Газовая Промышленность 11.2024

Научный отчет

EDN: LLMOZF

УДК 620.1::621.438
(UDK 620.1::621.438)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ (POWER SUPPLY SERVICE AND ENERGY EFFICIENCY)

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(POTENTIAL FOR APPLICATION OF WEAR-RESISTANT ALLOYS IN RESTORATION OF GAS TURBINE ENGINE COMPONENTS)

Эксплуатационные характеристики компонентов газотурбинного двигателя зависят от износостойкости его поверхностей. Известно, что в процессе эксплуатации в результате динамического контакта, а также вибрации и нагрева контактные поверхности подвергаются интенсивному износу. Это приводит к снижению ресурса компонентов и повышению риска повреждения газотурбинного двигателя в целом. Для решения данной проблемы и упрочнения поверхностей, подвергающихся износу, применяют лазерную наплавку кобальтовых сплавов, поставляемых в виде порошка. Такие сплавы отличаются повышенной износостойкостью и прочностью за счет системы Co-Cr-W.
В статье проведена оценка свариваемости кобальтовых сплавов типа стеллит (Stellite) с подложками из жаропрочного никелевого сплава ЧС-70. Была произведена апробация диапазона технологических параметров лазерной наплавки с последующей металлографией образцов для выявления бездефектной структуры. Для проведения эксперимента по наплавке использовалась установка прямого лазерного выращивания «ИЛИСТ-М», оснащенная одноосевым позиционером, шестиосевым промышленным роботом и технологическим инструментом. В целях определения наилучшего режима наплавки производился визуально-измерительный контроль сформированных валиков, измерялась микротвердость бездефектных образцов. Сделан вывод, что полученные результаты можно интегрировать для повышения ресурса работы компонентов газотурбинных двигателей, изготовленных из сплава ЧС-70, и упрочнения поверхностей, подвергающихся износу.

Performance of gas turbine engine components depends on wear resistance of its surfaces. Contact surfaces are known to suffer intensive wear during operation as a result of dynamic contact as well as vibration and heating. This reduces component life and increases the risk of damage to the gas turbine engine as a whole. Laser cladding with cobalt alloys – supplied in powder form – is used to address this problem by hardening the surfaces subjected to wear. These alloys are characterized by increased wear resistance and strength due to the Co-Cr-W system.
The article contains a study of weldability of cobalt alloys of Stellite type with backing made of ChS-70 heat-resistant nickel alloy. The range of laser cladding process parameters was tested with subsequent metallography of samples to identify defect-free structure. The cladding test was performed using ILIST-M direct laser growth unit equipped with a single-axis positioner, a six-axis industrial robot, and process tools. Weld beads were inspected and measured, including microhardness of defect-free samples, in order to determine the best cladding conditions. The authors conclude that the results obtained can be integrated into production to improve service life of gas turbine engine components made of ChS-70 alloy and to harden surfaces subjected to wear.

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, КОБАЛЬТОВЫЙ СПЛАВ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ, ЛАЗЕРНАЯ НАПЛАВКА, МЕТАЛЛОГРАФИЯ

GAS TURBINE ENGINE, COBALT ALLOY, WEAR RESISTANCE, LASER CLADDING, METALLOGRAPHY

М.Ю. Алехин, д.э.н., проф., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» (Санкт-Петербург, Россия), alekhin@smtu.ru

В.Л. Александров, д.т.н., проф., ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», fckps@rambler.ru

П.И. Ягодинец, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, Россия), P.Yagodinets@adm.gazprom.ru

М.Ю. Кисляков, ПАО «Газпром», M.Kislyakov@adm.gazprom.ru

С.В. Тюков, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», step@tukv.ru

Г.Г. Задыкян, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», gzadykyan@mail.ru

Р.С. Корсмик, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет», r.korsmik@ltc.ru

M.Yu. Alekhin, DSc in Economy, State Marine Technical University (Saint Petersburg, Russia), alekhin@smtu.ru

V.L. Aleksandrov, DSc in Engineering, Professor, State Marine Technical University, fckps@rambler.ru

P.I. Yagodinets, PJSC Gazprom (Saint Petersburg, Russia), P.Yagodinets@adm.gazprom.ru

M.Yu. Kislyakov, PJSC Gazprom, M.Kislyakov@adm.gazprom.ru

S.V. Tyukov, State Marine Technical University, step@tukv.ru

G.G. Zadykyan, State Marine Technical University, gzadykyan@mail.ru

R.S. Korsmik, State Marine Technical University, r.korsmik@ltc.ru

Богуслаев В.А., Муравченко Ф.М., Жеманюк П.Д. и др. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД. Запорожье: Мотор Сич, 2003. Ч. 1. Лопатки компрессора и вентилятора. 420 с. EDN: PKAQEJ.

