×
27.04.2019
219.017.3be6

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЛОПАТОК МОНОКОЛЕСА ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способу упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении. Способ включает упрочняющую обработку микрошариками, полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток. Ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота в режиме плазменно-иммерсионной ионной имплантации, вращая моноколесо одновременно относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, и относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр моноколеса. Вращение осуществляют со скоростью, обеспечивающей обработку всей рабочей поверхности лопаток моноколеса. Поток имплантируемых ионов направляют на обрабатываемое моноколесо по крайней мере только с одной из сторон от обрабатываемого моноколеса. Плазменно-иммерсионную ионную имплантацию лопаток ведут при энергии от 0,4 до 2,0 кэВ, силе тока от 0,3 до 2,5 мА/см, при частоте тока от 80 до 90 кГц до получения глубины имплантированного слоя от 1 до 8 мкм. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для упрочнения рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов.

Известен способ модификации поверхности деталей из сплавов, включающий ионную очистку поверхности пучком ионов азота, ионную имплантацию и стабилизирующий отжиг (Патент РФ №2007501, МПК С23С 14/48, опубл. 1994).

Известен также способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов, включающий ионную очистку ионами аргона и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота. (Патент РФ №2116378, МПК С23С 14/48, Способ модификации поверхностных слоев деталей из сплавов на основе титана. Опубл. 1998 г.). При этом ионную очистку осуществляют ионами инертных газов аргона или ксенона с энергией 250-350 кВ, плотностью ионного тока 3-10 мА/см2, в течение времени более 3000 с, ионное легирование азотом проводят с энергией 30-50 мкА/см2, в течение 500-2500 с, а отжиг проводят при температуре 450-550°С и давлении остаточных газов 10-3-5⋅10-3 Па в течение 2-2,5 ч.

Основным недостатком аналога способа являются невысокие эксплуатационные характеристики деталей из сплавов на основе титана (предела выносливости, циклической долговечности). Это связано с недостаточно рациональными вариантами обработки поверхности деталей из титановых сплавов при использовании методов ионно-имплантационного воздействия. При этом повышение указанных характеристик особенно важно для таких деталей из титановых сплавов, как компрессорные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД) и лопатки паровых турбин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов, включающий ионную очистку ионами аргона и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота. (Патент РФ №2479667. МПК С23С 14/48. Способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов. Опубл.: 20.04.2013 г.) При этом ионную очистку проводят при энергии от 8 до 10 кэВ, плотности тока от 130 мкА/см2 до 160 мкА/см2 в течение от 0,3 до 1,0 ч, а ионно-имплантационную обработку поверхности детали проводят при энергии от 25 до 30 кэВ.

Основным недостатком этого способа (Патент РФ №2479667) и вышеперечисленных аналогов (патенты РФ №№2007501 и 2116378) является невозможность равномерной обработки рабочих поверхностей лопаток моноколес (блисков), в связи с возникновением теневых участков, препятствующих проникновению ионов к обрабатываемой поверхности лопаток. Поэтому все вышеперечисленные способы не могут использоваться для упрочнения поверхности лопаток моноколеса, поскольку не могут обеспечить однородной обработки всей их рабочей поверхности.

Задачей настоящего изобретения является создание такого поверхностного слоя материала лопаток моноколеса из сплавов на основе титана, который позволил бы обеспечить их повышенные эксплуатационные характеристики (предела выносливости, циклической долговечности).

Техническим результатом заявляемого способа является повышение выносливости и циклической долговечности лопаток моноколеса компрессора ГТД за счет обеспечения их равномерной ионно-имплантационной обработки.

Технический результат достигается тем, что в способе упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов, включающем обработку микрошариками, полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя лопаток, в отличие от прототипа ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя осуществляют ионами азота, при этом поток имплантируемых ионов направляют на одну сторону обрабатываемого колеса и до получения глубины имплантированного слоя от от 1 мкм до 8 мкм осуществляют его вращение одновременно относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси со скоростью от 4 об/мин до 20 об/мин и относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр моноколеса со скоростью 2 об/мин до 20 об/мин, причем ионную имплантацию лопаток ведут при энергии от 0,4 кэВ до 2,0 кэВ, силе тока от 0,3 мА/см2 до 2,5 мА/см2, при частоте тока от 80 до 90 кГц.

