×
09.05.2019
219.017.4987

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002687117
Дата охранного документа
07.05.2019
Аннотация: Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных титановых сплавов. Цилиндрическую трубную заготовку нагревают до температуры на 20-40°С ниже А Посленагрева производят раздачу и разворот трубной заготовки в плоский диск с центральным отверстием. Раздачу производят на конус коническим бойком, а разворот осуществляют на плоских плитах под прессом. При этом получают микроструктуру с диметром зерна на ободе диска d≥10 нм и диаметром зерна на ступице диска d≤10 нм. В результате обеспечивается повышение качества дисков газотурбинных двигателей и снижение трудоемкости их изготовления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству дисков газотурбинных двигателей (далее - ГТД) из жаропрочных титановых сплавов с необходимой микроструктурой, в частности размера зерен для получения необходимых физико-механических свойств по радиусу диска ГТД. Изобретение может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности.

Из уровня техники известен диск турбины ГТД, полученный из трубной заготовки путем ее разрезки по образующей, развертки в плоскую плиту и вырезки из нее диска (авторское свидетельство СССР №852429, В21К 1/32, 10.07.1979), выбранный в качестве аналога.

Недостатком аналога является высокая трудоемкость изготовления, низкий коэффициент использования металла и невозможность получения необходимой микроструктуры по радиусу диска.

Из уровня техники известен диск, полученный продольной осадкой трубной заготовки в плоских бойках (авторское свидетельство СССР №113426, В21Н 1/06, В21К 1/32, 15.01.1985), выбранный в качестве аналога.

Недостатком аналога является то, что диск также не будет иметь необходимую микроструктуру по радиусу диска.

Из уровня техники известен биметаллический диск ротора ГТД, содержащий соединенные между собой две части, первая из которых выполнена в виде диска из жаропрочного не свариваемого сплава, а вторая - в виде колец из свариваемого сплава, соединенных с торцевыми поверхностями первой части, при этом кольца выполнены из листа литого свариваемого сплава и соединены с торцевыми поверхностями первой части сваркой взрывом (патент РФ №154586, В21К 1/32, В23Р 15/02, 27.08.2015), выбранный в качестве аналога.

Недостатком аналога является то, что диск имеет дискретно-переменную микроструктуру по толщине диска в зоне перехода не свариваемой части в свариваемую, что делает его равнопрочным по радиусу.

Известен диск ГТД, преимущественно из жаропрочных сталей и сплавов, полученный горячим изостатическим прессованием (далее - ГИП) гранул одного и того же сплава на никелевой основе, но разной крупности (см., например, Г.С. Гарибов, И.М. Гриц, Улучшение характеристик гранулированных материалов для турбинных дисков перспективных авиационных двигателей, Заготовительные производства в машиностроении №1, 2013, с. 43-48), выбранный за аналог.

Недостатком аналога является высокая трудоемкость изготовления и использование дорогостоящего специализированного оборудования. При этом изменение микроструктуры по радиусу диска носит в нем ярко выраженный дискретный характер, проявляющийся в неравномерном размере зерен по всему радиусу диска. Изготовление таких дисков ГТД из титановых жаропрочных сплавов неизвестно.

Из уровня техники известен диск ГТД из сталей и сплавов, полученный из заготовки стакана путем раздачи и разворачивания стенки стакана в плоское кольцо (патент РФ №2374028, В21К 1/32, 27.11.2009), выбранный в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).

Недостатком прототипа является высокая трудоемкость изготовления заготовки стакана и необходимость использования для ее изготовления специальных штампов и мощного прессового оборудования, особенно при изготовлении дисков из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов. После раздачи и разворачивания стенки стакана только в зоне полотна диска образуется микроструктура, при этом обод и ступица диска такой структурой не обладает.

