Биметаллическая заготовка диска ротора газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к заготовкам для сварных роторов газотурбинных двигателей барабанного типа и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении. Биметаллическая заготовка диска ротора газотурбинного двигателя содержит соединенные между собой, как минимум, две части, одна из которых выполнена из жаропрочного не свариваемого сплава, а другая, расположенная на торцевых поверхностях первой - в виде колец из свариваемого сплава. Часть заготовки в виде колец выполнена из листового свариваемого сплава слиткового производства, причем соединение частей заготовки осуществляют сваркой взрывом. 3 з п ф-лы.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к заготовкам для сварных роторов газотурбинных двигателей (ГТД) барабанного типа и может быть использована в авиационном и энергетическом машиностроении.

Известна биметаллическая заготовка для ротора ГТД, содержащая одну часть, выполненную из никелевого сплава, и вторую часть, выполненную из конструкционной стали, причем обе части заготовки соединены между собой горячим изостатическим прессованием.

(см. патент РФ 2087259, кл. B22F 7/08, 1997 г.).

Использование данной заготовки для изготовления роторов не позволяет получить роторы высокого качества, так как при сварке секции роторов, из-за использования конструкционной стали, прочность зоны сварного шва недостаточна, а околошовная зона подвержена трещинообразованию.

Известна биметаллическая заготовка для диска ротора ГТД, содержащая первую часть, полученную методом порошковой металлургии из сплава на основе никеля, вторая часть заготовки выполнена из сплава, например, АЖК, в виде двух колец, каждое из которых изготовлено методом порошковой металлурги и расположено на одной из торцевых поверхностей первой части.

При изготовлении заготовок в капсулу устанавливают заранее изготовленные кольца и через патрубок засыпают гранулы сплава первой части, после чего методом горячего изостатического прессования формуют первую часть и соединяют с ней вторую часть.

(см. патент РФ на полезную модель 100439, кл. B22F 5/00, 2010 г.) -наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что плакирование первой части заготовки, выполненной из не свариваемого жаропрочного гранулированного никелевого сплава по торцам кольцами второй части, выполненными из свариваемого сплава, позволяет заменить сборную конструкцию ротора на сварную, более жесткую, а применение для изготовления дисков свариваемого сплава повышает прочность и однородность сварного соединения. Однако, если плакирование первой части заготовки диска наружными кольцами посредством горячего изостатического прессования может обеспечить удовлетворительное качество сварного соединения, то сварка плавлением жаропрочных никелевых сплавов, в том числе, электронным лучом, в роторе неизбежно приведет к образованию горячих трещин в металле шва и тем в большем количестве, чем больше в сплаве ^-1- фазы (см. А.Б. Малый, Ю.В. Бутенко, В.Ф. Хорунов «Свариваемость высоколегированных термоуправляемых сплавов на никелевой основе» «Автоматическая сварка», 2005 г., 5, стр. 24 - 27). Отечественные современные гранулированные жаропрочные сплавы для ГТД содержат более 50% ^-1 - фазы, а заготовки дисков из них имеют еще и внутригранульную пористость (см. ТУ1 -809-530-2008), которая также способствует образованию горячих трещин при сварке.

Кроме того, не свариваемыми жаропрочными сплавами для ГТД являются не только никелевые, но и титановые сплавы (например, применяемый в дисках ротора компрессора ВТ18У).

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение качества биметаллических заготовок за счет устранения образования горячих трещин при сварке плавлением секций роторов ГТД барабанного типа из не свариваемых жаропрочных сплавов

Указанный технический результат достигается тем, что в биметаллической заготовкк диска ротора газотурбинного двигателя, содержащей соединенные между собой две части, первая из которых выполнена в виде диска из жаропрочного не свариваемого сплава, а вторая, в виде колец из свариваемого сплава, соединенных с торцевыми поверхностями первой части, новым является то, что кольца выполнены из листового свариваемого сплава, полученного из слитков, а соединение частей заготовки получено сваркой взрывом.

