×
27.04.2019
219.017.3bcb

СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ЛОПАТОК БЛИСКА ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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 обработку поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 18 до 32 кэВ дозой от 1,6⋅10 до 2,0⋅10 ион/см. В процессе обработки блиск вращают одновременно относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, и относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр блиска, со скоростью вращения, обеспечивающей обработку всей рабочей поверхности лопаток блиска. Поток имплантируемых ионов направляют на обрабатываемый блиск только с одной из сторон от обрабатываемого блиска. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для упрочнения рабочих лопаток блиска (моноколеса) компрессора ГТД из легированных сталей.

Известен способ модификации поверхности деталей, включающий ионную очистку поверхности пучком ионов азота, ионную имплантацию и стабилизирующий отжиг (Патент РФ №20007501, МПК С23С 14/48, 1994).

Основным недостатком этого способа являются невысокие эксплуатационные характеристики деталей из легированных сталей.

Известен также способ ионно-имплантационной обработки деталей, 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 (предела выносливости, циклической долговечности). Это связано с недостаточно рациональными вариантами обработки поверхности деталей из сталей и сплавов при использовании методов ионно-имплантационного воздействия. При этом повышение указанных характеристик особенно важно для таких деталей как компрессорные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен также способ ионно-имплантационной обработки деталей, 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 аналогов способа являются невысокие эксплуатационные характеристики деталей (предела выносливости, циклической долговечности). Это связано с недостаточно рациональными вариантами обработки поверхности деталей из сталей и сплавов при использовании методов ионно-имплантационного воздействия. При этом повышение указанных характеристик особенно важно для таких деталей как компрессорные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ ионно-имплантационной обработки деталей из легированных сталей, включающий ионную очистку ионами аргона и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота (патент РФ №2116378, МПК С23С 14/48, 1998 г.; а также А.С. СССР №1642786, МПК С23С 14/48, Способ ионной имплантации. Опубл. 30.09.1994.). При этом, обработка поверхности осуществляется путем имплантации ионного пучка с плотностью мощности 1⋅103 Вт/см2 с предварительным облучением поверхности импульсным ионным пучком с плотностью мощности 5⋅106-108 Вт/см и удельной энергией в импульсе 0,5-10 Дж/см2.

Основным недостатком этого способа (А.С. СССР №1642786; патент РФ №2116378) и вышеперечисленных аналогов (патенты РФ №№2007501, 2479667 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 лопатокмоноколеса, поскольку не могут обеспечить однородной обработки всей их рабочей поверхности.

Задачей настоящего изобретения является создание такого поверхностного слоя материала лопаток блиска из легированных сталей, который позволил бы обеспечить их повышенные эксплуатационные характеристики (предела выносливости, циклической долговечности).

Техническим результатом заявляемого способа являетсяповышение выносливости и циклической долговечности лопатокблиска компрессора ГТД из легированных сталейза счет обеспечения их равномерной ионно-имплантационной обработки.

Технический результат достигается тем, что в способе упрочняющей обработки лопаток блиска из легированных сталей, включающем полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток, в отличие от прототипа, ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 18 до 32 кэВ, дозой от 1,6⋅1017 ион/см2 до 2,0⋅1017 ион/см2, при этом поток имплантируемых ионов направляют на одну сторону обрабатываемого блиска и 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 блиска, со скоростью 2 об/мин до 20 об/мин.

Кроме того, в способе упрочнения лопаток блиска из легированных сталей возможно использование следующих дополнительных приемов: после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг; полирование блиска с лопатками ведут электрохимическим методом в водном растворе соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/литр, причем полирование ведут при температуре от 60°С до 90°С путем приложения к блиску электрического потенциала величиной от 270 В до 290 В.

Полирование блиска с лопатками можно проводить электрохимическим методом в водном растворе соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/литр, причем полирование ведут при температуре от 60°С до 90°С путем приложения к блиску электрического потенциала величиной от 270 В до 290 В.

Для оценки эксплуатационных свойств лопаток блиска были проведены следующие испытания. Образцы из железохромоникелевых сплавов (ХН45МВТЮБР-ИД, ХН45МВТЮБР-ПДбыли обработаны ионно-имплантационым методом как по способу-прототипу (патент РФ №2116378. МПК С23С 14/48, 1998 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 блиска 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.

Ионно-имплантационная обработка азотом:

Энергия: 16 кэВ (Н.Р.); 18 кэВ удовлетворительный результат (У.Р.); 24 кэВ (У.Р.); 32 кэВ (У.Р.); 34 кэВ (Н.Р.);