Кроме того, в способе упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов возможно использование следующих дополнительных приемов: после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг; полирование моноколеса с лопатками ведут электрохимическим методом в водном растворе фторосодержащих солей, концентрацией от 4 до 10%, путем приложения к моноколесу с лопатками электрического потенциала величиной от 330 В до 350 В.

Полирование моноколеса с лопатками можно проводить электрохимическим методом в водном растворе фторосодержащих солей, концентрацией от 4 до 10%, путем приложения к моноколесу с лопатками электрического потенциала величиной от 330 В до 350 В. Например, в качестве фторсодержащего электролита можно использовать водный раствор фтористого калия.

Полирование моноколеса с лопатками можно проводить электрохимическим методом в водном растворе фторосодержащих солей, концентрацией от 4 до 10%, путем приложения к моноколесу с лопатками электрического потенциала величиной от 330 В до 350 В. Например, в качестве фторсодержащего электролита можно использовать водный раствор фтористого калия.

Для оценки эксплуатационных свойств лопаток моноколеса были проведены следующие испытания. Образцы из титановых сплавов марок ВТ6, ВТ8, ВТ8 м, ВТ41, ВТ18у, ВТ31, ВТ9, ВТ22, ВТ25у были обработаны ионно-имплантационым методом как по способу-прототипу (патент РФ №2479667. МПК С23С 14/48., опубл. 20.04.2013 г.), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам ионной имплантации, так и по режимам предлагаемого способа.

Испытания на выносливость и циклическую долговечность проводились на образцах - лопатках, вырезанных из моноколеса после его ионно-имплантационной обработки. За неудовлетворительный результат (Н.Р.) принимался результат, не обеспечивающий повышение эксплуатационных свойств лопаток по сравнению с прототипом.

Режимы обработки образцов и нанесения покрытия по предлагаемому способу.

Электрохимическое полирование: электрический потенциал от 330 В до 350 В, 320 В - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 330 В -удовлетворительный результат (У.Р.); 340 В - (У.Р.); 350 В - (У.Р.); 360 В (Н.Р.)

Ионно-имплантационная обработка азотом:

Энергия: 0,3 кэВ (Н.Р.); 0,4 кэВ (У.Р.); 0,8 кэВ (У.Р.); 1,6 кэВ (У.Р.); 2,5 кэВ (У.Р.); 2,7 кэВ (Н.Р.);

сила тока: 0,2 мА/см2 (Н.Р.); 0,3 мА/см2 (У.Р.); 0,8 мА/см2 (У.Р.); 1,6 мА/см2 (У.Р.); 2,5 мА/см2 (У.Р.); 2,8 мА/см2 (Н.Р.);

частота тока: 70 кГц (Н.Р.); 80 кГц (У.Р.); 90 кГц (У.Р.); 100 кГц (Н.Р.).

глубина имплантированного слоя: 0,5 мкм (Н.Р.); 1 мкм (У.Р.); 2 мкм (У.Р.); 4 мкм (У.Р.); 6 мкм (У.Р.); 8 мкм (У.Р.); 10 мкм (Н.Р.);

скорость вращения относительно оси, перпендикулярной его продольной оси с угловой скоростью: 2 об/мин (Н.Р.); 4 об/мин (У.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 12 об/мин (У.Р.); 20 об/мин (У.Р.); 22 об/мин (Н.Р.);

скорость вращения относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр моноколеса с угловой скоростью: 2 об/мин (Н.Р.); 4 об/мин (У.Р.); 8 об/мин (У.Р.); 12 об/мин (У.Р.); 20 об/мин (У.Р.); 22 об/мин (Н.Р.);

после ионно-имплантационной обработки проводили постимплантационный отжиг:

- температура: 200°С (Н.Р.); 300°С (У.Р.); 450°С (У.Р.); 500°С (У.Р.); 600°С (У.Р.); 650°С (У.P.); 700°С (Н.Р.);

- давление остаточных газов: 5⋅10-2 Па (Н.Р.); 1⋅10-3 Па (У.Р.); 3⋅10-3 Па (У.Р.); 4⋅10-3 Па (У.Р.); 5⋅10-3 Па (У.P.); 7⋅10-3 Па (Н.Р.);

- время: =1,0-2 ч 0,5 час (Н.Р.); 1,0 час (У.Р.); 1,5 час (У.Р.); 2,0 час (У.Р.); 2,5 час (Н.Р.);

Отжиг проводили в одном вакуумном объеме установки за один технологический цикл.

