Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0180

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0180
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Название доклада
Результаты металлографических, эрозионных, коррозионных, усталостных экспериментальных исследований различных способов защиты поверхности образцов из лопаточных сталей.
Докладчик
Медников Алексей Феликсович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель - Создание многофункциональной системы "покрытие-модифицированная подложка", обеспечивающей защиту лопаточных сталей от сверхскоростного (до 800 м/с) каплеударного воздействия в условиях коррозионно-активной среды и больших усталостных нагрузок.
Задачи - Проведение комплекса металлографических, эрозионных, коррозионных и усталостных исследований лопаточных материалов с модифицированной поверхностью и многофункциональными защитными покрытиями.
Актуальность и новизна исследования
Наиболее перспективным направлением повышения ресурса и надежности высоконагруженных элементов оборудования нового поколения является создание многофункциональных систем, включающих в себя модификацию поверхностей и формирование защитных покрытий. В связи с этим особенно актуальной задачей является создание таких систем с разработкой готовых технических решений по их внедрению на натурных изделиях, например, рабочих лопатках последних ступеней паровых турбин, работающих во влажном паре.
Решение данной задачи возможно путем использования ионно-плазменных технологий формирования покрытий в вакууме и проведения комплексных исследований модифицированных поверхностей и сформированных покрытий.
С использованием имеющейся современной научно-исследовательской и экспериментальной базы впервые проведен полный комплекс металлографических, эрозионных, коррозионных и усталостных исследований лопаточных сталей с модифицированной поверхностью и защитными покрытиями.
На основе полученных результатов будут разработаны технические решения по формированию защитных покрытий и модификации функциональных поверхностей рабочих лопаток последних ступеней паровых турбин, позволяющие повысить надежность работы и срок их эксплуатации в условиях коррозионно-активной среды, каплеударного воздействия и усталостных нагрузок.
Описание исследования

Проведена отработка режимных параметров формирования покрытий и модификации поверхности.

По результатам проведенных эрозионных испытаний выбраны покрытия на основе TiAlN и Cr-CrN, а также три типа модификации поверхности с различной глубиной модифицированного слоя.

Изготовлены образцы из сталей 12Х13 и ЭИ961, используемых для изготовления рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин.

На изготовленных образцах сформировано два типа ионно-плазменных покрытий на основе TiAlN и Cr-CrN, а также проведены процессы модификации поверхности с последующим формированием покрытий на основе TiAlN и Cr-CrN.

Проведены исследования по определению состава, микротвердости, толщины (для покрытий), глубины (для модифицированной поверхности), шероховатости, коэффициента трения сформированных покрытий, модифицированных поверхностей, модифицированных поверхностей с покрытиями.

На основании разработанной ранее методики проведены эрозионные, коррозионные и усталостные исследования образцов без покрытий, с покрытиями, с модифицированной поверхностью, с модифицированной поверхностью и с покрытиями.

 

Результаты исследования

Результаты проведенных исследований позволяют констатировать существенный эффект от применения ионно-плазменных технологий за счет улучшения характеристик и свойств поверхности исследуемых лопаточных сталей , а именно:

- повышение эрозионной стойкости не менее чем в 3-7 раза (до начала разрушения и на участке с установившейся скоростью эрозии) при высокоскоростном 300 м/с ударном воздействии жидких частиц диаметром 800 мкм (см. рисунок);

- повышение стойкости к питтинговой коррозии не менее чем в 3-8 раз;

- повышение предела выносливости на 30-50% на базе 107 циклов нагружения.

   

а)                                                               б)

Рисунок 1 - Изображение поверхности экспериментальных образцов после эрозионных испытаний (а) и сравнение эрозионной стойкости образцов на участке с установившейся скоростью износа (б): 1 – сталь без покрытия; 2 – сталь с покрытием; 3 – сталь с модифицированной поверхностью; 4 – сталь с модифицированной поверхностью и с покрытием

Практическая значимость исследования
Полученные результаты исследований будут направлены на разработку технологических решений по созданию новых способов формирования эрозионностойких защитных покрытий , предназначенных для защиты высоконагруженных элементов турбоустановок от сверхскоростного каплеударного воздействия.
Разработанные технологические решения:
- смогут существенно продлить ресурс работы оборудования, а также привести к увеличению его энергоэффективности и снижению денежных и трудозатрат, связанных с простоем во время незапланированных ремонтов.
- позволят модернизировать промышленное производство элементов парового тракта турбоустановок (лопаточные аппараты последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин).
- повысят срок службы лопаточного аппарата последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин за счет многократного увеличения их стойкости к коррозионному и эрозионному износу, что обеспечит снижение числа и трудоемкости ремонтов, снижение числа отказов оборудования и серьезных аварий;
- повысят КПД ступени за счет снижения профильных потерь, вызванных износом поверхностей рабочих лопаток;
- снизят вредное воздействие на окружающую среду за счет применения экологически чистых процессов формирования ионно-плазменных покрытий в вакууме.