5.4. Лопатки
5.4. Лопатки 
5.4.1. Металл направляющих и рабочих лопаток турбин и компрессоров должен удовлетворять по химическому составу требованиям ГОСТ 5632, ОСТ 108.020.03, а также техническим условиям, индивидуальным для лопаток из материалов разных марок, в особенности из изготавливаемых по новым литейным технологиям (монокристаллические с направленной кристаллизацией и др.) или по новым технологиям штамповки на разных предприятиях-изготовителях.
5.4.2. На лопатках не допускаются трещины, следы задеваний, механические повреждения (риски, забоины, вмятины, в особенности на кромках, галтелях прикорневых зон), коррозионные язвы, в том числе на лопатках с защитным покрытием (особенно на выходных кромках и галтелях), следы общей коррозии, утоняющие рабочее сечение. Геометрические размеры лопаток (толщина кромок, особенно прикорневых зон и др.) должны соответствовать проектным.
5.4.3. Не допускаются трещины, разрушения бандажей и 2-образных связей, их повреждение, заклинивание в отверстиях лопаток, трещины в отверстиях под связи, наличие сварочного грата возле них.
5.4.4. Для основного металла лопаток из сплавов ЭИ893ВД,
ЭИ8930И, ЭИ893ВИ (в том числе с защитными покрытиями)
рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности
(таблица 7):
- твердость основного металла 2170 - 3136 МПа;
- предел текучести сигма - не более 784 МПа;
0,2
- пластичность при кратковременном растяжении при температуре
20 °С: относительное удлинение дельта - не менее 15%,
относительное сужение пси - не менее 17%;
- ударная вязкость при температуре 20 °С KCU - не менее 0,3
МДж/кв. м;
- запас прочности по фактическому пределу длительной прочности
- не менее 1,6;
- длительная пластичность дельта - не менее 5%;
дл
- микроструктура основного металла с зерном размером 2 - 4
балла, карбидная ликвация не выше 2-го балла; размер гамма'-фазы
0,07 - 0,12 мкм; конгломераты хромистых карбидов в микроструктуре
размером не более 5 мкм; не допускается появления в тонкой
дислокационной структуре трех систем скольжения и полос
скольжения, образованных дислокационными скоплениями.
Таблица 7
МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ,
ПРИМЕНЕННЫХ ДЛЯ ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН ГТ-35, ГТЭ-45,
ГТ-100, ГТЭ-110, ГТЭ-150
┌──────────────┬─────────────────┬─────┬─────────┬─────────┬─────────┬───────┬─────────┬───────────┬────────┐ │ Турбина, │ Технические │Т ,│ Предел │ Предел │Относи- │Относи-│ Ударная │Твердость │Время до│ │ материал, │ условия; │ исп │текучести│прочности│тельное │тельное│вязкость │по Бринел- │разруше-│ │ технология │ количество часов│°С │сигма ,│сигма , │удлинение│сужение│ KCU, │лю, МПа │ния, на-│ │ │ эксплуатации │ │ 0,2 │ в │дельта, %│пси, % │МДж/кв. м│ │пряжение│ │ │ (количество │ │МПа │МПа │ │ │ │ │ │ │ │ пусков), │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ температура │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ эксплуатации │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-35, │ТУ 108.02.005 │20 │490 - 666│>= 833 │>= 20 │>= 25 │>= 0,6 │2170 - 2770│- │ │ЭИ8930И (рабо-│ │750 │>= 392 │>= 637 │>= 11 │>= 15 │- │ │500 ч, │ │чие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │штампованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │290 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-100, │ТУ 108.02.103 │20 │490 - 666│>= 833 │>= 20 │>= 22 │>= 0,6 │2170 - 2770│- │ │ЭИ893ВД (рабо-│ │750 │- │>= 637 │>= 20 │>= 20 │- │ │500 ч, │ │чие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │штампованные с│ │ │ │ │ │ │ │ │290 МПа │ │защитным ЭЛП │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │покрытием │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │Co-Cr-Al-Y │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │в вакууме) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-35 │ТУ 108.02.118 │20 │>= 392 │>= 735 │>= 20 │>= 20 │>= 0,5 │2027 - 2499│- │ │ЭИ612 (рабочие│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │лопатки штам- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │пованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-35, │ОСТ 108.020.03 │20 │666 - 813│>= 784 │>= 13 │>= 40 │>= 0,4 │2362 - 2803│- │ │ЭИ802 (рабочие│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │лопатки штам- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │пованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-45, │ТУ 108.02.125 │20 │637 - 784│>= 1078 │>= 14 │>= 15 │>= 0,3 │>= 2600 │- │ │ЭП800ВД (рабо-│ │800 │>= 588 │>= 810 │>= 8 │>= 12 │- │- │100 ч, │ │чие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │штампованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │392 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-150, │ТУ 108.020.01.060│20 │>= 882 │>= 1170 │>= 10,0 │>= 10,0│>= 0,25 │3400 - 3850│- │ │ЭП957ВД (рабо-│ │800 │>= 784 │>= 833 │>= 5,0 │- │- │- │100 ч, │ │чие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │штампованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │320 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-100, │ТУ 108.01.059 │20 │450 - 630│>= 850 │- │- │>= 0,6 │>= 2230 │- │ │ГТ-150, │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ЭИ607ВД (рабо-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │чие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │штампованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-115, │ТУ 14-1-2970 │20 │>= 685 │>= 1130 │>= 20 │>= 20 │>= 0,49 │- │- │ │ЭК78 (рабочие │ │750 │>= 588 │>= 880 │>= 15 │>= 20 │- │- │- │ │лопатки штам- │ │780 │- │- │- │- │- │- │100 ч, │ │пованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │441 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-110, │ТУ 1-809-1040-97 │600 │- │>= 882 │>= 4,0 │>= 5,0 │- │- │- │ │ЧС88У-ВИ (ра- │ │900 │- │>= 637 │>= 8,0 │>= 10,0│- │- │100 ч, │ │бочие лопатки │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │литые) │ │ │ │ │ │ │ │ │274 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-150, │ТУ 03-740 │20 │>= 800 │>= 900 │>= 2,5 │- │>= 0,15 │- │- │ │ЖС6К (рабочие │ │800 │- │- │- │- │- │- │100 ч, │ │лопатки литые)│ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │450 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-35, │ТУ 108.02.118 │20 │>= 2156 │>= 549 │>= 35 │>= 45 │>= 0,8 │1430 - 1730│- │ │ЭИ680 (направ-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ляющие лопатки│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │штампованные) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТ-100, │ТУ 108.02.104 │20 │>= 784 │>= 882 │>= 2,5 │- │- │- │100 ч, │ │ЖС6К (направ- │ │800 │- │- │- │- │- │- │сигма = │ │ляющие лопатки│ │ │ │ │ │ │ │ │490 МПа │ │литые) │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-45, │ТУ 108.02.066 │20 │- │>= 728 │>= 3,0 │- │- │- │- │ │ЭП539ЛМУ │ │850 │- │- │- │- │- │- │100 ч, │ │(направляющие │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │лопатки литые)│ │ │ │ │ │ │ │ │284 МПа │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-150, │ТУ 108.01.057 │20 │>= 784 │>= 882 │>= 3,0 │- │>= 0,15 │- │- │ │ЦНК-7РС │ │800 │- │- │- │- │- │- │100 ч, │ │(направляющие │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │лопатки литые)│ │ │ │ │ │ │ │ │441 МПа │ │ │ │850 │>= 686 │>= 735 │>= 3,0 │- │- │- │- │ ├──────────────┼─────────────────┼─────┼─────────┼─────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────────┼────────┤ │ГТЭ-110, │ТУ 1-809-1040-97 │800 │>= 441 │>= 588 │>= 5,0 │- │- │- │- │ │ЧС104ВИ │ │900 │- │- │- │- │- │- │100 ч, │ │(направляющие │ │ │ │ │ │ │ │ │сигма = │ │лопатки литые)│ │ │ │ │ │ │ │ │167 МПа │ └──────────────┴─────────────────┴─────┴─────────┴─────────┴─────────┴───────┴─────────┴───────────┴────────┘
Наличие любого из этих признаков и тем более их совокупность ограничивают ресурс основного металла или делают лопатку непригодной к дальнейшей эксплуатации.
