1.3.2. Применение титановых сплавов для изготовления лопаток компрессора.

В авиационной и ракетной технике наиболее целесообразно в интервале температур 250-550 ⁰С, когда легкие алюминиевые сплавы уже не могут работать, а стали и никелевые сплавы уступают им по удельной прочности.

Замена стальных лопаток компрессора титановыми, уменьшает суммарный вес лопаток в двигателе на 40…45% и на 20…25% дисков.

В процессе эксплуатации титановых сплавов в авиационных двигателях возникают определенные проблемы, к которым можно отнести проникающее окисление (охрупчивание из-за окисления, эрозию, фреттинг-коррозию, горячую солевую коррозию под напряжением и др.).

1. Проникающее окисление. В процессе эксплуатации деталей из титановых сплавов при рабочих температурах и длительном ресурсе образуется окисная пленка и обогащенный кислородом слой , который распространяется на определенную глубину, в зависимости от температуры и времени нагрева, в результате снижается пластичность и термическая стабильность.

2. Эрозия. При работе лопаток компрессора в высокоскоростном потоке газа, содержащем песок и пыль, наблюдаются небольшие изменения в размерах лопаток, что вызывает потерю тяни и скорости.

3. Фреттинг-коррозия. При механическом способе соединения деталей, как, например, лопатка-диск, фланцевые соединения и т. д. при высоком поверхностном давлении и неизбежности некоторого относительного перемещения титановые детали способны схватываться между собой. Появляются фреттинг-коррозия, которая может снизить предел выносливости на 20-30% от его первоначального значения.

4. Солевая коррозия под напряжением.Все титановые сплавы подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением и охрупчиванию при температуре выше 300 ⁰С. степень коррозии зависит от сплава, уровня напряжений, времени, температуры и концентрации соли. В реальных условиях работы деталей из титановых сплавов коррозионного растрескивания нет.

5. Возгорание.В практических условиях работы реактивного двигателя возможно возникновение трения между титановыми деталями, например несоотность ротора и статора компрессора приводит к касанию концов лопаток внутренней поверхности корпуса. Низкая теплопроводность титана способствует возникновению локальных перегревов вплоть до температуры плавления. При этих условиях возможно возгорание титановых деталей. Кроме касания, причиной модет быть обрыв одной из лопаток и втягивание ее в компрессор. [2]

1.3.3 Технологические особенности штамповки лопаток.

Штампуемость лопаток

Способы получения заготовок из титанового сплава “лопаток”. Марки ОТ4, ВТ3-1, ВТ5-1, ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТ18, ВТ18У, ВТ20, ВТ25. Нагрев титановых сплавов при температурах превышающих температуру полного полиморфного превращения (Тпп) приводят к резкому росту микрозерна до 7-8 баллов, и макрозерна до 5-7 балла десяти бальной шкалы, а также увеличению глубины альфированного слоя и толщины окалины. Глубина альфированного слоя на двухфазных титановых сплавах при нагреве -области в течении 1-4 часа в электропечи составляет 0,05-0,1 мм. Штамповку лопаток из титановых сплавов, в том числе с применением высокотемпературной термомеханической обработки ВТМО, совмещенной с высокотемпературной ступенью термической обработки с окончательной операцией штамповки – калибровкой (ТМО), изотермической штамповки (ИЗШ) в состоянии сверх пластичности (СПД).

ВТМО применяется с целью повышения статической прочности на 20-30 % и усталостной прочности на 15-20%. ТМО рекомендуется для повышения статической прочности на 5-10%, усталостной прочности 5-10% и снижения коробления штамповок.

Объемная штамповка состоит:

• предварительное формообразование (ГКМ);

• объемная штамповка на прессах;

• обрезка облоя на прессах;

• калибровка для ужесточения размеров и устранение корабления.

Точная объемная штамповка (ТОШ) состоит:

• выдавливание или электровысадка;

• штамповка, обрезка калибровка.

Штамповка и калибровка в изотермических условиях обеспечивают получение лопаток с припуском 0,1-1,0 мм на сторону и повышает уровень усталостной прочности на 10-15%. Штамповку лопаток проводятся на кривошипных, фрикционных, электровинтовых, гидровинтовых и гидравлических прессах. Штамповка должна иметь минимальный припуск на механическую обработку и минимальный облой по перу в соответствии с ОСТ 1.147.17-78. Штамповку лопаток на молотах и прессах рекомендуется проводить со степенью деформации по перу 30-55 % за нагрев – переход.

