RU2667110C1 - Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов - Google Patents

Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2667110C1
RU2667110C1 RU2017130823A RU2017130823A RU2667110C1 RU 2667110 C1 RU2667110 C1 RU 2667110C1 RU 2017130823 A RU2017130823 A RU 2017130823A RU 2017130823 A RU2017130823 A RU 2017130823A RU 2667110 C1 RU2667110 C1 RU 2667110C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
resistant
nickel alloy
blades
shroud
Prior art date
Application number
RU2017130823A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Васильевич Абраимов
Сергей Николаевич Козлов
Валентина Васильевна Лукина
Варвара Владимировна Орехова
Олег Викторович Фаюк
Борис Петрович Юдин
Максим Григорьевич Яковлев
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО НПЦ газотурбостроения "Салют")
Priority to RU2017130823A priority Critical patent/RU2667110C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667110C1 publication Critical patent/RU2667110C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/04Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов включает удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки. Наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток. В частных случаях осуществления изобретения наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10Kв интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения 15,2⋅10Кв упомянутом интервале температур. В качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения α=(7,2-7,8)⋅10K. Удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием. Отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-10мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С. Обеспечивается повышение надежности, ресурса лопаток турбин, работоспособности бандажной полки лопатки при высокой температуре нагрева 1000-1060°C и качество наплавленных участков, при этом достигается высокая точность восстановления геометрических размеров и формы бандажных полок и обеспечивается высокое качество ремонта. 4 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при работе изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов.
В процессе эксплуатации газотурбинных двигателей в турбинах, укомплектованных роторными лопатками с верхними бандажными полками, характерными повреждениями являются износ и разгары контактных и трактовых поверхностей, трещины, сколы покрытия, сопровождающиеся высокотемпературным окислением и постепенным разрушением износостойкого покрытия, а также прилегающему к нему основному материалу лопаток и потерей работоспособности лопаток турбины. Высокие контактные напряжения в антивибрационных бандажных полках связаны с необходимостью гашения колебаний лопаток, возникающих при работе двигателя. Таким образом, для увеличения ресурса лопаток турбины необходимо восстановить геометрические размеры лопаток наплавкой жаропрочного материала с последующим восстановлением износостойкого покрытия. Восстановить геометрические размеры лопаток увеличением толщины износостойкого материала не представляется возможным из-за его низких механических свойств.
Известен способ наплавки при восстановлении изношенных лопаток турбомашин, включающий наплавление на лопатки полос из легированных металлов, механическую обработку с обеспечением заданных геометрических размеров лопаток, последующую термическую обработку и нанесение защитного покрытия (RU 2434973, 2011, С23С 26/00).
Недостатком известного способа является невозможность его применения для восстановления бандажных полок лопаток.
Известен способ восстановления геометрических размеров бандажной полки непосредственно наплавкой износостойкого материала - сплавом ВЖЛ-2 (RU 2179915, 2002, В23Р 6/00). Недостатком данного способа является низкая жаропрочность наплавляемого материала, работоспособность которого ограничена температурой 900°С, что приводит к преждевременному разрушению восстановленных бандажных полок лопаток, работающих в двигателях с температурой до 1000°С.
Известен взятый за прототип способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включающий удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, затем отжиг лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки, (US 20080028605, 2008, В23Р 6/00). Недостатком данного способа является невысокая надежность и низкий ресурс работы лопаток из-за высоких напряжений в материале лопатки, полученных при наплавке бандажной полки.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является отслоение наплавленного участка и износостойкого покрытия от основы бандажной полки в процессе длительной эксплуатации из-за высоких напряжений, полученных при их наплавке.
Техническая проблема устраняется достижением технического результата, заключающегося в снижении остаточных напряжений в восстанавливаемой бандажной полке при наплавке материала. Вследствие этого повышается надежность и ресурс лопаток турбин, работоспособность бандажной полки лопатки при высокой температуре нагрева 1000-1060°С и качество наплавленных участков.
Техническая проблема устраняется тем, что способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включает удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки. Наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения (далее - ТКЛР), чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток, а в качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток.
