1.3 Анализ изготавливаемой конструкции на технологичность

1.3.1 Обоснование выбора материала конструкции и его характеристика.

Сплав ВТ6 относится к системе Ti-6Al-V с двухфазной(+)-структурой. Аналог американского сплава Ti-6Al-4V,широко используемый для изготовления лопаток и дисков компрессора ГТД, в нашей стране для силовых сварных деталей, длительно работающих до 10000 часов при температуре 450°С. В настоящее время находит применение для изготовления лопаток компрессора. ВТ6 химический состав Ti-Al-V(+)

Содержание легированных элементов в % -м соотношении, Al 5.5…7.0

V 4.2…6.0, примеси 0,3. Режим термообработки, температура 800 ° С

Высокий отжиг, охлаждается на воздухе, температура испытуемого образца 20-450, _в=1010-560; _0,2=920-450; %-12,0-9,0; % 33,0-40,0.

Сплав ВТ 6, ВТЗ 1 – наиболее часто используют для изготовления лопаток ГТД, работающих длительное время при температурах до 400-450 ⁰С. Эти сплавы являются типичными представителями (+) сплавов -двухфазных сплавов, содержащих значительное количество  стабилизирующих элементов, не превышающее критической концентрации.

Сплав ВТ 6 имеет высокую термическую стабильность и может применяться в конструкциях, длительно работающих при температурах 400…5000 ⁰С и кратковременно – до 750 ⁰С, как жаропрочный широкого применения не получил.

Сплав типа ВТ 6 характеризуются высоким комплексом прочностных, пластических и технологических свойств. Легко подвергаются горячей обработке, свариваются всеми видами сварки и при этом сохраняют высокие механические характеристики.

Сплав ВТ 6 сваривается ручной и автоматической аргонно-дуговой под слоем флюса, контактной, стыковой, точечной и роликовой сваркой. Подварка одного и того же листа допускается один раз, в неответственных деталях два раза. В качестве присадки используется сплав ВТ 6 св. После сварки для восстановления пластичности необходима термическая обработка - отжиг при 700-800 0С. [3]

Сплав титана ВТ 6

Табл. 1.3.1.1. Химический состав, в процентах по ОСТ 90013-86 [3]

Ti	Al	V	C	Fe	Si	O2	N2	H2	Сумма прочих примесей
Основа	5,5- 7,0	4,2- 6,0	0,10	0,30	0,15	0,20	0,05	0,015	0,30

Табл. 1.3.1.2. Механические свойства [3]

Вид полуфабриката	Состояние контрольных образцов	Температура испытания, 0С	Е	пц	0,2	в			ан
			МПа				%	%
Пруток, поковка, штамповка	Отожженные	20 250 350 450	125000 - 102000 97000	780 520 350 300	900 600 450 420	1000 750 650 550	10 10 11 9	30 36 39 38	30 50 - -
Сварной шов	Отожженные	20	-	-	-	85-110	5	15	35

Табл. 1.3.1.3. Пределы длительной прочности, ползучести, выносливости [3]

Вид полуфабриката	Состояние	Температура испытания, 0С	100	1000	0,2/100	1 на базе 107циклов
			МПа	МПа	МПа	МПа
Пруток, поковка, штамповка	Отожженные	20 200 300 350 400 450 500	- 730 640 620 600 420 270	- - - - 510 350 130	- - - - 360 140 5,5	530 - - 430 - 390 -

Табл. 1.3.1.4. Коэффициент термического линейного расширения [3]

Температура, 0С	20-100	20-200	20-300	20-400	Т, С0	100-200	200-300	300-400
1061/град	8,4	8,9	9,1	9,4	1061/град	9,3	9,8	10,1

Табл. 1.3.1.5. Коэффициент теплопроводности [3]

Температура, 0С	100	200	300	400	500	600	700
 вт\мград.	9,2	10,9	11,3	12,6	13,8	15,5	16,8

Табл. 1.3.1.6. Удельная теплоемкость [3]

Температура, 0С	100	200	300	400	500	600
С КДж\ кгград	0,545	0,587	0,670	0,712	0,796	0,880

Табл. 1.3.1.7. Рекомендуемая термическая обработка [3]

Вид термической обработки	Температура, 0С	Выдержка, час	Условия охлаждения
Отжиг	800-900	15-60 мин	На воздухе
Изотермический отжиг	850 700 800	0,5 0,5 0,5	В печи до 750 0С В печи до 500 0С, далее на воздухе На воздухе
Закалка	900-1000	5-60 мин	В воде, в масле
Старение	450-550	2-4	На воздухе

Плотность d = 4430 кг\м³; удельное электросопротивление 20 ⁰С 10⁶=Омсм.

Коррозионная стойкость: устойчив в атмосферных условиях и в морской воде.

Сплав сваривается всеми видами сварки, пригодными для титановых сплавов.

Рекомендуемый присадочный материал – проволока из сплавов ВТ 1-00, ВТ 6 С,ВТ 2, СПТ 2.

Длительная прочность сварного соединения при всех рабочих температурах составляет 0,9_т^t основного материала при соответствующей температуре.

Из рекомендуемого присадочного материала, выбираем присадочную проволоку из сплава ВТ 6 С и СПТ 2, эта проволока обладает более высокими механическими свойствами _в^м=0,9_в^св.ш., а проволдока из сплавов ВТ 1-00 и ВТ 2 обладает _в^м=0,6_в^св.ш..

Лопатки IV ступени также изготавливают из сплава титана ВТ 6, обладающего высокими прочностными характеристиками, способного работать с сохранением своих свойств в агрессивных средах с высокой температурой. Предел выносливости сплава ВТ 6 _в=950/1080 Мпа, пластичность =10%.

Табл. 1.3.1.8. Химический состав сплпва титана ВТ 6 [2]

Al	Mo	C	Si	Fe
%	%	%	%	%
6.0	2.5	2	0.3	0.5

По механическим свойствам сплав ВТ –3-1 не уступает сплаву ВТ 6, но с учетом унификации, сплав ВТ-3-1 выпускается примерно 1%, а сплав ВТ 6 40%. Следовательно, экономически целесообразнее сплав ВТ 6, т. к. стоимость его будет гораздо ниже. [2]

Ранее лопатки в двигателях II-IIIпоколения изготавливались из стали ЭП 961.

Для изготовления рабочих лопаток используют сплав высоколегированную жаропрочную сталь ЭП 961, который обладает высокими механическими характеристиками: предел выносливости _0,2=1100 Мпа, предел текучести_т=1000 Мпа, пластичность=12%,=30%. Сплав ЭП 961 устойчив к агрессивным средам и высоким температурам, но плотность=9,0, а уTi=4,5, по свойствам сплава ВТ 6 несколько выше свойств сплава.

ЭП 961 при гораздо более легком весе, что является немаловажным при разработке ГТД. [4]. Штампуемость, технические свойства; качество поковок из жаропрочных сплавов зависит от вида штамповочного оборудования, на котором осуществляется процесс формообразования. При этом выбор вида и параметров оборудования должен производиться не только по энергосиловым характеристикам процесса, но и с учетом влияния скоростных параметров процесса деформирования на пластичность и структурные характеристики материала заготовок. В связи с повышенными температурами и с малой скоростью протекания процессов рекристаллизации у высоколегированных сталей и сплавов при определенных значениях температур и скоростей деформации возможны изменения характера пластической деформации и ее переход из горячей в полугорячую с возникновением деформационного упрочнения в металле.