Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И
Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Разрушение лопаток происходит в несколько
 стадий: образование очагов коррозии — появление и развитие трещин в зоне коррозионног...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99962 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860237537714372608 |
|---|---|
| author | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. |
| author_facet | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. |
| citation_txt | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Разрушение лопаток происходит в несколько
стадий: образование очагов коррозии — появление и развитие трещин в зоне коррозионного разрушения при циклической нагрузке — разрушение. На начальной стадии происходит коррозионное повреждение на границе раздела мартенсит–феррит, переходящее от межзеренного к внутризеренному коррозионному разрушению по мартенситным иглам, а затем к усталостному разрушению по телу зерна.
The causes of fracture of martensitic-ferritic steel blades in inlet rotary distributor of axial-flow compressor of the gas-pumping unit were studied. Fracture of the blades occurs in several stages: formation of corrosion sites, initiation and propagation of cracks within the zone of corrosion damage under cyclic loading, and fracture. At the initial stage, corrosion damage takes place at the martensiteferrite interface, after which it develops from intergranular into intragranular corrosion fracture along the martensite needles, and then into fatigue fracture through the bulk of grain.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:25:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.019: 658.562
АНАЛИЗ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ ЛОПАТОК
ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА АГРЕГАТА ГТК-25И
Академик НАН Украины К. А. ЮЩЕНКО, В. С. САВЧЕНКО, д-р техн. наук,
Л. В. ЧЕРВЯКОВА, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины),
В. И. ИЗБАШ, В. Г. СОЛЯНИК, кандидаты техн. наук (НАК «Нефтегаз Украины» ГК Укртрансгаз, г. Киев)
Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляю-
щего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Разрушение лопаток происходит в несколько
стадий: образование очагов коррозии — появление и развитие трещин в зоне коррозионного разрушения при
циклической нагрузке — разрушение. На начальной стадии происходит коррозионное повреждение на границе
раздела мартенсит–феррит, переходящее от межзеренного к внутризеренному коррозионному разрушению по мар-
тенситным иглам, а затем к усталостному разрушению по телу зерна.
К л ю ч е в ы е с л о в а : газотурбинные установки, лопатки,
высоколегированная сталь, коррозионно-усталостные пов-
реждения
На газотурбинных установках ГТК-25И, широко
применяемых для транспортировки газа, исполь-
зуется входной поворотный направляющий аппа-
рат осевого компрессора, который комплектуется
поворотными стационарными лопатками из стали
14Х17Н2.
В соответствии со структурной диаграммой
Потака и Сагалевича [1] сталь 14Х17Н2 относится
к высоколегированным сталям мартенситно-фер-
ритного класса с содержанием около 70 % мар-
тенсита, менее 20 % феррита и следов остаточного
аустенита. Структурно свободный феррит выде-
ляется в виде полос [2].
Сталь 14Х17Н2 относится к закаливающимся
нержавеющим хромистым сталям, в которых по-
вышенное содержание хрома обеспечивает дос-
таточную коррозионную стойкость в ряде слабо-
агрессивных сред [3, 4], однако в связи с возмож-
ным выделением избыточных карбидных фаз
стали подобной системы легирования [1, 3] про-
являют пониженную коррозионную стойкость
при нагреве выше 500 °С.
В процессе эксплуатации стационарных пово-
ротных лопаток в составе компрессора установки
ГТК-25И произошло разрушение пера лопатки.
Цветовая дефектоскопия поверхности пера и
металлографические исследования позволили вы-
явить локальные микротрещины в зоне выкружек
в местах перехода цилиндрической части верхней
и нижней цапф к перу (рис. 1) (наличие выкружек,
по мнению проектировщиков, должно было
уменьшить концентрацию напряжений в этих мес-
тах); микротрещины в местах забоин на входной
кромке пера лопатки; локальные (язвенные) кор-
розионные повреждения поверхности пера лопат-
ки, в том числе в районе выкружек (рис. 2).
Анализ состояния верхней цапфы лопатки по-
казал односторонний износ ее цилиндрической
части со стороны «спинки» пера лопатки, что свя-
зано, очевидно, с наличием значительных знако-
переменных нагрузок пера поворотной лопатки
(по-видимому, одностороннего действия).
