В статье приведены данные по исследованию работоспособности и служебных характеристик лопаток, восстановленных в соответствии с разработанной технологией, Оценка эксплуатационной надежности лопаток произведена путем определения комплекса свойств, характеризующих прежде всего их конструктивную прочность; при этом исходя из особо тяжелых условий работы лопаточного аппарата, подвергающегося одновременному воздействию статических, динамических и вибрационных нагрузок, определяли следующие свойства металла лопаток: статическую прочность и пластичность при кратковременных испытаниях на растяжение (ГОСТ 1497—73), а также чувствительность к хрупкому разрушению при испытаниях на динамический изгиб (ГОСТ 9454—60) наплавленных образцов; усталостную прочность в условиях симметричного и асимметричного циклов нагружения наплавленных образцов на машинах РК-87 и УВР-Ш конструкции ЦНИИТмаша; конструктивный предел выносливости при испытании партии опытных лопаток на электромагнитном вибрационном стенде ЦКТИ; эрозионную стойкость при испытании образцов на установке конструкции ЦНИИТмаша; уровень и характер распределения остаточных напряжений в наплавленных лопатках и образцах.
Используемые для испытаний натурные изделия — восстановленные лопатки последних ступеней ЦНД турбины К-300-240 ХТЗ и наплавленные (композитные) образцы подготовлялись при строгом соблюдении всех положений и режимов технологического процесса восстановления. Величина наплавки на входных кромках лопаток опытной партии составляла 20...30 мм по ширине хорды профиля в периферийном сечении и
5...15 мм в среднем сечении при протяженности наплавленных участков 500.,.610 мм. Поверхностную закалку (с нагревом токами высокой частоты) с целью защиты от эрозии производили на длине ~650 мм в направлении от периферийного конца лопатки как по торцу входной кромки, так и со стороны наружного профиля лопатки (ширина около 25тм); глубина закаленного слоя составляла 0,5...1,0 мм.
Для испытаний на разрыв и усталость использовали специальные образцы плоской формы, которые вместе с образцами для испытания на ударную вязкость наплавлялись по одной из боковых граней (рис. 1); при этом объем наплавки на образцах составлял не менее 30...50 %, что в 2—3 раза превышает относительную долю наплавленного металла в наиболее напряженном сечении наплавленной лопатки. Применение образцов данного типа с указанным расположением и количеством наплавленного на них металла, а также принятые в процессе испытаний схемы нагружения позволили моделировать состояние профильной части восстановленной лопатки при наиболее жестких условиях ее работы. Наплавленные образцы после отпуска и механической обработки подвергали поверхностной односторонней закалке с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) так же, как лопатки.
Контроль качества наплавки и последующей термической обработки лопаток и образцов производили методами рентгеновской и магнитной дефектоскопии, а также путем исследования их структуры, твердости и химического состава. Данные, полученные в процессе испытаний восстановленных лопаток и моделирующих образцов, сравнивали с соответствующими показателями для материала новых лопаток (стали 15ХПМФ до и после противоэрозионного упрочнения поверхностей закалкой ТВЧ), а также с требованиями, предъявляемыми к материалам лопаток.