ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Производство турбинных лопаток из сплава с регулируемой структурой из "Технология литья жаропрочных сплавов " В зависимости от интенсивности отвода тепла при кристаллизации в литейных формах структура литых отливок может быть равноосной, направленной, монокристаллической, формируемой из дендритов с кристаллографической ориентацией (001). [c.416] Равноосная структура. Равноосная структура формируется при кристаллизации отливки в литейных песчаных формах с малой интенсивностью охлаждения. Характерным примером является затвердевание сплава (для изготовления лопатки) в керамических формах с огнеупорными наполнителями (шамотом, кварцем и др., см. рис. 104, в). [c.416] При затвердевании жидкого сплава тепло передается литейной форме через тепловые сопротивления, которому подвергаются расплав, слой затвердевшего металла, литейная огнеупорная форма, а также поверхность раздела металла - форма. [c.416] В процессе теплообмена участвуют две среды отливка охлаждается интенсивностью Bio и литейная форма нагревается интенсивностью В1ф. [c.416] На практике интенсивность теплоотвода регулируют с помощью подбора огнеупорного наполнителя прокаливания оболочковой формы перед заливкой, заливки расплава в горячую форму охлаждения ее в специальной печи или в термостате. [c.417] На рис. 204 представлена макроструктура лопатки с равноосной структурой из жаропрочного сплава ВЖЛ12У. Керамическую оболочковую форму изготовляли из маршаллита, при заливке использовали сухой наполнитель - кварцевый песок. В этом варианте (рис. 205) теплоемкость формы В1ф значительно больше, чем теплоемкость с отливки Bio, ч -е. данный вариант способствует формированию равноосной структуры лопатки. [c.417] В настоящее время возможности повышения жа юпрочности никелевых сплавов с равноосной структурой за счет их легирования тугоплавкими металлами приближается к пределу. Таким образом, от кристаллического строения лопаток зависят механические свойства и жаропрочность при высоких температурах. [c.418] В процессе длительной эксплуатации ГТД на турбинные лопатки действуют осевая нагрузка, крутящий момент М р, который вызывает действующие силы на изгиб (Я з,.), и растягивающая нагрузка, возникающая в результате центробежной силы Яц (рис. 206). Таким образом, от действий трех сил Рос, изг и Рц возникают напряжения, которые вызывают усталостное разрушение лопатки. Типичные виды разрушившихся лопаток приведены на рис. 208. Поверхность излома, как правило, перпендикулярна к оси лопатки, т.е. разрушение происходит по поперечному сечению пера лопатки. [c.418] Задача регулирования макроструктуры заключается в том, чтобы границы зерен располагались бы параллельно оси лопатки (001). [c.420] Структура турбинных лопаток, полученная методом направленной кристаллизации. Методы регулирования теплсютвода разнообразны. Наиболее простая схема теплоотвода формы показана на рис. 80. Отвод тепла, обеспечивающий кристаллизацию, осуществляет медный поддон, охлаждаемый водой. При этом обеспечивается строгая направленность затвердевания снизу вверх отливки в нижней части формы и нагрева се верхней части индуктор зм. [c.420] Установлено, что использование лопаток с направленной кристаллизацией дает возможность повысить рабочую температуру ГТД на 50 - 60°С, в результате чего расход воздуха снижается на 30% с соответствующей экономией топлива, равной 1%. [c.420] Следовательно, необходимо стремиться получать структуру с кристаллографической ориентацией (001), которая обеспечивает оптимальное сочетание механических и жаропрочных свойств. Следует отметить еще один важный момент, а именно, что сплавы с ориентацией (001) имеют более низкий модуль упругости по сравнению со сплавами, структура которых состоит из равноосных зерен. Тем самым в направленно-кристаллизованных отливках удается снизить уровень термических напряжений, что повышает их выносливость при термоциклировании. [c.420] Схематическое изображение макроструктуры литой лопатки с направленной кристаллизацией показано на рис. 209. [c.420] В производственных условиях кинетика кристаллизации определяется НС параметрами литейной формы (толщина стенки оболочки и отливки, габариты), а теплоотводом, к которому эти параметры приспосабливаются . При объемной кристаллизации отливки с толщиной стенки оболочковой формы 5-10 мм отливка затвердевает сравнительно быстро и одновременно по всей длине. [c.421] При направленной кристаллизации отливки инструментом регулирования является переохлаждение At или регулирование кинетики теплоотвода и кристаллизации. [c.421] Из формулы вытекает, что скорость теплоотвода зависит от переохлаждения (At) и времени (Лт). [c.422] Переохлаждение (At), необходимое для начала кристаллизации, составляет для гомогенных расплавов t - 0,2 /гш, гетерогенных расплавов - 0,1 /пл. Схема процесса кристаллизации структуры лопатки с направленной кристаллизацией показана на рис. 205, б. Дендриты располагаются по границам кристаллитов зерен, выстроенных вдоль оси пера лопатки, а в замковой части - зерна кристаллизуются с равноосной структурой. [c.422] Внедрение на моторостроительных предприятиях производства литья лопаток с направленной кристаллизацией началось в 1970 г., для чего была введена в строй первая проходная печь ПМП-1 (ОКБ-1239). Принцип действия заключается в том, что передвижение оболочковой формы с огнеупорным накопителем производится горизонтально по тепловому потоку печи. При этом керамические формы находятся в идентичных условиях нагрева, плавления металла и заливки по потоку и направленного охлаждения. Схема получения лопаток методом направленной кристаллизации в печи ПМП-2 показана на рис. 210. [c.422] Вернуться к основной статье