Остання редакція: 2017-07-01
Тези доповіді
УДК 621.438.002.2
Бень А.Н. асп.
ЗНТУ, г. Запорожье, Украина
Способы изготовления биметаллических заготовок компрессорных лопаток авиационных двигателей
В современном авиа двигателестроении особенно остро стоит вопрос увеличения долговечности деталей. Повышение ресурса и надежности авиационных двигателей позволяет в значительной мере определить экономичность, конкурентоспособность и безопасность полетов.
Лопатки компрессора являются одними из важнейших деталей, выносливость которых определяет ресурс и надежность авиационных двигателей. Для повышения их эксплуатационных характеристик необходима разработка и внедрение в производство прогрессивных технологических процессов, обеспечивающих высокое качество изготовления.
В настоящее время при изготовлении лопаток компрессора широкое применение получили методы пластического деформирования, которые включают в себя: штамповку на прессах, деформирование в изотермических условиях и высокоскоростное выдавливание.
Готовые лопатки проходят ряд упрочняющих операций, которые могут включать: поверхностное пластическое деформирование (пневмо дробеструйную обработку), вибрационное и ультразвуковое упрочнение, магнитно-абразивное полирование и т.д.
Одним из путей повышения долговечности лопаток авиадвигателей является изготовление биметаллических заготовок, которые позволяют значительно повысить прочность и износостойкость. Существуют технологии изготовления биметаллических лопаток авиадвигателей с защитными покрытиями методами различных напылений, которые в некоторой степени позволяют справиться с существующей проблемой [1], но обладают рядом недостатков, среди которых недостаточная плотность покрытия и невысокая производительность процесса. Существует также способ изготовления лопаток с защитным покрытием методом выдавливания, который отличается высокой трудоемкостью [2].
На предприятиях биметаллические изделия получают следующими способами: совместной прокаткой, соединение металлов взрывом, методы совместного деформирования в штампах (прессование или выдавливание), волочение, методы порошковой металлургии. [3]
В данной работе предлагается технологический процесс изготовления биметаллической заготовки компрессорной лопатки методом выдавливания. Заготовка под выдавливание состоит из двух частей: внутренней цилиндрической вставки и наружного слоя (рис.1).
Рис. 1. Заготовка под выдавливание компрессорной лопатки
Разработанный технологический процесс позволил изготовить биметаллическую компрессорную лопатку [4]. После выдавливания заготовка разрезалась вдоль пера лопатки по центру внутренней цилиндрической вставки. На рис. 2 показаны сечения выдавленных биметаллических заготовок лопаток с различными степенями деформации относительно исходной высоты заготовки.
а б
Рис. 2 – Сечения заготовок лопаток:
а - наружный слой ВТ-8 – внутренний слой ВТ-1, относительная деформация – 48,6%;
б - наружный слой ВТ-8 – внутренний слой ВТ-1, относительная деформация – 50,3%
На рис. 3, а приведено состояние граничной поверхности в перьевой части лопатки, которая подвергается деформации выдавливания. На рис. 3, б представлено состояние граничной поверхности в хвостовой части лопатки, которая претерпевает деформацию осаживания. Как видно, в первом случае зерна имеют вытянутую направленную равномерную структуру, а во втором – структура имеет зернистый характер. Просматриваются также участки возникновения интерметаллидных соединений, которые в перьевой зоне увеличиваются, то есть при прохождении биметаллической заготовки через область всестороннего неравномерного сжатия в пояске матрицы, достигается взаимодействие между слоями заготовки с возникновением интерметаллидного слоя.
а б
Рис. 3. Граница контакта двух слоев выдавленной заготовки компрессорной лопатки х500:
а – перьевая часть; б – хвостовая часть
Выводы. Проведенные экспериментальные исследования по выдавливанию биметаллической заготовки показали, что данный процесс является возможным. Металлографические исследования доказали, что при выдавливании биметаллической заготовки происходит взаимодействие слоев и образование в зоне взаимодействия интерметаллидов. Полученные результаты дают основу для усовершенствования процесса в дальнейших исследованиях. Благодаря биметаллической конструкции компрессорной лопатки повышается коррозионная стойкость, износостойкость, устойчивость от воздействия вибрационных нагрузок.
Литература
1. Абраимов Н.Б. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин / М.: Машиностроение, 1993 – 336 с.
2. Кутыкова А.С. Технология изготовления лопаток с защитным покрытием методом изотермического выдавливания биметаллической заготовки под изотермическую штамповку / А.С. Кутыкова // Электронное научно-техническое издание Наука и образование. Эл № ФС 77-48211. Гос. рег. №0421200025. ISSN 1994-0408. – 2009, 07 июля.
3. Мануйлов В.Ф. и др. Расчет процессов деформации композиционных материалов. / М.: Металлургия, 1992. – 208 с.
4. Бень А.Н. Исследование процесса изготовления биметаллических заготовок компрессорных лопаток авиадвигателей методом выдавливания / А.Н. Бень // Обработка материалов давлением – 2013. - № 4 (37). – С.83-86.