Zheng J., Li Z., Chen X. Worn area modeling for automating the repair of turbine blades // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2006. Vol. 29. P. 1062–1067. DOI: 10.1007/s00170‑003‑1990‑6.

Петрик И.А., Перимиловский И.А. Дальнейшее развитие технологии упрочнения бандажных полок лопаток турбины из жаропрочных сплавов // Технологические системы. 2001. № 3. С. 90–92.

Kermanpur A., Amin S.H., Ziaei-Rad S., Nourbakhshnia N. Failure characterisation of Ti6Al4V gas turbine compressor blades // WIT Trans. Eng. Sci. 2007. Vol. 57. P. 383–392.

Kermanpur A., Amin S.H., Ziaei-Rad S., et al. Failure analysis of Ti6Al4V gas turbine compressor blades // Eng. Failure Anal. 2008. Vol. 15, No. 8. P. 1052–1064. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2007.11.018.

Rottwinkel B., Nölke C., Kaierle S., Wesling V. Laser cladding for crack repair of CMSX-4 single-crystalline turbine parts // Lasers in Manufacturing and Materials Processing. 2017. Vol. 4. P. 13–23. DOI: 10.1007/s40516‑016‑0033‑8.

Фарафонов Д.П., Деговец М.Л., Рогалев А.М. Исследование экспериментальных композиций износостойких сплавов на основе кобальта для ремонта и упрочнения рабочих лопаток турбин высокого давления методом лазерной наплавки // Труды ВИАМ. 2017. № 8 (56). Статья № 5. DOI: 10.18577/2307‑6046‑2017‑0‑8‑5‑5. EDN: ZCOSHX.

Alloy ЧС-70 // Company “Auremo”: офиц. сайт. URL: https://auremo.biz/materials/splav-chs70.html (дата обращения: 02.11.2024).

ООО «Европейская металлургическая компания»: офиц. сайт. URL: https://emk24.ru/ (дата обращения: 02.11.2024).

Boguslaev VA, Muravchenko FM, Zhemanyuk PD, Kolesnikov VI, Yatsenko VK, Orlov MR, et al. Technological Support of Operational Characteristics of Gas Turbine Engine Parts. Part 1. Compressor and Fan Blades. Zaporozhye: Motor Sich; 2003. (In Russian)

Zheng J, Li Z, Chen X. Worn area modeling for automating the repair of turbine blades. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2006; (29): 1062–1067. https://doi.org/10.1007/s00170-003-1990-6.

Petrik IA, Perimilovskiy IA. Further development of the technology for strengthening the shroud shelves of turbine blades made of heat-resistant alloys. Technological Systems [Tekhnologicheskie sistemy]. 2001; (3): 90–92. (In Russian)

Kermanpur A, Amin SH, Ziaei-Rad S, Nourbakhshnia N. Failure characterisation of Ti6Al4V gas turbine compressor blades. WIT Trans. Eng. Sci. 2007; 57: 383–392.

Kermanpur A, Amin SH, Ziaei-Rad S, Nourbakhshnia N, Mosaddeghfar M. Failure analysis of Ti6Al4V gas turbine compressor blades. Eng. Failure Anal. 2008; 15(8): 1052–1064. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.11.018.

Rottwinkel B, Nölke C, Kaierle S, Wesling V. Laser cladding for crack repair of CMSX-4 single-crystalline turbine parts. Lasers in Manufacturing and Materials Processing. 2017; 4: 13–23. https://doi.org/10.1007/s40516-016-0033-8.

Farafonov DP, Degovets ML, Rogalev AM. Research of experimental compositions of wear-resistant alloys on the basis of cobalt for repair and hardening of working blades of high-pressure turbines by method of laser welding. Proceedings of VIAM [Trudy VIAM]. 2017; 56(8): article ID 5. https://doi.org/10.18577/2307‑6046‑2017‑0‑8‑5‑5. (In Russian)

Company “Auremo”. Alloy ЧС-70. Available from: https://auremo.biz/materials/splav-chs70.html [Accessed: 2 November 2024]. (In Russian)

European Metallurgical Company. Homepage. Available from: https://emk24.ru/ [Accessed: 2 November 2024]. (In Russian)
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57