CC BY
60
УДК 621.438.002.2
Ю. С. Кресанов1, канд. техн. наук А. В. Богуслаев1, д-р техн. наук А. Я. Качан2, Л. И. Гасик1
1ОАО «Мотор Сич»; 2Национальный технический университет, г. Запорожье
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОЧНОЙ ШТАМПОВКИ И ХОЛОДНОГО ВАЛЬЦЕВАНИЯ ПЕРА РАБОЧИХ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА КАЧЕСТВО ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
В работе определены основные причины возникновения поверхностных дефектов на рабочих лопатках компрессора из жаропрочных сплавов, изготовляемых точной штамповкой и холодным вальцеванием пера, и предложены пути их устранения.
Штамповка, рабочая лопатка, холодное вальцевание, жаропрочный сплав, дефекты пера
Постановка проблемы и ее связь с практическими задачами
Последние ступени рабочих лопаток компрессора высокого давления изготовляют из жаропрочных сплавов ХН77ТЮР (ЭИ437Б) для двигателей Д-436ТП-148 (6 и 7 ступени) и ХН45МВТЮБР (ЭП718-ИД) для двигателя Д-18Т (5 7 ступени).
Изготовление указанных лопаток производится методом точной штамповки с последующим холодным вальцеванием пера без его окончательной размерной механической обработки. Профиль пера формируется пластической деформацией металла: сначала горячей (периодический прокат и точная штамповка), а затем — холодной (вальцевание пера в несколько переходов). При формообразовании профиля пера пластической деформацией металла актуальным является обеспечение низкой шероховатости поверхности пера под последующую технологическую операцию холодного вальцевания. Экспериментальные исследования формообразования пера лопаток пластическим деформированием металла позволили установить основные причины, влияющие на качество их изготовления. Однако указанные экспериментальные исследования определяют влияние параметров горячего выдавливания заготовок рабочих лопаток компрессора на качество их изготовления из титанового сплава ВТ8 и не касаются жаропрочных сплавов [1].
Цель работы — определение влияния технологии изготовления рабочих лопаток компрессора из жаропрочных сплавов на качество их изготовления.
Содержание и результаты исследования
Для определения влияния основных технологических операций на качество поверхности пера, изготовление заготовок рабочих лопаток компрессора, предназначенных для холодного валь-
цевания пера представим в виде следующей технологической схемы (табл. 1).
Полученная по указанной технологии заготовка лопатки (см. табл. 1) проходит в дальнейшем механическую обработку хвостовика и холодное (без съема металла) вальцевание пера. Заготовки лопаток, полученные штамповкой, затем подвергают термообработке — закалке для «смягчения» сплавов и электрополированию для удаления поврежденного слоя от горячей деформации.
Классификация дефектов поверхности пера лопаток после штамповки показала, что их можно представить в виде пяти групп:
1. Выступы (бугры на поверхности).
2. Лунки (ямки, вмятины).
3. Повышенная шероховатость.
4. Растрав («язвины»).
5. Точечное свечение люминофора при контроле ЛЮМ1-ОВ.
Характеристика 1 группы — выступы
Выступы появляются после гальванического электрополирования и в зависимости от размеров обнаруживаются визуально или с применением оптических средств (лупы). Выступы могут быть единичными или групповыми (рис. 1, 2). Часто вершина выступа плоская, на которой видны параллельные риски от механической зачистки (см. рис. 1, в).
Проведенный рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) зоны дефекта установил, что на полированных заготовках посторонние химические элементы отсутствуют, однако, на заготовках до электрополирования обнаружены Ва, К, Т1 (рис. 3). Источниками Ва и К является расплав солей бария и калия, который используется для нагрева под штамповку (см. табл. 1, поз. 4).
