Технические науки / отраслевое машиностроение
Скачков В.А., Врублевский Ю.В., Иванов В.И., Моисейко
Ю.В.
Запорожская государственная инженерная
академия, ГП ЗМКБ «Прогресс»
О ВЫБОРЕ МИКРОПРОВОЛОКИ ДЛЯ ЩЕТОЧНЫХ
УПЛОТНЕНИЙ
Одним из наиболее перспективных направлений
совершенствования конструкций газотурбинных двигателей является внедрение
щеточных уплотнений.
К материалу щеточных уплотнений
предъявляются следующие требования:
- сохранение упругих и прочностных свойств
в интервале рабочих температур (550…750°С);
- максимальное сопротивление окислению и
минимальный износ при указанных температурах.
Выбор материала микропроволоки для
щеточных уплотнений предполагает проведение экспериментов с целью определения
их свойств.
В экспериментах использовали холоднотянутую
микропроволоку диам. 0,09 мм из сплава на железной основе ЭИ708А-ВИ и
холоднотянутую микропроволоку диам. 0,07 мм из сплава на кобальтовой основе HAYNES25.
Микропроволока из сплава HAYNES25 имеет структуру на основе твердого раствора Соa, стабилизаторами которой служат хром и вольфрам.
Кобальтовые сплавы, имеющие структуру гексагональной плотноупакованной решетки,
показывают лучшие результаты при работе в условиях трения и износа.
Образцы обоих видов микропроволоки
подвергали испытаниям на разрыв в исходном состоянии и после нагрева,
имитирующего условия работы щеточных уплотнений.
Микропроволоку из сплава ЭИ708А-ВИ
подвергали нагреву при температуре 600 и 650°С в течение 50 и 100 часов, микропроволоку из сплава HAYNES25 – при температуре 650, 700, 750, 800, 850 и 900°С в течение 10 и 100 часов.
Испытания микропроволоки на разрыв
проводили по стандартной методике. Предел прочности при растяжении определяли
по формуле:
, (1)
где
Р – усилие разрыва, Н; r – радиус поперечного сечения микропроволоки, мм.
После нагрева на поверхности
микропроволоки обоих видов отмечены признаки окисления, интенсивность которых
возрастает с повышением температуры. При этом микропроволока из сплава HAYNES25 показала лучшую стойкость к окислению, сохраняя
металлический блеск при нагреве вплоть до температуры 750°С.
Результаты испытаний микропроволоки обоих
типов представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Результаты испытаний микропроволоки из сплава
ЭИ708А-ВИ
|
Режим термообработки |
Величина прочности, МПа |
||
|
Т0, °С |
t0, час |
эксперимент |
расчет |
|
600 |
50 |
1347,5 |
1256,6 |
|
600 |
100 |
675,5 |
715,4 |
|
650 |
50 |
566,4 |
624,2 |
|
650 |
100 |
577,0 |
443,9 |
|
0 |
0 |
1384,3 |
1471,3 |
Таблица 2. Результаты испытаний
микропроволоки из сплава HAYNES25
|
Режим термообработки |
Величина прочности, МПа |
||
|
Т0, °С |
t0, час |
эксперимент |
расчет |
|
650 |
10 |
1440 |
1441 |
|
650 |
10 |
1270 |
1360 |
|
650 |
100 |
1510 |
1530 |
|
700 |
100 |
1440 |
1450 |
|
750 |
100 |
1450 |
1350 |
|
8000 |
100 |
1060 |
1150 |
|
0 |
0 |
1560 |
1510 |
Влияние режимов термообработки описывали в
виде кубических сплайнов, задающих прочность на растяжение в зависимости от
температуры нагрева Т и длительности
выдержки t. Расчетные значения, полученные с
использованием выражения (3), для микропроволоки ЭИ708А-ВИ и HAYNES25 приведены в таблицах 1 и 2.
Как показывает анализ данных таблиц 1 и 2,
микропроволока из сплава NAYNES25
сохраняет высший уровень свойств при нагреве до температуры 750ºС в
отличие от микропроволоки из сплава ЭИ708А-ВИ, у которой процесс снижения
свойств происходит уже при температуре 600ºС.
Учитывая, что для большинства сплавов
пределы прочности и упругости находятся в прямой зависимости, тенденция
изменения предела прочности в процессе нагрева справедлива и для модуля
упругости.
Экспериментально установлены преимущества
микропроволоки из сплава NAYNES25 в
процессе нагревов до рабочих температур, как по прочностным характеристикам,
так и по стойкости к окислению, что позволяет рекомендовать ее в качестве
материала для щеточных уплотнений.