Первая часть заготовки может быть выполнена из не свариваемого никелевого сплава, полученного из гранул, а кольца выполнены из свариваемого никелевого сплава.

Первая часть заготовки может быть получена из слитка не свариваемого никелевого сплава, а кольца выполнены из свариваемого жаропрочного никелевого сплава.

Первая часть заготовки может быть выполнена из полученного из слитка не свариваемого титанового сплава, а кольца выполнены из свариваемого жаропрочного титанового сплава.

Выполнение второй части заготовки в виде колец из листового свариваемого сплава, полученного из слитков, позволяет покрыть поверхность первой части заготовки из жаропрочного не свариваемого сплава сплавом, имеющим максимальную плотность и наивысший уровень механических свойств, что повышает качество заготовки в целом.

Покрытие первой части заготовки их жаропрочного не свариваемого никелевого сплава, полученного из гранул, кольцами из листового свариваемого никелевого сплава, полученного из слитков, позволяет не только обеспечить сварку секций ротора, но и повышает трещиностойкость и коррозионную стойкость первой части заготовки.

Покрытие первой части заготовки, полученной из слитков жаропрочных не свариваемых никелевого или титанового сплавов кольцами свариваемых никелевого или титанового сплавов, позволяет осуществлять сварку секций ротора турбины и/или компрессора ГТД по свариваемому сплаву высокого качества.

Соединение частей биметаллической заготовки сваркой взрывом является практически единственным способом сварки, обеспечивающим надежное соединение используемых разнородных сплавов без снижения их свойств, а применительно к гранулированным никелевым сплавам еще и повышающим их плотность за счет снижения исходной межгранульной пористости.

Примером использования данной полезной модели может служить изготовление диска ротора ГТД из сплава ЭП 741НП.

Первую часть заготовки диска ротора турбины ГТД получали из гранулированного жаропрочного сплава ЭП741НП газостатическим изотермическим прессованием. Первая часть заготовки имела форму диска, наружный диаметр которого составлял 520 мм, а ширина обода - 30 мм. Для соединения диска по ободу со второй частью - жаропрочным свариваемым сплавом изготовили два плоских кольца из сплава ЭП708ВД. Кольца из полученного из слитка листа, толщиной 5 мм, вырезали лазером наружным диаметром 520 мм и внутренним - 460 мм. Передали диск и кольца на

полигон для сварки взрывом, где осуществили плакирование обода диска кольцам с двух сторон по его торцам.

Аналогичным образом была изготовлена заготовка диска ротора компрессора диаметром 520 мм из сплава ВТ18У, полученная предварительной штамповкой на гидравлическом прессе и плакированная листовыми кольцами из сплава ВТ3-1.

Предложенная биметаллическая заготовка позволяет не только заменить сборный ротор ГТД на сварной, но и обеспечить качественное соединение секций ротора из жаропрочных никелевых и титановых сплавов.

1. Биметаллическая заготовка диска ротора газотурбинного двигателя, содержащая соединенные между собой две части, первая из которых выполнена в виде диска из жаропрочного не свариваемого сплава, а вторая - в виде колец из свариваемого сплава, соединенных с торцевыми поверхностями первой части, отличающаяся тем, что кольца выполнены из листа литого свариваемого сплава и соединены с торцевыми поверхностями первой части сваркой взрывом.

2. Биметаллическая заготовка по п. 1, отличающаяся тем, что первая ее часть выполнена из не свариваемого никелевого сплава, полученного из гранул, а кольца выполнены из свариваемого никелевого сплава.

3. Биметаллическая заготовка по п. 1, отличающаяся тем, что первая ее часть получена из слитка не свариваемого никелевого сплава, а кольца выполнены из свариваемого жаропрочного никелевого сплава.

4. Биметаллическая заготовка по п. 1, отличающаяся тем, что первая часть заготовки получена из слитка не свариваемого титанового сплава, а кольца выполнены из свариваемого жаропрочного титанового сплава.