Таким образом, установлено, что основной причиной появления дефекта поверхности в виде выступов (бугорков) является некачественная
© Ю. С. Кресанов, А. В. Богуслаев, А. Я. Качан, Л. И. Гасик , 2010
Таблица 1 — Технологическая схема изготовления заготовок лопаток
Наименование операции Температура нагрева, °С Время нагрева, мин Среда нагрева Сопутствующие технологические операции
Сплав ЭП718-ИД Сплав ЭИ437Б
Прокат круглого прутка на полосу 1040-1070 10-30 1060-1090 8-30 воздух Гидропескоструйная обдувка
Периодический прокат 1040-1070 10-0 1060-1090 8-30 воздух Мойка или гидроабразивная обдувка
Вырубка индивидуальных заготовок 1010-1030 5-30 990-1020 5-30 воздух Гидроабразивная обдувка. Виброгалтовка
Штамповка 1040-1070 1-2 1120-1150 1-2 Соляная ианна ВаС12 Промывка в горячей воде или виброгалтовка
Обрезка облоя О 1010-1030 5-30 830-860 5-30 воздух Гидроабразивная обдувка. Травление. Виброгалтовка.
Калибровка О 1010-1030 5-30 990-1010 5-30 аргон Гидроабразивная обдувка. Виброгалтовка
Закалка 1010-1020 5-30 вакуум/ воздух -
Старение 790 480 вакуум -
Электрополировка - - - -
1СВ0 л ?в \
а б в
Рис. 1. Выступы на поверхности пера лопаток из сплава ЭП718-ИД после электрополирования: а — заготовка лопатки перед вальцеванием; б — выступы на поверхности пера х 42; в — риски на поверхности
выступа от механической зачистки
очистка заготовок перед вакуумной закалкой и последующей электрополировкой. Мойка в ацетоне перед закалкой и обезжиривание в щелочном растворе перед электрополированием соли и окислы не удаляют.
При вакуумной закалке, применяемой для исключения обезлегирования поверхности заготовок лопаток при нагреве, очистка невозможна, так как
выполняется при низком вакууме. Поэтому остатки солей, пленки окислов и просто загрязнения в лунках экранируют доступ электролита к поверхности, в результате чего металл на отдельных микроучастках либо вообще не полируются, либо процесс электропилорования затормаживается. В результате чего, неполируемые микроучастки выступают над основной поверхностью.
а б в
Рис. 2. Округлые пятна радужного окисления (в центре — выступы серого цвета) на лопатках из сплава ЭП718-ИД после вакуумной закалки (а) и округлые бугорки на тех же лопатках после электрополирования (б)
Рис. 3. Распределение интенсивности характеристических линий химических элементов в зоне поверхностного дефекта на лопатке из сплава ЭП718-ИД после операции вакуумной закалки (а) и след прижога зондом вдоль
траектории сканирования (б — х 1000)
Для очистки от солей, окислов металла и пригара смазки в технологическом процессе применяется пооперационная очистка, включая длительную мойку в горячей воде от солей бария и калия, гидропескоструйную обработку в барабане, травление заготовок в растворе азотной и плавиковой кислот (для заготовок из сплава ЭП718-ИД) и виброгалтовку (см. табл. 1). Неоднократное применение такой очистки в комплексе очистных операций обеспечивает удаление солей и окислов. Выступы на электрополированной поверхности легко удаляются ручной зачисткой профиля пера.
С целью исключения влияния случайных факторов на появление поверхностного дефекта в виде выступов электрополирование, чувствительное ко всякого рода загрязнениям поверхности, было заменено на электролитно-плазменную обработку, которая не чувствительна к исходному состоянию обрабатываемой поверхности.
Характеристика 2 группы — лунки
Лунки появляются на поверхности пера как до, так и после электрополирования. Лунки, по-
явившиеся до электрополирования, в основном, малоразмерные, но глубокие с четкими границами, чистым дном или темные, заполненные окислами и другими загрязнениями (рис. 4).
После электрополирования точечные лунки очищаются, кромки сглаживаются, а их наличие зависит от первоначальной глубины. Если она меньше припуска на электрополирование, то ее вогнутый профиль выравнивается, а сама лунка исчезает или приобретает более сглаженную форму.
Более крупные лунки продольной ориентации, появляющиеся у входной и выходной кромок пера или в области максимальной толщины пера, чаще бывают произвольной формы и встречаются реже, и после электрополирования их форма сглаживается.
Причиной появления мелких лунок является вдавливание в поверхность пера твердых частиц (например, застывших солей хлористого бария, применяемого при нагреве заготовок при штамповке, и других твердых частиц). Крупные лунки появляются после соударения поверхности пера с посторонними предметами или лопаток между собой.
