Підвищення ефективності оздоблювально-зміцнювальної обробки лопаток газотурбінних двигунів

Автор(и)

  • Дмитро Вікторович Павленко Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-6376-2879
  • Едуард Васильович Кондратюк Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О. Г. Івченкa" , Україна https://orcid.org/0000-0002-2672-7174
  • Юрій Іванович Торба Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О. Г. Івченкa" , Україна https://orcid.org/0000-0001-8470-9049
  • Євген Валерійович Вишнепольський Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-8048-7976
  • Дмитро Миколайович Степанов Національний університет «Запорізька політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-1780-3611

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252292

Ключові слова:

лопатки компресора, жароміцний сплав, поверхневий шар, оздоблювально-зміцнювальна обробка, подвійне зміцнення, границя витривалості

Анотація

Досліджено вплив технологій оздоблювально-зміцнювальної обробки пера лопаток компресора зі сплаву ЕП718-ІД на характеристики якості поверхні, поверхневого шару та несучої здатності. Враховуючи особливу роль оздоблювально-зміцнювальної обробки у формуванні якості поверхневого шару досліджено різні варіанти технології обробки пера лопаток. Перо лопаток формоутворювали високошвидкісним рядковим фрезеруванням. Оздоблювально-зміцнювальний етап обробки пера включав операції ручного полірування та ультразвукового зміцнення сталевими кульками у різних комбінаціях. Встановлено основні закономірності формування шорсткості поверхонь пера, максимальної висоти мікронерівностей, мікротвердості поверхні та глибини поширення зміцненого шару залежно від комбінації оздоблювально-зміцнювальних методів обробки. Наведено результати випробувань на багатоциклову втому партій лопаток, оброблених за різними варіантами технологічних процесів. Встановлено ефективність полірування поверхні пера після зміцнювальної обробки. Для відновлення характеристик якості поверхневого шару після полірування запропоновано виконувати повторну зміцнювальну обробку. Показано, що застосування на оздоблювально-зміцнювальному етапі виготовлення лопаток технології подвійного деформаційного зміцнення з проміжним поліруванням дозволяє підвищити межу витривалості з 320 МПа до 400 МПа при одночасному підвищенні довговічності. Розроблено технологію оздоблювально-зміцнювального етапу обробки лопаток з нікелевих сплавів, які відрізняються значною в'язкістю. Показано, що, виходячи з критеріїв мінімальної трудомісткості обробки та максимальної витривалості лопаток, ефективним є застосування подвійного деформаційного зміцнення сталевими кульками в ультразвуковому полі з проміжним поліруванням

Біографії авторів

Дмитро Вікторович Павленко, Національний університет «Запорізька політехніка»

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра «Технології авіаційних двигунів»

Едуард Васильович Кондратюк, Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О. Г. Івченкa"

Кандидат технічних наук, головний технолог

Юрій Іванович Торба, Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О. Г. Івченкa"

Кандидат технічних наук, начальник експериментально-випробувального комплексу

Експериментально-випробувальний комплекс

Євген Валерійович Вишнепольський, Національний університет «Запорізька політехніка»

Старший викладач

Кафедра «Технологія машинобудування»

Дмитро Миколайович Степанов, Національний університет «Запорізька політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Технологія машинобудування»