Кроме того, визуальным осмотром обнаруже-
ны многочисленные локальные вспучивания по-
верхности пера лопатки диаметром 0,5…1,2 мм и
глубиной 0,5 мм с характерным коррозионным
растрескиванием (рис. 3).
Металлографическими исследованиями уста-
новлен структурный состав металла, состоящий
из блочного мартенсита (М) и строчечных выде-
лений δ-феррита (δ-Ф), сформировавшегося, оче-
видно, в результате термомеханической обработ-
ки при высоких температурах. По границам мар-
тенситных блоков внутри бывших аустенитных
© К. А. Ющенко, В. С. Савченко, Л. В. Червякова, В. И. Избаш, В. Г. Соляник, 2008
Рис. 1. Коррозионно-усталостное разрушение (1) поверхности
лопатки из стали 14Х17Н2 в процессе эксплуатации и хрупкое
разрушение в районе забоин (2) при аварийном разрушении
7/2008 49
зерен и границам между δ-ферритом и мартен-
ситной структурными составляющими наблюда-
ются выделения карбидов типа Me23C6 (рис. 4).
Химический состав металла поворотной лопат-
ки из стали 14Х17Н2 после эксплуатации следу-
ющий, мас. %: 0,14 C; 0,46…0,58 Si; 17,85…20,3
Cr; 78,12…79,66 Fe; 1,01…2,03 Ni. В связи с раз-
личной растворимостью хрома и никеля при вы-
соких температурах в γ-аустените и δ-феррите
наблюдается некоторое перераспределение этих
элементов между мартенситной и ферритной сос-
тавляющими структуры.
Исследования поверхности лопаток в состо-
янии после эксплуатации с использованием оп-
тического микроскопа «Neophot-32» позволили
детально оценить характер разрушения пера ло-
патки в процессе эксплуатации. Прежде всего
подтверждается наличие коррозионно-усталост-
ного разрушения от выкружек в местах перехода
от верхней и нижней цапфы к перу лопатки.
Металлографические исследования полиро-
ванных, но нетравленых шлифов позволяют су-
дить о глубине коррозионного проникновения в
металл и характер коррозии. Можно сделать вы-
вод, что в процессе эксплуатации имеет место
межзеренное разрушение металла по границам
бывших аустенитных зерен, сформировавшихся
при высоких температурах при закалке металла.
Исследованиями установлено, что язвенные раз-
рушения поверхности пера лопатки в результате
коррозионного воздействия имеют произвольное
расположение.
Механические характеристики металла на об-
разцах, свободных от повреждений, соответство-
вали данным, приведенным в работе [5] (таблица).
Твердость металла поворотной лопатки из стали
14Х17Н2 следующая: у пера — НВ 255, у верхней
цапфы — НВ 262, нижней — НВ 251.
Исходя из полученных результатов, следует сде-
лать вывод, что первоначально происходит разру-
шение по границам бывших аустенитных зерен.
Впоследствии имеет место также избирательная
коррозия от границ зерен вглубь зерна преимущес-
твенно по мартенситным иглам. Некоторые локаль-
ные язвенные разрушения соединяются трещина-
ми, формируя таким образом макроразрушение.
Как уже отмечалось ранее, значительный
объем коррозионных повреждений связан также
с возникновением локальных вздутий на поверх-
ности пера лопатки из стали 14Х17Н2.
Существуют предположения, что такие взду-
тия предшествуют появлению «язвенных» разру-
шений. Для выяснения механизма возникновения
Механические свойства стали 14Х17Н2 [5]
Сортамент σ0,2,
МПа
σв,
МПа δ, % ψ, % KCU,
Дж/см2 НВ
Сортовой прокат 835 1080 10 30 49 ≤ 285
Поковки 539 686 13 35 54 248...293
Рис. 3. Фрагмент внешнего вида поверхности пера поворотной
лопатки из стали 14Х17Н2 ( 50) с характерным коррозион-
ным растрескиванием
Рис. 4. Смещение локальных участков металла (указаны
стрелками), подтверждающих причины вспучивания поверх-
ности в местах образования вздутий, 100
Рис. 2. Микроструктура ( 200) с характерным коррозионно-
усталостным разрушением пера лопатки из стали 14Х17Н2 в
районе выкружки (фрагмент 1 на рис. 1)
50 7/2008
таких локальных нарушений поверхности разра-
ботали специальную методику подготовки шли-
фов, гарантирующую адресное сечение плос-
костью шлифа середины такого вздутия. Иссле-
дования проводили с использованием оптической
микроскопии в светлом и темном поле, а также
сканирующей электронной микроскопии. Для об-
легчения идентификации и оценки характеристик
типов коррозии анализ строения поверхности
шлифа в месте коррозионного разрушения про-
водили без ее предварительного травления.