Рис. 4. Лунки на пере лопаток из сплава ЭП718-ИД до операции электрополирования:
а — лунки на поверхности пера со стороны корыта; б — лунки на поверхности пера со стороны спинки; в — лунка, заполненная окислами; г — лунка с глубокими и четкими границами
Мелкая пологая лунка не оказывает влияние в дальнейшем на процесс вальцевания и не вызывает никаких других дефектов (например, заката).
Характеристика 3 группы — повышенная шероховатость поверхности пера
Повышенная шероховатость поверхности пера в слабой форме обнаруживается до электрополирования, а в более ярком виде, часто зональная — после электрополирования (рис. 5).
Причиной появления повышенной шероховатости пера является наличие окисления поверхности даже в случае применения защиты при нагреве. Более активно окисляется сплав ЭП718-ИД, так как в его химическом составе имеется около 50 % железа. Кроме того, окислению сплава способствует нагрев заготовки в воздушной среде при закалке в воду. Слой окалины с поверхности удаляется в процессе послеоперационных очисток. Однако под ней сохраняется переходной полуокисленный слой (внутреннее окисление), представляющий собой смесь металла и окислов неметаллов (см. рис. 5, б). В процессе электрополирования этот слой удаляется, обеспечивая нормальные условия холодного вальце-
а
Рис. 5. Повышенная шероховатость профиля пера
стный полуо
вания и требуемое качество материала. Появление шероховатости поверхности связано с тем, что в полуокисленном слое полируется только металл, а выступающие окислы образуют видимый рельеф.
По мере уменьшения слоя внутреннего окисления и высыпания окислов рельеф поверхности постепенно сглаживается, что подтверждается прерыванием на одной и той же заготовке лопатки процесса электрополирования при разной длительности. На таком принципе основан метод фазового анализа жаропрочных сплавов, когда при травлении матрица сплава растворяется, а фазы, в том числе и карбиды, осыпаются. Затем после их компактирования исследуются рентгеновским методом.
Таким образом, повышенная шероховатость поверхности может быть следствием большого полуокисленного слоя, малого и неравномерного съема металла при электрополировании, а также недостаточного припуска под электрополирование. Исследование глубины полуокисленного слоя на заготовках лопаток показало, что его максимум составляет 0,05 мм для сплава ЭП718-ИД и 0,01 мм для сплава ЭИ437Б (рис. 6).
б
из сплава ЭП718-ИД со стороны спинки (а) и поверхно-ый слой (б — х 500)
Рис. 6. Полуокисленный слой на заготовке лопатки из сплава ЭИ437Б до электрополирования по сечению пера
(а — х1300) и по поверхности пера (б — х1800)
Нормативными документами величина съема металла при электрополировании установлена более 0,06 мм для сплава ЭП718-ИД и 0,06...0,1 мм для сплава ЭИ437Б, а фактически при изготовлении заготовок методом точной штамповки величина припуска металла под электрополирование составляет 0,15.0,3 мм, что гарантированно перекрывает величину полуокисленного слоя. Наблюдается неравномерность съема металла с поверхности заготовки лопатки при электрополировании за счет сложности профиля пера и конструкции приспособления для электрополирования. На кромках пера и крайних лопатках в приспособлении съем металла больше, а в зоне максимальной толщины пера и в середине приспособления — меньше. Учитывая особенности термомеханических условий деформации металла, технологический процесс отработан таким образом, чтобы полуокисленный слой удалялся до неокисленного металла.
Для исключения появления повышенной шероховатости заготовок лопаток на финишной операции перед холодным вальцеванием необходимо предварительно выполнять глубокое мерное травление с последующим легким электрополированием до получения «зеркальной» поверхности.
Еще одной причиной повышенной шероховатости поверхности пера заготовок лопаток после электрополирования является окисление лопаток в процессе вакуумной закалки. Это связано с остатками связующего материала абразивного круга. Зачищенные абразивным кругом до металлического блеска участки поверхности пера лопатки окисляются в процессе закалки, приобретая темный цвет с радужными оттенками. Тонкая плотная пленка окислов затрудняет доступ электролита к обрабатываемой поверхности лопатки и тем самым замедляет процесс снятия материала, что является причиной образования волнового рельефа (рис. 7).
Характеристика 4 группы — растрав
Растрав поверхности пера заготовки лопатки продольной направленности выявлен после вы-
полнения технологических операций штамповки, обрезки облоя и очистки. Беспорядочно ориентированные растравы выявлены непосредственно после нагрева в хлор-бариевой ванне (рис. 8, а).