Посилання

  1. Pavlenko, D. V., Loskutov, S. V., Yatsenko, V. K., Gonchar, N. V. (2003). Structural changes in the surface layers of an EK79-ID alloy upon hardening treatments. Technical Physics Letters, 29 (4), 345–346. doi: https://doi.org/10.1134/1.1573312
  2. Maleki, E., Unal, O., Guagliano, M., Bagherifard, S. (2021). The effects of shot peening, laser shock peening and ultrasonic nanocrystal surface modification on the fatigue strength of Inconel 718. Materials Science and Engineering: A, 810, 141029. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141029
  3. Boguslaev, V. A., Pavlenko, D. V. (2008). Strain hardening and fatigue resistance of high-resistant alloy ÉK79-ID. Metal Science and Heat Treatment, 50 (1-2), 7–12. doi: https://doi.org/10.1007/s11041-008-9001-z
  4. Kaynak, Y., Tascioglu, E. (2019). Post-processing effects on the surface characteristics of Inconel 718 alloy fabricated by selective laser melting additive manufacturing. Progress in Additive Manufacturing, 5 (2), 221–234. doi: https://doi.org/10.1007/s40964-019-00099-1
  5. Lesyk, D. A., Martinez, S., Mordyuk, B. N., Dzhemelinskyi, V. V., Lamikiz, А., Prokopenko, G. I. (2020). Post-processing of the Inconel 718 alloy parts fabricated by selective laser melting: Effects of mechanical surface treatments on surface topography, porosity, hardness and residual stress. Surface and Coatings Technology, 381, 125136. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125136
  6. Ardi, D. T., Guowei, L., Maharjan, N., Mutiargo, B., Leng, S. H., Srinivasan, R. (2020). Effects of post-processing route on fatigue performance of laser powder bed fusion Inconel 718. Additive Manufacturing, 36, 101442. doi: https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101442
  7. Lesyk, D. A., Dzhemelinskyi, V. V., Martinez, S., Mordyuk, B. N., Lamikiz, A. (2021). Surface Shot Peening Post-processing of Inconel 718 Alloy Parts Printed by Laser Powder Bed Fusion Additive Manufacturing. Journal of Materials Engineering and Performance, 30 (9), 6982–6995. doi: https://doi.org/10.1007/s11665-021-06103-6
  8. Iswanto, P. T., Akhyar, H., Faqihudin, A. (2018). Effect of shot peening on microstructure, hardness, and corrosion resistance of AISI 316L. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 89 (1), 19–26. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.6668
  9. Ituarte, I. F., Salmi, M., Papula, S., Huuki, J., Hemming, B., Coatanea, E. et. al. (2020). Surface Modification of Additively Manufactured 18% Nickel Maraging Steel by Ultrasonic Vibration-Assisted Ball Burnishing. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 142 (7). doi: https://doi.org/10.1115/1.4046903
  10. Estrin, Y., Beygelzimer, Y., Kulagin, R., Gumbsch, P., Fratzl, P., Zhu, Y., Hahn, H. (2021). Architecturing materials at mesoscale: some current trends. Materials Research Letters, 9 (10), 399–421. doi: https://doi.org/10.1080/21663831.2021.1961908
  11. Shokry, A., Ahadi, A., Ståhle, P., Orlov, D. (2021). Improvement of structural efficiency in metals by the control of topological arrangements in ultrafine and coarse grains. Scientific Reports, 11 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-021-96930-3
  12. Klotz, T., Delbergue, D., Bocher, P., Lévesque, M., Brochu, M. (2018). Surface characteristics and fatigue behavior of shot peened Inconel 718. International Journal of Fatigue, 110, 10–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2018.01.005
  13. Vyshnepolskyi, Y., Pavlenko, D., Tkach, D., Dvirnyk, Y. (2020). Parts Diamond Burnishing Process Regimes optimization Made of INCONEL 718 Alloy via Selective Laser Sintering Method. 2020 IEEE 10th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP). doi: https://doi.org/10.1109/nap51477.2020.9309661
  14. Segurado, E., Belzunce, F. J. (2016). The Use of Double Surface Treatments to Optimize the Fatigue Life of Components Made on Structural Steels. Procedia Engineering, 160, 239–245. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.886
  15. Bai, Y., Jin, W.-L. (2015). Marine structural design. Elsevier. doi: https://doi.org/10.1016/c2013-0-13664-1
  16. Zhao, X., Yang, X. L. (2014). Effect of Hardness on Polishing Performance of Plastic Mold Steels in Prehardened Condition. Applied Mechanics and Materials, 651-653, 16–19. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.651-653.16
  17. Tryshyn, P., Honchar, N., Kondratiuk, E., Stepanov, D. (2020). Development of technological restrictions when operating disc polymer-abrasive brushes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (1 (108)), 27–33. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.212820
  18. Vasylyev, M. O., Mordyuk, B. M., Pavlenko, D. V., Yatsenko, L. F. (2016). Ultrasonic Impact Processing of Surface Layer of the BT1-0 Titanium in a Submicrocrystalline State. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 37 (1), 121–134. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.37.01.0121
  19. Buj-Corral, I., Vivancos-Calvet, J., Casado-López, R. (2010). Methodology and adjustment of the test for determining the polishing difficulty degree of hardened steel surfaces, previously obtained by high-speed milling processes. 14th International Research/Expert Conference ”Trends in the Development of Machinery and Associated Technology” TMT 2010, Mediterranean Cruise, 37–40. Available at: https://www.tmt.unze.ba/zbornik/TMT2010/010-TMT10-161.pdf
  20. Breumier, S., Adamski, F., Badreddine, J., Lévesque, M., Kermouche, G. (2021). Microstructural and mechanical characterization of a shot peening induced rolled edge on direct aged Inconel 718 alloy. Materials Science and Engineering: A, 816, 141318. doi: https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141318
  21. Pavlenko, D. V., Pejchev, G. І., Kocjuba, V. Ju., Bejgel'zimer, Ja. Ju., Kondratjuk, E. V., Tkach, D. V. (2014). Increase of operating characteristics the high-pressure compressors blades from alloy ЭП718-ИД. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 10 (117), 53–60. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2014_10_11
  22. Sahnyuk, N. V., Yatsenko, V. K., Zilichihis, S. D. (2004). Tekhnologicheskie osobennosti izgotovleniya lopatok kompressora metodom vysokoskorostnogo frezerovaniya. Nadiynist instrumentu ta optymizatsiya tekhnolohichnykh system, 16, 126–131.
  23. ISO 6507-1:2018. Metallic materials – Vickers hardness test – Part 1: Test method. Available at: https://www.iso.org/ru/standard/64065.html
  24. ISO 12107:2012. Metallic materials – Fatigue testing – Statistical planning and analysis of data. Available at: https://www.iso.org/standard/50242.html

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-27

Як цитувати

Павленко, Д. В., Кондратюк, Е. В., Торба, Ю. І., Вишнепольський, Є. В., & Степанов, Д. М. (2022). Підвищення ефективності оздоблювально-зміцнювальної обробки лопаток газотурбінних двигунів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(12(115), 31–37. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252292

Номер

Том 1 № 12(115) (2022): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Dmytro Pavlenko, Eduard Kondratiuk, Yuriy Torba, Yevhen Vyshnepolskyi, Dmytro Stepanov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.