Результаты испытаний образцов и опытных лопаток приведены в табл. I, 2 и на рис. 2, 5. Из полученных данных следует;
1. Уровень механических свойств в подготовленных по разработанному методу восстановления образцах с наплавкой и упрочнением мало отличается от свойств материала новых лопаток и удовлетворяет нормативным требованиям, указанным в отраслевом стандарте (см. табл. I). Отмеченный факт некоторого повышения характеристик прочности при незначительном снижении пластичности (б) и ударной вязкости объясняется упрочняющим воздействием тонкого слоя металла с твердой мартенситной структурой, который образуется на поверхности композитного изделия в результате поверхностной закалки ТВЧ.
2. Циклическая прочность композитных образцов, изготовленных по технологии восстановления (путем наплавки и двойной термообработки), находится на достаточно высоком уровне и составляет 88...90 % циклической прочности образцов из стали 15X11МФ в исходном (до наплавки) состоянии, что на 5...7 % выше усталостной прочности образцов наплавленных и отпущенных, но не упрочненных. Наблюдаемое после индукционной закалки повышение предела усталости закономерно и вызвано образованием в упрочненном слое изделия сильно измельченных кристаллов мартенсита с дисперсной субструктурой, а также формированием благоприятной эпюры остаточных напряжений (в поверхностных слоях напряжения сжатия до 400 МПа, рис. 3, б). Для сравнения отметим, что электроискровое упрочнение сплавом Т15К6, используемое на ХТЗ для защиты от эрозии новых лопаток последних ступеней турбин К-300-240, приводит к уменьшению циклической прочности стали 15X11МФ примерно в 4 раза [5]. Полученные данные свидетельствуют о том, что с точки зрения влияния на один из важнейших показателей конструктивной прочности материала лопаток — сопротивление усталости — поверхностное упрочнение путем закалки ТВЧ является наиболее эффективным.
3. Эрозионная стойкость материала входной кромки лопатки после восстановления (наплавки сталью 20X13, отпуска и индукционной закалки) примерно в 6 раз выше эрозионной стойкости материала новых лопаток без упрочнения и на 15...20 % превышает сопротивление эрозии стали 15X11МФ после поверхностной закалки ТВЧ. Достигнутый эффект положительного воздействия индукционной закалки на износостойкость исследуемых сталей объясняется формированием в поверхностных слоях изделия однородной высокодисперсной мартенситной структуры, которая, как известно [6], обладает повышенной сопротивляемостью эрозионному изнашиванию. Поскольку с увеличением в стали содержания углерода твердость закаленного слоя возрастает (см. рис. 3, а), то после индукционного упрочнения эрозионная стойкость наплавленного металла 20X13 оказывается выше стойкости наплавляемого (основного) металла 15X11МФ, что позволяет достигнуть в восстановленных лопатках более высокой эрозионной стойкости, чем в новых, упрочненных таким же методом.
4. Конструктивный предел выносливости натурных лопаток (на базе Ю7 циклов) после восстановления составляет ~160 МПа и значительно превышает уровень действующих напряжений, выявленный при тензометрировании лопаток в турбине на Змиевской ГРЭС.
Анализ усталостных изломов свидетельствует о том, что разрушение восстановленных лопаток носит вязкий характер; в большинстве лопаток входные (наплавленные) кромки не являются местом начала разрушения.
Работы по ремонту опытных лопаток показали, что предложенный метод характеризуется достаточно высокой технологичностью, не требует применения сложного н дорогостоящего оборудования. Благодаря повторному использованию восстановленных лопаток отпадает необходимость в изготовлении запасных комплектов новых лопаток, что приводит к значительному сокращению расхода дефицитной высоколегированной нержавеющей стали и, кроме того, обеспечивает более рентабельное использование производственных мощностей турбостроительных заводов. Предварительными расчетами установлено, что внедрение разработанной технологии при восстановлении только рабочих лопаток последних ступеней ЦНД турбин К-300-240 ХТЗ, находящихся в настоящее время в эксплуатации в системе Минэнерго, позволяет получить экономический эффект около 1,2 млн. руб. в год. Перспективность метода обусловлена также тем, что он может быть использован при восстановлении лопаток, изношенных не только по входным, но н по выходным кромкам. Выводы
Разработанная технология восстановления эродированных лопаток, включающая аргонодуговую наплавку и последующую двойную термическую обработку, позволяет обеспечить необходимую работоспособность восстановленных лопаток при достаточно высоком уровне их эксплуатационных свойств. Полученные экспериментальные данные подтверждают эффективность и надежность предложенного метода восстановления.
