Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

 

 

Кафедра матеріалознавства

та технології металів

 

 

Курсовий проект на тему:

Розробка технології та модернізація обладнання для напилення теплозахисних покриттів на соплові лопатки ГТД плазмовим методом

 

Виконала: Дітковска О.О.

Група 5131

Перевірив: д. т. н., професор

Дубовий О. М.

 

Миколаїв 2007

Зміст

 

Вступ.

1. Аналіз конструкції та умов роботи виробу

2. Вибір методу, способу і обладнання для напилення

3. Вибір типу, складу і товщини покриття

4. Розрахунок та оптимізація технологічних параметрів плазмового напилення покриттів за допомогою моделі

5. Розробка технологічної інструкції

Загальні висновки

Література

Вступ

 

На сьогоднішній день однією з центральних задач сучасної техніки є захист деталей і металоконструкцій від корозії та зносу, підвищення довговічності машин та механізмів. Близько 30% щороку безповоротно втрачається через корозію та знос, або перетворюється на металобрухт.

Одним із головних ефективних методів боротьби з цими проблемами є застосування захисних покриттів. Нанесення покриттів на різноманітні деталі може суттєво знизити витрати матеріальних, енергетичних і трудових ресурсів для забезпечення експлуатації машин і механізмів, скоротити простій обладнання збільшити випуск продукції, підвищити її якість крім того, застосування зносостійких покриттів дозволяє значно зменшити витрати легованих сталей і сплавів.

Лопатки газотурбінного двигуна (ГТД) – найбільш масова деталь двигунів. Тому виготовлення лопаток навіть в умовах малосерійного виробництва повино бути організовано по поточному принципу, з використанням високопродуктивного обладнення, сучасних технологічних процесів та способами контролю.[ 1]

Процес створення надійно працюючих ГТД невідємно повязанний з вибором лопаткових матеріалів достатньо жароміцних з максимальною високою корозійною стійкістю. Ще більш гостро постає ця проблема на фоні посилення тенденцій до підвищення швидкості та температури газового потоку, питомих навантажень та агресивності топлива. В сучасних ГТД досягаеться рівень температури робочого газу, близький або певищуючий температурний максимум роботи існуючих жароміцних сплавів. Застосування спеціальних евтектичних матеріалів, надміцних сплавів з дисперсним зміцненням – наукоємке направлення, яке потребуе великих еконмічних затрат, не завжди вирішуюче в повному обемі задачу підвищення економічності та надійності ГТД. Тому застосування технолгії нанесення ефективних жаростійких та теплостійких покриттів є радикальним та економічно обоснованим рішенням проблеми поеднання високої жароміцності лопаткових сплавів зі здатністю протистояти високотемпературному окисненю та сульфідно-оксидній корозії.

Соплова лопатка служить для подачі струменя газів на робочу лопатку. Ця деталь має складну конфігурацію. Вона працює в умовах обдування високотемпературним струменем, тому приділяється велика увага щодо її експлуатаційних властивостей і надійності. Призначення лопатки та умови її роботи вимагають напилення на неї покриття із теплозахисними та антикорозійними властивостями. Це покриття, в першу чергу, повинно мати низький коефіцієнт теплопровідності, а також мінімальну поруватість і високу міцність зчеплення.

 

Технологічна схема

 

3. Матеріали. Технічні вимоги.

3.1. Для плазмового напилення ТЗП в якості плазмотвірних і транспортуючих газів використовують: аргон (сорт вищий), за ГОСТ 10157-79.

3.2. Для напилення ТЗП використовуються порошки: ЦОІ-7 (ZrО₂ стабілізований 7% Y₂О₃), ТУ-48-0502-01-89, зернистістю «мінус» 40 мкм; (Со-Сr-Al-Y-Si) за ТУ-14-22-1-88, зернистістю «мінус» 40 мкм.

3.3. Порошки повинні пройти вхідний контроль на відповідність сертифікату. Без наявності сертифікату, де вказуються найменування порошку, його марка, розмір частинок, дата і місце виготовлення, порошки не використовувати.

3.4. В якості абразиву для підготовки поверхні під напилення використовувати шліфзерно електрокорунда нормального марок 12А, 13А, 14А, 15А по ГОСТ 2МТ793-80 і ГОСТ 2МТ715-78 зернистістю 63Н, 63П.

4. Технологічне обладнання.

4.1. Універсальна плазмова установка УПУ-3Д з плазмотроном ПН-14М, установка для плазмового напилення в динамічному вакуумі УПНКА.