Причиной язвенного растрава поверхности является фтористый магний (Mg Б2), который вводится в состав соли (Ва С^) в ванну в качестве раскислителя для предупреждения обезуг-лераживания и обезлегирования при нагреве. Металлографическими исследованиями показано, что растрав сопровождается нарушением сплошности металла и окислением границ зерен (рис. 8, б, в). Растрав поверхности пера устраняется за счет уменьшения в хлор-бариевой ванне раскислителя Mg р2 до 3 %.
Второй причиной язвенного растрава поверхности пера явился кремний (81), обнаруженный методом рентгеноструктурного анализа. В растравленных областях с измененной структурой количество 81 достигало до 5 %. Источником появления кремния в «пораженной» области является мулито-корундовая масса, которая попадает в состав раствора ванны для нагрева из огнеупорного материала, которым она футеруется.
При длительной эксплуатации ванны огнеупорный материал, состоящий из кварца и корунда, взаимодействует с раствором и попадает на нагреваемую заготовку лопатки.
Рис. 7. Внешний вид окисления зачищенных участков поверхности заготовок лопаток из сплава ЭИ437Б после вакуумной закалки (а) и повышенная шероховатость таких же участков после электрополирования (б)
а
Рис. 8. Поверхностный растрав заготовок лопаток из сплава ЭИ437Б: а — внешний вид растрава поверхности пера, б — несплошность (х 500), в — окисление границ зерен (х 500)
Такой же дефект может появиться на лопатках в случае попадания песчинок перед или в процессе вакуумной закалки (при температуре около 1200 °С).
При вальцевании пера лопаток из сплава ЭИ437Б наблюдаются широко раскрытые разрывы преимущественно поперечной ориентации, выявленные впоследствии и до вальцевания. В результате растрава происходит нарушение сплошности границ зерен, замыкание растровых границ и на отдельных участках высыпание зерен (рис. 9, а, б, в, г).
При этом металлографические исследования показали, что структура сплава нормальная, зерна разноосные реклисталлизованные, охрупчи-вающей фазы нет и окисление по границам зерен отсутствует. Излом лопаток в сердцевине происходит по вязкому (ямочному) механизму разрушения, что подтверждает нормальное состоя-
ние материала и исключает нарушение температурных режимов деформации и термообработки. Таким образом, дефект имеет явно поверхностный характер и его появление вызвано процессом электрополирования. Это подтверждает проведенный эксперимент по электрополированию с контролем плотности тока и температуры электролита 300 заготовок лопаток, разместившихся в 6 приспособлениях с 3 загрузками в ванну.
После электрополирования внешний вид лопаток оценивали визуально с применением лупы, а также производили люминесцентную дефектоскопию (ЛЮМ1-ОВ). Фонового свечения не обнаружено. После механической обработки лопатки вновь контролировались ЛЮМ1-ОВ, после которого на 11 лопатках обнаружился тот же дефект — короткие широко раскрытые трещины преимущественно поперечной ориентации (рис. 10).
Рис. 9. Внешний вид поперечных разрывов на пере вальцованной лопатки из сплава ЭИ437Б и микрорельеф поверхности (а — х 60; б — х 32, в — х 180, г — х 900)
а
в
а
в
г
Для выяснения причины их появления вновь на 110 лопатках проведен процесс электрополирования с контролем не только плотности тока и температуры, но и состава ванны [Н3РО4 — 813 г/л (норма 730—1000 г/л), Н^О4 — 352 г/л (норма 330—420 г/л), Бе2О3 — 1,1 г/л, СгО3 — 0,2 г/л, Сг2О3 — 1,73 г/л, N1 — 4,7 г/л (норма < 20 г/л)]. Лопатки до и после электрополирования контролировались ЛЮМ1-ОВ. При этом все лопатки до электрополирования имели фоновое свечение, а после обработки свечение не обнаружено. Кроме того, 20 % лопаток было осмотрено на оптическом микроскопе при увеличении х 50—100, а в некоторых местах и х 200. Межзеренного растрава не обнаружено, но на всех лопатках вытравливается микроструктура сплава (см. рис. 8, в), что в большей или меньшей степени характерно для процесса электрополирования жаропрочных сплавов.