Техническая проблема заключается в получении микроструктуры с необходимыми физико-механическими свойствами по всему радиусу диска ГТД, изготовленного из жаропрочных титановых сплавов, а именно с получением мелкозернистой структуры в области обода диска и крупнозернистой структуры в области ступицы диска.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении качества дисков ГТД из жаропрочных титановых сплавов и снижение трудоемкости их изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления диска газотурбинного двигателя, преимущественно из жаропрочных титановых сплавов, заключается в получении заготовки для формовки, нагреве полученной заготовки и ее формовки путем раздачи и разворота заготовки в плоский диск с центральным отверстием. При этом в качестве заготовки используют цилиндрическую трубу, а раздачу и разворот осуществляют с получением микроструктуры зерна dзер.≥10-9 нм на ободе диска и микроструктуры зерна dзер.≤10-6 нм на ступице диска. Диск получен путем раздачи и разворота цилиндрической трубной заготовки из жаропрочных титановых сплавов после ее нагрева до температуры на 20-40°С ниже А3.

dзер - диаметр зерна, (нм. - нанометр).

Технический результат достигается также и тем, что раздачу и разворот цилиндрической трубной заготовки из жаропрочных титановых сплавов осуществляют в интервале температур сверхпластичности указанного сплава.

Технический результат достигается также и тем, что трубную цилиндрическую заготовку изготавливают разнотолщинной - с утолщениями в местах формовки обода и ступицы диска.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой под поз. 1 представлена трубная цилиндрическая заготовка с наружным диаметром dH, внутренним d0 и высотой h, а также под поз. 2 полученный диск ГТД с наружным диаметром DH, внутренним диаметром d0 и толщиной Н.

В предлагаемом способе получения диска ГТД после раздачи и разворота трубной заготовки величина относительной деформации по радиусу диска будет изменяться от εmin (в зоне центрального отверстия - ступица диска) до εmax (в зоне крепления лопаток - ободе диска), что после термообработки обеспечит максимум комплекса заданных физико-механических свойств на ободе диска. Обод диска ГТД - это зона, которая наиболее нагружена при работе ГТД. Минимальная величина (мелкозернистая структура) зерна стали и сплава должна достигаться в зоне максимальных деформаций - ободе диска, так как это важно для долговечности работы ГТД, а именно - предела выносливости стали и сплава. Следовательно, на ступице диска зерно должно быть крупным, а на ободе и полотне - мелким, так как для ступицы диска опасно малоцикловое усталостное разрушение, а для обода - многоцикловое и сверх многоцикловое усталостное разрушение (см., например, А.А. Шанявский, Безопасное усталостное разрушение элементов авиационных конструкций. Монография. Уфа, 2003. с. 802).

Применительно к жаропрочным сталям наилучший результат по свойствам и структуре диска после раздачи и разворота цилиндрической трубной заготовки достигается после ее нагрева и деформации при температуре на 20-40°С выше А3.

Тоже самое для жаропрочных титановых сплавов достигается после нагрева и деформации трубной заготовки при температуре на 20-40°С ниже А3. Так как при нагреве выше А3 у титановых сплавов наблюдается резкий рост зерна в β - области, что приводит к значительному снижению пластичности сплавов.

Раздача и разворот трубной заготовки при температуре сверхпластичности стали и сплава особенно эффективен при формовке жаропрочных труднодеформируемых никелевых и титановых сплавов, так как при этом достигается не только мелкозернистая структура по радиусу диска, но и значительно снижается усилие деформирования.

Для аустенитных сталей и никелевых сплавов с высокой пластичностью после закалки, раздача и разворот трубной заготовки может производиться «в холодную» с формированием величины зерна и свойств сталей и сплавов диска после термообработки в соответствии с их диаграммами рекристаллизации I рода и требованиями ТУ.

В качестве рассматриваемого примера может служить диск ротора компрессора ГТД из титанового жаропрочного титанового сплава ВТ8. Указанный диск с припусками на механическую обработку имеет, например, следующие размеры: DH=305 мм, d0=155 мм и h=25 мм, при массе диска - 6,0 кг. Трубная цилиндрическая заготовка для формовки указанного диска была получена свободной ковкой под молотом 0,75 т из сплошной цилиндрической заготовки путем ее осадки, прошивки и раскатки. После термообработки - отжига и обдирки заготовка имела следующие размеры: dH=215 мм, d0=155 мм и Н=75 мм.

При таких размерах трубной заготовки и диска максимальная степень деформации на ободе диска составит:

в то же время представленная зависимость может иметь следующий вид:

где:

- коэффициент отбортовки - раздачи (Котб);

δ - относительное удлинение сплава при температуре раздачи и разворота трубной заготовки.

Откуда с учетом всех полученных зависимостей определяем коэффициент отбортовки - раздачи: Котб=1+δ=1+0,69=1,69.

