RU207259U1 - Blade of the second stage of the turbine DG-90 - Google Patents
Blade of the second stage of the turbine DG-90 Download PDFInfo
- Publication number
- RU207259U1 RU207259U1 RU2021118651U RU2021118651U RU207259U1 RU 207259 U1 RU207259 U1 RU 207259U1 RU 2021118651 U RU2021118651 U RU 2021118651U RU 2021118651 U RU2021118651 U RU 2021118651U RU 207259 U1 RU207259 U1 RU 207259U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- nickel
- alloy
- blade
- turbine
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 14
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 12
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 16
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 7
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 229910018138 Al-Y Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к лопаткам энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин с жаростойкими покрытиями. Лопатка второй ступени турбины ДГ-90 с жаростойким покрытием, выполненная из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающаяся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит лантан и иттербий. Жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 50 до 60 мкм из сплава состава, вес.%: Si от 4,0 до 6,0; Y от 1,0 до 2,0; Al остальное, причем масса лопатки составляет 0,27 кг, а габаритные размеры 136,0×65,0×26 мм.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the blades of power and transport turbines, and, in particular, gas turbines with heat-resistant coatings. Blade of the second stage of the turbine DG-90 with a heat-resistant coating, made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen , iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains lanthanum and ytterbium. The heat-resistant coating is made with a thickness of 50 to 60 microns from an alloy of the composition, wt%: Si from 4.0 to 6.0; Y 1.0 to 2.0; Al the rest, and the mass of the blade is 0.27 kg, and the overall dimensions are 136.0 × 65.0 × 26 mm.
Description
Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к лопаткам энергетических и транспортных турбин, и, в особенности, газовых турбин с жаростойкими покрытиями.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to the blades of power and transport turbines, and, in particular, gas turbines with heat-resistant coatings.
Газотурбинные установки и двигатели находят все более широкое применение в современной технике: судовые газотурбинные двигатели, энергетические газотурбинные турбинные установки (ГТУ) и газоперекачивающие агрегаты. Gas turbine units and engines are increasingly used in modern technology: marine gas turbine engines, power gas turbine turbine units (GTU) and gas pumping units.
К основным деталям, определяющим надежность, экономичность и ресурс их работы, являются рабочие лопатки турбины. Длительная эксплуатация лопаточного аппарата турбины возможна лишь при условии изготовления рабочих лопаток из жаропрочных сплавов на никелевой или кобальтовой основе. Применяемые для изготовления лопаток жаропрочные сплавы на никелевой и кобальтовой основе позволяют обеспечить работоспособность лопаток турбин.The main details that determine the reliability, efficiency and resource of their work are the turbine rotor blades. Long-term operation of the turbine blades is possible only if the rotor blades are made of heat-resistant alloys on a nickel or cobalt base. Heat-resistant alloys on a nickel and cobalt base used for the manufacture of blades make it possible to ensure the operability of the turbine blades.
В частности, двигатель ДГ-90 используется в составе газотурбинных агрегатов предназначенных для транспортировки природного газа на компрессорных станциях. Одной из актуальных задач повышения надежности указанного двигателя ДГ-90 является повышение ресурса работы рабочих лопаток 1-й и 2-й ступени газовой турбины, выполненных из ЧС-88У-ВИ с жаростойким покрытием. Известно, что повышение ресурса рабочих лопаток турбины ГТД достигается за счет улучшения состава жаропрочного сплава и использования жаростойких покрытий. In particular, the DG-90 engine is used as a part of gas turbine units intended for natural gas transportation at compressor stations. One of the urgent tasks of increasing the reliability of the specified engine DG-90 is to increase the service life of the rotor blades of the 1st and 2nd stages of a gas turbine, made of ChS-88U-VI with a heat-resistant coating. It is known that an increase in the resource of the rotor blades of a GTE turbine is achieved by improving the composition of the heat-resistant alloy and the use of heat-resistant coatings.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления лопаток газовой турбины, содержащий около 6,0 мас.% алюминия; около 6,5 мас.% тантала; около 4,5 мас.% хрома; около 5,0 мас.% вольфрама, около 2,5 мас.% молибдена, около 4 мас.% рения; около 12 мас.% кобальта, от примерно 0,2 до примерно 0,6 мас.% гафния, от примерно 0,01 до примерно0,03 мас.% углерода; от примерно 0,002 до примерно 0.006 мас.% бора; и баланс никель и случайные примеси (патент США № 8858876).Known high-temperature alloy based on nickel for the manufacture of gas turbine blades, containing about 6.0 wt.% Aluminum; about 6.5 wt.% tantalum; about 4.5 wt.% chromium; about 5.0 wt.% tungsten, about 2.5 wt.% molybdenum, about 4 wt.% rhenium; about 12 weight percent cobalt, about 0.2 to about 0.6 weight percent hafnium, about 0.01 to about 0.03 weight percent carbon; about 0.002 to about 0.006 weight percent boron; and the balance of nickel and incidental impurities (US patent No. 8858876).