В результате проведенных испытаний установлено следующее: условный предел выносливости (σ-1) образцов в исходном состоянии составляет в среднем 460-470 МПа, у образцов, упрочненных по способу-прототипу - 465-480 МПа, а по предлагаемому способу - 500-510 МПа.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов следующих приемов: упрочняющую обработку микрошариками, полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток; проведение ионно-имплантационной обработки поверхностного слоя ионами азота при энергии от 0,4 кэВ до 2,0 кэВ, силе тока от 0,3 мА/см2 до 2,5 мА/см2, при частоте тока от 80 до 90 кГц, вращая одновременно моноколесо относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси и относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр моноколеса, со скоростями вращения, обеспечивающими обработку всей рабочей поверхности лопаток моноколеса; направление потока имплантируемых ионов на обрабатываемое моноколесо только с одной из сторон от обрабатываемого моноколеса; проведение обработки лопаток до получения глубины имплантированного слоя от 1 мкм до 8 мкм; проведение обработки лопаток при скоростях вращения относительно оси, перпендикулярной его продольной оси с угловой скоростью от 4 об/мин до 20 об/мин, а относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр моноколеса с угловой скоростью 2 об/мин до 20 об/мин; проведение после ионно-имплантационной обработки

постимплантационного отжига; проведение полирования моноколеса с лопатками электрохимическим методом в водном растворе фторосодержащих солей, концентрацией от 4 до 10%, путем приложения к моноколесу с лопатками электрического потенциала величиной от 330 В до 350 В, позволяет повысить условный предел выносливости и циклическую долговечность лопаток моноколеса компрессора ГТД за счет обеспечения их равномерной ионно-имплантационной обработки.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 81-90 of 146 items.
25.07.2019
№219.017.b88c

Система автоматического управления углом крена со статическим автопилотом и с ограничением угловой скорости крена летательного аппарата

Система автоматического управления углом крена со статическим автопилотом и с ограничением угловой скорости крена летательного аппарата содержит задатчик угла крена, задатчик максимальной угловой скорости крена и вычислитель автомата ограничения угловой скорости крена, датчик угла крена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695474
Дата охранного документа: 23.07.2019
21.08.2019
№219.017.c1cb

Способ нанесения жаростойких покрытий y-мо-о из плазмы вакуумно-дугового разряда

Изобретение относится к способу нанесения жаростойких покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ряда деталей машин и инструмента. Технический результат изобретения заключается в улучшении стойкости деталей к газовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697758
Дата охранного документа: 19.08.2019
21.08.2019
№219.017.c1fb

Способ сухого локального электрополирования лопаток блиска и рабочий контейнер для его реализации

Изобретение относится к технологии электрополирования деталей сложной формы и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток блиска компрессоров газотурбинных двигателей. Способ включает закрепление блиска на держателе, погружение лопаток блиска в электропроводящие пористые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697757
Дата охранного документа: 19.08.2019
21.08.2019
№219.017.c205

Способ повышения стойкости металлорежущего инструмента

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента. Способ формирования износостойкого композиционного покрытия на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697749
Дата охранного документа: 19.08.2019
24.08.2019
№219.017.c37a

Пальчиковое уплотнение

Изобретение относится к области турбо- и двигателестроения и может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей и паровых турбин для уплотнения радиальных зазоров. Пальчиковое уплотнение содержит примыкающие друг к другу кольцевые детали, каждая из которых содержит равномерно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698170
Дата охранного документа: 22.08.2019
01.09.2019
№219.017.c5dc

Способ вихретокового контроля целостности бандажных оболочек роторов

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электрических машинах при диагностировании состояния бандажных оболочек роторов. Способ вихретокового контроля дополнительно содержит этапы, на которых осуществляют контроль бандажной оболочки ротора электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698557
Дата охранного документа: 28.08.2019
07.09.2019
№219.017.c840

Способ последовательного электрополирования лопаток блиска и рабочий контейнер для его реализации