4.2. Установка струменеві-абразивної обробки марки 026-7 «Ремдеталь» або інший тип обладнання для сухої струйно-абразивної підготовки поверхні.

4.3. Сушку композиційного порошку перед напиленням виконують в сушильній шафі з регулюванням температури до 300 ˚С типу СНОЛ-3,5*3,5/3,5Н1.

4.4. Ситову класифікацію проводити на лабораторній установці для розділення порошку на фракції за ГОСТ 6613-73. Зважування порошків проводять на вагах для статистичного зважування середнього класу точності за ГОСТ 23676-79.

4.5. Визначення шорсткості слід проводити вимірником шорсткості типу ЕИШ розробки «Румб» ТУ 9.958-13296-80.

4.6. Товщину покриття визначають замірами товщини відповідного перерізу лопатки до і після напилення мікрометром ГОСТ 6507-80.

5. Підготовка поверхні перед напиленням ТЗП.

5.1. Поверхня лопатки, яка не підлягає напиленню, повинна бути захищена від дії абразивних частинок і газопорошкового потоку при напиленні екранами з металу, масками та іншими ізолюючими елементами.

5.2. Струменеві-абразивну обробку поверхні електрокорундом проводять в такому режимі:

Тиск стиснутого повітря, МПа ……………………… 0,4…0,6

Відстань від зрізу сопла до поверхні,

оброблюється, мм ……………………………………. 50…120

Діаметр сопла, мм ……………………………………. 8…14

Кут падіння струменя на поверхню,

що оброблюється, град ………………………………. 60…90

Лінійна швидкість переміщення

пістолету, мм/хв. ……………………………………… 50…400

Обробка ведеться до зникання темних плям і отримання рівномірного матового відтінку обробленої поверхні.

5.3. Величина шорсткості обробленої поверхні повинна складати R_Z = 50…90 мкм.

5.4. При підготовці і транспортуванні лопаток, підготовлених до нанесення покриттів, необхідно використовувати обезжиреними, чистими інструментами, а також чистими брезентовими або бавовняними рукавицями ГОСТ 10354-82.

6. Підготовка порошків.

6.1. Порошок піддають ситовій класифікації. Класифікацію здійснюють за допомогою сита з сітками № 080, № 040 и № 028 на лабораторній установці для розділення порошку на фракції.

6.2. Для приготування суміші зважені порошки у потрібних відношеннях зсипати і перемішати вручну. Суміш засипати в барабан-змішувач зі спиртом типу «п’яна бочка» для перемішування протягом 4…6 годин при частоті обертання барабану 50…80 об/хв. При цьому барабан повинен бути герметично закритим.

6.3. Порошки сушать в сушильній шафі при температурі 130…150 ˚С протягом 3…5 годин. ZrО₂ стабілізований 7% Y₂О₃ прокалюють в електропечі при температурі 300…500 ˚С протягом 2…4 годин.

7. Напилення ТЗП.

Напилення ТЗП на лопатки ГТД проводять в такій послідовності:

· Підготовлену для напилення лопатку закріплюють в спеціальному маніпуляторі УПНКА або при напиленні на повітрі на станині токарного станку типу ІК-62;

· Встановлюють задану дистанцію напилення між зрізом сопла плазмотрона і поверхнею лопатки, що напилюється;

· Проводять запуск плазмової установки при значеннях параметрів, що забезпечують малі електричні і теплові навантаження на плазмотрон;

· Встановлюють технологічний режим. Параметри режимів наведені в табл.;

· Здійснюють підігрівання лопатки плазмовим струменем до 300…500 ˚С. Контроль температури поверхні, що напилюється, проводять термоіндикаторними олівцями;

· Подають порошок і при цьому переміщають лопатку або плазмотрон зі швидкістю 0,4…0,6 м/год, повертають лопатку зі швидкістю 18…22 об/хв;

· Спочатку напилюють підшарок Со-Сr-Al-Y-Si товщиною 60…100 мкм, потім проміжний шар з механічної суміші порошків Со-Сr-Al-Y-Si + 25% ZrО₂ (7% Y₂О₃) товщиною 50…100 мкм і робочий шар з ZrО₂ (7% Y₂О₃) товщиною до 200 мкм;

· Підшарок і проміжний шар напилюють у динамічному вакуумі;

· Робочий шар напилюють на повітрі;

· Перерва між напиленнями шарів не повинна перевищувати 0,5 год;

· Кожний наступний шар напилюють на поверхню підігріту до 300…500 ˚С;

· Закінчується процес при досягненні товщини покриття 350…400 мкм;

При напиленні необхідно, щоб встановленні параметри не змінювались; плазмовий струмінь повинен бути стійким, без пульсації; транспортування порошку і його подача до плазмотрону проходили рівномірно.