Следовательно, чтобы осуществить операцию раздачи и разворота трубной заготовки с одного нагрева без трещинообразования на краю диска относительное удлинение сплава при температуре деформации должно быть более 69%.

Испытания сплава ВТ8 при повышенных температурах дали следующие результаты (см. таблицу 1).

Из полученных данных видно, что сплав ВТ8 по критерию ковкости Kψ без трещинообразования можно деформировать в интервале температур 1050-900°С. При этом температура 1000°С является температурой сверхпластичности данного сплава. С учетом того, что температура А3 для сплава ВТ8 диска, приведенного в качестве примера, составляла 1005°С, заготовку нагрели до температуры 985°С в электропечи и сначала раздали на конус коническим бойком, а затем разворотом на плоских плитах под прессом 400 тс в плоский диск. Трещин и надрывов на диске не обнаружено.

Затем полученный диск проходил изотермический отжиг по серийной технологии: нагрев до 940±10°С, выдержка 1 час, охлаждение с печью до 580°С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе.

После разрезки диска и изготовления образцов на образцах тангенциального (хордового направления) были получены следующие результаты (см. таблицу 2).

При испытаниях на растяжение при температуре 500°С предел прочности образца с исходной структурой составил 598,9 МПа, а на краю диска - 897,2 МПа при требованиях ТУ - не менее 620 МПа. Испытания на длительную прочность при температуре 500°С показали высокие результаты. При требованиях ТУ стойкости не менее 50 часов под рабочим напряжении 490 МПа получены результаты значительно их превышающие. Образец с исходной структурой сломался через 370 часов 53 минуты, с мелкокристаллической - не сломался и был снят через 795 часов 46 минут.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает достижение в дисках ГТД, изготовленных из жаропрочных титановых сплавов необходимую микроструктуру распределения физико-механических свойств по радиусу диска и тем самым увеличивает их ресурс работы в двигателе.


СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 44 items.
28.08.2018
№218.016.8030

Ротор турбины

Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор турбины содержит диск турбины, на ободе которого верхним байонетным соединением установлен дефлектор диска, ступица которого выполнена с цилиндрическим упругим элементом и с щелевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664902
Дата охранного документа: 23.08.2018
28.08.2018
№218.016.804b

Автономное интегрированное устройство регистрации параметров авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может быть использовано в бортовых системах регистрации параметров авиационного газотурбинного двигателя. Автономное интегрированное устройство регистрации параметров авиационного газотурбинного двигателя включает связанные друг с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664901
Дата охранного документа: 23.08.2018
13.09.2018
№218.016.8729

Отклоняющая решетка реверсивного устройства наружного корпуса двигателя

Изобретение относится к области авиационных двигателей и тормозных устройств самолетов. Отклоняющая решетка реверсивного устройства наружного корпуса двигателя включает монолитные секции. Каждая из секций изготовлена из полимерного композиционного материала и содержит продольные ребра и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666889
Дата охранного документа: 12.09.2018
13.09.2018
№218.016.8775

Способ управления противообледенительной системой воздухозаборника газотурбинного двигателя самолета

Изобретение относится к противообледенительным системам летательных аппаратов. Способ управления противообледенительной системой воздухозаборника газотурбинного двигателя самолета заключается в регистрации обледенения самолета с помощью блока (1), передаче данных об обледенении из системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666886
Дата охранного документа: 12.09.2018
22.09.2018
№218.016.897e

Коробка приводных агрегатов

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к элементам маслосистемы авиационного газотурбинного двигателя. Коробка приводных агрегатов содержит зубчатое колесо, патрубок, подшипники, центробежную крыльчатку с лопатками. Центробежная крыльчатка с лопатками содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667251
Дата охранного документа: 18.09.2018
13.10.2018
№218.016.9184

Замок реверсивного устройства газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиации, к конструкции авиационных двигателей и тормозных устройств самолетов, а именно к замку реверсивного устройства газотурбинного двигателя. Замок реверсивного устройства газотурбинного двигателя, удерживающий подвижную часть реверсивного устройства...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669452
Дата охранного документа: 11.10.2018
14.12.2018
№218.016.a6bb

