных лопаток.Способ осуществляют следующим об разом.Вращающуюся исхкую заготовку деФов радиальномсближаемыми поречного сечени сплавов. Цель - повышение качествазаготовок турбинных лопаток, Вращаю.щуюся исходную заготовку деформируют пульсирующими в радиальном направлении бойками, В процессе ковки про"изводят подачу заготовки в направлении ее продольной оси, Обжатие заготовки осуществялют по переходам. Приэтом на первом переходе ковку ведутс усилием обжатия 0,5-2,0 т на 1 ммдлины рабочей части бойков. Пропорционально снижают усилие обжатия до0,1-0,5 т намм длины рабочей части бойков на последнем переходе, Подачу заготовки осуществляют со скоростью, обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе. Это позволяет согласовыватьвоздействие всех технологических Факторов на заготовку, тем самым получатвысокое качество и точность изготовления заготовок турбинныхлопаток, 3 табл процессе ковки производят периодическую подачу заготовки в направленииее продольной оси. Обжатие заготовкиосуществляют по переходам, при этомна первом переходе ковку ведут с усилием обжатия, равным 0,5-2,0 т на1 мм длины рабочей части бойков, ипропорционально снижают до 0,1-0,5 тна 1 мм длины рабочей части бойковна последнем переходе, а перемещениезаготовки вдоль продольной оси относительно бойков осуществляют со ско-,ростью, обратно пропорциональнойквадрату диаметра заготовки надом переходе.16201Выполнение радиальной ковки заготовок лопаток с усилием обжатия от 0,5 до 2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом переходе и пропорциональное снижение до 0,15 0,5 т на 1 мм на последнем переходе обеспечивает высокую точность геометрической формы заготовки после последнего перехода и создает однородную структуру металла заготовки без трещинообразования.Это объясняется тем, что, когда удельное усилие обжатия при ковке меньше заданного (0,5 т на 1 мм длины рабочей части бойка на первом переходе и 0,1 т на 1 мм длины на последнем переходе), происходит разное увеличение разнозернистости структуры, приводящее ее к снижению эксплуатационных характеристик лопаток.Когда удельное усилие обжатия при ковке больше заданного (2,0 т на 1 мм рабочей части бойка на первом переходе и 0,5 т на 1 мм на последнем переходе), происходит потеря геометрической точности (в первую оцередь искривляется ось заготовки), что не позволяет получить годную турбинную лопатку. К тому же при этом режиме30 образуются трещины, ведущие к окончательному браку заготовкиВ процессе радиальной ковки загои товки происходит ее нагрев вследст-, вие поглощения кинетической энергии З 5 ударов бойков. Поэтому температура заготовки повышается и становится выше оптимальной температуры ковки данного материала.После перемещения заготовки отно,- 40 сительно зоны действия Ьойков и соответственно перемещения зоны деформации в соседнюю вдоль оси заготовки область, происходит остывание заготовки со скоростью, обратно пропорци ональной квадрату диаметра заготовки.Это явление в поведении материала заготовки согласовано с технологическими операциями по обработке заготовки. В частности, для обеспечения стабильной температуры заготовки при ее деформации, заготовку перемещают со скоростью, обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки.Если эта скорость Ьольше, чем указанная, то происходит перегрев заготовки выше оптимальной температуры ковки, что приводит к образованию 944грубой разнозернистой структуры и трещинообразованию, При скорости перемещения заготовки меньше указанной происходит подстуживание заготовки ниже оптимальной температуры ковки, цто также приводит к снижению пластичности металла, а вследствие этого к ухудшению структуры металла и трещинообразованию.П р и м е р. Предлагаемый способ радиальной ковки осуществляли при получении заготовки рабочей лопатки 2 ступени газовой турбины ГТ. Марка материала - сплав на никелевой основе ХН 65 ВИЮТ-ВД. Исходная заготовка пруток диаметром 96 и длиной 150 мм.