Термическая обработка

Повышение термостойкости с помощью соответствующей обработки

Во время эксплуатации детали турбин и компрессоров часто подвергаются воздействию высоких температур. Это может изменить структуру стали и привести к поломкам. Sulzer предлагает специальные процессы термической обработки для повышения прочности, вязкости, стойкости к коррозии и ползучести, а также увеличения твердости поверхности.

Статорные лопатки газовых турбин с антикоррозионным покрытием

Легированные стали

Применяются для валов и корпусов турбин, а также для стационарных и рабочих лопаток компрессоров и паровых турбин.

  • Закалка стали: углеродсодержащую сталь можно раскалять докрасна; в этом состоянии она очень непрочна и вязка, благодаря чему легко поддается формовке. Закалка в воде сделает ее очень твердой и прочной, но одновременно очень хрупкой. Твердость можно уменьшить с помощью отпуска при промежуточной температуре.
  • При правильно разработанной термической обработке можно воспользоваться данными явлениями, создавая высокопрочные и одновременно пластичные виды стали. Мы применяем данные виды термической обработки, чтобы оптимизировать механические свойства компонентов и увеличить срок службы вашего оборудования.
  • Низколегированные стали содержат пониженный процент легирующих элементов. Эти сплавы имеют различную структуру кристаллической решетки ниже и выше приблизительно 800 °C. При нагреве и охлаждении материалы рекристаллизуются во время прохождения этой температуры. Такой процесс можно применять для измельчения зерен в объемных поковках и литье. Мелкозернистая структура означает лучшую прочность и пластичность.
  • При резком охлаждении рекристаллизация не будет доведена до конца. Полученная структура называется «мартенсит». Мартенсит обладает высокими уровнями внутреннего напряжения. Он твердый и прочный, но одновременно хрупкий, поэтому он очень чувствителен к растрескиванию для многих из областей его применения.
  • Дополнительная термическая обработка при промежуточной температуре (от 300 до 750 °C) уменьшает чувствительность к растрескиванию и твердость до соответствующих значений.
  • Любые действия, такие как сварка, локально нагревающие сплав до температуры свыше 800 °C, неизбежно приведут к образованию мартенсита на этом участке после охлаждения. Поэтому без надлежащей термической обработки сварочное соединение будет неприемлемо хрупким.
  • Sulzer обладает этими технологиями и может предоставить индивидуальные решения в соответствии с вашими потребностями.

Свойства большинства материалов определяются их термической обработкой и химическим составом. Большинство материалов должны подвергаться термической обработке с целью обеспечения требуемой прочности, вязкости, стойкости к ползучести и коррозии, а также твердости.

Вид необходимой термической обработки существенно меняется для различных групп материалов. Для отдельно взятого материала различные виды термической обработки могут понадобиться для механической обработки, сварки, закалки или восстановления.

Опытный сварочный персонал

Наш опытный персонал ежедневно производит сварку валов и корпусов турбин, а также лопаток компрессоров и паровых турбин. Основополагающий фактор успеха заключается в тщательно разработанной процедуре термической обработки во время и после сварки.

Аустенитные стали и поковки жаропрочных сплавов

Эти сплавы обычно применяются для компонентов камер сгорания и аналогичных малонапряженных компонентов.

Сплавы содержат высокий процент легирующих элементов. Их аустенитная структура плотная, что способствует устойчивости к ползучести, а также стабильная при любых температурах. Поскольку фазовый переход отсутствует, аустенитные сплавы не затвердевают при термических циклах во время термической обработки или сварки.

Для готовых компонентов может применяться гомогенизация с целью растворения хрупких фаз и кристаллизации граничных карбидов. Перегрев может причинить необратимый рост зерен. Мы тщательно подбираем процесс, чтобы не повредить ваши компоненты.

 

Газовые турбины могут проходить термическую обработку для повышения сопротивления ползучести

Высоколегированные и литые жаропрочные сплавы

Эти сплавы применяются для сопловых и рабочих лопаток в высокотемпературной зоне газовых турбин.

  • Сверхпрочные сплавы содержат элементы, образующие вторичные фазы. Вторичные фазы проявляются в виде угловатых частиц в кристаллах и вдоль границ зерен в сплаве. Их присутствие значительно повышает стойкость к ползучести. Для получения лучшего качества необходимо оптимизировать их форму и распределение.
  • В сплавах на основе кобальта этими вторичными фазами являются карбиды. В сплавах на основе никеля алюминий (а также титан, ниобий и/или тантал) соединяется с никелем и образует Ni3Al. Эта фаза обычно называется «гамма-фазой» (γ’), а частицы обычно называют «выпавшей фазой».
  • Эти вторичные фазы, которые могут составлять до 50% и более объема сплава, образуются и формируются с помощью термической обработки. Несмотря на низкий эффект упрочнения, эту термическую обработку часто называют «термической обработкой с дисперсионным твердением». Ее цель заключается не в упрочнении сплава, а в создании хорошего распределения частиц, оптимального для сопротивлению ползучести при определенных температурах.
  • Мелкозернистая выпавшая фаза больше всего подходит для высокой прочности и ползучестойкости при средних температурах; крупнозернистая выпавшая фаза больше всего подходит для ползучестойкости при высоких температурах.
  • Высоколегированные и литые жаропрочные сплавы выдерживают высокотемпературные режимы. “Работа при высокой температуре сравнима с длительной термической обработкой, которая со временем может привести к значительным изменениям. Мелкозернистая выпавшая фаза склонна к коалесценции или к растворению; крупнозернистая выпавшая фаза склонна к еще большему увеличению зернистости.
  • Термическая обработка этих сплавов во время производства и восстановления состоит из высокотемпературной гомогенизации и одного или двух последующих этапов осаждения при промежуточных температурах. Температуру и продолжительность этих этапов следует подбирать с большой осторожностью; может также потребоваться охлаждение.

Восстановительная термическая обработка

Как уже было сказано выше, структура компонентов, бывших в употреблении, может изменяться (деградировать). Деградировавшая структура проявляется в увеличении зернистости существующих фаз и формировании новых, но вредных фаз, например чрезвычайно хрупкой сигма-фазы.

Эти фазы создают локальные неоднородные участки, однако общий состав сплава не изменяется. Восстановительная термическая обработка начинается с гомогенизации при очень высокой температуре, растворяющей выпавшие и вредные фазы. После этого для воссоздания планируемой исходной структуры и распределения выпавших фаз применяется модифицированный вариант стандартной термической обработки.

Горячее изостатическое прессование

Горячее изостатическое прессование — это термическая обработка в высокотемпературном растворе, выполняемая под аргоновым давлением от 1 000 до 2 000 бар. Изостатическое прессование закрывает внутренние пустоты, которые могут присутствовать в литье, если сплав непрочный и вязкий при высоких температурах. Это отработанная технология для продуктов точного литья, таких как сопловые и рабочие лопатки газовых турбин.

Термическая обработка является важнейшим этапом обслуживания и ремонта компонентов турбин и компрессоров. Наш богатый опыт проведения термической обработки поможет увеличить срок службы ваших компонентов. Наши эксперты подбирают процесс для каждого сплава и компонента в зависимости от его состояния.
Как мы можем вам помочь?

Позвоните или напишите нашим экспертам, чтобы найти оптимальное для вас решение.