 

Таблиця

Загальні висновки

 

В процесі виконання курсового проекту «Розробка технології та модернізація обладнання для напилення теплозахисних покриттів на соплові лопатки ГТД плазмовим методом» вивчено і проведено аналіз конструкції соплової лопатки ГТД, описано її особливості та умови роботи, вивчення та аналіз конструкції та умов роботи виробу; вибраний метод, спосіб і обладнання для напилення покриттів; вибраний тип, склад, конструкція покриття і його товщина; модернізація обладнання для напилення покриттів;

розрахунок (вибір) режиму напилення функціонального покриття;

нормування технологічних операцій, визначення витрат матеріалів;

призначення методів контролю якості покриттів, загальні відомості про охорону праці та техніку безпеки;

розробка технологічної інструкції щодо напилення функціональних покриттів;

проектування дільниці для напилення покриттів;

що визначають вимоги до покриття. При цьому можна зробити такі висновки:

1.Для нанесення теплозахисного покриття на соплову лопатку ГТД застосовуеться плазмена технологія. Підшарок і проміжний шар на соплові лопатки ГТД краще напилювати у динамічному вакуумі для запобігання окислення порошку на шляху від пальника до основи. При цьому використовують установку УПНКА. Керамічний шар рекомендується напилювати на повітрі за допомогою універсальної плазмової установки УПУ – 3Д.

2. Теплозахисне покриття ТЗП на соплову лопатку ГТД слід наносити з тришаровою структурою: підшар (Со-Сr-Al-Y-Si), проміжний шар (Со-Сr-Al-Y-Si + 15% ZrО₂ (7% Y₂О₃)) та теплозахисний шар (ZrО₂ (7% Y₂О₃)). Така конструкція покриття забезпечує плавну зміну КТР при переході від металевої основи до керамічної поверхні.

3. Вибрана структура і склад шару, що наноситься, ускладнює процес напилення, адже підшар бажано напилювати у вакуумі для запобігання окислення матеріалу і утворення оксидних плівок та появи інородних включень, що може призвести до браку цілої партії лопаток або, принаймні, знизити їх надійність та довговічність. Керамічний шар наносять на повітрі, так як його матеріал ZrО₂ (7% Y₂О₃), являючись оксидом, не зазнає зміни складу при таких умовах.

4. Призначення параметрів режиму напилення функціонального покриття здійснюється по розрахункам, отриманим за допомогою програми на ПЕОМ, розробленої на основі математичної моделі двофазного плазмового струменя. Вибраний режим напилення (результат оптимізації процесу) дозволяє напилювати керамічний шар на партію лопаток з порошку, що має розмір фракції «мінус» 40 мкм, забезпечуючи повне проплавлення частинок, мінімальні втрати матеріалу, оптимальну економічну ефективність процесу.

Література

1. Горячек А.В., Дорох В.Ф., Иванченко Н.И. ”Производство лопаток”.// Технический сборник организации и технологического производства судовом газотурбино строениии./ Производственное обьединение „Зоря”, Техноконсолтинг 2000.

2. Авиационные газотурбинные двигатели, конструкция и расчет деталей. Туманский С.К., Жирицкий Г.С., Струнки В.А., Штода А.В., “Машиностроение”,1965. 451с.

3. В.Д. Кузнецов, В.М. Пащенко. Фізико-хімічні основи створення покриттів. – К.:КПІ. 1999.

4. А. Хасуй. Техника напыления. Перевод с японского С.Л. Масленникова. М., - «Машиностроение», 1975г.

5. Дубовий О.М., Янковець Т.А. / Технологія напилення покриттів./ Навчальний посібник. – 2006.

6. Газотермические покрытия из порошкових материалов. Справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко – К.: Наукова думка, 1987.

7. Дубовой А.Н. Математическая модель двухфазной плазменной струи // Автоматическая сварка. – 1999. - № 11.

8. Порошковая металлургия и напыленные покрытия // Под ред. Б.С. Митина – М.: Металлургия, 1987г.

Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

 

 

Кафедра матеріалознавства

та технології металів

 

 

Курсовий проект на тему: