Повышение долговечности дисков компрессоров ГТД из титановых сплавов обработкой в псевдоожиженном слое абразива

Abstract

RUS: Цель работы. Повышение долговечности дисков компрессоров ГТД из титановых сплавов обработкой в псевдоожиженном слое абразива. Методы и оборудование для исследования. Исследования проводились на дисках I ступени КНД из титан ового сплава ВТ 3-1 и дис ках IV и V ступеней КВД из тит анового сплава ВТ-9 авиационного двигателя Д-36. При изготовлении дисков компрессоров применялись технологические методы: ультразвуковое упрочнение (УЗУ) и обработка в псевдоожиженном слое абразива (ПСА). УЗУ выполнялось на серийной установке АО «Мотор Сич», а обработка в ПСА – на установке АПС-600А. Испытание дисков до и после обработки проводилось на специальном электрогидравлическом стенде с многоосной системой нагружения с применением приспособления с воспроизведением радиального и окружного напряжений в основании межпазового выступа. Испытание проводилось при температуре образцов 390 °С и 430 °С. Для измерения длины трещин и времени их появления в пазах, диски контролировали методом ЛЮМ-1-ОВ, а также с помощью микроскопа МПБ-2 и катетометра КМ-8. Полученные результаты. Установлено, что для диска I ступени КНД из титанового сплава ВТ3-1 сочетание увеличения радиуса выкружки с последующей обработкой в ПСА повышает их долговечность до появления трещины в 6 раз, а живучесть диска с трещиной – в 5,5 раз. Живучесть диска составляет от 41 % до 77,8 % от полной долговечности. Обработка дисков компрессора из титанового сплава ВТ-9 в ПСА создает в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия с максимальной величиной до 300 МПа. Испытание дисков I ступени КНД показало, что частота и форма диска влияют как на долговечность до появления трещины, так и на долговечность до разрушения дисков во всем исследованном диапазоне частот нагружения от 0,01 Гц до 1,0 Гц. Испытания дисков IV и V ступеней КВД из титанового сплава ВТ-9 показали, что изменение температуры с 390 °С до 430 °С существенного влияния на изменение долговечности не оказывает. Введение выдержки в цикл нагружения существенно влияет на малоцикловую усталость дисков компрессора. Увеличение времени выдержки до 60 с при тех же условиях нагружения снизило долговечность натурных образцов в 10 раз. Научная новизна. Показано, что обработка дисков компрессора из титановых сплавов в ПСА повышает их циклическую долговечность в 5…6 раз по сравнению с их обработкой по серийной технологии. Практическая ценность. Предложена технологическая схема и отработаны режимы обработки дисков компрессора в ПСА, обеспечивающие повышение долговечности в 5…6 раз по сравнению с серийной технологией. UK: Мета роботи. Підвищення довговічності дисків компресорів ГТД із титанових сплавів обробкою в псевдозрідженому шарі абразиву. Методи і устаткування для дослідження. Дослідження проводилися на дисках I ступеня КНТ із титанового сплаву ВТ3-1 і дисках IV і V ступенів КВТ із титанового сплаву ВТ-9 авіаційного двигуна Д-36. При виготовленні дисків компресорів застосовувалися технологічні методи:ультразвукове зміцнення (УЗЗ) і обробка в псевдозрідженому шарі абразиву (ПЗА). УЗЗ виконувалося на серійній установці АТ «Мотор Січ», а обробка в ПЗА – на установці АПС-600А. Випробування дисків до та після обробки проводилося на спеціальному електрогідравлічному стенді із багатовісною системою навантаження із застосуванням пристосування з відтворенням радіальної і окружної напруг у основі міжпазового виступу. Випробування проводилося при температурі зразків 390°С та 430°С. Для вимірювання довжини тріщин і часу їхньої появи в пазах диски контролювали методом ЛЮМ-1- ОВ, а також за допомогою мікроскопа МПБ-2 і катетометра КМ-8. Отримані результати. Установлено, що для дисків I ступеня КНТ із титанового сплаву ВТ3-1 сполучання збільшення радіуса викружки із подальшою обробкою в ПЗА підвищує їх довговічність до появи тріщини у 6 разів, а живучість дисків із тріщиною – у 5,5 разів. Живучість диска становить від 41% до 77,8% від повної