Штамповка заготовок из титановых сплавов.

Штамповка лопаток из титановых сплавов.

Нагрев 850-10500С, печи карусельные, камерные, имеют 2 стационарные термопары с электронным самопишущим патациометром. Перепад температур не должен превышать 20°С. Контрольно измерительную аппаратуру устанавливают на аммортизаторах в изолированном помещение, все приборы со звуковой сигнализацией, предупреждает о не поладках в работе в печи. Перед работой, печи проверяются. Печи имеют плотно- закрывающиеся двери и порог высотой70-100мм на поду, в целях ограничения пространства пода на которое могут быть уложены заготовки и уменьшение подсоса холодного воздуха. Заготовка укладывается на расстоянии 300мм от дверцы, при меньшем расстоянии от нагревателя заготовка должна быть экранирована толстыми керамическими плитами. Выгрузка заготовки из печи осуществляется по- штучно при этом дверцы печи должна автоматически закрываться. Нагрев заготовки, загрузка в печь осуществляется в таком количестве обеспечивающим их равномерный нагрев. Загрузка осуществляется в один ряд в рабочей зоне печи, с защитно-смазочными покрытиями загружается в один ряд в специальном поддоне из листовой каррозионно - стойкой стали. Загрузку можно производить при температуре 800-850°С для предварительного подогрева в течении 30-90 мин. Диаметр, мм Время температуры печи до температуры деформации, мм не более Время при температуре деформации, мм не менее Время максимальное при температуре деформации, мм не более 20 и менеее 0,8 20 70 30 25 75 50 30 80 80 0,5 40 90 100 50 100 120 60 110 150 0,3 70 130 200 100 150 250 120 170 Штамповка должна иметь минимальный припуск на механическую обработку и минимальный обмет по перу. При конструировании штампа фиксирование должно быть не менее чем в 2-х точках. Допускается штамповка осадкой в торец для лопаток с малой длиной пера. Торцы заготовки при штамповке должен контролироваться на отсутствие неровностей от резки и на наличие носок 3*45°. Калибровку лопаток рекомендуется проводить с деформацией 3-10% при температурах, не превышающих температуру верхней ступени отсчета двух фазных титановых сплавов. В случае значительного корабления лопаток после термической обработки разрешается повторная колибровкас последующим полным циклом термической обработки.

Нагрев 980-200С Перепад температуры 400С должен быть указан в технологической карте в печи не должно быть железо- содержащего шлака и окалины. Сам перепад проверяется после каждого ремонта 1 раз в 2 месяца с помощью контрольных термопар. На основание результата контроля определяется рабочая зона которая огаваривается технологической картой. На каждую печь в которой проводится нагрев заготовки из титановых сплавов составляется паспорт, в котором указывается основные характеристики печи,допустимые режимы работы, рабочая зона печи. Исправность контрольных приборов проверяется ежедневно специальной службой цеха но не реже 1 раза в 3 месяца центральной заводской службой. Заготовки загружаются в рабочую зону печи обеспечивающим равномерный нагрев. Оптимальная температура нагрева заготовки на различных стадиях технологического процесса устанавливается в зависимости от принятой схемы, так чтобы при деформации в - области она была на 20-30°С ниже температуры полного полиморфного превращения. Допустимые интервалы предварительной ковки - области температуры 20-30°С. Диаметр, мм   200 40 130 180 250 35 110 150 150 30 90 120 120 35 85 110 100 25 80 100 80 20 60 90 50 20 50 80 30 15 40 75 При штамповке  областях рекомендуемые степени находятся в пределах 20-50%, допускается снижение деформации до 10-15%. В отдельных зонах штамповки в случае использования заготовки предварительно деформирование в  областях. Штамповка в  области может применяться также для изготовления деталей неответственного назначения для которых применение титановых сплавов обусловлено в основном снижением массы конструкции. Операция передачи нагретые заготовки из печи к молоту или прессу и штамповка должны осуществлятся с минимальной затратой времени ибыстрая подача, чтобы предотвратить значительные подстывание металла.в случае недоштамповки или неоформлении штамповок за один нагрев допускается дополнительно подогрев и последующая штамповка.