Таким образом, причиной появления «растрава» поверхности лопаток может быть как электролитическое травление, так и дефекты, возникающие при холодном вальцевании пера, которые по ранее проведенным исследованиям имеют малый угол наклона поверхности, сглаженность рельефа по излому и не подпадают по перечисленным признакам к дефектам, обнаруженным на 11 лопатках. Следовательно, основная причина появления «растрава» поверхности лопаток в настоящее время остается еще до конца не выясненной (рис. 10, б, рис. 11), а влияние электрополирования жаропрочных деформируемых сплавов на микроструктурном уровне до настоящего времени мало изучено.
¥
15 : зсь 5<
б
Рис. 11. Характерный вид дефектов по сечению пера лопаток после вальцевания (а — х 100, б — х 80)
Характеристика 5 группы — точечное свечение люминофора при контроле лопаток ЛЮМ1-ОВ
Точечное свечение люминофора, недопустимое по действующей нормативной документации, выявлено при контроле лопаток, компрессора высокого давления двигателей Д-18Т, Д-436, Д-36 из жаропрочных сплавов ЭП718-ИД и ЭИ437Б, после холодного вальцевания пера.
По результатам предыдущих исследований и анализа изготовленных лопаток установлено:
1. Светящиеся точки яркие и четкие, что исключает их связь с качеством проведения контроля (грязь или остатки люминофора на поверхности). Размер большинства точек очень малый. Они просматриваются только при 4-кратном увеличении, а при наблюдении невооруженным глазом создают как бы фоновое свечение.
2. Дополнительное механическое полирование такой вальцованной поверхности недостаточно эффективно.
3. Свечения появляются после первого вальцевания.
4. Часть свечения связана с повреждениями пера (вмятинами, забоинами, задирами пр.).
5. Очень слабое свечение, на пределе чувствительности метода ЛЮМ1-ОВ, наблюдается на поверхностях хвостовика и на торце пера после механической обработки.
Для установления причины точечного свечения люминофора исследовались рабочие лопатки из сплава ЭП718-ИД 6 и 7 ступеней КВД двигателя Д-18Т и лопатки из сплава ЭИ437Б 6 ступени КВД двигателя Д-36 в готовом состоянии (после всех операций технологического процесса, включая два вальцевания, термообработку (старение) и нескольких механических полиро-вок вальцованной поверхности). Дополнительно исследовали также заготовки лопаток после разных технологических операций: электрополирования, механической обработки хвостовика и прикорневой части пера, а также после первого вальцевания. Исследования проводили на оптическом микроскопе NEOPHOT-32 и электронном растровом микроскопе JSM-T300 с приставкой Phoenix для рентгеноспектрального микроанализа (РСМА).
По внешним признакам точечное свечение по перу на исследованных лопатках такое же, как описано выше. После снятия проявляющего лака при осмотре под лупой и бинокулярным микроскопом при увеличении х 25 обнаружено повреждение пера в виде вмятин, забоин, задиров (рис. 12). Заусенцы, которые сопутствуют повреждению, могут вызывать свечение при контроле ЛЮМ1-ОВ. Однако количество повреждений меньше, чем количество обнаруживаемых свечений.
Для определения причины свечения рельеф поверхности пера лопаток исследовали на электронном микроскопе при увеличении до х 10000. При этом микротрещин, вальцовочных закатов и пор не обнаружили.
Учитывая то, что при сухом механическом полировании возможно заполнение полости дефектов металлической пылью, образцы из пера лопаток подвергли электрополированию. В результате на поверхности пера лопаток обнаружено скопление включений неопределенной формы и с признаками разрушенных ограненных карбидов (см. рис. 12). Последующий РСМА
показал, что химический состав включений независимо от формы соответствует карбидам, так называемым, монокарбидам МеС, на основе № и Т1 (сплав ЭП718-ИД) и Т1 (сплав ЭИ437Б (рис. 13, 14, 15)).
Такие же результаты получены и без электрополирования с применением механического полирования на сукне суспензией окиси хрома — монокарбиды на поверхности пера разрушены (рис. 16, а), а в сечении пера и хвостовике на тех же исследованных лопатках карбиды целые (рис. 16, б).
