Особенности производства моноотливок

При выращивании моноотливок произвольной ориентации дно тигеля выполняется в виде конуса, в вершине которого создается преимущественное переохлаждение, где и зарождается монокристалл. Для получения моноотливки с кристаллами заданной ориентации в основании формы помещают затравку 4. Для повышения надежности оплучения монокристалической структуры в основании тигеля имеется пермычка, которая предотвращает или уменьшает вероятность прорастания в основном объеме отливки нескольких кристаллов, если их зарождение произошло не от одного зародыша. Рис выше-распределение температур по высоте тигеля.

Продвижение поверхности раздела жидкой/твердой фаз может осуществляться как за счет передвижения тигеля относительно нагревателя так и наоборот. Можно и не перемещать тигель, реализация метода возможна даже путем плавного снижения мощности.

1,10 – нагреватель

2 – керамическая конусная форма лопатки

3 – расплав

4 – затравка толщиной 2-2,5 мм

5 – тепловой экран

6 – подставка формы

7 – шток

8 – ванна с жидким алюминием

9 – кольцевой водоохлаждающий холодильник

Схема реализована в установке УВНК-8П: правка сплава ЖС26ВИ 1570 ± 20 ºС; заливка 1530 ± 10ºС; скорость перемещения форм в кристаллизаторе 20 ± 2 мм/мин; температура жидкого алюминия 660 – 740 ºС; остаточное давление 8*10^-2 мм рт. ст.; число отливаемых лопаток за одну плавку 12-18 штук. В наше время создаются новые типы установок: УВНК-9, УВНК-14, УВНК-10, УВНК-17. Они предназначены для литья турбинных лопаток стационарных ГТД длиной 800 мм. Также создаются экспериментальные печи с охладителем-расплав олова. Однако из-за очень высокого уровня термических напряжений в установках ВНК нельзя применять сплавы, склонные к образованию горячих трещин (так в сплаве ЖСКС1 замена 0,2 Н1 на такое же количество Та устранила этот эффект). Появился новый класс сплавов, не содержащих в своём составе элементов-упрочнителей границ зёрен (В, Zn, C).

Сплавы только для монокристаллического литья: ЖС30М; ЖС36; ВЖМ5; ВЖМ5У; ВЖМ4; ВЖМ6.

В мировой практике существует 2 технологии получения монокристаллических лопаток, которые отличаются друг от друга способом зарождения монокристаллической структуры.

Б еззатравочные методы получения моноотливок (технология США) основано на конкурентном росте столбчатых зёрен и отбора одного кристалла нужной текстуры (аксиальной) с помощью кристаллосборника специальной конструкции (спираль-голикоид или поросячий хвост). Азимутальную ориентацию (поперечная аксиальной0 получить не возможно.

Перегретый металл заливают в оболочковую форму без дна, установленную на водоохлаждаемом медном кристаллизаторе. Зёрна зарождаются, растут в условиях направленного теплоотвода и приобретают столбчатую текстуру (хаотично). Структура с аксиальной ориентировкой прорастает в систему литниковых ходов, где и происходит отбор одного зерна.

Затравочные методы получения моноотливок (аксиальной и азимутальной ориентации).

Технология ВИАМ. от затравки передаётся структура любой требуемой аксиальной ориентировки и азимутальной ориентировки, допустимой законами кристаллографии. Для затравки используют сплав Ni-28W c t_пл на 120-150 ºС выше, чем температура ликвидуса жаропрочного сплава отливки.

Ni-28W: T_S ≈ 1500 ºС ΔТ_{расч затр} = 130 ºС

Ni-35W: Т_l = T_S ~ 1510 ºС ΔТ_{расч затр} = 140 ºС

Передача структуры происходит за счёт растворения торца затравки сплавом отливки, при этом создаётся демпфирующий (переходной) слой. При выдержке в контакте со сплавом торец затравки растворяется на 0,7 мм, поэтому высота затравки 2-2,5 мм обеспечивает 3-х кратный запас.

Малые размеры затравки позволяют расположить её под любым углом и оси отливки, обеспечивая возможность от затравки одной ориентации, например, меняя её установку, получить отливки с разными аксиальными ориентациями.

Для изготовления затравок используют методику ориентированной вырезки (т.е. производят коррекцию ориентации путём резки затравочной заготовки под заданным углом).

З атравки цилиндрической формы диаметром 8-14 мм и длиной 120 мм отливают за одну правку в установке УВНК-8П два блока по 18 штук в каждом.

Рентгеноструктурным методом или методом травления определяют угол ориентации относительно оси заготовки и определяют угол, под которым нужно разрезать заготовку. Точность вырезки ~ 1º. В форме для литья выполняется затравочная полость диаметром 12-14 мм и высотой 7 мм, соединения кристалловодом диаметром 1,5-2 мм с конической частью полости лопатки. Затравка фиксируется керамической замазкой.