Исходя из максимально допустимой для данной марки материала степени деформации - 303, радиальная ковка выполняется за семь переходов. ОптИ- мальная температура горячего деформирования сплава ХН 65 ВИЮТиВД, 1130- 1160 С.Радиальную ковку производили с удельным усилием обжатия 0,5-2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом и 0,1-0,5 т/мм на последнем переходе. Удельные усилия на промежуточных переходах устанавливали пропорционально номеру перехода, т.е. в соответствии с Формулой(Рча 1 - РИ,чн ) (и) иЮ й ии иВЮй и и и и и и иря И+ Бц,ццгде Г , д - удельное усилие на переходе, т/мм;и - номер перехода;Б - число переходов радиальной ковки.Величина допускаемого удельного усилия на каждом переходе приведена в табл. 1.Скорость перемещения заготовки в направлении ее продольной оси выбиралась обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на переходах с1 О 4 мз эмпирическим коэффициентомс.т.е. в соответстеии с Формулойч = 1 О10 и фгде ч - скорость перемещения заготовки вдоль оси м/с5 162Р - диаметр заготовки на перевходе п, м;ф10 - эмпирический коэффициент,мз/с.Скорость перемещения заготовкивдоль оси на каждом переходе приведена в табл. 2,0194 ь 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На первом переходе перемещения заготовки относительно бойков не происходит, поскольку длина деформи.руемого участка заготовки (107 мм) меньше длины рабочей части бойков (120 мм).Если скорость перемещения заготовки на втором и последующих переходах больше, чем указанная в таЬл,2, то происходит перегрев заготовки выше оптимальной температуры ковки (1160 С), вследствие чего на заготовке образуется поверхностная крупнозернистая зона, снижающая эксплуатационные характеристики лопаток.Если скорость перемещения меньше, чем указанная в табл. 2, то происходит подстуживание заготовки ниже оптимальной температуры ковки (1130 С), что также приводит к появлению разно- зернистости и трещинооЬразованию, т.е. к окончательному браку заготовок.В результате ковки с удельными усилиями обжатия в интервале 0,5- 2,0 т на 1 мм длины рабочей части бойков на первом переходе и 0,1 0,5 т на 1 мм на последнем переходе, при этом на промежуточных переходах удельные усилия пропорционально снижались, соответственно значениям, приведенным в табл. 1, полученные заготовки для рабочей ступени газовой турбины ГТобладают следующими механическими и структурными характеристиками (см. табл, 3, графы 1"3), эти же характеристики удовлетворяют требованиям технических условий и обеспечивают высокое ка-. чество и высокие служебные характеристики лопаток, изготовленных из заготовок. Кроме того, на поверхности и внутри заготовок при микроанализе трещины не были обнаружены, при этом геометрические параметры заготовок соответствовали требуемым (-0,3 мм) при ковке заготовок с удельными усилиями, превышающими указанные интервалы, а именно ковка велась с удельными усилиями 2,1-3,0 т на 1 им длины рабочей части Ьойков на первомпереходе и 0,55-1,0 т на 1 мм на последнем переходе, полученные заготовки имели следующие характеристики(см. табл. 3, графу 4), т.е. нижетребуемых по техническим условиям.Изготовить годные по качеству металла лопатки из этих заготовок невозможно,Кроме того, ось заготовок была искривлена от 2,5 до 5,5 мм. Усилияковки на первых проходах были близкие к предельным и составляли 183 и197 т, на поверхности в зоне переходных участков Ьыли оЬнаружены трещиныразмерами от 2,8 до 4,5 мм, а в осевой зоне заготовок были обнаруженымикропустоты. Полученные заготовкипришлось забраковать.