Доза: 1,4⋅1017 ион/см2 (Н.Р.); 1,6⋅1017 ион/см2 (У.Р.); 1,8⋅1017 ион/см2 (У.Р.); 2,0⋅1017 ион/см2 (У.Р.); 2,2⋅1017 ион/см2 (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.Р.); 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.Р.); 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 315-320 МПа, у образцов, упрочненных по способу-прототипу - 330-340 МПа, МПа, а по предлагаемому способу 360-370 МПа.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе упрочнения лопаток блиска из легированных сталей следующих приемов: полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток; проведение ионно-имплантационной обработки поверхностного слоя ионами азота при энергии от 18 до 32 кэВ, дозой от 1,6⋅1017 ион/см2 до 2,0⋅1017 ион/см2, вращая одновременно блиск относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси и относительно оси, образованной пересечением плоскости, проходящей через ось потока имплантируемых ионов и центр блиска, со скоростями вращения, обеспечивающими обработку всей рабочей поверхности лопаток блиск; направление потока имплантируемых ионов на обрабатываемый блиск только с одной из сторон от обрабатываемого блиска; 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 блиска с угловой скоростью 2 об/мин до 20 об/мин; проведение после ионно-имплантационной обработки постимплантационного отжига; проведение полирования блиска электрохимическим методом в водном растворе соли фторида аммония концентрацией 3,5-11,0 г/литр при температуре от 60°С до 90°С путем приложения к блиску электрического потенциала величиной от 270 В до 290 В. позволяет повысить условный предел выносливости и циклическую долговечность лопаток блиска компрессора ГТД за счет обеспечения их равномерной ионно-имплантационной обработки.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 146.
26.08.2017
№217.015.edc7

Способ изготовления комбинированной полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава

Изобретение относится к способам изготовления лопаток турбомашин. Способ изготовления полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава заключается в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам из алюминиевого сплава заданного профиля и размеров, их фиксации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628843
Дата охранного документа: 22.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0b8

Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройству для диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя. Техническим результатом является повышение достоверности и быстродействия определения начала помпажа на всех режимах работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638896
Дата охранного документа: 18.12.2017
19.01.2018
№218.016.02c3

Способ управления стартер-генератором, интегрированным в газотурбинный двигатель, при коротком замыкании

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель. Технический результат: стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630285
Дата охранного документа: 06.09.2017
19.01.2018
№218.016.05f3

Электропривод летательного аппарата (варианты)

Группа изобретений относится к авиакосмическим летательным аппаратам. Электропривод для летательного аппарата содержит корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер и систему управления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630966
Дата охранного документа: 15.09.2017
19.01.2018
№218.016.0c45

Форсунка с ультразвуковым излучателем

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для ДВС, содержащая составной корпус 1 с топливным каналом высокого давления 7, распылитель 3 с иглой 2, штангу 5. В верхней части корпуса 1 форсунки закреплен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632639
Дата охранного документа: 06.10.2017
20.01.2018
№218.016.10cf

Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633867
Дата охранного документа: 18.10.2017
20.01.2018
№218.016.153d

Устройство защиты от короткого замыкания высокотемпературного стартер-генератора обращённой конструкции

Использование: в области электротехники. Технический результат: защита от короткого замыкания стартер-генератора обращенной конструкции в составе газотурбинного двигателя в температурном режиме до 450°С за счет механического расцепления статора с неподвижным стержнем, сопровождающегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634836
Дата охранного документа: 07.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b7e

Гибридный магнитный подшипник с использованием сил лоренца (варианты)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636629
Дата охранного документа: 24.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d36

Способ изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Используют трехслойные заготовки обшивок и/или заполнителя, причем внешние слои заготовок выполняют из титанового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640692
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d3f

Способ упрочнения и формирования винтового арматурного стержня

Изобретение относится к области упрочнения и формирования винтового профиля, в частности арматурных стержней, используемых для изготовления железобетонных элементов. Способ включает скручивание арматурной заготовки вокруг своей продольной оси. Повышение прочности арматурных стержней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640705
Дата охранного документа: 11.01.2018
Показаны записи 1-10 из 141.
20.02.2013
№216.012.27d7

Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-определения физико-механических свойств твердых материалов, в частности для оценки степени упрочнения поверхностного слоя деталей после защитно-упрочняющей обработки. Сущность: осуществляют приготовление шлифа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475719
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.313a

Способ получения ионно-плазменного покрытия на лопатках компрессора из титановых сплавов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении. Детали помещают в вакуумную камеру установки, создают требуемый вакуум, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку поверхности основного материала детали с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478140
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.04.2013
№216.012.3617

Способ восстановления торца пера лопатки турбомашины с формированием щеточного уплотнения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановительном ремонте наплавкой или сваркой и модернизации рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479400
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3722

Способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении. Способ включает ионную очистку ионами аргона и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота. Ионную очистку проводят при энергии от 8 до 10 кэВ и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479667
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3724

Способ получения теплозащитного покрытия

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам нанесения теплозащитных покрытий на рабочие лопатки газотурбинных двигателей и энергетических установок. Поверхность лопатки подвергают ионно-имплантационной обработке ионами одного из следующих элементов N, Y, Yt или их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479669
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.4751

Способ изготовления элемента прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению уплотнений зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Из порошка прирабатываемого материала формируют гранулы, поверхность которых оплавляют с образованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483837
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b8e

Элемент прирабатываемого уплотнения турбины

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций. Элемент прирабатываемого уплотнения турбины выполнен из адгезионно соединенных между собой путем спекания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484924
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.10.2013
№216.012.7662

Способ полирования деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию деталей из титановых сплавов и может быть использовано в турбомашиностроении при полировании рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, для обеспечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495966
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.10.2013
№216.012.7663

Способ электролитно-плазменного полирования деталей из титановых сплавов

Изобретение относится к электролитно-плазменному полированию металлических изделий, преимущественно из титановых сплавов, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495967
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a10

Способ ионно-имплантационной обработки лопаток компрессора из высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для защитно-упрочняющей обработки пера рабочих лопаток компрессора и турбины из легированных сталей и сплавов на никелевой основе для повышения выносливости и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496910
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД