Нормы и критерии оценки качества металла основных деталей ГТУ

В случае несоответствия результатов испытаний механических свойств нормам технических условий вопрос о необходимости дополнительных испытаний для установления причин повреждения определяет профильный НИИ.

На поверхности корпусных деталей не допускаются трещины и грубые механические повреждения. Допустимые дефекты металлургического происхождения должны соответствовать нормам ОСТ 108.961.02 [13]. Вопрос о выборке и заварке трещин в труднодоступных местах рекомендуется согласовывать с предприятием-изготовителем и профильным НИИ.
6.2. Роторы турбины
6.2.1. На поверхности роторов турбин и компрессоров до и после их эксплуатации (концевые части валов, осевой канал, обод, гребни, полотно, ступица, галтели дисков, полумуфты, тепловые канавки) не допускаются дефекты, превышающие требования ОСТ 108.961.05 [14] (например, трещины, скопления и крупные одиночные неметаллические включения, флокены, раковины, остатки усадочных рыхлот).

Кроме этого, после эксплуатации на поверхности всех элементов роторов не допускаются трещины, коррозионные язвы, следы эрозионного износа, нарушающие их первоначальную геометрию, следы задеваний и механических повреждений, грубые риски и следы электроэрозии на поверхности шеек в местах посадки подшипников, грубые риски на призонных поверхностях отверстий под болты на полумуфтах, превышающие нормы предприятия - изготовителя турбины.

• 
  роторных сталей - выше указанных в ОСТ 108.961.05 [14];
  

• 
  перлитных сталей:
  

- Р2, Р2МА (25Х1М1ФА) – 530 С;

- 20Х3МВФ (ЭИ415) – 545 С;

• 
  стали мартенсито-ферритного класса ЭП291 – 550 °С;
  

• 
  сталей мартенситного класса ЭИ428, ЭИ802 (15Х12ВНМФ), ЦДМ1 (10Х12Н3М2ФШ), ЭП674Ш (08Х15Н25Т2МФР), ЭИ609 (07Х12НМВ6) – 580 °С.
  

6.2.4. Твердость металла роторов из сталей 34ХМА, Р2, Р2МА должна быть не менее 1800 МПа, а роторов из стали 20Х3МВФ (ЭИ415) - 2000 МПа. Металл роторов из перлитных Cr-Ni-Mo и Cr-Ni-Mo-V сталей 34ХН1М, 34ХН3М, 27ХН3М2ФА, 26ХН3М2ФАА (УВРВ), 35ХН3МФА, 30ХН3М2ФА должен иметь предел текучести 680-800 МПа и твердость 2300-2650 МПа, а из хромистой стали ЭИ802 (15Х12ВНМФ) - предел текучести 666-813 МПа и твердость 2410-2850 МПа.

6.2.5. Механические свойства при температуре 20 °С по НД и после эксплуатации металла роторов и дисков ГТУ приведены в таблице 5.
6.3. Шпильки корпусов цилиндров турбин
Критериями оценки надежности металла шпилек корпусов цилиндров являются твердость и механические свойства, которые даны в таблице 6 в зависимости от продолжительности эксплуатации. Не допускаются трещины и грубые механические повреждения. Металл поврежденных шпилек с трещинами подлежит исследованию. Если механические свойства металла исследованных шпилек не удовлетворяют требованиям, указанным в таблице 6, то все шпильки подлежат замене.

6.4. Лопатки
6.4.1. Металл направляющих и рабочих лопаток турбин и компрессоров удовлетворяет по химическому составу требованиям ГОСТ 5632 [16], ОСТ 108.020.03 [15], 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.

6.4.2. 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.

6.4.3. 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.

6.4.4. Для основного металла лопаток из сплавов ЭИ893ВД, ЭИ893ОИ, ЭИ893ВИ (в том числе с защитными покрытиями) рекомендованы следующие критерии эксплуатационной надежности (таблица 7):

• 
  твердость основного металла 2170-3136 МПа;
  

• 
  предел текучести _0,2 - не более 784 МПа;
  

• 
  пластичность при кратковременном растяжении при температуре 20 °С: относительное удлинение  - не менее 15%, относительное сужение  - не менее 17%;
  

• 
  длительная пластичность _дл - не менее 5%;
  

• 
  ударная вязкость при температуре 20 °С KCU - не менее 0,3 МДж/м²;
  

• 
  запас прочности по фактическому пределу длительной прочности - не менее 1,6;
  

• 
  микроструктура основного металла с зерном размером 2-4 балла, карбидная ликвация не выше 2-го балла; размер ' - 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.
  

6.4.5. 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 (_кр  1%) и сближение величин характеристик прочностных свойств (_в/_0,2  1). Происходит охрупчивание сплава в результате образования двойного карбида М₆С 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).

6.4.6. Для лопаток из сплавов ЭИ893 и ЖС6К (в том числе с защитными покрытиями) разработаны режимы восстановления покрытий и основного металла.

6.4.7. 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.

6.4.8. 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.
  

Таблица 5 –Механические свойства при температуре 20 °С металла роторов и дисков ГТУ по НД и после эксплуатации

Таблица 6 – Механические свойства металла крепежа при температуре 20 С

Таблица 7 – Механические и жаропрочные свойства материалов, примененных для лопаток газовых турбин ГТ-35, ГТЭ-45, ГТ-100, ГТЭ-110, ГТЭ-150

6.4.9. 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.
  

• 
  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.