Затем были откованы заготовки судельными усилиями меньше предлагаемых я способе, т,е. 0,1-0,45 т на1 мм на первом переходе и 0,050,095 т на 1 мм на последнем переходе. В результате ковки с удельнымиусилиями 0,1 т на 1 мм на первом переходе и 0,05 т на 1 мм на последнемпереходе получить треЬуемые геометрические размеры заготовки за один нагрев не удалось, так как значительноувеличилось время ковки, заготовкаостыла и процесс ковки вынуждены были остановить. Заготовку пришлосьеще раз нагреть и довести ковку доконца. При ковке с удельными условиями 0,45 т на 1 мм на первом переходе и 0,05 т на 1 мм на последнем переходе геометрические размер удалосьполучить за один нагрев, однако механические свойства и структурные характеристики оказались ниже требуемыхпо техническим условиям (см. табл.3,графа 5), т.е, заготовки не пригодныдля изготовления лопаток.При этом перемещение заготовок впроцессе ковки в направлении продольной оси осуществлялось обратно пропорционально квадрату диаметра заго"товки,В результате анализа полученныхрезультатов можно сделать следующийвывод: выполнение радиальной плавкизаготовок турбинных лопат с усилиемобжатия в интервале от 0,5 до 2,0 тна 1 мм длины рабочей части бойков,на первом переходе и пропорциональное1620194 мента, перемещение заготовки взаимосвязаны с тепловыми и структурнымиизменениями в материале заготовкипри ее обработке,Формула изобретенияСпособ радиальной ковки заготовок турбинных лопаток из жаропрочных сталей и сплавов, включающий вращение цилиндрической заготовки вокруг своей оси с одновременным ее обжатием пульсирующими в радиальном направлении бойками, сходящимися по мере деформации поперечного сечения заготовки, и периодическую подачу заготовки в направлении ее продольной оси, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества заготовок турбинных лопаток, ковку осуществляют по переходам с усилием обжатия, равным 0,52,0 т на 1 мм длины рабо" цей части бойков на первом переходе, и пропорционально снижающимся до 0,1 0,5 т на 1 мм длины рабочей части бойков на последнем переходе, а подачу заготовки осуществляют со скоростью обратно пропорциональной квадрату диаметра заготовки на каждом переходе..- - - т1 11 111 1 ч Номерперехода0,23"1,0 Уделъмое 0,5-20 0,43-1,75 0,37-1,50 0,30-1,25усилие,т/мм 0,17"0,75 0,1-0,5 Таблица 2 Ч 1Ч 11 Номер перехода 1 Ч Скорость перемещения заготовки вдольм/с оси,м/мин 0 022 0 032 0 043 0 062 0 082 О 111.т. ттттт,а. т 1 ттттттттт 41,3 1,91 2,58 3,75 4,898 снижение до 0,1-0,5 т на 1 мм на последнем переходе обеспечивает высокую точность геометрической формы заготовок и создает однородную струк 5 туру металла без поверхностных и внутренних трещинообразований с высокими механическими свойствами, Выполнение радиальной ковки с отступлением от указанных параметров удельных усилий обжатия в ту или другую сторону ведет к ухудшению механических свойств заготовок, к образованию неоднородной структуры, к появлению трещин, а в отдельных случаях и к дополнительному нагреву, что также ухудшает структуру и механические свойства заготовок, качество готовых турбинных лопаток будет значительно ниже, цто, в свою оцередь, отрицательно скажется на работоспособности турбинных лопаток.Таким образом, предлагаемый способ радиальной ковки турбинных лопаток позволяет согласовывать воздей ствия всех технологических факторов на заготовку турбинной лопатки, получив высокую точность ее изготовления и высокое качество, так как силовые действия деформирующего инстру- ЗО Таблица 1тч щ чптУдельные усилияобяатия т/ми Теиператураиспытания, С Иеханические свойства Величиназерна ммгФКд/ммт 11 Па 20 850-95 о 550-6 оо 18-30 25-30750 650-700 26 Зо 26"Зо От.2,0 на первомпереходе до 0,5 .на последнемОт 0,5 на первомпереходедо 0,1на последнеиОт 1,2 на первомпереходе до 0,3на последнемОт 2, на первомпереходе до 0,55на последнемОт 065 на первоипереходе до 0,09на последнем 03-0,5 20 850-900 500-600 25-3028-33750 650-750 28-32 28-32 0,6-0,8 20 850"900 500-600 25-30 25-30750650-750що,з-о,аТребуемые по техническим условиям 830 637 190 ЮРедактор Ю.Середа Корректор С.шевкунЗаказ 420 б Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прям и и ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательскии комбинат Патент, г. Ужгород, у . р3 1 У л. Гага ина 101