Автоматическая сварка, 2016, №04



2016 №04 (07)

DOI of Article 10.15407/as2016.04.01

2016 №04 (02)

---

Журнал «Автоматическая сварка», №4, 2016, с. 9-25
 

Продление ресурса рабочих лопаток ГТК 10-4 из сплава ЭИ 893 после продолжительного срока эксплуатации

А. Ф. Белявин¹, В. В. Куренкова¹, Д. А. Федотов¹, С. Г. Салий², А. П. Щербинин²

¹ООО «Патон Турбайн Текнолоджиз». 030328, г. Киев, ул. Ракетная, 26. Е-mail: VKurenkova@patontt.com
²ПРТ П «Укргазэнергосервис», филиал ДК «Укртрансгаз» НАК «Нафтогаз Украины». 08151, г. Боярка, ул. Маяковского, 49.
 
Реферат
В процессе длительной эксплуатации (десятки тыс. ч) в рабочих лопатках агрегата ГТК 10-4 под воздействием статических и динамических нагрузок, градиента температур, продуктов сгорания топлива и т. д. происходит деградация основного материала - сплава ЭИ 893. Структурные изменения в основном сплаве лопаток влияют на изменения его механических характеристик по сравнению с металлом в исходном состоянии, а именно - происходит повышение предела прочности, текучести, значений твердости и снижение характеристик пластичности, а, следовательно, снижение их сопротивления ползучести и многоцикловой усталости. Поэтому продление ресурса дорогостоящих изделий горячего тракта турбин является очень важной задачей, которая реализуется комплексным восстановлением исходной структуры и механических характеристик сплава ЭИ 893. Целью работы было изучение на семи рабочих лопатках (из комплектов с различным сроком эксплуатации) состояния материала ГТД после эксплуатационного старения, определение их ремонтопригодности и выбор режимов восстановительной термической обработки. Было установлено, что в процессе продолжительного срока эксплуатации при температуре 630...670 °С в рабочих лопатках происходит существенное изменение структурно-фазового состояния основного материала - сплава ЭИ 893, проявляющееся в растворении, коагуляции и неравномерном распределении упрочняющей фазы в объеме матричного раствора и выделении карбидов по субграницам в теле зерна и по границам зерен, образовании карбидов более сложного состава. Было установлено, что оптимальная структура основы с достаточной твердостью и микротвердостью формируется при двухстадийной восстановительной термической обработке: наблюдается некоторое снижение разноразмерности зерна (в основном 2...4 балл зерна), снижение плотности и размеров стабильных карбидных фаз в межзеренных прослойках, равномерном и регулярном распределении дисперсной упрочняющей фазы. Регенерация структуры после ВТО приводит к увеличению пластических (33,2...35,6 %) характеристик, а, следовательно, и сопротивлению усталости, при допустимых значениях прочности и вязкости разрушения, что в целом обеспечивает работоспособность восстановленных изделий. Библиогр. 16, табл. 5, рис. 10.
 
Ключевые слова: турбина высокого давления (ТВД), турбина низкого давления (ТНД), восстановительная термообработка, твердость, микротвердость, предел прочности, предел текучести, пластичность, работа разрушения, наплавленный шов, зона термического влияния
 
Поступила в редакцию 30.12.2015
Подписано в печать 07.04.2016
 

1. Верин Дж. Д. Микроструктура и свойства жаропрочных сплавов / Дж. Д. Верин, Ч. Симс, В. Хагель // Жаропрочные сплавы. – М. Металлургия, 1976. – С. 207–241.
2. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин / Л.Б. Гецов. – М.: Надра, 1996. – 591 с.
3. Майнер Р. В. Усталость. Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок: в 2-х т. / Р. В. Майнер. – М.: Металлургия, 1995. – Т.1. – С. 336–372.
4. Влияние величины зерна на конструктивную усталостную прочность лопаток из сплава ХН65ВМЮТ (ЭИ893) / Ю. А. Немайзер, Г. Л. Гурский, Н. И. Добина, Н. С. Шапетько // Энергомашиностроение. – 1982. – № 5. – С. 18–21.
5. Пигрова Г. Д. Метод физико-химического фазового анализа для оценки структурного состояния жаропрочных материалов при прогнозировании ресурса / Г. Д. Пигрова, Б. С. Кабанов, В. М. Седов // Труды НПО ЦКТИ . – 2002. – Вып. 289. – С. 39–47.
6. Продление ресурса рабочих лопаток приводных ГТУ / Б.П. Шайдак, С. А. Иванов, А. В. Иванов [и др.]. Ресурс и надежность материалов и сварных соединений энергетических установок. // Труды НПО ЦКТИ . – 2002. – Вып. 286. – С. 191–204.
7. Бердник О. Б. Разработка технологии продления ресурса турбинных лопаток из сплава ХН65ВМТЮ / О. Б. Бердник, И. Н. Царева, Е. Н. Разов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2011. – № 3(27). – С. 240–246.
8. Пигрова Г. Д. Диагностика структурных изменений металла деталей ГТУ в процессе эксплуатации методом фазового физико-химического анализа / Г. Д. Пигрова // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 55–64.
9. Разработка методики продления ресурса рабочих лопаток I-й ступени (ТВД) ГПУ ГТК-10-4 и назначение ресурса отремонтированного комплекта BKF-05: отчет ИЦ «Пратт и Уитни Патон». – К., 2005. – 84 с.
10. Рыбников А. И. Карбидные превращения в межзеренных прослойках жаропрочных сплавов на никелевой основе в процессе старения и длительной эксплуатации / А. И. Рыбников, И. И. Крюков // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 154–163.
11. Рыбников А. И. Влияние структурного фактора на конструктивную усталостную прочность рабочих лопаток стационарных ГТУ / А. И. Рыбников, Б. П. Шайдак, С.А. Иванов // Труды НПО ЦКТИ . – 2006. – Вып. 295. – С. 79–90.
12. Гецов Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин / Л. Б. Гецов. – Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии», 2010. – Т.1. – 611 с.
13. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: в 2 т. – М.: Машиностроение, 1974. – Т.2. – 368 с.
14. Исследование рабочих лопаток из сплава ЭИ-893 после длительной эксплуатации в газотурбинной установке / В.Г. Сорокин, Б. Н. Гузанов, С. В. Косицын, В. Ф. Онохин // Энергомашиностороение. – 1980. -– № 3. – С. 25, 26, 29.
15. Инструкция по расследованию причин разрушений лопаточного аппарата газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов. – М.: ОАО «Газпром», ООО «ВНИИ ГАЗ », 2000. –22 с.
16. Анализ причин спонтанного разрушения рабочих лопаток I ст. ТВД агрегата ГТК-10-4, КС «Бердичев» (после 78 тыс. ч. эксплуатации): отчет ИЦ «Пратт и Уитни Патон». –К., 2005. –48 с.