Техническая проблема устраняется также тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения - 15,2⋅10-6 K-1 в упомянутом интервале температур. При этом в качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt=(7,2-7,8)⋅10-6 К-1.
Техническая проблема устраняется также тем, что удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием, а отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С.
Например, при выполнении материала основы лопатки из жаропрочного никелевого сплава ЖС26 с ТКЛР - 15,2⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С, наплавку бандажной полки осуществляют материалом ЖС32 с ТКЛР 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С, с характеристиками жаропрочности - не ниже, чем у материала основы лопатки. В температурном интервале 800-900°С величина температурного коэффициента линейного расширения αt⋅10-6, K-1 составляет для сплавов, соответственно: ЖС26 - 15,2; ЖС32 - 17,6; ЭИ435 - 20,5. Таким образом, предъявляемым требованиям к материалам для наплавки удовлетворяют сплавы ЖС32 и ЭИ435.
При этом в качестве покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим, например, СМ - 64, ХТН - 61, ХТН - 62 и др. с αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1.
Способ осуществляется следующим образом.
С основы бандажной полки лопатки, выполненной из жаропрочного никелевого сплава, удаляют покрытие с поврежденным слоем, в который могут переходить трещины из износостойкого покрытия. Эта операция выполняется, например, алмазным шлифованием. После этого ремонтируемый участок бандажной полки очищают от пыли и обезжиривают. Осуществляют контроль величины наплавляемого материала до заданного размера бандажной полки. Для снятия остаточных напряжений после наплавки производят отжиг лопатки в вакууме (10-3…10-4 мм рт.ст.) при температуре не выше 1050°С. Указанная температура обусловлена необходимостью избежать нежелательных изменений тонкой структуры упрочняющей γ'-фазы материала лопатки и ухудшения его механических свойств. Степень разрежения в вакуумной камере, где производится отжиг, определяют такой, чтобы не допустить образования оксидной пленки на поверхности замков лопаток, которые не содержат защитных покрытий.
После термообработки лопатки с наплавкой сплава до восстановления геометрических размеров бандажной полки осуществляют механическую обработку наплавленного участка, при котором удаляют избыток наплавленного материала для восстановления заданных геометрических размеров и формы бандажной полки. Указанная обработка может производиться, например, алмазным шлифованием. Выбор наплавляемого материала на поврежденный участок осуществляют следующим образом. Если материал основы бандажной полки лопатки, например, выполнен в виде жаропрочного никелевого сплава ЖС26 с αt=15,2⋅10-6 К-1 в температурном интервале 800-900°С, то используют наплавляемый сплав, например, ЖС32 с высокими характеристиками жаропрочности - не ниже, чем у материала основы лопатки, с температурным коэффициентом линейного расширения (αt=17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур 800-900°С) - большим, чем у материала основы. Это обусловлено упрочнением и уменьшением напряженного состояния бандажной полки при последующем нанесении на нее износостойкого покрытия, что обеспечивает почти двукратное уменьшение остаточных напряжений в системе «износостойкий твердосплавный материал - (Со + карбиды) - наплавка, восстанавливающая размеры лопатки - основа». После проведения механической обработки бандажной полки на нее наплавляют износостойкое покрытие.
Наплавляемый износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим имеет более низкий температурный коэффициент линейного расширения (для температурного интервала 800-900°С у твердосплавных материалов ХТН61, ХТН62, СМ64 системы [Со + карбиды] величина αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1), чем сплав лопатки, например, ЖС26 или ЖС6У, и наплавки, восстанавливающей размеры, например, сплавы ЖС32 или ЭИ435. При таком сочетании в системе после ремонта в износостойкой наплавке почти в два раза снижаются остаточные сжимающие напряжения и происходит разгрузка материала основы, что благоприятствует повышению долговечности лопатки. Так, например, при восстановлении размеров наплавкой сплава ЖС26 максимальные значения остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое отремонтированной бандажной полки составляют 111,92 кг/мм2, а при восстановлении размеров полки сплавами ЖС32 или ЭИ435, напряжения уменьшаются, соответственно, до 53,83 кг/мм2 и 51,04 кг/мм2.
В заключение при необходимости может повториться контроль качества отремонтированных участков, например, капиллярный ЛЮМ-контроль и восстановление поврежденного жаростойкого защитного покрытия на участках, прилегающих к бандажной полке, например, шликерным методом путем алюмосилицирования.
Применение жаропрочного никелевого сплава с температурным коэффициентом линейного расширения большим, чем у основного материала для восстановления размеров полки, обеспечивает почти двукратное уменьшение остаточных напряжений в системе «износостойкий твердосплавный материал - (Со + карбиды) - наплавка, восстанавливающая размеры лопатки - основа».
Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин обеспечивает повышение надежности и ресурса работы лопаток, при этом достигается высокая точность восстановления геометрических размеров и формы бандажных полок, а также обеспечивается и высокое качество ремонта.