довговічності. Обробка дисків компресора з титанового сплаву ВТ-9 у ПЗА створює в поверхневому шарі залишкові напруги стиску із максимальною величиною до 300 МПа. Випробування дисків I ступеня КНТ показало, що частота і фо рм а диска впливають як на довговічність до появи тріщини, так і на довговічність до руйнування дисків у всьому дослідженому діапазоні частот навантаження від 0,01 Гц до 1,0 Гц. Випробування дисків IV і V ступенів КВТ із титанового сплаву ВТ-9 показали, що зміна температури з 390°С до 430°С істотно не впливає на зміну довговічності. Введення витримки у цикл навантаження істотно впливає на малоциклову утомленість дисків компресора. Збільшення часу витримки до 60 с при тих самих умовах навантаження знизило довговічність натурних зразків у 10 разів. Наукова новизна. Показано, що обробка дисків компресора із титанових сплавів у ПЗА підвищує їхню циклічну довговічність у 5...6 разів порівняно з їхньою обробкою за серійною технологією. Практична цінність. Запропоновано технологічну схему і відпрацьовано режими обробки дисків компресора в ПЗА, що забезпечують підвищення довговічності у 5...6 разів порівняно із серійною технологією. EN: Purpose. Increasing fatigue life of GTE compressor disks made of titanium alloys by discs treatment in the fluidized abrasive bed. Investigation methods and equipment. The investigations were carried out using LPC stage I discs of ВТ3-1 alloy and HPC stages IV and V discs made of ВТ-9 titanium alloy of Д-36 aircraft engine. In the process of discs manufacture the following manufacturing methods were used: ultrasonic hardening and treatment in the fluidized abrasive bed. The ultrasonic hardening was carried out using Motor Sich serial installation and the fluidized abrasive bed treatment – using the АПС-600А installation. The discs were tested before and after the treatment on a special electrohydraulic test bench with a multi-axis loading system using a fixture reproducing radial and circumferential stresses at the base of an inter-slot projection. The testing was carried out at specimens temperature of 390 °С and 430 °С. For measuring the length of cracks and the time of their occurrence in the slots, the discs were inspected by ЛЮМ-1-ОВ method ant using the МПБ-2 microscope and КМ-8 cathetometer. Obtained results. It has been established that for LPC stage I discs made of ВТ3-1 alloy the increased fillet radius combined with subsequent treatment in the fluidized abrasive bed increases fatigue life of the discs by 6 times before crack occurrence, and increases durability of the disc with a crack by 5.5 times. Durability of a disc is within 41 % to 77.8 % of their total fatigue life . Treatment of the compressor dics made of ВТ-9 titanium alloy in the fluidized abrasive bed creates residual compression strain up to 300 MPa in the surface layer. Testing of the LPC stage 1 discs showed that frequency and shape of the discs effect both fatigue life prior to a crack occurrence and durability prior to discs destruction within the entire investigated loading frequency range of 0.01 Hz to 1.0 Hz. Testing of HPC stages IV and V discs of ВТ-9 titanium alloy showed that temperature variation within 390 °С to 430 °С did not contribute significantly to the fatigue life change. Introduction of endurance into the loading cycle has a considerable effect on the low-endurance fatigue of the compressor discs. Increase of the soak time up to 60 seconds under the same loading conditions decreased fatigue life of the full-scale specimens by 10 times. Scientific novelty. It was demonstrated that treatment of the compressor disks made of titanium alloys in the fluidized abrasive bed increases their cyclic life by 5 to 6 times in comparison with their treatment in accordance with serial technology. Practical effect. A process sheet was proposed and the modes of compressor discs treatment in the fluidized abrasive layer were developed that provide increase of the fatigue life by 5 to 6 times as compared with a serial technology.