10. Маршрутный технологический процесс механической обработки рабочих лопаток турбин открытого профиля. Два способа. Подготовка баз от профиля и профиль от профиля. Контроль собственной частоты колебания лопаток.

Обработка литых заготовок.

Механической обработке лопаток. турбин подлежат элементы профиля пера , выходных кромок , лабиринтных и бандажных полок и хвостовиков лопаток. Метод обработки выбирают исходя из след. требований:

1. Получение необходимых прочностных и газодинамических характеристик.

2. Получение макс. производительности обработки.

3. Получение точности и стабильности изготовлений деталей

Маршрутный техпроцесс обработки лопаток турбин.

Типы: 1. От заранее подготовленных баз 2. Профиль от профиля(по шаблону).

Профиль закрытого типа – от подготовленных баз. Профиль открытого типа – 2-мя способами.

Маршрут: « Профиль от профиля»

1. Комплектовочная

2. Контрольная (входной. контроль)

3. Ш лифовальная (подготовка баз)

4. Шлифовальная

5. Шлифовальная с 4-х сторон.

6. Шлифовальная

7. Контрольная (вх. кромка)

8. Полировальная (проф. пера)

9. Контрольная

10. Полировальная (доработка)

11. Шлифовальная (ел. хвостовик)

12. Шлифовальная (усик подошвы)

13. Фрезерная (усик подошвы)

14. Шлифовальная (торец)

15,16,17,18. Фрезерная (торцы)

19. Сборка в диск (технолог). Токарная операция

20. Комплектовочная

21. Контроль собственной частоты колебаний

22. Контроль покрытия (МАП)

23. Контроль

24. Паспорт

Выполняется после окончательной механической обработки лопаток и шлифования торцов в размер колеса (перед покрытием МАП для лопаток 1-ой ступени)

Форма и частота собственных колебании определяются конструкторской документацией , что обязывает контролировать эти параметры в пр-ве.

Требования по частоте собственных колебаний лопатки закладываются в конструкторской документации для отстройки от резонанса на работающем двигателе.

Причины , вызывающие колебание лопаток.(вынуждающие силы)

1. Порциальность подвода газа к РЛ. Это связано с наличием сопловых лопаток в турбине. Их число конечно , поэтому возникает изменение давления и скорости газа по окружности и поэтому на каждую РЛ действуют переменные силы.

2. Отклонение размеров СЛ от средних(расчетных) значений.

При этом расход газа через отдельные лопаточные каналы будет разным, давление и скорость на выходе разные , что будет вызывать колебания каждой лопатки.

3. Отклонение СЛ по шагу

4. Наличие на двигателе стоек , ребер на входе в турбину и выходе из КС.

5. Пульсация горения в КС.

Формы колебаний Лопаток Различны по числу узлов на оси лопатки.

Частота колебаний самая низкая при 1-ой форме

Частотный контроль осуществляется возбуждением лопаток , зажатых за хвостовик в гидравлическом приспособлении.

Вынужденные Колебания лопатке передает электродинамический вибратор мощностью 5кВт. Элементом возбуждения вибратора является звуковая катушка- это короткозамкнутый дюралюминиевый пруток в постоянном магнитном поле.

Меняем частоту подаваемого напряжения на катушку , меняется частота вынужденные колебания вибратора до резонанса лопатки. По фигуре Лиссажу на осциллографе определяют резонансную частоту соответствующую собственной частоте лопатки. Исправность стенда проверяется по эталонным лопаткам.

Формула Тимошенко. Пусть площадь и момент инерции изменяются по длине линейно.

l-длина лопатки;Е-модуль упругости;Fк-площадь корневого сечения;Jk-момент инерции корн сеч

–плотность; -коэф. пропорциональности, зависящий от величины С ; ; -площадь переф. Сечения;Или Ф= ;

Из формулы видноFк , С , ,Ф

При заниженной частоте колебаний дорабатывают периферию

F п , С , ,Ф

Изменение частоты собственных колебаний в зависимости от усилия зажима Рт.

Обычно ласточкин хвост устанавливают в диск с зазором 0,01- 0,03 мм

Достаточно близкое расположение собственной частоты лопатки по отношению к гармонике возбуждения представляет опасность для динамической прочности лопатки. Поэтому необходимо повысить собственную частоту лопатки выше резонансной частоты , путем доработки лопатки.(утолщение корневого сечения лопатки)

Также для повышения собственной частоты лопатки посадка лопатки в диск производят с натягом 0,015мм. В этом случае хвостовик меднят с толщ 0,003мм. Медь служит смазкой.