а б в
Рис. 12. Повреждение поверхности пера лопаток после вальцевания и дополнительной механической полировки
(а — х 50; б, в — х 1000)
а б в г
Рис. 13. Рабочая лопатка КВД дв. Д-18Т с точечным свечением по перу после полного цикла обработки и дополнительного полирования профиля пера. Разрушение карбидов на вальцованной поверхности (а — х 340; б — х 1400; в, г — х 2400)
Рис. 14. Результаты РСМА разрушенных карбидов на вальцованной поверхности лопатки КВД дв. Д-18Т из сплава ЭП718-ИД: а — анализируемое место, выделено квадратом; б — спектрограмма анализируемого места
кУ:15.0 ТИг.0.00 ТкЫ£21.00 Ов^ЦТО Рва: 127.20 Атр.Т:50
^___А 4.40 5.60 «.30 7.00 7.7
Рис. 15. Результаты РСМА разрушенных карбидов на вальцованной поверхности лопатки КВД дв. Д-36 из сплава ЭП437Б: а — анализируемое место, выделено квадратом; б — спектрограмма анализируемого места
Рис. 16. Рабочая лопатка КВД дв. Д-18Т с точечным свечением по перу после полного цикла обработки и дополнительного полирования профиля пера:
а — разрушенные карбиды на вальцованной поверхности (полирование поверхности окисью хрома, без травления, х 500 ); б — целые карбиды в сечении хвостовика, х 250
До вальцевания (непосредственно после электрополирования), как показало исследование, карбиды на поверхности пера целые. Микрорельеф электрополированной поверхности определяется многофазной структурой жаропрочных сплавов, в составе которых находится сравнительно мягкая матрица и упрочняющие более твердые фазы, к числу которых относятся карбиды. В процессе электрополирования матрица растворяется (выпаривается), а карбиды, постепенно освобождаясь от окружающей матрицы, высыпаются. На стадии завершения процесса электрополирования часть карбидов выступает над поверхностью пера (рис. 17) и в процессе вальцевания эти карбиды разрушаются в первую очередь. Этим, вероятно, объясняется тот факт, что зона пера около хвостовика лопатки, которую механически заполировыва-ют под вальцевание, имеет меньше свечений.
Разрушение части выступающих карбидов происходит и на операциях механической обработки хвостовика. Лопатки крепятся за перо и при этом неизбежно выступы микрорельефа сминаются или разрушаются.
Дополнительно от очередной обрабатываемой партии рабочих лопаток компрессора 7 ступени изд. Д-436 отбирали для исследования одну, последнюю в партии, лопатку после первого вальцевания. Вальцы перед обработкой заполировывались. Исследование микрорельефа вальцованной поверхности под электронным микроскопом показало множество микроповреждений в форме равноосных углублений (вытянутые дефекты типа надрывов, закатов в исследовании не рассматривались). Большая часть углублений имеет развитый, шероховатый микрорельеф (рис. 18, а, б, в).
По химическому составу частиц, находящихся в углублениях, происхождение углублений разное. В одних случаях образование их явилось следствием разрушения карбидов, в других случаях — вдавливания абразива (в химическом составе фиксируется высокое содержание алюминия (рис. 19, 20). Часть углублений имеет гладкое донышко с поднутрением по контуру (см. рис. 17, г).
а
а
Рис. 17. Микрорельеф электрополированной поверхности рабочих лопаток компрессора из сплава ЭП718-ИД (а, б)
и сплава ЭИ437Б (в, г)
Рис. 18. Повреждения на вальцованной поверхности пера лопатки 7 ступени компрессора дв. Д-436 после первого
вальцевания (а, б, в — х 3500; г — х 2000)
7
Рис. 19. Результаты РСМА повреждения на вальцованной поверхности пера рабочей лопатки 7 ступени компрессора
дв. Д-436 после первой вальцовки:
а — анализируемое место; б — спектрограмма анализируемого места
•V ' : ьк. '-V' V"
V ^УРлм
* .V щ* О» 1
УМ
Рис. 20. Результаты РСМА повреждения на вальцованной поверхности пера рабочей лопатки 7 ступени компрессора
дв. Д-436 после первой вальцовки:
а — анализируемое место; б — спектрограмма анализируемого места
а
а
Для сравнения исследовали образец из холоднокатаного листа толщиной 1,6 мм из сплава ЭП718-ИД. Процесс холодного вальцевания пера лопаток сродни холодной прокатке листа. Режимами обоих процессов предусматривается допустимая степень холодной деформации (за один проход и суммарная), проведение промежуточного отжига и др.
