16.5. Построение технологических процессов изготовления лопаток турбины

Лопатки турбины изготавливают из литейных и реже деформируемых жаропрочных сплавов.

Заготовки из литейных сплавов получают литьем по выплавляемым моделям (прецизионное литье в оболочковые формы), а из деформируемых сплавов - горячим объемным деформированием.

В настоящее время литье по выплавляемым моделям (в оболочковые формы) является единственным методом, который позволяет в промышленном масштабе наиболее экономично получать заготовки рабочих и сопловых лопаток турбины, не нуждающихся в последующей обработке.

Несмотря на значительный прогресс в технологии и средствах производства литых лопаток турбин ГТД, брак в литейных цехах составляет все еще большой процент.

В настоящее время в России и за рубежом при производстве рабочих лопаток ГТД широкое применение получил метод направленной кристаллизации, позволяющий повысить прочностные свойства изделий из жаропрочных сплавов путем устранения поперечных границ зерен. Ориентацию структура отливки приобретает в процессе прохождения оболочковой формы с жидким металлом через фронт кристаллизации, расположенный в зоне искусственно создаваемого градиента температур.

Различают низко- и высокоградиентную (высокоскоростную) направленные кристаллизации.

Низкоградиентная кристаллизация характеризуется значениями градиента температур на фронте кристаллизации < 30 °С/мм и скоростью кристаллизации 0,5 ... 5 мм/мин. К недостаткам относится низкая скорость охлаждения и крупная дендритная структура отливок.

В основе высокоградиентной кристаллизации лежит охлаждение формы легкоплавкими металлами, что позволяет получать градиенты температур на границе расплава 40 ... 60 °С/мм (установки УВНК-8П) и 130 ... 200 °С/мм (установки УВНЭС-4). Скорость кристаллизации составляет 20 ... 200 мм/мин.

В отличие от сплавов с направленной структурой монокристальные сплавы имеют значительные преимущества по характеристикам выносливости:

длительная прочность сплавов типа ЖС с монокристаллической структурой и ориентацией на 15 ... 20 % больше, чем у сплавов с направленной структурой и ориентацией, или соответственно в 3 раза больше долговечность.

Керамические стержни удаляют из отливок, растворяя их в расплаве бифторида калия при температуре 350 ... 370 °С в течение 1,5 ... 4,5 ч с последующей промывкой в воде. Бифторид калия токсичен, и работа с ним требует соблюдения правил охраны труда.

Прецизионным литьем в оболочковые формы получают заготовки лопаток без припуска на механическую обработку пера с припуском по замку 0,8 ... 1,2 мм на сторону.

Заготовки рабочих лопаток турбин из деформируемых сплавов получают:

- горячей штамповкой,

- прессованием (выдавливанием),

- прокаткой,

- вальцеванием.

У заготовки стремятся получить продольную ориентацию структуры металла.

В авиадвигателестроении лопатки турбины из штампованных заготовок в настоящее время практически не применяются.

Контроль отливок лопаток.

Литые заготовки лопаток тщательно контролируют по геометрическим параметрам, проверяют профиль пера, расположение базовых поверхностей, толщину стенок пустотелых лопаток.

Сплошность материала отливки, расположение каналов, перегородок, ребер, штырьков и других внутренних конструктивных элементов, а также отсутствие остатков стержневой массы проверяют рентгеновским методом, заполняя внутреннюю полость отливки контрастирующим грану­лированным порошком из сплава ЖС6. Окончательный контроль пера лопатки производится после предварительного полирования абразивной лентой методом Л ЮМ-10В.

Технологические процессы обработки литых лопаток турбины.

Литье по выплавляемым моделям позволяет в промышленном масштабе получать экономически целесообразные заготовки всех видов рабочих и сопловых лопаток турбин ГТД, включая охлаждаемые, с точностью и шероховатостью поверхностей газового тракта и внутренней полости, исключающими необходимость их последующей механической обработки (кроме финишной).

Механической обработке подлежат поверхности элементов хвостовиков, бандажных полок, выходных кромок охлаждаемых лопаток. Кроме того, с помощью электрофизических и электрохимических методов обработки производят перфорацию отверстий системы охлаждения и отдельных каналов.

Технологический процесс получения лопаток турбин из литых заготовок начинается с обработки базовых технологических поверхностей на хвостовике и бандажной полке, выполняемой:

- на электрохимических плоскошлифовальных станках различных моделей,

- на обычных плоскошлифовальных станках.

Шлифование базовых поверхностей обычно ведется за два перехода -предварительно в электрохимическом режиме и окончательно в обычном режиме (абразивное шлифование без тока).

Базовыми поверхностями при установке лопаток в станочные приспособления на этих операциях являются трактовые поверхности, окончательно оформленные при литье.