Claims (5)

1. Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов, включающий удаление с бандажной полки покрытия с поврежденным слоем, наплавку на бандажную полку до заданных размеров жаропрочного никелевого сплава и механическую обработку наплавленного участка, последующее проведение отжига лопатки и нанесение износостойкого покрытия на наплавленный участок бандажной полки, отличающийся тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток, а в качестве износостойкого покрытия используют износостойкий материал на карбидной основе с кобальтовым связующим с более низким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наплавку бандажной полки осуществляют жаропрочным никелевым сплавом ЖС32 с температурным коэффициентом линейного расширения 17,6⋅10-6 K-1 в интервале температур от 800 до 900°С с характеристиками жаропрочности не ниже, чем у жаропрочного никелевого сплава бандажных полок лопаток турбомашин, представляющего собой жаропрочный никелевый сплав ЖС26 с температурным коэффициентом линейного расширения 15,2⋅10-6 К-1 в упомянутом интервале температур.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве износостойкого материала на карбидной основе с кобальтовым связующим используют СМ-64, ХТН-61, ХТН-62 с коэффициентом линейного расширения αt=(7,2-7,8)⋅10-6 K-1.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление с бандажной полки лопатки покрытия с поврежденным слоем осуществляют алмазным шлифованием.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг лопатки осуществляют в среде нейтрального газа или в вакууме 10-3-10-4 мм рт.ст. при температуре не выше 1050°С.
RU2017130823A 2017-08-31 2017-08-31 Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов RU2667110C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130823A RU2667110C1 (ru) 2017-08-31 2017-08-31 Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130823A RU2667110C1 (ru) 2017-08-31 2017-08-31 Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667110C1 true RU2667110C1 (ru) 2018-09-14

Family

ID=63580346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130823A RU2667110C1 (ru) 2017-08-31 2017-08-31 Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667110C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2395564C1 (ru) * 2009-03-23 2010-07-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Пластичная смазка

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1880787A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-23 United Technologies Corporation Process for repairing turbine engine components
US20080028605A1 (en) * 2006-07-28 2008-02-07 Lutz Andrew J Weld repair of metallic components
RU2420610C1 (ru) * 2009-09-23 2011-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ формирования дискретного наплавочного покрытия на пере лопатки турбомашины
RU2434973C2 (ru) * 2009-07-15 2011-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ получения наплавленного покрытия на пере лопатки турбомашины
BRPI0521041B1 (pt) * 2004-12-23 2015-12-08 Gen Electric método para o reparo de uma lâmina de turbina a gás danificada

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0521041B1 (pt) * 2004-12-23 2015-12-08 Gen Electric método para o reparo de uma lâmina de turbina a gás danificada
EP1880787A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-23 United Technologies Corporation Process for repairing turbine engine components
US20080028605A1 (en) * 2006-07-28 2008-02-07 Lutz Andrew J Weld repair of metallic components
RU2434973C2 (ru) * 2009-07-15 2011-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ получения наплавленного покрытия на пере лопатки турбомашины
RU2420610C1 (ru) * 2009-09-23 2011-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" Способ формирования дискретного наплавочного покрытия на пере лопатки турбомашины

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2395564C1 (ru) * 2009-03-23 2010-07-27 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Пластичная смазка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6887036B2 (en) Turbine and manufacturing method therefor
CA2581908C (en) Repair of hpt shrouds with sintered preforms
JP4910096B2 (ja) ガスタービン構成部品に研磨コーティングを施工する方法
JP5554514B2 (ja) 金属物品を処理する方法及びその処理方法により製造した物品
EP1258312A2 (en) Repair of a single crystal nickel based superalloy article
US6893225B2 (en) Metallic article with integral end band under compression
EP3108994A1 (en) Methods for treating field operated components
US20160199930A1 (en) Combined braze and coating method for fabrication and repair of mechanical components
US10654137B2 (en) Repair of worn component surfaces
JP2000220471A (ja) 高圧タ―ビンシュラウドの修復方法
EP1986814A2 (en) Method of improving the properties of a repaired component and a component improved thereby
US20190076930A1 (en) Method for manufacturing an abradable plate and repairing a turbine shroud
US20150118060A1 (en) Turbine engine blades, related articles, and methods
US8414269B2 (en) Turbine component trailing edge and platform restoration by laser cladding
RU2667110C1 (ru) Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из жаропрочных никелевых сплавов
US10598030B2 (en) Assembly, treated article, and process of treating a turbine component
JP3876168B2 (ja) アブレイダブルコーティング及びその作製方法
JP2018145967A5 (ru)
JP7259080B2 (ja) 複合先端ホウ素ベースの予備焼結プリフォームを使用するタービンコンポーネントの先端補修
EP3611350B1 (en) Turbine abrasive blade tips with improved resistance to oxidation
US20130084167A1 (en) Wear-resistant coating and use thereof
RU2586191C1 (ru) Способ восстановления бандажных полок лопаток турбомашин из титановых сплавов
RU2627558C1 (ru) Способ восстановления бандажных полок лопаток компрессора газотурбинных двигателей (ГТД)
JP3930403B2 (ja) タービン動翼及びタービン動翼の製造方法
RU2241123C1 (ru) Способ упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190731