RU2685892C1 - Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов - Google Patents

Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU2685892C1
RU2685892C1 RU2018117188A RU2018117188A RU2685892C1 RU 2685892 C1 RU2685892 C1 RU 2685892C1 RU 2018117188 A RU2018117188 A RU 2018117188A RU 2018117188 A RU2018117188 A RU 2018117188A RU 2685892 C1 RU2685892 C1 RU 2685892C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
ion
treatment
rpm
self
Prior art date
Application number
RU2018117188A
Other languages
English (en)
Inventor
Аскар Джамилевич Мингажев
Николай Константинович Криони
Илья Тагирович Якупов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2018117188A priority Critical patent/RU2685892C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2685892C1 publication Critical patent/RU2685892C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48Ion implantation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении. Осуществляют полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток. Ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота при энергии от 18 до 30 кэВ, дозой от 1,6⋅10ион/смдо 2,3⋅10ион/см. В процессе обработки моноколесо 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 моноколеса, со скоростью вращения, обеспечивающей обработку всей рабочей поверхности лопаток моноколеса, причем поток имплантируемых ионов направляют на обрабатываемое моноколесо только с одной из его сторон. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении для упрочнения рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД или ГТУ 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 упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов, включающем полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток, в отличие от прототипа, ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота, при этом поток имплантируемых ионов направляют на одну сторону обрабатываемого моноколеса и осуществляют его вращение одновременно относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, со скоростью вращения 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 с энергией от 18 кэВ до 30 кэВ, дозой от 1,6⋅1017 см-2 до 2,3⋅1017 см-2.
Кроме того, в способе упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов возможно использование следующих дополнительных приемов: 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 растворфтористого 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.
Ионно-имплантационная обработка азотом:
Энергия: 16 кэВ (Н.Р.); 18 кэВ - удовлетворительный результат (У.Р.); 22 кэВ (У.Р.); 26 кэВ (У.Р.); 30 кэВ (У.Р.); 32 кэВ (Н.Р.);
доза: 1,4⋅1017 см-2(Н.Р.); 1,6⋅1017 см-2(У.Р.); 1,8⋅1017 см-2(У.Р.); 2,1⋅1017 см-2(У.Р.); 2,3⋅1017 см-2(У.Р.); 2,5⋅1017 см-2(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.);
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 - 505-515 МПа.
Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов следующих приемов: полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток; проведение ионно-имплантационной обработки поверхностного слоя ионами азота при энергии от 18 кэВ до 30 кэВ, дозой от 1,6⋅1017 см-2 до 2,3⋅1017 см-2, 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 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 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.

Claims (2)

1. Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов, включающий полирование, ионную очистку и ионно-имплантационную обработку лопаток, отличающийся тем, что ионно-имплантационную обработку поверхностного слоя проводят ионами азота, при этом поток имплантируемых ионов направляют на одну сторону обрабатываемого моноколеса и осуществляют его вращение одновременно относительно его центра в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, со скоростью вращения 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 с энергией от 18 кэВ до 30 кэВ, дозой от 1,6⋅1017 см-2 до 2,3⋅1017 см-2.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 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.
RU2018117188A 2018-05-08 2018-05-08 Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов RU2685892C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117188A RU2685892C1 (ru) 2018-05-08 2018-05-08 Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018117188A RU2685892C1 (ru) 2018-05-08 2018-05-08 Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685892C1 true RU2685892C1 (ru) 2019-04-23

Family

ID=66314576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018117188A RU2685892C1 (ru) 2018-05-08 2018-05-08 Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685892C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63255357A (ja) * 1987-04-09 1988-10-21 Hitachi Ltd タ−ビン動翼とその製造方法
RU2375493C1 (ru) * 2008-05-04 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ нанесения ионно-плазменного покрытия
RU2479667C2 (ru) * 2011-05-31 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов
RU2509174C1 (ru) * 2012-06-25 2014-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" Способ имплантации ионами газов металлов и сплавов
RU2533223C1 (ru) * 2013-05-13 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя
US8993119B2 (en) * 2006-04-19 2015-03-31 Ropal Europe Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate
US20170030204A1 (en) * 2010-05-28 2017-02-02 Vladimir Gorokhovsky Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery
RU2625698C1 (ru) * 2016-08-29 2017-07-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ нанесения защитных покрытий и устройство для его осуществления

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63255357A (ja) * 1987-04-09 1988-10-21 Hitachi Ltd タ−ビン動翼とその製造方法
US8993119B2 (en) * 2006-04-19 2015-03-31 Ropal Europe Ag Process for producing a corrosion-protected and high-gloss substrate
RU2375493C1 (ru) * 2008-05-04 2009-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ нанесения ионно-плазменного покрытия
US20170030204A1 (en) * 2010-05-28 2017-02-02 Vladimir Gorokhovsky Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery
RU2479667C2 (ru) * 2011-05-31 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов
RU2509174C1 (ru) * 2012-06-25 2014-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" Способ имплантации ионами газов металлов и сплавов
RU2533223C1 (ru) * 2013-05-13 2014-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя
RU2625698C1 (ru) * 2016-08-29 2017-07-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Способ нанесения защитных покрытий и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2479667C2 (ru) Способ ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов
RU2390578C2 (ru) Способ получения эрозионно стойкого покрытия, содержащего нанослои, для лопаток турбомашин из титановых сплавов
US7217102B2 (en) Countering laser shock peening induced airfoil twist using shot peening
RU2700229C1 (ru) Способ электрополирования лопаток блиска
RU2496910C2 (ru) Способ ионно-имплантационной обработки лопаток компрессора из высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе
WO2001012872A1 (en) Method for deposition of wear-resistant coatings and for increasing the lifespan of parts
RU2685892C1 (ru) Способ упрочняющей обработки лопаток моноколеса из титановых сплавов
RU2655563C1 (ru) Способ защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии
RU2685888C1 (ru) Способ упрочнения лопаток моноколеса из титановых сплавов
RU2552203C2 (ru) Способ полирования деталей из титановых сплавов
JP2002371863A (ja) ガスタービンエンジンブリスクのケミカルミーリング
RU2685890C1 (ru) Способ упрочняющей обработки лопаток блиска из легированных сталей
RU2685893C1 (ru) Способ упрочнения лопаток блиска из легированных сталей
RU2680630C1 (ru) Способ ионно-имплантационной обработки моноколеса компрессора с лопатками из титановых сплавов
RU2478140C2 (ru) Способ получения ионно-плазменного покрытия на лопатках компрессора из титановых сплавов
RU2682741C1 (ru) Способ ионно-имплантационной обработки лопаток рабочего моноколеса компрессора из титановых сплавов
RU2693414C1 (ru) Способ защиты блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов от пылеабразивной эрозии
RU2706263C1 (ru) Способ электролитно-плазменного полирования изделий из титановых и железохромоникелевых сплавов
RU2715395C1 (ru) Способ электрополирования лопаток блиска и устройство для его реализации
RU2693235C1 (ru) Устройство для электролитно-плазменного полирования лопаток блиска
RU2693236C1 (ru) Способ полирования лопаток блиска газотурбинного двигателя из титановых сплавов
RU2465373C1 (ru) Способ ионной имплантации поверхностей деталей из конструкционной стали
RU2685919C1 (ru) Способ получения многослойного защитного покрытия на лопатках моноколеса из титанового сплава от пылеобразной эрозиии
RU2533223C1 (ru) Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя
RU2495966C1 (ru) Способ полирования деталей из титановых сплавов