12.1 Термічна обробка лопаток ГТУ із захисними покриттями

Процес термічної обробки лопаток газових турбін з жароміцних сплавів на основі нікелю (табл. 12.1) із дифузійними та конденсаційними покриттями найчастіше складається з трьох стадій:

1. Термічна обробка заготовок лопаток перед нанесенням покриття (після цього контролюють суцільність металу, макроструктуру, механічні властивості та тривалу міцність).

2. Дифузійне відпалення, що забезпечує формування захисного

шару.

3. Фінішна термічна обробка, що має забезпечити необхідний рівень властивостей металу-основи при створенні оптимальної, для подальшої експлуатації, структури металу-покриття.

Таблиця 12.1 - Хімічний склад жароміцних сплавів на основі нікелю._

 

Сплав

Вміст елементів, %

С

Сг

Ті

А1

Мо

 

Со

ЗИ893

<0,07

15-17

1,2-1,6

1,2-1,6

8,5-10

3,5-4,5 -

-

ЗИ826

<0,12

13-16

1,7-2,2

2,4-2,9

5-7

2,5-4,0 -

-

ЗП539

<0,09

17-19

2,0-3,0

3,0-4,0

2,5-4

5-7 -

-

ЗП220

<0,08

9-12

2,2-2,9

3,9-4,8

5-7

5-8 -

14-16

ЗИ929

<0,10

9-12

1,4-2,0

3,6-4,5

4,5-6,5

4-6

-

12-16

ЗП958

0,10-0,15

17-18,5

2,0-3,0

3,0-4,0

2,5-3,5

4,5-5,5

1,4-2

4-6

ЖС6К

0,13-0,17

9,5-12,5

2,5-3,2

5,0-6,0

4,5-5,5

3,5-4,5

-

4-5,5

ЗИ868

<0,10

23,5-26,5

0,3-0,7

0,5

13-16

-

-

-

ЗИ607А

<0,08

15-17

1,4-1,8

0,5-1,0

-

-

1-1,5

-

ЗИ765

0,10-0,16

14-16

1,0-1,4

1,7-2,2

4-6

3-5

-

-

ЧС-70ВИ

0,06-0,12

15-16,7

4,2-5,0

2,4-3,2

4,5-6,5

1,5-2,5

0,1-0,3

9-12,5

ЖС6У

<0,15

10

2,0

5

12,5

-

1,5

10

ВЖЛ-12У

<0,17

9,5

4,5

5,5

1,0

3,0

0,75

13-15

В деяких випадках вказані технологічні операції можуть бути поєднанні (наприклад, старіння + дифузійне відпалення шлікерного покриття).

Найчастіше до нанесення покриття обробка проводиться за стандартним режимом, що передбачений для певного сплаву. Така обробка дозволяє отримати належний рівень властивостей основногометалу. При виборі режиму дифузійного відпалення слід враховувати не лише оптимальний структурний стан покриття але й вплив обробки на структуру та властивості металу-основи. Наприклад, оптимальний дифузійний шар при хромуванні сплаву ЖС6К відповідає режиму відпалення 1115+20°С впродовж 24 годин, проте така обробка має негативний вплив на структуру основи, спостерігається різке зниження пластичності та тривалої міцності, тому процес насичення рекомендовано проводити нижче 1050°С (1-10 год.).

У випадку проведення оптимального дифузійного відпалення вище температури розчинення /-фази рекомендують проводити відновлювальну термообробку. Наприклад, для сплаву ЭИ893 після нанесення ЕПП з дифузійним відпалом при 1020-1040°С, рекомендовано проведення відновної термооборобки за режимом 900°С(8 год.)+820°С (15 год.). Проте, режим відновної термічної обробки може впливати на структуру покриття, при 800-850°С відбувається поліморфне перетворення ГЩП модифікації кобальту

(Co) на ГЦК.

Режим дифузійного відпалення не є постійним для певного типу покриття. Призначення температурно-часових параметрів процесу відпалення повинно враховувати тип покриття та склад сплаву, що захищають. Наприклад, для сплавів ЭИ827, ЭП539, ЭИ868 після нанесення покриття систем Co-Cr-Al-Y, Co-Ni-Cr-Al-Y дифузійне відпалення не рекомендують проводити вище 1150°С через окрихчення поверхневого шару та виникнення в ньому тріщин при термоциклюванні. Покриття Co-Cr-Fe на сплаві ЧС70 після відпалення при 1200°С (1 год.) має підвищену пластичність при товщині шару 15 мкм, порівняно із відпаленням при 1050° С (з товщиною шару 45 мкм).

За ступенем легування та температурою розчинення /-фази жароміцні сплави на основі нікелю можно поділити на групи:

1. Сплави типу ЭИ607А, ЭИ893, ЭИ765 з невисоким вмістом /-фази (до 20%), Тпр.<1000°С, тобто нижче традиційної температури відпалення ЕПП (1050°С).

2. Сплави типу ЭИ826 з середнім вмістом /-фази (до 25-30%), Тпр < 1050-1100°С.

3. Сплави типу ЭИ929, ЭП539, ЭП220 з середнім та вище середнього вмістом /-фази (понад 30%), Тпр < 1100-1150°С.

4. Сплави типу ЖС6К, ЖС6У, ВЖЛ12У з високим вмістом /-фази (понад 50%), розчинення якої завершується в інтервалі 1150— 1250°С.

При дифузійному відпаленні при 1050°С сплавів 1—3 груп проходить повне або часткове розчинення /—фази. При охолодженні відбувається виділення дисперсної /—фази. Для забезпечення працездатності сплавів 1 групи після відпалення необхідно проводити додаткове старіння. Оскільки кількість /—фази, що виділяється при охолодженні (1—5%) недостатня для зміцнення сплаву. Для сплавів 2 групи при такому старінні кількість та розміри частинок майже не змінюються. Сплави 3 групи окрихчуються через утворення дисперсних частинок при охолодженні, потрібно додаткове старіння для коагуляції частинок до оптимального розміру. При проведенні відпалення при 1050°С сплавів 4 групи має місце коагуляція частинок /—фази, що зменшує ресурс роботи металу. Відпалення сплаву ЖС6К при температурах від 1050 до 1150°С призводить до знеміцнення та окрихчення, що пов'язано з утворенням голкоподібних карбідів та крупних частинок /—фази на межах та в середині зерна. Рекомендовано проводити обробку цього сплаву при температурі

1220°С.

Для лопаток із покриттями рекомендовано проведення термообробки за групами сплавів у відповідності із схемою наведеною у табл.12.2.

Таблиця   12.2  —  Схема  технологічного  процесу термічної обробки для лопаток з покриттями.

 

 

 

 

Група сплавів

Представ ники

Рекомендована термічна обробка

Перша стадія термічної обробки

Дифузійне відпалення

Відновна термічна обробка

1

2

3

4

5

1

ЭИ607А,

ЭИ893,

ЭИ765

Обробка

проводиться за

скороченою

схемою:

гартування+старін ня

Після нанесення ЕПП рекомендовано проводити відпалення при 1050°С

Старіння для додаткового виділення У-фази, забезпечує підвищення міцності.

2

ЭИ826

(відновлення не проводять)


1

2

3

4

5

3

ЗИ929, ЗП539, ЗП220

Гомогенізація,

повільне

охолодження

 

Старіння для коагуляції У-фази, зменшує крихкість сплавів

4

ЖС6К, ЖС6У, ВЖЛ-12У

Одноступінчате гартування

Відпалення після нанесення ЕПП при 1220°С

(відновлення не проводять)