УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОЛИТНОГО ДИСКА С ЛОПАТКАМИ

Полезная модель относится к области металлургии, и может быть использована при изготовлении изделий сложной формы типа дисков с лопатками для газотурбинных двигателей.
Известна конструкция заготовки турбинного колеса с лопатками для изостатического прессования, включающая капсулу, внутри которой расположено кольцо, состоящее из чередующихся прокладок, удаляемых после прессования, и лопаток, хвостовые части которых направлены внутрь кольца, а свободное пространство заполнено гранулами порошкового материала кольца (US4097276, 27.06.1978, B22F3/00, 3/14).
Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость изготовления колес из-за предварительного изготовления лопаток и сложности сборки их с прокладками, изменение геометрии лопаток из-за значительных перемещений элементов кольца в процессе горячего изостатического прессования, ограниченная номенклатура получаемых колес.
Известно устройство для изготовления монолитного диска с лопатками, включающее капсулу, внутри которой размещен закладной элемент, выполненный в виде готового диска, прокладки, поверхность которых соответствует конфигурации лопаток, установленные на одинаковом расстоянии между собой для образования межлопаточного пространства, и выполненные с возможностью удаления, патрубок для засыпки порошкового материала в капсулу - прототип (RU2151027 С1, 20.06.2000, B22F5/04).
Недостатком данного устройства является то, что с его помощью возможно изготовление изделия только из материала одного химического состава. А также расположение конструктивных элементов данного устройства на значительном расстоянии относительно друг друга снижает
точность изготовления детали за счет значительных деформаций в ходе горячего изостатического прессования (ГИП).
Технический результат заявленной полезной модели - повышение точности изготовления дисков с лопатками, а также расширение технологических возможностей их изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления монолитного диска с лопатками, включающем капсулу, внутри которой размещен закладной элемент, выполненный в виде готового диска, прокладки, поверхность которых соответствует конфигурации лопаток, установленные на одинаковом расстоянии между собой для образования межлопаточного пространства, и выполненные с возможностью удаления, патрубок для засыпки порошкового материала в капсулу, прокладки выполнены из стали с содержанием углерода не более 0,2% и установлены с зазором относительно закладного элемента на величину, превышающую в 10-20 раз размер частиц порошкового материала.
Закладной элемент может быть выполнен из сплава, химический состав которого идентичен химическому составу и/или структуре порошкового материала.
Закладные элементы могут быть выполнены из сплава, химический состав которого отличен от химического состава и/или структуры порошкового материала.
Выполнение прокладок из стали с содержанием углерода не более 0,2% и их установка с зазором относительно закладного элемента на величину, превышающую в 10-20 раз размер частиц порошкового материала, позволяет получить качественное соединение материала лопатки и закладного элемента за счет снижения деформаций в ходе цикла ГИП, что повышает точность изготовления дисков с лопатками.
При этом заявленное устройство позволяет также расширить технологические возможности изготовления за счет того, что с его помощью, в отличие от известных аналогов, возможно получение готового изделия
(диска с лопатками ГТД), конструктивные элементы которого могут иметь как однородный, так и различный химический состав.
Прокладки служат для придания лопаткам необходимой формы, поэтому они выполняются таким образом, чтобы их поверхность соответствовала конфигурации получаемых лопаток. Для быстрого удаления прокладок после горячего изостатического прессования их выполняют из малоуглеродистой стали. При этом для исключения взаимодействия материала порошка с материалом удаляемых прокладок берут сталь, в которой содержание углерода составляет не более 0,2% состава, например, Ст10. Использование стали, в которой содержание углерода более 0,2%, приводит к образованию дефектного слоя на поверхности материала изделия.
Прокладки устанавливают с зазором относительно закладного элемента на величину, превышающую в 10-20 раз размер частиц порошкового материала. Указанное ограничение обусловлено тем, что при зазоре, величина которого менее 10-ти кратного размера частиц порошкового материала, затруднено заполнение капсулы порошковым материалом, что может привести к некачественному соединению составных элементов в единое изделие. Величина зазора более 20-ти кратного размера частиц увеличивает усадку в процессе горячего изостатического прессования, что приводит к снижению точности изготавливаемых деталей.
Для обеспечения требуемой точности закладной элемент устанавливают в капсулу в виде готового колеса.
При этом выбор материала закладного элемента зависит от предназначенных условий эксплуатации получаемого колеса с лопатками. Закладной элемент может быть выполнен из сплава, химический состав которого идентичен химическому составу и/или структуре порошкового материала. В том случае, когда условия эксплуатации требуют использование материалов с различными свойствами (коррозионными, технологическими и т.д.), закладные элементы могут быть выполнены из сплава, химический
состав которого отличен от химического состава и/или структуры порошкового материала.
Капсула представляет собой герметичную оболочку. Толщину оболочки капсулы выбирают 3-50 мм. Оптимальной является толщина 3-5 мм.
Использование заявленного устройства позволяет получить как моноколеса (типа «блиск»), так и биметаллические заготовки (например, диски компрессора со свариваемыми проставками).
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство для изготовления диска с лопатками.
Устройство для изготовления диска с лопатками включает капсулу 1, внутри которой размещают закладной элемент, выполненный в виде готового диска 2, прокладки 3, поверхность которых соответствует конфигурации лопаток, патрубок 4 для засыпки порошкового материала 5 в капсулу 1. Прокладки 3 выполняют с возможностью их удаления и устанавливают на одинаковом расстоянии между собой для образования межлопаточного пространства. При этом прокладки выполняют из стали с содержанием углерода не более 0,2% и устанавливают внутри капсулы 1 с зазором 6 относительно диска 2 (закладного элемента) на величину, превышающую в 10-20 раз размер частиц порошкового материала 5.
Устройство для изготовления диска с лопатками используют следующим образом.
Изготавливают капсулу 1, размеры которой рассчитывают в зависимости от размеров диска 2 (колеса) и лопаток. Устанавливают в одну из двух частей капсулы 1 изготовленный заранее диск 2 (закладной элемент), например из сплава ВТ6. Затем устанавливают прокладки 3, выполненные, например, из стали Ст10, профиль которых соответствует требуемому профилю изготавливаемых лопаток. Прокладки 3 устанавливают на одинаковом расстоянии друг от друга, равном заданной толщине изготавливаемых лопаток. При этом один конец прокладок 3 закрепляют на капсуле, а другой устанавливают на диск с зазором 6, величина которого превышает в 10-20 раз
размер частиц порошкового материала 5. Затем соединяют две части капсулы 1 друг с другом и с помощью патрубка 4 заполняют капсулу 1 порошком 5 сплава требуемого химического состава, например сплава ВТ6. После этого капсулу 1 вакуумируют и герметизируют. Далее капсулу 1 подвергают горячему изостатическому прессованию в газостате при температуре 900°С давлении 160 МПа и выдержке 3-5 часов. В результате, в ходе горячего изостатического прессования, из порошкового материала образуются лопатки, а материал диска 2, соединяясь с порошковым материалом 5, образует целиковое изделие с лопатками. Затем прокладки 3 удаляют, вытравливая их раствором кислоты, например, азотной. После удаления капсулы 1 получают монолитный диск с лопатками заданного профиля, размера и межлопаточного пространства.
Таким образом, использование заявленного устройства позволяет получить качественные заготовки типа «блиск» из одного сплава и заготовки для биметаллических деталей, снизить объем механической обработки и расход материала при их изготовлении.