СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЛОПАТОК ГТД Российский патент 1995 года по МПК C21D1/09 

Изобретение относится к упрочнению металлических изделий и может найти применение в авиадвигателестроении для повышения качественных показателей турбинных и компрессорных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ может также найти применение в других отраслях промышленности для повышения усталостной прочности деталей.

Известен способ торможения роста усталостных трещин, при котором за счет пластической деформации вблизи трещины создают напряженное состояние сжатия путем вдавливания отпечатков, например шарика, по обе стороны трещины, предот- вращая тем самым дальнейшее ее расширение (а.с. СССР N 819193, м.кл. С 21 D 7/02, 1978).

Такой способ можно применять только после обнаружения трещины. Он не позволяет предотвратить ее возникновение. При этом способе деформируется поверхность изделия, что недопустимо в конструкции лопаток ГТД из-за искажения профиля пера и нарушения чистоты поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ упрочнения деталей (а.с. СССР N 1157087, М.кл. С 21 D 7/02, 1982), включающий создание в наиболее нагруженных зонах деталей статического нагружения по направлению, совпадающему с рабочей нагрузкой, вызы- вающего остаточные пластические деформации 0,1.0,3% в наиболее напряженных зонах деталей.

Недостатком данного способа является трудность обеспечения одинаковой степени пластической деформации по всем сечениям детали, а при переменном профиле, характерном для лопаток ГТД, это прак- тически невозможно. В результате в пере лопатки, имеющем переменное по толщине сечение, рабочие напряжения растяжения остаются достаточно большими и могут вызвать появление трещин при эксплуатации.

Целью настоящего изобретения является повышение качества лопаток за счет значительного уменьшения рабочих напря- жений растяжения.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном способе повышения усталостной прочности деталей, в частности лопаток ГТД, включающем создание напряжений заданного знака в определенных участках, создают напряжения растяжения в менее нагруженных участках лопатки путем сканирования луча высококонцентрированного источника энергии по кривой второго порядка расположенной симметрично относительно средней линии лопатки, при этом ширину полосы создаваемых напряжений устанавливают не менее усредненной толщины профиля пера.

При эксплуатации лопатки искусственно созданные в менее нагруженных ее участках напряжения растяжения создают напряжения сжатия на кромках пера лопатки и в его центральной части, которые при эксплуатации лопатки, суммируясь с наиболее опасными рабочими напряжениями растяжения, уменьшают последние, что приводит к повышению качественных показателей лопаток за счет увеличения предела выносливости, прочности и работоспособности детали.

Способ осуществляется следующим образом.

Обрабатывается рабочая лопатка 9 ступени компрессора высокого давления ГТД из стали ЭИ787 с длиной пера 34 мм, шириной 23 мм и средней толщиной 1 мм. Лопатку устанавливают в держатель, затем перо лопатки подвергают скоростному нагреву вдоль кромок симметрично средней линии лопатки полосами шириной 2 мм до температуры 900^оС с помощью сканирующего пучка электронов с частотой 50 Гц и током эмиссии, равным 15 мА. При этом путь полосы нагрева проходит по кривой второго порядка (парабола).

Среднее время с начала нагрева до достижения рабочей температуры составляет 0,3 сек. При достижении температуры 900^оС нагрев прекращают. После обработки рабочие напряжения растяжения вдоль кромок лопатки достигают 15.20 кг/мм, а по оси 10.15 кг/мм.

Указанную обработку можно производить лазерным лучом.

Использование заявляемого способа обеспечивает по сравнению с прототипом достижение следующих преимуществ:
снижение уровня рабочих напряжений растяжения на кромках пера лопатки (которые, в основном, являются причиной образования трещин) в 1,5-2 раза,
уменьшение деформации поверхности пера лопаток,
уменьшение вероятности образования и развития трещин.

Использование: в авиадвигателестроении для повышения качественных показателей турбинных и компрессорных лопаток газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: в менее нагруженных участках лопатки газотурбинных двигателей создают напряжения растяжения путем сканирования луча высококонцентрированного источника энергии по кривой второго порядка, расположенной симметрично относительно средней линии лопатки. Ширину полосы создаваемых напряженных устанавливают не менее усредненной толщины профиля пера. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЛОПАТОК ГТД, включающий создание напряжений заданного знака в определенных участках, отличающийся тем, что создают напряжения растяжения в менее нагруженных участках лопатки путем сканирования луча высококонцентрированного источника энергии по кривой второго порядка, расположенной симметрично относительно средней линии лопатки, при этом ширину полосы создаваемых напряжений устанавливают не менее усредненной толщины профиля пера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника высококонцентрированной энергии используют пучок электронов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника высококонцентрированной энергии используют лазер.