Известен также жаропрочный сплав на основе никеля содержащий Cr 3.0-5.0 wt%, Co 5.0-10.0 wt%, Mo 0.5-3.0 wt%, W 8.0-10.0 wt%, Ta 5.0-8.0 wt%, Nb 3.0 wt% or less, Al 4.5-6.0 wt%, Ti 0.1-2.0 wt%, Re more than 3.0-4.0 wt%, Ru 0.2-4.0 wt%, Hf 0.01-0.2 wt%, and the balance being Ni and unavoidable impurities (патент США № 8852500).Also known is a nickel-base heat-resistant alloy containing Cr 3.0-5.0 wt%, Co 5.0-10.0 wt%, Mo 0.5-3.0 wt%, W 8.0-10.0 wt%, Ta 5.0-8.0 wt%, Nb 3.0 wt% or less, Al 4.5-6.0 wt%, Ti 0.1-2.0 wt%, Re more than 3.0-4.0 wt%, Ru 0.2-4.0 wt%, Hf 0.01-0.2 wt%, and the balance being Ni and unavoidable impurities (US patent No. 8852500 ).
Рабочие лопатки газовой турбины, изготовленные из известных сплавов, обладают не достаточно высокой жаропрочностью, поскольку их состав направлен на одновременное повышение жаростойкости и жаропрочности. Необходимость повышения коррозионной стойкости и стойкости к окислению лопаток в условиях воздействия агрессивной среды из-за неоптимальных соотношений легирующих элементов приводит к снижению жаропрочности. Кроме того лопатки газовой турбины, изготовленные из известного сплава, имеют повышенный объем неравновесной эвтектической γ'-фазы.Gas turbine rotor blades made of known alloys do not have a sufficiently high heat resistance, since their composition is aimed at simultaneously increasing heat resistance and heat resistance. The need to increase the corrosion resistance and oxidation resistance of the blades under the influence of an aggressive environment due to suboptimal ratios of alloying elements leads to a decrease in the heat resistance. In addition, gas turbine blades made of a known alloy have an increased volume of the non-equilibrium eutectic γ'-phase.
Известный сплав включает углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, рений, бор, ниобий, церий, иттрий, лантан, неодим и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,12; хром 5,0-6,0; кобальт 8,0-10,0; вольфрам 6,5-7,5; молибден 0,8-1,5; алюминий 5,5-6,0; тантал 4,4-5,4; рений 3,8-4,6; бор 0,001-0,02; ниобий 0,6-1,0; церий 0,005-0,10; иттрий 0,0001-0,002; лантан 0,001-0,05; неодим 0,0005-0,01; никель остальное (RU 2148099, C22C 19/05, опубликовано 27.04.2000).The known alloy includes carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and nickel in the following ratio of components, wt%: carbon 0.05-0.12; chromium 5.0-6.0; cobalt 8.0-10.0; tungsten 6.5-7.5; molybdenum 0.8-1.5; aluminum 5.5-6.0; tantalum 4.4-5.4; rhenium 3.8-4.6; boron 0.001-0.02; niobium 0.6-1.0; cerium 0.005-0.10; yttrium 0.0001-0.002; lanthanum 0.001-0.05; neodymium 0.0005-0.01; nickel the rest (RU 2148099, C22C 19/05, published 04/27/2000).
Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления рабочих лопаток газовых турбин (ТУ 14-1-4828-90: ХН57КВЮТМБРЛ (ЧС88У)), содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest in technical essence is a high-temperature alloy based on nickel for the manufacture of rotor blades of gas turbines (TU 14-1-4828-90: KhN57KVYUTMBRL (ChS88U)), containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese, zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, with the following ratio of components, wt%:
Однако данный известный сплав имеет недостаточно высокие показатели по жаропрочности.However, this known alloy has insufficiently high heat resistance.
В процессе эксплуатации, лопатки подвергаются воздействию повышенных механических нагрузок, высоких температур и агрессивных сред. Результатом такого комплексного воздействия на деталь является ее быстрый выход из строя, что не обеспечивает требуемого ресурса изделия в целом. Для решения проблемы повышения работоспособности лопаток турбины используются различные эффективные защитные покрытия [Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов / Н.В.Абраимов, Ю.С.Елисеев. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 622 с.].During operation, the blades are exposed to increased mechanical stress, high temperatures and aggressive media. The result of such a complex effect on the part is its rapid failure, which does not provide the required resource of the product as a whole. To solve the problem of increasing the efficiency of turbine blades, various effective protective coatings are used [Chemical and thermal treatment of heat-resistant steels and alloys / NV Abraimov, Yu.S. Eliseev. - M .: Intermet Engineering, 2001. - 622 p.].
Применяемые для защиты лопаток жаростойкие покрытия, при их достаточной стабильности в условиях эксплуатации, могут ощутимо снизить процессы разрушения основного материала детали и обеспечить ее работоспособность в условиях высоких температур.The heat-resistant coatings used to protect the blades, with their sufficient stability under operating conditions, can significantly reduce the processes of destruction of the base material of the part and ensure its performance at high temperatures.
Наиболее перспективными материалами, используемыми для формирования жаростойких покрытий, являются сплавы систем: Me-Cr-Al-Y, где Me - Ni, Co или их сочетание, а также сплавы сочетающие Ni, Cr, Al, Si, Y, B. [Мубояджян С.А., Каблов Е.Н., Будиновский С.А. Вакуумно-плазменная технология получения защитных покрытий из сложнолегированных сплавов, МиТОМ. 1995, №2, с.15-18]. Применяются как однослойные [Патент США №4475503], так и двухслойные покрытия, например, с внешним слоем на основе алюминидов никеля [патент США №4080486].The most promising materials used for the formation of heat-resistant coatings are alloys of the systems: Me-Cr-Al-Y, where Me is Ni, Co or their combination, as well as alloys combining Ni, Cr, Al, Si, Y, B. [Muboyadzhyan S.A., Kablov E.N., Budinovskiy S.A. Vacuum-plasma technology for producing protective coatings from complex alloyed alloys, MiTOM. 1995, No. 2, pp. 15-18]. Both single-layer [US Pat. No. 4,475,503] and two-layer coatings are used, for example, with an outer layer based on nickel aluminides [US Pat. No. 4,080,486].
Известно жаростойкое покрытие состава NiCrAlY, которое нанесено в вакууме [Мубояджян С.А., Каблов Е.Н., Будиновский С.А. Вакуумно-плазменная технология получения защитных покрытий из сложнолегированных сплавов, МиТОМ. 1995, №2, с.15-18].Known heat-resistant coating composition NiCrAlY, which is applied in vacuum [Muboyadzhyan SA, Kablov EN, Budinovsky SA. Vacuum-plasma technology for producing protective coatings from complex alloyed alloys, MiTOM. 1995, No. 2, pp. 15-18].
Недостатком известных лопаток с жаростойкими покрытиями является интенсивный диффузионный обмен между слоем MeCrAlY и основным материалом детали, приводящий к снижению эксплуатационных свойств лопаток турбин ГТД и ГТУ.The disadvantage of the known blades with heat-resistant coatings is the intense diffusion exchange between the MeCrAlY layer and the base material of the part, which leads to a decrease in the operational properties of the turbine blades of GTE and GTU.
Наиболее близким по технической сущности является лопатка турбины для газотурбинного двигателя, с жаростойким покрытием, [Патент РФ №2441102. МПК С23С 30/00. Способ получения жаростойкого покрытия на лопатках турбомашин, опубл. 2012 г.]. Известная лопатка содержит жаростойкое покрытие состава Si 4,0-4,5%, Y 1,6-2,0%, Аl остальное, или Si 4,0-12,0%, Y 1,6-2,0%, Аl остальное, или Si 4,0-12,0%, Y 1,6-2,0%, Аl остальное, со слоями из боридов. The closest in technical essence is a turbine blade for a gas turbine engine, with a heat-resistant coating, [RF Patent No. 2441102. IPC S23S 30/00. A method of obtaining a heat-resistant coating on turbomachine blades, publ. 2012]. The known blade contains a heat-resistant coating of the composition Si 4.0-4.5%, Y 1.6-2.0%, Al the rest, or Si 4.0-12.0%, Y 1.6-2.0%, Al the rest, or Si 4.0-12.0%, Y 1.6-2.0%, Al the rest, with layers of borides.
Основным недостатком прототипа является низкая жаростойкость и недостаточная выносливость и циклическая прочность, т.е. параметры, которые необходимо обеспечивать при эксплуатации лопаток газотурбинных двигателей и установок.The main disadvantage of the prototype is low heat resistance and insufficient endurance and cyclic strength, i.e. parameters that must be ensured during the operation of blades of gas turbine engines and installations.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение жаропрочности и жаростойкости лопатки при одновременном повышении ее выносливости и циклической прочности.The technical result of the claimed utility model is to increase the heat resistance and heat resistance of the blade while increasing its endurance and cyclic strength.
Технический результат достигается тем, что лопатка второй ступени турбины ДГ-90 с жаростойким покрытием, выполненная из сплава на основе никеля, содержащего углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец, цирконий, кремний, азот, железо, медь и никель, отличающаяся тем, что упомянутый сплав дополнительно содержит лантан и иттербий при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that the blade of the second stage of the turbine DG-90 with a heat-resistant coating, made of a nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese , zirconium, silicon, nitrogen, iron, copper and nickel, characterized in that said alloy additionally contains lanthanum and ytterbium in the following ratio of components, wt%:
причем жаростойкое покрытие выполнено толщиной от 50 до 60 мкм из сплава состава, вес.%: Si от 4,0 до 6,0; Y от 1,0 до 2,0; Al остальное, причем масса лопатки составляет 0,27 кг, а габаритные размеры 136,0×65,0×26 мм. moreover, the heat-resistant coating is made with a thickness of 50 to 60 μm from an alloy of the composition, wt%: Si from 4.0 to 6.0; Y 1.0 to 2.0; Al the rest, and the mass of the blade is 0.27 kg, and the overall dimensions are 136.0 × 65.0 × 26 mm.
В предлагаемом сплаве на никелевой основе количество упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al) составляет порядка 55-60 ат.%, что обеспечивает высокий жаропрочность: 350-360 МПа за 103 часов при температуре порядка 850- 900°C.In the proposed nickel-based alloy, the amount of the strengthening γ'-phase (Ni 3 Al) is about 55-60 at.%, Which provides high heat resistance: 350-360 MPa for 10 3 hours at a temperature of about 850-900 ° C.
Содержание вольфрама и тантала дает повышенную жаропрочность литого сплава, однако дальнейшее увеличение их суммарного содержания вызывает значительный рост температуры растворения γ'-фазы, что компенсируется увеличенным содержания кобальта.The content of tungsten and tantalum gives an increased heat resistance of the cast alloy, however, a further increase in their total content causes a significant increase in the temperature of dissolution of the γ'-phase, which is compensated by the increased content of cobalt.
Гафний в сочетании с ниобием в заявленных концентрациях, обеспечивают достаточную пластичность литого сплава на длительный ресурс и стабилизацию карбидов.Hafnium in combination with niobium in the stated concentrations provides sufficient ductility of the cast alloy for a long service life and stabilization of carbides.
При этом заявленные соотношения компонентов в сплаве исключают в процессе наработки появление охрупчивающих фаз и ограничивают выделение неравновесной эвтектической γ'-фазы, что обеспечивает пониженный объем газоусадочной пористости и повышает устойчивость изделия к образованию трещин. At the same time, the claimed ratios of the components in the alloy exclude the appearance of embrittling phases during production and limit the release of the nonequilibrium eutectic γ'-phase, which provides a reduced volume of gas-shrinkage porosity and increases the product's resistance to cracking.
Для получения литых рабочих лопаток газовой турбины из предлагаемого сплава используют известные способы и устройства для литья турбинных лопаток из жаропрочных сплавов с монокристаллической, направленной и равноосной структурами. Термообработка литых заготовок включает гомогенизирующий отжиг при температуре около 1260°C в течение 3-10 ч.To obtain cast rotor blades of a gas turbine from the proposed alloy, known methods and devices for casting turbine blades from heat-resistant alloys with monocrystalline, directional and equiaxed structures are used. Heat treatment of cast billets includes homogenizing annealing at a temperature of about 1260 ° C for 3-10 h.
Достигаемое повышенное сопротивление агрессивным воздействиям среды предлагаемой лопатки из предлагаемого сплава (по сравнению с известным аналогом) позволяют увеличить эксплуатационную надежность и срок службы изделий. The achieved increased resistance to aggressive environmental influences of the proposed blade made of the proposed alloy (in comparison with the known analogue) makes it possible to increase the operational reliability and service life of the products.
Высокие прочностные характеристики таких сплавов достигаются за счет значительного количества упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al), легированной ниобием, титаном, танталом и т.д., а также упрочнением твердого раствора (γ-фазы) кобальтом, хромом, молибденом и вольфрамом. Повышенную коррозионную стойкость, а также сопротивление окислению при повышенных, обеспечивают высоким содержанием хрома и алюминия и тантала в поверхностном слое лопатки, а также нанесением жаростойкого покрытия.High strength characteristics of such alloys are achieved due to a significant amount of the strengthening γ'-phase (Ni 3 Al), alloyed with niobium, titanium, tantalum, etc., as well as hardening of the solid solution (γ-phase) with cobalt, chromium, molybdenum and tungsten. ... Increased corrosion resistance, as well as resistance to oxidation at elevated ones, are provided by a high content of chromium and aluminum and tantalum in the surface layer of the blade, as well as by applying a heat-resistant coating.
Дополнительное введение лантана и иттербия позволяет упрочнить границы зерен жаропрочного сплава. The additional introduction of lanthanum and ytterbium makes it possible to strengthen the grain boundaries of the heat-resistant alloy.
Для оценки стойкости известных и предлагаемых лопаток газовых турбин, были проведены сравнительные испытания, показавшие следующие результаты. To assess the durability of the known and proposed gas turbine blades, comparative tests were carried out, showing the following results.
Толщины жаростойких покрытий в составляли:The thicknesses of the heat-resistant coatings were:
по способу-прототипу толщина покрытия от 50 мкм до 60 мкм;according to the prototype method, the coating thickness is from 50 microns to 60 microns;
по предлагаемому способу толщина покрытия от 50 мкм до 60 мкм. according to the proposed method, the thickness of the coating is from 50 microns to 60 microns.
В результате проведенных испытаний на жаропрочность были получены следующие результаты: длительная прочность лопаток из никелевого сплава в среднем по сравнению с прототипом составляет:As a result of the tests for heat resistance, the following results were obtained: the long-term strength of nickel alloy blades, on average, compared with the prototype, is:
1) при температуре 600°С, нагрузке 1000 МПа составляет:1) at a temperature of 600 ° C, a load of 1000 MPa is:
прототип: 370-380 ч;prototype: 370-380 h;
по предлагаемому техническому решению: 505-520 ч;according to the proposed technical solution: 505-520 h;
2) при температуре 800°С, нагрузке 500 МПа составляет:2) at a temperature of 800 ° C, a load of 500 MPa is:
прототип: 415-430 ч;prototype: 415-430 h;
по предлагаемому техническому решению: 525-554 ч;for the proposed technical solution: 525-554 h;
3) при температуре 900°С, нагрузке 250 МПа составляет:3) at a temperature of 900 ° C, a load of 250 MPa is:
прототип: 370-380 ч;prototype: 370-380 h;
по предлагаемому техническому решению 420-435 ч.according to the proposed technical solution 420-435 h.
Предел выносливости образцов из никелевого сплава, по предлагаемому варианту превышает аналогичные показатели, полученные по прототипу в среднем на 7,6-8,3%. The endurance limit of nickel alloy specimens, according to the proposed option, exceeds those obtained from the prototype by an average of 7.6-8.3%.