Установлено, что усталостные разрушения в
районе выкружек имеют межзеренный характер.
Усталостные трещины распространяются по гра-
ницам бывших аустенитных зерен и находятся в
поле напряжений, создаваемых выкружками. Рас-
пространение усталостных трещин облегчается
наличием коррозионных язв в районе выкружек.
Локальные вспучивания возникают в резуль-
тате подповерхностного расслаивания металла
благодаря процессам коррозии. На начальной
стадии происходит коррозионное повреждение на
границах зерен и границе мартенсит – феррит, пе-
реходящее во внутризеренное разрушение по мар-
тенситным иглам.
Сделанные предположения о развитии локаль-
ных коррозионно-усталостных повреждений ос-
новываются на известных фактах [6], в соответ-
ствии с которыми в атмосферных условиях ско-
рость коррозии сильно зависит от влажности воз-
духа и присутствия в нем агрессивных примесей,
например SO2, H2S и др.
В заключение следует отметить, что основной
причиной коррозии является изменение структур-
ного состояния металла, при котором в результате
выделения карбидов хрома по структурным сос-
тавляющим и термообработки, имеет место обед-
нение металла хромом ниже порога пассивации.
При этом на тыльной стороне происходит изби-
рательное (локальное) коррозионное разрушение
под влиянием напряжений и влажного воздуха,
обогащенного агрессивными примесями, такими,
как SO2, Н2S и др.
1. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А. С. Зубченко. —
М.: Машиностроение, 2003. — 783 с.
2. Потак Я. М. Высокопрочные стали. — М.: Металлургия,
1972. — 208 с.
3. Чигал В. Межкристаллитная коррозия нержавеющих ста-
лей. — М.: Химия, 1969. — 232 с.
4. Ланская К. А. Высокохромистые жаропрочные стали. —
М.: Металлургия, 1976. — 216 с.
5. Ульянин Е. А., Свистунова Т. В., Левин Ф. Л. Высоколеги-
рованные коррозионностойкие сплавы. — М.: Металлур-
гия, 1987. — 88 с.
6. Мелехов Р. К., Похмурський В. І. Конструкційні матеріали
енергетичного обладнання. — К.: Наук. думка, 2003. —
382 с.
The causes of fracture of martensite-ferrite steel blades in inlet rotary guide vane of axial-flow compressor of the gas-pumping
unit were studied. Blade fracture occurs in several stages, namely formation of corrosion sites — appearance and deve-
lopment of cracks in the corrosion fracture zone at cyclic load — fracture. At the initial stage, corrosion damage on
martensite-ferrite interface takes place, which develops from intergranular into intragraular fracture along the martensite
needles, and then into fatigue fracture through the grain bulk.
Поступила в редакцию 13.03.2008
ИЗОБРЕТЕНИЯ СТРАН МИРА*
Способ диффузионной сварки. Свариваемые заготовки cты-
куют, фиксируют плитами и помещают полученную сборку
в оболочку. Затем оболочку и находящуюся в ней сборку
вакуумируют, нагревают до температуры диффузионной
сварки и подвергают сжатию по технологии горячего изос-
татического прессования. Поверхности фиксирующих плит
покрывают разделительным материалом типа нитрида бора,
предотвращая приваривание плит к заготовкам. Для усиления
сварки между заготовками размещают металлический поро-
шок. Способ позволяет изготавливать детали газотурбинного
двигателя, состоящие из титана или сплава с алюминидом
титана. Патент Великобритании 2419835. W. E. Voice, X. Wu,
M. Loretto (Rolls-Royce Plc).
Способ сварки металлических листов, имеющих покры-
тие. Предложен способ обработки имеющих покрытие ме-
таллических листов сваркой, согласно которому по меньшей
мере на одной стороне по меньшей мере одного листа изме-
няют структуру поверхности, причем для изменения струк-
туры применяют материал, температура плавления которого
равна или выше температуры плавления имеющего покрытие
металлического листа, обрабатываемого сваркой. Способ от-
личается тем, что изменение структуры осуществляют мето-
дом термического напыления. Патент Германии 10344072.
