Способ изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабатываемых алюминиевых сплавов Советский патент 1985 года по МПК B23K20/24 F01D5/04 F04D29/28 

Изобретение относится к турбомаш ностроению,. в частности к способам изготовления закрытых рабочих колес центробежных турбомашин Известен способ изготовления зак рытых рабочих колес центробежных турбомашин из титановых сплавов, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к лопаткам и соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере l ,. Однако изготовленные из титана рабочие колеса обладают большим весом, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из. термбобрабатываемых алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском , прижимают покрывнбй диск к лопаткам, соединяют их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную термообработку ко леса- 2 , Однако при известном способе изготовления рабочего колеса из алюми ниевых термообрабатыввемых сплавов в отличие от титановых сплавов на свариваемых поверхностях остаётся тонкий слой окисной пленки, которая частично остается в сварном шве и уменьшает прочность соединения,снижая надежность рабочего колеса. Цель изобретения - Г7овышение надежности рабочего колеса путем увел чения прочности сварного соединения Указанная цел1з достигается тем, что согласно способу изготовления закрытого рабочего колеса центробежной турбомашины из термообрабаты ваемых алюминиевых сплавов, заключающемуся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполнен ных заодно с несущим диском; прижимают покрывной диск к лопаткам, сое диняют, их между собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную термообработку колеса, перед установкой покрывного диска производят предварительную термообработку.обои Дисков путем отжига покрывного (нес щего) диска и закаливания и старени несущего (покрывного) диска. Способ реализуется следующим образом. Перед сборкой покрывного и несущего дисков,для осуществления диффу зионной сварки производят термообработку обоих дисков. Термообработка заключается в том, что отжигают покрывной диск, а несущий диск закаливают и старят. Свариваемые поверхности подготавливают химическим травлением, затемнесущий диск, выполненный заодно с лопатками, помещают в приспособление. Покрыв-, ной диск устанавливают на лопатах.. Прижимают покрывной диск к лопаткам. Усилие сжатия обеспечивает местное вдавливание микрорельефа более твердой детали в более мягкую.Затем приспособление со сжатыми дисками помещают в герметичную камеру, вакуумируют и производят нагрев до температуры диффузионной сварки. В процесса нагрева осуществляется дополнительное сжатие свариваемых дисков, при этом происходит преимущественное вдавливание более твердой детали в более мягкую, торцы лопаток вдавливаются в покрывной диск. При достижении температуры, близкой к температуре сварки твердости обеих деталей выравниваются, происходит взаимное пластическое течение и одинаковая активация диффузионных прогдессов в свариваемых дисках. После выдержки при температуре сварки следует охлаждение, извлечение сваренного колеса из приспособления и окончательная упрочняющая термообработка. Пример. Изготовление рабочего колеса из алюминиевого сплава АК-б. Несущий диск с лопатками закаливали с температуры 515°С в теплой воде и старили при 160°с в течение 12 ч, покрывной диск.отжигали при 350 с один час. При этом твердость материала несущего диска составила НВ 106, а твердость покрывного диска НВ 50. Перед сваркой ДИСКИ травили в растворе на основе ортофосфорной кислоты, осветляли в растворе азотной кислоты (1:1) , промывали в воде, сушили. Сборку дисков осуществляли в приспособлении со стяжными болтами из титана, окончательная затяжка которых осуществлялась при сжатии дисков на прессе (усилие в 20 т при площади торцов лопаток 450 мм обеспечивало вдавливание торцов в покрывной диск на глубину 0,3 мм). Затем свариваемые диски вместе с приспособлением помещали в вакуумную печь, откачивали до разрежения 10 мм рТ.ст. и нагревали до 5бОс, Времянагрева 90 мин, а выдержка при температуре сварки 10 мин. Сварочное давление обеспечивалось различием температурных коэффициентов линейного расширения материалов дисков (ЛК-б) и материала стяжных болтов (титан). После сварки колеса совместно с приспособлением охлаждались с печью. Сваренное колесо вынимали из приспособления,про:изводили упрочняющую термообработку (закалку и искусственное старение) и окончательную обработку колеса.

Выполнение предварительной термообработки несущего и покрывного дисков путем отжига покрывного (несущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска обеспечивает разницу в твердости сопрягаемых поверхностей. При этом в процессе сжатия происходит вдавливание микровыступов более твердой детали в более мягкую и снятие окйсной пленки с боковых поверхностей микровыступов. При дальнейшем сжатии до температуры разупрочнения . происходит внедрение (или осадка)

торца лопатки в покрывной диск (под действием покрывного диска), что приводит к увеличению площади физического контакта свариваемых поверхностей.

Таким образом, придание материалам свариваема деталей различной твердости на начальной стадии сжатия и нагревэ облегчает образование физического контакта материалов и увеличивает работоспособност колес на срез за счет вдавливания торцов лопаток в тело покрывного диска, а выравнивание твердостей при температуре сварки обеспечивает оптшлальные условия для диффузии.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАКРЫТОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ТУРБОМАШИЦЫ ИЗ. ТЕРМООБРАБАТЫВАЕМЫХ АЛЮМИНИЕИЗХ СПЛАВОВ, заключающийся в том, что покрывной диск устанавливают на лопатках, выполненных заодно с несущим диском, прижимают покрывной диск к- лопаткам, соединяют их межд собой диффузионной сваркой в защитной атмосфере, охлаждают и производят окончательную тep raoбpaбoтку колеса, отличаю-щийс я тем, что, с целью повышения надежности колеса путем увеличения прочности сварного соединения, перед установкой покрывного диска пронзво-. / he дят предварительную термообработку VO обоих дисков путем отжига покрывного (не.сущего) диска и закаливания и старения несущего (покрывного) диска