С целью очистки поверхности листа его слегка заполировали окисью хрома, а затем электро-полировали. Часть монокарбидов на холоднокатаном листе разрушена, при том, что карбиды при деформации находились в матрице (не выступали над поверхностью), как на лопатках (рис. 21).
В заключение исследовали хвостовик окончательно готовой рабочей лопатки 7 ступени компрессора двигателя Д-436 из сплава ЭП718-ИД, на поверхности которого также наблюдается точечное свечение люминофора, несколько меньше, чем по перу. Исследовали механически обработанный торец хвостовика и, для сравнения, микрошлиф из сердцевины хвостовика. Морфология карбидов показана на рис. 22. Как видно, карбиды на механически обработанной поверхности разрушены, а в сечении пера целые.
Таким образом, из проведенной работы следует, что в процессе холодного вальцевания и механической обработки рабочих лопаток компрессора двигателя Д-18Т, Д-436 и Д-36 из сплавов ЭП718-ИД иЭИ437Б происходит разрушение карбидов, прилежащих к поверхности, которое вместе с вмятинами, задирами и другими повреждениями вызывает точечное свечение люминофора при контроле ЛЮМ1-ОВ.
Проведенные исследования позволили установить причину повреждений поверхности лопаток из жаропрочных сплавов ЭП718-ИД и ЭИ437Б, изготавливаемых методом точной штамповки и холодного вальцевания, а также предложить основные направления улучшения качества изготовляемых лопаток.
Выводы и перспективы дальнейших исследований
1. Установлено, что основной причиной появления выступов (бугорков) на поверхности заготовок лопаток компрессора является несовершенство технологического процесса очистных операций перед электрополированием. Выступы (бугорки) устраняются электролитно-плазменной обработкой.
2. Лунки (вмятины) на поверхности пера лопатки обусловлены вдавливанием твердых частиц при штамповке с нагревом в солях хром-бариевой ванны. Лунки (вмятины) устраняются тщательным встряхиванием нагретых заготовок перед точной штамповкой.
3. Повышенная шероховатость поверхности пера лопатки вызвана неудаленным полуокисленным слоем металла перед электрополированием, а также адгезией продуктов связки войлочных кругов с материалом перед вакуумной термообработкой.
4. Причиной растрава поверхности лопаток является большое количество вводимого в хлор-бариевую ванну раскислителя (MgF2) при нагреве заготовок под деформацию и электрополирование.
Я- С,
5. Точечное свечение люминофора, переходящее в фоновое при контроле лопаток после холодного вальцевания, вызвано наличием в материале лопаток монокарбидов МеС, которое не является признаком некачественного материала или нарушения процесса холодного вальцевания. Такое свечение требует установления контрольного образца.
6. В связи с появлением «растрава» поверхности лопаток следует продолжить исследования по влиянию электрополирования жаропрочных сплавов.
Перечень ссылок
1. Кресанов Ю. С. Влияние параметров горячего выдавливания заготовок рабочих лопаток компрессора на качество их изготовления / Ю. С. Кресанов, А. Я. Качан, В. В. Чигиринский, А. Н. Бень // Вестник двигателест-роения. - 2009. - № 2. - С. 108-115.
Поступила в редакцию 21.10.2009
Yu. S. Kresanov, A. V. Boguslayev, A.Ya. Kachan, L. I. Gasik
INFLUENCE OF ACCURATE FORGING AND COLD MILLING OF THE
WINGS OF ROTATING BLADES OF COMPRESSOR MADE OF HEAT-
RESISTANT ALLOYS ON THE QUALITY OF THEIR MANUFACTURE
У po6omi визначено основы причини виникнення поверхневих дефектов на робочих лопатках компресора з жаромщних сплавiв, виготовлених точним штампуванням i холод-ним вальцюванням пера, i запропоновано шляхи ¿х усунення.
Штампування, робоча лопатка, холодне вальцування, жаромщний сплав, дефекти пера
There are determined main causes for surface defects formation on the rotating blades of compressor made of heat-resistant alloys, produced by means of accurate forging and cold milling of the wing. There are offered ways for elimination of defects.
Forming, rotating blade, cold milling, heat-resistant alloys, defects of the wing