Изобретение относится к технологии электрополирования деталей сложной формы и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке лопаток блиска компрессоров газотурбинных двигателей для обеспечения необходимых физико-механических и эксплуатационных свойств деталей турбомашин. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699495
Дата охранного документа: 05.09.2019
10.09.2019
№219.017.c9b6

Способ нанесения аморфно-кристаллического покрытия на металлорежущий инструмент

Изобретение относится к области получения износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента. Способ нанесения износостойкого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699700
Дата охранного документа: 09.09.2019
02.10.2019
№219.017.cc14

Система автоматического управления углом крена и ограничения угловой скорости крена летательного аппарата

Система автоматического управления углом крена и ограничения угловой скорости крена летательного аппарата содержит задатчик угла крена, вычислитель автопилота угла крена, алгебраический селектор, сервопривод элеронов летательного аппарата, датчик угла крена летательного аппарата, задатчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701628
Дата охранного документа: 30.09.2019
02.10.2019
№219.017.ccbf

Ткань с электромагнитным и пьезоэлектрическим нагревом

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к электронагревательным тканям промышленного и бытового назначения, имеющим в своей структуре пьезоэлементы и электронагревательные нити. Технический результат: увеличение нагревательной способности ткани и более полное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701403
Дата охранного документа: 26.09.2019
Showing 81-90 of 141 items.
27.04.2019
№219.017.3baf

Способ получения многослойного защитного покрытия на лопатках моноколеса из титанового сплава от пылеобразной эрозии

Изобретение относится к способу получения многослойного защитного покрытия на лопатках моноколеса из титанового сплава от пылеабразивной эрозии и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроению. Осуществляют упрочняющую и ионно-имплантационную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685919
Дата охранного документа: 23.04.2019
27.04.2019
№219.017.3bcb

Способ упрочняющей обработки лопаток блиска из легированных сталей

Изобретение относится к способу упрочняющей обработки лопаток блиска из легированных сталей и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении. Способ включает полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток. Ионно-имплантационную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685890
Дата охранного документа: 23.04.2019
27.04.2019
№219.017.3bd5

Способ упрочнения лопаток блиска из легированных сталей

Изобретение относится к способу упрочнения лопаток блиска из легированных сталей. Осуществляют упрочняющую обработку микрошариками, полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток. Ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 0,8...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685893
Дата охранного документа: 23.04.2019
29.04.2019
№219.017.43e8

Способ восстановления лопаток турбомашин

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей. Способ включает выполнение на поврежденном участке пера лопатки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002420383
Дата охранного документа: 10.06.2011
29.04.2019
№219.017.43ec

Способ восстановления эксплуатационных свойств лопаток турбомашин из легированных сталей

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из легированных сталей. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002420384
Дата охранного документа: 10.06.2011
29.04.2019
№219.017.461c

Способ получения жаростойкого покрытия на лопатках газовых турбин

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения жаростойких покрытий или теплозащитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин авиадвигателей. Заявлен способ получения жаростойкого покрытия на лопатках газовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002441100
Дата охранного документа: 27.01.2012
09.05.2019
№219.017.4df2

Катодный узел электродугового испарителя

Изобретение относится к технике вакуумно-плазменного нанесения покрытия, в частности к электродуговому испарителю, и может быть использовано в авиа- и машиностроении для нанесения защитных упрочняющих покрытий на различные изделия. Рабочая поверхность катода выполнена бочкообразно, внутренняя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002367723
Дата охранного документа: 20.09.2009
09.05.2019
№219.017.5032

Способ получения теплозащитного покрытия

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения защитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин, в частности газовых турбин авиадвигателей. Технический результат - повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении выносливости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002441103
Дата охранного документа: 27.01.2012
09.05.2019
№219.017.5033

Способ получения жаростойкого покрытия

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения защитных покрытий на лопатки энергетических и транспортных турбин, в частности газовых турбин авиадвигателей. Технический результат - повышение жаростойкости покрытия при одновременном повышении его выносливости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002441104
Дата охранного документа: 27.01.2012
09.06.2019
№219.017.7654

Способ замены дефектного участка трубопровода

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и, в частности, может быть использовано при ремонте магистрального трубопровода с заменой дефектного участка методом вырезки/врезки катушки. Способ замены дефектного участка трубопровода, включает обнаружение дефектного участка, оценку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690997
Дата охранного документа: 07.06.2019
+ добавить свой РИД