СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ПУСТОТЕЛОЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК B22D27/04 B22F3/15 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления литых заготовок на никелевой основе с равноосной или монокристаллической структурой, и может быть использовано при изготовлении пустотелых турбинных лопаток (сопловых и рабочих) авиационных и наземных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен способ изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины ГТД, включающий литье заготовки в керамическую форму с керамическим стержнем, формирующим внутреннюю полость и охлаждаемые каналы лопатки, и удаление керамического стержня (см. В.В.Крымов и др. «Производство лопаток газотурбинных двигателей», М., Машиностроение, 2002, стр.217-220).

Недостаток данного способа - литейная пористость жаропрочного сплава, из которого изготавливают заготовку, в результате - низкая усталостная прочность окончательного изделия - лопаток турбины ГТД и, как следствие, низкие эксплуатационная надежность и ресурс лопаток турбины ГТД.

Технический результат предложенного способа - повышение эксплуатационной надежности и ресурса лопаток турбины ГТД.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя, включающем литье заготовки в керамическую форму с керамическим стержнем и удаление керамического стержня из внутренней полости заготовки, согласно изобретению, на наружную поверхность заготовки с керамическим стержнем во внутренней полости наносят технологическое защитное покрытие, подвергают заготовку горячему изостатическому прессованию и удаляют покрытие.

Выполнение операции горячего изостатического прессования (ГИП) позволяет уменьшить литейную пористость жаропрочного сплава, из которого изготавливают заготовку, в результате чего повышаются качество структуры жаропрочного сплава и уровень усталостной прочности окончательного изделия - охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток турбины, что приводит к повышению ресурса и эксплуатационной надежности газотурбинного двигателя в целом.

Однако при выполнении операции ГИП из-за присутствия в защитной атмосфере газостата (аргоне) примесей в виде влаги, кислорода, азота, углекислого газа и углеводородов происходит окисление поверхностей (наружной и внутренней) заготовки, образование окислов и нитридов в приповерхностном слое на глубину до 20-30 мкм и обезлегирование поверхности жаропрочного сплава на глубину до 50 мкм, т.е. происходит повреждение поверхностей заготовки. Нанесенное на поврежденные поверхности (при последующих операциях изготовления окончательного изделия) серийное защитное жаростойкое покрытие не отвечает техническим требованиям как по толщине, так и по однородности структуры и химического состава. То есть нанесение на поврежденную поверхность качественного рабочего защитного жаростойкого покрытия не представляется возможным.

Наличие керамического стержня в полости заготовки при операции ГИП позволяет защитить керамикой внутреннюю поверхность заготовки от повреждения. Наружную поверхность заготовки защищают от повреждений при операции ГИП путем нанесения на нее защитного технологического покрытия.

Реализация способа рассмотрена на примере изготовления литой монокристаллической заготовки пустотелой охлаждаемой рабочей лопатки турбины ГТД.

Заготовку лопатки из жаропрочного сплава ЖС32-ВИ получают методом направленной кристаллизации. Затем заготовку освобождают от оболочковой формы и, не удаляя керамический стержень, выполняют операцию обдувки наружной поверхности, наносят защитное технологическое покрытие, например проводят алитирование газоциркуляционным или шликерным способом, при этом толщина покрытия составляет 5-20 мкм. Затем заготовку с керамическим стержнем и защитным покрытием помещают в газостат, где в атмосфере аргона, например, при давлении 100...260 МПа и температуре 1150...1350°С в течение 2...4 часов осуществляют операцию ГИП. Технологическое защитное покрытие защищает наружную поверхность от повреждения, а наличие в заготовке лопатки керамического стержня предотвращает окисление и обезлигирование жаропрочного сплава на поверхностях внутренней полости и охлаждаемых каналов.

Удаление керамического стержня осуществляют методом автоклавного выщелачивания или другими известными способами, как правило, после операции ГИП. Хотя возможно удаление стержня на стадии последующих операций - после абразивной обдувки, макротравления отливок, зачистки заусенцев и др.

В связи с тем, что толщина технологического защитного покрытия составляет не более 20 мкм, его удаление легко осуществляют либо в процессе абразивной обдувки после операции ГИП, выщелачивания керамических стержней, абразивной обдувки после операции удаления стержней и макротравления заготовок, либо на других операциях, предусмотренных технологией изготовления окончательного изделия-лопаток (механическая обработка, термовакуумная обработка, доводка профиля пера и др.).

Последовательность выполнения технологических операций обеспечивает устранение литейной пористости жаропрочного сплава и получение необходимой чистоты наружной поверхности и поверхности внутренней полости и охлаждаемых каналов для последующего нанесения защитного жаростойкого покрытия требуемой толщины, однородности по структуре и химическому составу.

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению литых заготовок на никелевой основе с равноосной или монокристаллической структурой. Заготовку пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя получают литьем в керамическую форму с керамическим стержнем методом направленной кристаллизации. На наружную поверхность литой заготовки, извлеченной из формы вместе с керамическим стержнем, наносят технологическое защитное покрытие. Покрытие защищает заготовку от повреждений. Заготовку подвергают горячему изостатическому прессованию и удаляют покрытие. При наличии керамического стержня в полости заготовки предотвращается окисление жаропрочного сплава на внутренней поверхности заготовки. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и ресурс лопаток турбины газотурбинного двигателя.

Способ изготовления заготовки пустотелой лопатки турбины газотурбинного двигателя, включающий литье заготовки в керамическую форму с керамическим стержнем и удаление керамического стержня из внутренней полости заготовки, отличающийся тем, что на наружную поверхность заготовки с керамическим стержнем во внутренней полости наносят технологическое защитное покрытие, подвергают заготовку горячему изостатическому прессованию и удаляют покрытие.