CC BY
57
краткие сообщения
УДК 669.295.5
особенности строения материала лопаток паровых турбин из титанового (а+Р) сплава вт6 с бимодальной структурой
м. А. Скотникова, А. А. ланина
Ключевые слова: лопатки паровых турбин, титановые сплавы, ковка, штамповка, оптическая и электронная микроскопия, микрорентгеноспектральный анализ.
Практика показала, что наиболее перспективными материалами для рабочих лопаток паровых турбин являются высокопрочные титановые (а + в) сплавы с более высокой удельной прочностью по сравнению со сталями (в 2,0-2,5 раза), повышенной коррозионно-эрозионной стойкостью, хорошей сопротивляемостью хрупким разрушениям, более высокой коррозионно-усталостной прочностью [1]. Применение титанового сплава ВТ6 позволило создать рабочую лопатку длиной 1400 мм. При этом была сформирована так называемая бимодальная, то есть глобулярно-пластинча-тая структура (см. рисунок) с благоприятным сочетанием служебных свойств и их однородности по длине лопатки [2].
По сравнению с пластинчатым деформированный сплав ВТ6 в глобулярном состоянии имеет преимущество главным образом благодаря пластическим свойствам. В глобулярной структуре велика работа зарождения трещин и относительно низка работа их распростра-
Микроструктура металла штампованной заготовки рабочей лопатки из сплава ВТ6, х500
нения. Бимодальная глобулярно-пластинча-тая структура обеспечивает торможение зарождения и распространения трещин и поэтому является оптимальной.
С помощью оптической, электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа в данной работе были исследованы структура и свойства штампованных заготовок рабочих лопаток турбин из титанового сплава ВТ6. Была сформирована структура бимодального строения: а-фаза имела форму глобул а^ с размером 15 мкм и вытянутых пластин ад шириной 2,2 мкм, разделенных прослойками Рд-фазы шириной 0,8 мкм. Расстояние между глобулами составляло в среднем 22 мкм, в которых доля пластинчатой ад + Рд-струк-туры (50-70%) преобладала над долей глобулярной а^-структуры (30-50 %). В материале лопаток присутствовали широкие прослойки «мягкой» Рд-фазы, обогащенные одноименными в-стабилизаторами, в частности ванадием 9,6 %. В то же время в первичных глобулах а^-фазы содержалось повышенное количество а-стабилизаторов, в частности алюминия 7,3%, что, вероятно, обеспечивает рав-нопрочность (близкую микротвердость) фазовых составляющих.
Известно, что при циклических нагрузках равномерно распределенные мягкие прерывистые прослойки Рд-фазы, оконтуровы-вающие относительно твердые пластины вторичной ад-фазы и равнопрочные глобулы а^-фазы, затрудняют преждевременную локализацию пластической деформации и зарождение трещины в отдельных фазах. На стадии распространения затруднено увеличение длины трещины в ад+Рд-пластинчатой структуре, так как она все время тормозится мягкими прослойками Рд-фазы и вынуждена изменять свою траекторию, огибая глобулярные частицы а^-фазы. При этом эксплуатационные свойства материала изделия повышаются [3].
МП^ППООБ^^Ш
краткие сообщения
Особенностью каплеударного нагружения являются не только многократность и цикличность приложенного напряжения, но и его динамичность. В силу кратковременности воздействия внутренние напряжения не успевают перераспределиться, происходит локализация больших нагрузок в малых микрообъемах в отдельных структурных и фазовых составляющих материала. Удачное сочетание строения, химического состава и свойств, способности сопротивляться микроударному воздействию этих составляющих определяют долговечность лопаток паровых турбин.
Можно полагать, что в результате каплеударного воздействия в мягких широких в-прослой-ках, высоколегированных ванадием, происходит накопление дефектов кристаллического строения и внутренних напряжений. Под действием ударной волны осуществляется распад (растворение) прослоек пересыщенного в-твердого раствора с образованием относительно мягко-
го орторомбического мартенсита a''-фазы, вызывающего эффективное торможение ударной волны. При этом повышается стойкость лопаток паровых турбин к каплеударному воздействию, увеличивается срок их эксплуатации.
Литература
1. Parshin A. M., Ushkov S. S., Skotnikova М. А.
Decomposition diagram and heat-treatment schedule of titanium alloy // Proceeding of the 8th World Conference «Titanium 95». Birmingham, 1996. P. 2515-2522.
2. Пичугин И. И., Агафонов Б. Н., Малышев-ская Е. Г. Состояние и перспективы использования титановых лопаток // Энергохозяйство за рубежом. 1990. № 4. С. 23-28.
3. Park Js., Margolin H. Role a- и P-phases in distribution of a fatigue crack to alloys Ti-Mn // Metallurgical Transaction. 1984. Vol. 15A, N1. P. 155-159.
в следующем номере читайте:
• Прогрессивный режущий инструмент для зубообработки (Чемборисов Н. А., Хисамут-динов Р. М., Авдеев В. А.)
• Методика расчета формообразования элементов стружки при вибрационном фрезеровании отходов металлов и пластмасс (Сергеев С. В.)
• Разработка новых конструкций токарных пластин для обработки пластичных материалов на основе моделирования пространственного формирования стружки (Михайлов С. В., Олейник А. П.)
• Исследование параметров электролитно-плазменного полирования низколегированной стали методом планирования полного факторного эксперимента (Ушомирская Л. А., Локтев Д. Е., Новиков В. И.)
• Анализ и оптимизация технологических параметров индукционной поверхностной закалки цилиндрических деталей аналитическими методами решения электротепловых задач (Безменов Ф. В., Зимин Н. В.)
• Статистические исследования влияния легирования и термической обработки на длительную прочность и пластичность стали 37Х12Н8Г8МФБ при высоких температурах (Поляков Б. Н., Захаров В. Н.)
• Энергия кавитации как "дополнительный инструмент" в повышении эффективности в процессах комбинированной обработки (Долгих А. М., Коноплянкин С. В., Яковлев Е. А., Яковлев Н. А.)
• Измерение температуры материалов пирометрами и их коррекция (Фрунзе А. В.)
• Новая установка УДГЗ-200 для упрочняющей обработки (Коротков В. А., Макаров С. В.)
• К вопросу выбора устройств числового программного управления (Серебреницкий П. П.)
