СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВАННЫХ ЗАГОТОВОК РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2017 года по МПК B21K3/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава, например, из сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД).

Известен способ изготовления штампованных заготовок турбинных лопаток, включающий нагрев цилиндрической заготовки, ее фасонирование, предварительную и окончательную штамповки в штампах, состоящих из верхней и нижней половин, с выполненными в них гравюрами (патент РФ №2467823). Данное запатентованное техническое решение принято за ближайший аналог.

Недостатком данного способа является то, что его проблематично впрямую применять для изготовления штампованных заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемых жаропрочных никелевых сплавов, например, сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД) из-за склонности к трещинообразованию при охлаждении штампованных заготовок на воздухе, что неизбежно происходит после каждой штамповочной операции, проводимой по традиционной технологии.

Еще одним недостатком данного способа является наличие облоя после предварительной штамповки, скорость охлаждения на воздухе которого значительно выше, чем скорость охлаждения тела штампованной заготовки лопатки из жаропрочного никелевого сплава, например, сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД). Это, в свою очередь, неизбежно приводит к еще большему тиражированию трещин при каждой последующей пластической деформации и распространению их далее в тело штампованной заготовки за пределы технологического припуска, что, в свою очередь, приводит к невозможности использования штампованных заготовок лопаток в дальнейшем производстве.

Наиболее распространенными местами выявления трещин явились следующие:

- радиальная поверхность внутреннего профиля хвостовика, в месте «уплотняющего уса» карманной зоны, со стороны выходной кромки;

- торцевая поверхность внутреннего профиля хвостовика со стороны выходной кромки.

Данные дефекты приводили к окончательному браку и невозможности дальнейшего использования в производстве дорогостоящих штампованных заготовок лопаток.

Задачей предлагаемого изобретения является максимальное снижение или полное устранение трещинообразования в штампованных заготовках лопаток, изготовленных из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава, например, сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД), и повышение стабильности их механических свойств.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава, включающем нагрев заготовки до температуры штамповки и ее последующие предварительную и окончательную штамповки, согласно изобретению, дополнительно осуществляют нагрев заготовки до температуры штамповки перед окончательной штамповкой, после каждой штамповки производят охлаждение штампованной заготовки в футерованном закрытом коробе типа «термос», осуществляют обрезку облоя окончательно отштампованной заготовки и ее термообработку путем аустенизации и старения.

Обрезку облоя производят на установке гидроабразивной резки.

Предварительную штамповку осуществляют без образования облоя.

Осуществляют предварительный нагрев используемой для штамповки заготовок штамповой оснастки газовыми горелками, а между предварительной и окончательной штамповками осуществляют дополнительный прогрев зеркала штамповой оснастки отштампованными в ней фальш-заготовками из низкоуглеродистой стали, нагретыми до температуры штамповки.

Применение футерованных закрытых коробов типа «термос» для медленного и равномерного остывания штампованных заготовок лопаток позволило снизить до минимума возможность трещинообразования в проблемных зонах штампованных заготовок из жаропрочного никелевого сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД).

Применение операции обрезки облоя на установке гидроабразивной резки позволило уйти от дополнительных сдвигающих деформаций и, как следствие, от дополнительных трещин.

Применение предварительного нагрева используемой для штамповки заготовок штамповой оснастки газовыми горелками, а между предварительной и окончательной штамповками применение дополнительного прогрева зеркала штамповой оснастки отштампованными в ней фальш-заготовками из низкоуглеродистой стали, нагретыми до температуры штамповки, позволило снизить до минимума возможность трещинообразования.

Конкретная реализация способа рассмотрена на примере изготовления заготовок рабочих лопаток турбины ГТЭ-45 (газотурбинная энергетическая установка) из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД) по предлагаемому способу.

Исходной заготовкой для изготовления штампованных заготовок лопаток из жаропрочного никелевого сплава ХН65КМВЮБ-ВД (ЭП-800 ВД) являются мерные заготовки из прутка - пресс изделия диаметром 90 мм и длиной 410 мм, прошедшие выходной контроль неразрушающим методом цветной дефектоскопии на заводе-изготовителе.

Далее исходная заготовка проходит следующие операции:

- обточка исходных заготовок.

После обточки исходных заготовок под высадку проводится контроль неразрушающим методом цветной дефектоскопии для выявления скрытых дефектов (трещин) металлургического производства;

- высадка в двух ручьевом штампе на горизонтально-ковочной машине (ГКМ);

- нагрев до температуры штамповки 1150°С;

- предварительная безоблойная штамповка на гидровинтовом прессе.

Для проведения безоблойной предварительной штамповки и предотвращения трещинообразования металла, которое происходит за счет разницы скорости остывания облойной части и тела лопатки, особенно в хвостовой части, исходная заготовка рассчитывается таким образом, что при заданной степени деформации металла заполнение гравюры штампа происходит без образования облоя, т.е. объем исходной заготовки равен объему безоблойно отштампованной заготовки лопатки;

- охлаждение штампованных заготовок в футерованном закрытом коробе типа «термос»;

- нагрев до температуры штамповки 1150°С;

- окончательная штамповка на гидровинтовом прессе;

- применение предварительного нагрева используемой для штамповки заготовок штамповой оснастки газовыми горелками, а между предварительной и окончательной штамповками применение дополнительного прогрева зеркала штамповой оснастки отштампованными в ней фальш-заготовками из низкоуглеродистой стали, например Ст10, нагретыми до температуры штамповки;

- охлаждение штампованных заготовок в футерованном закрытом коробе типа «термос».

Охлаждение штампованных заготовок лопаток проводят после каждого перехода пластической деформации с температуры конца штамповки в футерованных закрытых коробах типа «термос», что позволяет снизить до минимума возможность трещинообразования в проблемных зонах штампованных заготовок;

- обрезка облоя на установке гидроабразивной резки;

- термообработка путем аустенизации и старения;

- испытания;

- приемка.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штампованных заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава. Производят предварительную и окончательную штамповки нагретой заготовки. Заготовку нагревают до температуры штамповки перед каждой штамповкой. После каждой штамповки заготовку охлаждают в футерованном закрытом коробе типа «термос». У окончательно отштампованной заготовки обрезают облой и производят ее термообработку путем аустенизации и старения. В результате обеспечивается возможность максимально снизить или полностью устранить образование трещин в полученных заготовках лопаток и повысить стабильность их механических свойств. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ изготовления заготовок турбинных лопаток из труднодеформируемого жаропрочного никелевого сплава, включающий нагрев заготовки до температуры штамповки и ее последующие предварительную и окончательную штамповки, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют нагрев заготовки до температуры штамповки перед окончательной штамповкой, после каждой штамповки производят охлаждение штампованной заготовки в футерованном закрытом коробе типа «термос», осуществляют обрезку облоя окончательно отштампованной заготовки и ее термообработку путем аустенизации и старения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обрезку облоя производят на установке гидроабразивной резки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную штамповку осуществляют без образования облоя.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют предварительный нагрев используемой для штамповки заготовок штамповой оснастки газовыми горелками, а между предварительной и окончательной штамповками осуществляют дополнительный прогрев зеркала штамповой оснастки отштампованными в ней фальш-заготовками из низкоуглеродистой стали, нагретыми до температуры штамповки.