Спосіб виготовлення заготовок лопаток компресору із залізонікелевих сплавів

Реферат: Спосіб виготовлення заготовок із залізонікелевих сплавів для лопаток газотурбінних двигунів, при якому заготовку нагрівають, піддають інтенсивній пластичній деформації (гвинтовій екструзії), а саме пропускають через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого співпадає з перерізом заготовки, є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється по висоті каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, при цьому до переднього краю заготовки прикладають протитиск і піддають термічній обробці, причому початкову заготовку виготовляють із залізонікелевого сплаву, інтенсивну пластичну деформацію проводять при температурі технологічного оснащення та заготовки в діапазоні 300…400 °C, а термічну обробку виконують після кожною циклу деформування шляхом нагріву до температури 940…995 °C і гартування. UA 110475 U (12) UA 110475 U UA 110475 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі обробки металів тиском і може бути використана в заготівельному виробництві підприємств авіаційної та суміжних галузей для виробництва заготовок лопаток компресору з залізонікелевих сплавів, які зміцнюються шляхом виділення часток γ'-фази. Відомий спосіб обробки прутків із жароміцних сплавів для отримання лопаток компресору газотурбінного двигуна [1], відповідно до якого пруток нагрівають та деформують в декілька переходів, причому один з переходів реалізовують при температурах вищих за температуру початку розчинення інтерметалідних фаз, що зміцнюють сплав. Для отримання дрібнозернистої структури штампування відбувається в інтервалі температур від температури початку рекристалізації до температури кінця рекристалізації. Недоліком способу є висока трудомісткість та ресурсозатратність виготовлення заготовок лопаток, пов'язані з низьким ступенем критичної деформації матеріалу на кожному з переходів при штампуванні, що приводить до збільшення кількості переходів, а високий рівень температури, при якому проводять операції обробки тиском, призводить до зниження довговічності штампового оснащення та збільшення витрат енергетичних ресурсів. Прототипом вибраний відомий спосіб виготовлення заготовок з титанових сплавів для лопаток газотурбінних двигунів [2], при якому заготовки піддають інтенсивній пластичній деформації (гвинтовій екструзії), а саме пропускають через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється по висоті каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках і остаточно піддають термічній обробці відпалюванням. Недоліком цього способу є те, що він не регламентує температурний інтервал, в якому можлива реалізація інтенсивної пластичної деформації заготовок зі сплаву ХН45МВТЮБР (ЭП718-ИД), що призводить або до руйнування заготовок під час обробки або до формування невиправного подальшою термічною обробкою дефекту матеріалу пов'язаного зі значною різнозеренністю структури, що в значній мірі знижує механічні властивості матеріалу. Загальними істотними ознаками способу, що запропонований і відомого способу є те, що заготовку нагрівають, піддають інтенсивній пластичній деформації (гвинтовій екструзії), а саме пропускають через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого співпадає з перерізом заготовки, є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється по висоті каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, при цьому до переднього краю заготовки прикладають протитиск і піддають термічній обробці. В основу корисної моделі покладене завдання розроблення способу виготовлення заготовок лопаток компресору з залізонікелевих сплавів, що зміцнюються шляхом виділення часток γ'фази, який забезпечить зменшення кількості переходів при штампуванні та зниження енергетичних витрат, що відповідно знижує і собівартість виготовлення лопаток компресору газотурбінних двигунів. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в способі виготовлення заготовок з залізонікелевих сплавів для лопаток газотурбінних двигунів початкову заготовку виготовляють із залізонікелевого сплаву, інтенсивну пластичну деформацію проводять при температурі технологічного оснащення та заготовки в діапазоні 300…400 °C, а термічну обробку виконують після кожного циклу деформування шляхом нагріву до температури 940…995 °C і гартування. Суть технічного рішення полягає в тому, що вихідну призматичну заготовку із залізонікелевого сплаву, який зміцнюються шляхом виділення часток γ'-фази, на первинних етапах технологічного процесу виготовлення заготовок лопаток компресору піддають інтенсивному пластичному деформуванню методом гвинтової екструзії в низькотемпературній області. Деформацію гвинтовою екструзією реалізують при температурі технологічного оснащення в діапазоні 300…400 °C. Заготовки, які оброблюють на кожному циклі деформування також нагрівають до температури 300…400 °C, так як при температурі нижче за 300 °C суттєво знижується пластичність матеріалу, який обробляють, а при температурі вище за 400 °C відбуваються процеси рекристалізації, які супроводжуються ростом зерен. Після кожного циклу деформування заготовки піддають термічній обробці шляхом нагрівання до температури 940…995 °C, що є діапазоном температур сольвус часток