5.4.5. Для металла литых диффузионно-хромированных направляющих лопаток из сплава ЖС6К первых ступеней ТВД и ТНД в ГТ-100 АО ЛМЗ жаропрочные свойства при температуре 750 °С не являются лимитирующими ресурс факторами. По этим условиям лопатки со сравнительно низкими рабочими напряжениями могли бы работать значительно дольше, чем это отмечается в практике их эксплуатации.
Ограничивает общий ресурс этих лопаток длительностью 10 - 20
тыс. ч при температурах 750 и 700 °С исчерпание защитных свойств
хромированного слоя с образованием коррозионных язв и
термоусталостных трещин на 25% лопаток, а также происходящее в
основном металле резкое снижение кратковременных пластических
свойств (дельта <= 1%) и сближение величин характеристик
кр
прочностных свойств (сигма / сигма ~= 1). Происходит
в 0,2
охрупчивание сплава в результате образования двойного карбида М С
6
игольчатой формы, что приводит к уменьшению сопротивляемости
циклическим нагрузкам. Этому способствуют концентраторы напряжений
на выходной кромке в виде коррозионных язв глубиной 0,5 - 1,0 мм и
возрастающая шероховатость поверхности металла, являющиеся очагами
зарождения трещин в местах повышенных термических напряжений
(галтель и прилегающие зоны выходной кромки у верхней массивной
полки).
5.4.6. Для лопаток из сплавов ЭИ893 и ЖС6К (в том числе с защитными покрытиями) разработаны режимы восстановления покрытий и основного металла.
5.4.7. Для металла лопаток 3-й ступени ГТ-35, изготовленных из аустенитной стали ЭИ612, при рабочей температуре 540 °С в полупиковом и базовом режимах эксплуатации в качестве критерия надежности рекомендована твердость по Бринеллю не выше 2550 МПа.
5.4.8. Для основного металла лопаток из хромистой стали ЭИ802 (15Х12ВНМФ) 4-й ступени ГТ-35 с рабочей температурой 450 °С в полупиковом и базовом режимах рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности:
- предел текучести при температуре 20 °С не выше 830 МПа;
- твердость НВ не выше 2860 МПа.
5.4.9. Критериями эксплуатационной надежности хромированного слоя в направляющих лопатках из сплава ЖСК6 в ГТ-100 после эксплуатации являются:
- отсутствие трещин, коррозионных язв и сколов;
- фактическая толщина оставшегося слоя не менее 40 мкм (в исходном состоянии толщина его 100 - 120 мкм); содержание хрома не менее 35% (а в исходном состоянии его содержание составляет 65 - 70%);
- значение микротвердости не ниже, чем у основного металла.
5.4.10. Критериями эксплуатационной надежности защитных
покрытий (металлических Co-Cr-Al-Y, металлокерамических
Co-Cr-Al-Y/ZrO + Y O ), наносимых электронно-лучевым способом в
2 2 3
вакууме, и вакуумно-плазменных после эксплуатации являются:
- отсутствие в защитном слое трещин, микротрещин, коррозионных
язв и сколов;
- фактическая толщина оставшегося слоя не менее 50 мкм;
- значение микротвердости не ниже, чем у основного металла;
- толщина слоя оксидов между керамическим слоем покрытия и
металлическим слоем не более 5 мкм;
- отсутствие слоя оксидов между защитным покрытием и основным
металлом.
