Лопатки турбин, выполненные из жаропрочных никелевых сплавов, подвержены микроструктурным изменениям вследствие воздействия высоких температур. К микроструктурным изменениям, оказывающим существенное влияние на долговечность материала лопаток, относятся огрубление и подрастание основной упрочняющей у’-фазы. Механические свойства жаропрочных сплавов напрямую зависят от параметров у’-фазы (объемной доли, размеров частиц, пространственного расположения, формы частиц). Во время длительной эксплуатации под действием высоких температур размеры, форма и морфология частиц у’-фазы непрерывно изменяются. Работоспособность лопаток турбин главным образом продиктована именно этими изменениями. Увеличение температуры ускоряет эти нежелательные процессы и, таким образом, значительно снижает работоспособность лопаток. Если температура превышает ограничения, частицы у’-фазы могут полностью раствориться, приводя к внезапному ухудшению высокотемпературных механических свойств и, как следствие, к преждевременному разрушению. В связи с высокой стоимостью замены лопаток первой ступени турбин высокого давления, весьма важным является изучение изменения микроструктуры сплава, вызванного воздействием высоких температур. В работе представлена методика расчета распределения температуры по сечению пера лопатки турбины газотурбинного двигателя, позволяющая определить температуру материала лопатки в любой точке сечения пера и прогнозировать изменения структуры у’-фазы.
Логунов А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин. М.: Московские учебники, 2018. 590 с.
Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. М.: Наука, 2006. 632 с.
Duhl M.G.D., Giamei A.F. The development of single crystal superalloy turbineblades, Superalloys. Warrendale 41. 1980.
Pollock T.M., Tin S. Ni-basedsuper alloys for advanced turbine engines: chemistry, microstructure, and properties // J. Propul. Power. 2006. 22 (2). P. 361-374.
Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and Applications, Cambridge univer sity press, 2008. 372 c.
Wood M.1, Raynor D. Condition assessment techniques for degraded gasturbine super alloy materials // Int. J. Pres. Ves. Pip. 1996. V. 66. N 1-3. P. 341-350.
Wood M.I Gas turbine hot section components: the challenge of ‘residual life’ assessment // Proc. IME J. Power Energy. Part A. 2000. V. 214 (3). P. 193-201.
Tong J.Y., Ding X.F., Wang M.L., Zheng Y.R., Yagi K., Feng Q. Evaluation of a serviced turbine blade made of GH4033 wrought super alloy // Mater. Sci. Eng.: A. 2014. V. 618. P. 605-613.
Zhao X., Dang Y., Yin H., Yuan Y., Lu J., Yang Z.,
Gu Y. Evolution of the microstructure and microhardness of a new wrought Ni-Fe based super alloy during high temperature aging // J. Alloys Compd. 2015. V. 644. P. 66-70.
Epishin A., Link T., Nazmy M., Staubli M., Klin- gelhoffer H., Nolze G. Micro structural degradation of CMSX-4: kinetics and effect on mechanical properties // Superalloys. 2008. 2008. P. 725-731.
Leidermark D., Moverare J.J., Johansson S., Simonsson K., Sjostrom S. Tension/compression asymmetry of a singlecrystal superalloy in virgin and degraded condition // Acta Mater. 2010. V. 58 N 15. P. 4986-4997.
Wang C., Guo Y., Guo J., Zhou L. Microstructural changes and their effect on tensile properties of a Ni-Fe based alloy during long-term thermal exposure // Mater. Sci. Eng.: A. 2016. V. 670. P. 178-187.
Ou M., Ma Y., Ge H., Xing W., Zhou Y., Zheng S.,
Liu K. Microstructure evolution and mechanical properties of a new cast Ni-base superalloy with various Ti contents // J. Alloys Compd. 2018. V. 735. P. 193-201.
Tong J.Y., Yagi K., Zheng Y.R., Feng Q. Microstructural degradation and its corresponding mechanical property of wrought superalloy GH4037 caused by very high temperature // J. Alloys Compd. 2017. V. 690. P. 542-552.
Cervellon A., Cormier J., Mauget F., Hervier Z. VHCF life evolution after microstructure degradation of a Ni-based single crystal superalloy // Int. J. Fatig. 2017. V. 104. P. 251-262.
Caron P., Henderson P.J., Khan T., McLean M. On the
effects of heat treatments on the creep behavior of a single crystal superalloy // Scripta Metallurgica. 1986. V. 20(6). P. 875-880.
Maccagno T.M., Koul A.K., Immarigeon J.P., Cutler L., Allem R., L’esperance G. Microstructure, creep properties, and rejuvenation of service-exposed alloy 713C turbine blades // Metall. Trans.A. 1990. V. 21. N 12. P. 3115-3125.
Kim IS., Choi B.G., Hong H.U., Do J., Jo C.Y. Influence of thermal exposure on the microstructural evolution and mechanical properties of a wrought Ni-base superalloy // Mater. Sci. Eng.: A. 2014. V. 593. P. 55-63.
Казанский Д.А. Разработка критериев эксплуатационной надежности для рабочих и направляющих лопаток современных газовых турбин // Электрические станции. 2012. № 2. С. 36-40.
Кириков С.В., Перевезенцев В.Н., Тарасенко Ю.П.
Анализ морфологических характеристик интерметал- лидной фазы в жаропрочных никелевых сплавах // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15. № 4. С. 216-223.
Yong-sheng Fan, Wei-qing Huang, Xiao-guang Yang, Duo-qi Shi, Shao-lin Li. Mechanical properties deterioration and its relationship with microstructural variation using small coupons sampled from serviced turbine blades// Mater. Sci. Eng.: A. 2019. V. 757. P. 134-145.
Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров. М.: Мир, 1985. 384 с.
Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Начала теории вычислительных методов. Уравнения в частных производных. Минск: Наука и техника, 1986. 311 с.
Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: «Наука. Главная редакция физико-математической литературы», 1980. 456 с.
mai.ru — информационный портал Московского авиационного института © МАИ, 2018-2024 |