W. Becker, K. Goth, N. Paelmer, C.-D. Reiniger, D. Zauner
(Daimlerchrysler Ag).
Способ соединения деталей, в частности, деталей автомо-
бильных кузовов пайкой. Предложен способ соединения
деталей, в частности, деталей автомобильных кузовов с по-
мощью пруткового или проволочного припоя, который раз-
мещают между соединяемыми деталями и расплавляют, в
результате чего происходит соединение деталей. Целью изоб-
ретения является обеспечение технологически эффективной
и быстрой пайки даже в местах, не имеющих прямого дос-
тупа. Для этого прутковый или проволочный припой допол-
няют стекловолокном, на поверхности которого путем целе-
направленного повреждения создают зоны разъединения. На
торцовой поверхности стекловолокно припоя, расположен-
ного между деталями, соединяют излучением лазера и при-
пой, окружающий поверхность стекловолокна, расплавляют,
* Приведены сведения о патентах, опубликованных в реферативном
журнале «Изобретения стран мира» № 5 за 2007 г.
7/2008 51
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99962 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:25:42Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. 2016-05-14T16:37:40Z 2016-05-14T16:37:40Z 2008 Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Автоматическая сварка. — 2008. — № 7 (663). — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99962 621.791.019: 658.562 Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Разрушение лопаток происходит в несколько
 стадий: образование очагов коррозии — появление и развитие трещин в зоне коррозионного разрушения при циклической нагрузке — разрушение. На начальной стадии происходит коррозионное повреждение на границе раздела мартенсит–феррит, переходящее от межзеренного к внутризеренному коррозионному разрушению по мартенситным иглам, а затем к усталостному разрушению по телу зерна. The causes of fracture of martensitic-ferritic steel blades in inlet rotary distributor of axial-flow compressor of the gas-pumping unit were studied. Fracture of the blades occurs in several stages: formation of corrosion sites, initiation and propagation of cracks within the zone of corrosion damage under cyclic loading, and fracture. At the initial stage, corrosion damage takes place at the martensiteferrite interface, after which it develops from intergranular into intragranular corrosion fracture along the martensite needles, and then into fatigue fracture through the bulk of grain. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И Analysis of the causes of fracture of blades in axial-flow compressor of unit GTK-25I Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. Краткие сообщения |
| title | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_alt | Analysis of the causes of fracture of blades in axial-flow compressor of unit GTK-25I |
| title_full | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_fullStr | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_full_unstemmed | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_short | Анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_sort | анализ причин разрушения лопаток осевого компрессора агрегата гтк-25и |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99962 |
| work_keys_str_mv | AT ûŝenkoka analizpričinrazrušeniâlopatokosevogokompressoraagregatagtk25i AT savčenkovs analizpričinrazrušeniâlopatokosevogokompressoraagregatagtk25i AT červâkovalv analizpričinrazrušeniâlopatokosevogokompressoraagregatagtk25i AT izbašvi analizpričinrazrušeniâlopatokosevogokompressoraagregatagtk25i AT solânikvg analizpričinrazrušeniâlopatokosevogokompressoraagregatagtk25i AT ûŝenkoka analysisofthecausesoffractureofbladesinaxialflowcompressorofunitgtk25i AT savčenkovs analysisofthecausesoffractureofbladesinaxialflowcompressorofunitgtk25i AT červâkovalv analysisofthecausesoffractureofbladesinaxialflowcompressorofunitgtk25i AT izbašvi analysisofthecausesoffractureofbladesinaxialflowcompressorofunitgtk25i AT solânikvg analysisofthecausesoffractureofbladesinaxialflowcompressorofunitgtk25i |