Структура і властивості металу газотурбінних лопаток після тривалого напрацювання

Анотація

У роботі наведено результати комплексного дослідження структурного стану та механічних властивостей металу робочих лопаток турбіни високого тиску газотурбінного агрегата ГТК-10І, виготовлених із жароміцного нікелевого сплаву ЧС70-ВІ, після тривалої експлуатації в умовах реального промислового навантаження. Дослідження виконано на лопатках з напрацюванням 20 000, 30 000 та 50 000 годин, що дозволило простежити еволюцію структури матеріалу на різних етапах ресурсу.

Металографічними методами встановлено характерні закономірності деградації мікроструктури металу пера лопаток залежно від тривалості напрацювання та температурних умов роботи. Показано, що зі збільшенням терміну експлуатації відбувається поступова коагуляція та укрупнення зміцнювальної γ′-фази, зменшення її дисперсності та перерозподіл фазових складових. Найбільш інтенсивні структурні перетворення спостерігаються у високотемпературних зонах пера, тоді як замкова частина лопаток, що працює в нижчому температурному інтервалі, зберігає відносно стабільний структурний стан протягом усього дослідженого ресурсу.

Результати механічних випробувань свідчать про поступове зниження характеристик міцності і пластичності металу зі збільшенням напрацювання, що перебуває у прямому зв’язку з виявленими мікроструктурними змінами. Після експлуатації протягом 50 000 годин структурні перетворення набувають практично необоротного характеру та супроводжуються різким погіршенням механічних властивостей, що обмежує подальшу безпечну експлуатацію лопаток без застосування відновлювальних заходів.

Отримані результати можуть бути використані для оцінки залишкового ресурсу робочих лопаток ТВТ ГТК-10І зі сплаву ЧС70-ВІ та для обґрунтування граничних термінів їх експлуатації в умовах промислових газотурбінних агрегатів.