γ'-фази, з наступним охолодженням. Це дозволяє підвищити пластичність зразків після кожного циклу деформування гвинтовою екструзією шляхом розчинення γ'-фази, яка зміцнює сплав та випадає під час деформування, і одночасно не приводить до росту зерен. Інтенсивна деформація заготовок в указаному діапазоні температур дозволяє наряду з дробленням зерен сплаву також дробити і сфероідизувати крихкі включення великого розміру. Для виключення руйнування заготовок під час деформування, що пов'язано з низькою пластичністю в діапазоні температур обробки, 1 UA 110475 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 деформування виконують при високому рівні гідростатичного тиску в площині деформації, який створюють шляхом прикладення до переднього кінця заготовки протитиску. Після формування в вихідних заготовках лопаток субмікрокристалічної структури їх можна піддавати подальшим операціям обробки тиском, зокрема періодичному прокатуванню, вирубці, штампуванню та калібруванню при температурах, які на 25…30 % нижчі за загально прийняті (серійні) температури, які застосовують при обробці тиском заготовок із залізонікелевих сплавів, що зміцнюються шляхом виділення часток γ'-фази [3]. Приклад реалізації способу виготовлення заготовок лопаток компресору із залізонікелевих сплавів. На першому етапі призматичні заготовки із залізонікелевого сплаву ХН45МВТЮБР (ЭП718-ИД) деформували гвинтовою екструзією. Деформування проводили на пристрої, який змонтований на гідравлічному пресі зусиллям 4 МН. Поперечний переріз контейнера і гвинтової матриці мав розміри 2818 мм. Гвинтова матриця мала кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування 30°. Виконували послідовно п'ять циклів деформування. Під час пресування, за допомогою спеціального пристрою, до переднього торця заготовки прикладали протитиск, рівень якого складав 30 % від зусилля пресування. Перед першим циклом деформування заготовку та технологічне оснащення нагрівали до температури 400 °C. Після кожного циклу деформування заготовки нагрівали до температури 960 °C та охолоджували у воді, що дозволяло розчинити частки (γ')-фази, які виділялись під час деформування, і одночасно не призводило до росту зерен. При кожному циклі пресування забезпечувалась логарифмічна деформація периферійної частини заготовки на рівні 1.3…1.5, що дозволило після багатоетапного пресування забезпечити в заготовках субмікрокристалічну структуру з розміром структурних складових на рівні 250…350 нм. Після застосування запропонованого способу виготовлення заготовок лопаток компресору з залізонікелевих сплавів, заготовки, в яких попередньо було сформовано субмікрокристалічну структуру, для формування профілю пера лопатки компресора піддавали прокатці, вирубці, штампуванню та калібруванню при температурі 700…750 °C. Ступінь деформації заготовок на кожному переході операцій прокатування та штампування було збільшено у 2…2,5 рази у порівнянні з аналогічним способом виробництва заготовок, що наряду зі зниженням температури деформації дозволило значно знизити витрати енергетичних ресурсів, що відповідно знижує собівартість виготовлення лопаток компресору газотурбінних двигунів при забезпеченні високого рівня їх якості. Джерела інформації: 7 1. Пат. 2255136 Россия, МПК C22F-1/18 Способ обработки прутков из жаропрочных сплавов для получения лопаток компрессора газотурбин ного двигателя. [Текст] Онищенко Л.К.: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют". № 2003137640/02; заявл. 29.12.2003; опубл. 27.06.2005. бюл. № 18/2005, 5 с. 2. Пат. 81692 Україна, МПК C22F-1/18 (2006.01) Спосіб виготовлення заготовки з титанових сплавів для лопаток газотурбінних двигунів [Текст] Варюхін Д.В., Овчинников О.В., Распорня Д.В., Павленко Д.В., Кулагін Р.Ю., Качан О.Я., Шевченко В.Г., Коваленко Т.О.: заявник та патентовласник Запорізький національний технічний університет. - № u201300173; заявл. 03.01.2013; опубл. 10.07.2013. бюл. № 13/2013, 2 с. 3. Кресанов Ю.С. Влияние процессов точной штамповки и холодного вальцевания пера рабочих лопаток компрессора из жаропрочных сплавов на качество их изготовления [Текст] / Ю.С. Кресанов, А.Β. Богуслаев. А.Я. Качан, Л.И. Гасик // Вестник двигателестроения. - 2010. - № 1. - С. 60-71. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення заготовок із залізонікелевих сплавів для лопаток газотурбінних двигунів, при якому заготовку нагрівають, піддають інтенсивній пластичній деформації (гвинтовій екструзії), а саме пропускають через матрицю з гвинтовим каналом, переріз якого співпадає з перерізом заготовки, є перпендикулярним до осі пресування та постійним уздовж неї, а кут нахилу гвинтової лінії до осі пресування змінюється по висоті каналу матриці, маючи нульове значення на її початковій і кінцевій ділянках, при цьому до переднього краю заготовки прикладають протитиск і піддають термічній обробці, який відрізняється тим, що початкову заготовку виготовляють із залізонікелевого сплаву, інтенсивну пластичну деформацію проводять при температурі технологічного оснащення та заготовки в діапазоні 300…400 °C, а 2 UA 110475 U термічну обробку виконують після кожною циклу деформування шляхом нагріву до температури 940…995 °C і гартування. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3