Таким образом, предложенная лопатка из сплава на никелевой основе с жаростойким покрытием позволяют достичь технического результата заявляемой полезной модели - повышения жаропрочности и жаростойкости лопатки при одновременном повышении ее выносливости и циклической прочности.Thus, the proposed blade made of a nickel-based alloy with a heat-resistant coating makes it possible to achieve the technical result of the claimed utility model - increasing the heat resistance and heat resistance of the blade while increasing its endurance and cyclic strength.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021118651U RU207259U1 (en) | 2021-06-26 | 2021-06-26 | Blade of the second stage of the turbine DG-90 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021118651U RU207259U1 (en) | 2021-06-26 | 2021-06-26 | Blade of the second stage of the turbine DG-90 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU207259U1 true RU207259U1 (en) | 2021-10-20 |
Family
ID=78286804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021118651U RU207259U1 (en) | 2021-06-26 | 2021-06-26 | Blade of the second stage of the turbine DG-90 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU207259U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089796A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Japan Fine Ceramics Center | Oxidation resistant unit and oxidation resistant coating material |
| RU2420612C2 (en) * | 2006-01-20 | 2011-06-10 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Coating (versions), part of gas-turbine engine and protection method of part against damages related to sand effect |
| RU2423550C1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" | Heat protecting cover for turbine blades and procedure for its fabrication |
| RU2441102C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat of gas turbine vanes |
-
2021
- 2021-06-26 RU RU2021118651U patent/RU207259U1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006089796A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Japan Fine Ceramics Center | Oxidation resistant unit and oxidation resistant coating material |
| RU2420612C2 (en) * | 2006-01-20 | 2011-06-10 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Coating (versions), part of gas-turbine engine and protection method of part against damages related to sand effect |
| RU2423550C1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие Турбинаспецсервис" | Heat protecting cover for turbine blades and procedure for its fabrication |
| RU2441102C2 (en) * | 2010-04-13 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственное предприятие "Турбинаспецсервис" | Method of producing refractory coat of gas turbine vanes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPWO2006059805A1 (en) | Heat resistant superalloy | |
| JPH11117705A (en) | Nozzles for gas turbines, gas turbines for power generation, Co-based alloys and welding materials | |
| JP5526223B2 (en) | Ni-based alloy, gas turbine rotor blade and stator blade using the same | |
| US8043068B2 (en) | Ni-Fe based super alloy, process of producing the same and gas turbine | |
| US8916092B2 (en) | Ni-based alloy, and turbine rotor and stator blade for gas turbine | |
| EP2537608B1 (en) | Ni-based alloy for casting used for steam turbine and casting component of steam turbine | |
| JP4982340B2 (en) | Ni-based alloy, gas turbine stationary blade and gas turbine | |
| KR20120053645A (en) | Polycrystal ni base superalloy with good mechanical properties at high temperature | |
| RU206356U1 (en) | TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND POWER PLANTS | |
| JP2004256840A (en) | Composite strengthened Ni-base superalloy and method for producing the same | |
| US11584976B2 (en) | High-performance metal alloy for additive manufacturing of machine components | |
| RU207259U1 (en) | Blade of the second stage of the turbine DG-90 | |
| RU206355U1 (en) | DG-90 turbine blade | |
| RU207292U1 (en) | TURBINE BLADE FOR GAS TURBINE ENGINES AND PLANTS | |
| JP6084802B2 (en) | High-strength Ni-base superalloy and gas turbine using the same | |
| US20150315919A1 (en) | LIGHTWEIGHT STRUCTURAL NiAl ALLOY WITH A HIGH HIGH-TEMPERATURE STRENGTH | |
| RU208686U1 (en) | Block of three hollow turbine guide vanes for gas turbine engines and power plants | |
| US20130126056A1 (en) | Cast nickel-iron-base alloy component and process of forming a cast nickel-iron-base alloy component | |
| JP5843718B2 (en) | Ni-base welding material and dissimilar material welding turbine rotor | |
| US20190241995A1 (en) | Nickel Based Alloy with High Fatigue Resistance and Methods of Forming the Same | |
| US20180002784A1 (en) | Ni-BASED ALLOY HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE CREEP CHARACTERISTICS, AND GAS TURBINE MEMBER USING THE SAME | |
| KR102197355B1 (en) | Ni base single crystal superalloy | |
| JP2014005528A (en) | Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY AND TURBINE COMPONENT | |
| JP2014047388A (en) | HIGH-STRENGTH Ni BASE SUPERALLOY, AND TURBINE ROTOR BLADE OF GAS TURBINE USING THE SAME | |
| WO2025163117A1 (en) | A nickel-based additive manufactured product |