Устройство фиксации лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и ГТУ наземного применения, в частности к роторам компрессоров газотурбинных двигателей. Устройство фиксации лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя на диске ротора, содержащее вкладыш, выполненный с возможностью зацепления в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674812
Дата охранного документа: 13.12.2018
14.12.2018
№218.016.a6bc

Статор газовой турбины

Изобретение относится к статорам газовых турбин газотурбинных двигателей авиационного применения. Статор газовой турбины, в наружном корпусе которой установлены секторы разрезного сотового кольца, выполненного двухслойным, с опорными элементами на переднем и заднем осевых концах сектора. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674813
Дата охранного документа: 13.12.2018
14.12.2018
№218.016.a6ce

Способ создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе газотурбинного двигателя

Изобретение относится к способу создания необходимого давления и расхода топлива в топливной системе авиационного газотурбинного двигателя. Способ создания давления и расхода топлива в топливной системе газотурбинного двигателя, содержащей топливный насос с электрическим приводом, топливный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674806
Дата охранного документа: 13.12.2018
16.02.2019
№219.016.bb82

Устройство управления воздушным стартером

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к управлению перекрывной регулирующей заслонкой потока сжатого воздуха, подаваемого в качестве рабочего тела в воздушно-турбинный стартер, который используется для запуска газотурбинного двигателя авиационной или наземной техники....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679951
Дата охранного документа: 14.02.2019
Showing 1-9 of 9 items.
20.02.2013
№216.012.264f

Способ раскатки дисков

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении дисков газотурбинных двигателей. Вращают цилиндрическую заготовку диска и перемещают по радиусу заготовки наклонные ролики, образующие между собой заданный калибр. Ролики перемещают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475327
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2014
№216.012.a15b

Способ изготовления уплотнительных колец

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления уплотнительных колец, используемых для производства узлов и агрегатов широкого спектра изделий, в том числе авиационных газотурбинных двигателей. Осуществляют гибку профильного прутка в кольцо из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507022
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2015
№216.013.2951

Способ формовки патрубков в листовых деталях

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к листовой штамповке, и может быть использовано при изготовлении листовых деталей с патрубками, в том числе некруглой формы. Изготавливают технологическое отверстие в детали и формовку в ней патрубка путем отбортовки отверстия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542034
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.05.2016
№216.015.3bb5

Способ получения поковок из жаропрочных гранулированных сплавов

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и машиностроительной отраслях промышленности при изготовлении заготовок и деталей из гранулированных жаропрочных сплавов, например дисков роторов газотурбинных двигателей со смешанной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583564
Дата охранного документа: 10.05.2016
25.08.2017
№217.015.9ca2

Способ восстановительной обработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к металлургии, а именно к восстановительной обработке деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности для продления ресурса работы деталей газотурбинных двигателей и установок. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610379
Дата охранного документа: 09.02.2017
04.04.2018
№218.016.32b6

Морозостойкий силиконовый пеногерметик

Изобретение относится к заливочным двухкомпонентным силиконовым пеногерметикам, работоспособным в вулканизованном состоянии при температурах от -120 до +250°С, для герметизации узлов и деталей, которые подвергаются интенсивному вибрационному воздействию, толчкам и ударам и резким температурным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645481
Дата охранного документа: 21.02.2018
16.09.2018
№218.016.8849

Способ противоводородной термической обработки заготовок из сталей и сплавов

Изобретение относится к области термической обработки заготовок из сталей и сплавов. Способ противоводородной термической обработки заготовок из сталей и сплавов заключается в выдержке заготовок из расчета 2 минуты на 1 мм сечения при температуре от 650°С до 700°С, соответствующей минимальному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667111
Дата охранного документа: 14.09.2018
11.03.2019
№219.016.d67e

Способ изготовления колец

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в металлургической и авиационной промышленности при изготовлении деталей ответственного назначения, преимущественно деталей газотурбинных двигателей. Производят поперечную осадку заготовки с получением пластины....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002286862
Дата охранного документа: 10.11.2006
11.03.2019
№219.016.d716

Способ безоблойной штамповки детали

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при штамповке деталей типа корпусов арматуры газотурбинных двигателей. Деталь, имеющую внутреннюю полость, уступы и отростки с приливами, штампуют безоблойным методом по меньшей мере за два перехода. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002292979
Дата охранного документа: 10.02.2007
+ добавить свой РИД