Грінченко О. Д. Матеріалознавчі основи підвищення довговічності лопаток парових турбін

Об'єкт дослідження - процес зміцнення вхідної кромки лопаток парових турбін зі сталі 15Х11МФ-Ш комбінованим способом: загартуванням струмами високої частоти та електроіскровим легуванням однойменною сталлю 15Х11МФ-Ш. Метою дисертаційної роботи є підвищення довговічності лопаток парових турбін зі сталі 15Х11МФ-Ш за рахунок впровадження комплексного зміцнення вхідних кромок лопаток для захисту від ерозійно-корозійного руйнування на основі управління параметрами структури і функціональних властивостей. Предмет дослідження - закономірності формування структури і властивостей поверхневих зміцнених шарів лопаток парових турбін. Методи дослідження: для досягнення поставленої мети і вирішення зазначених задач було використано систему загальнонаукових методів і прийомів. Оцінювання властивостей матеріалів виконували з використанням стандартних методів механічних досліджень (мікротвердомер ПМТ-3, Nano Indenter G200), металографічного (оптичні мікроскопи ММО-1600, МІМ-8), рентгеноструктурного (дифрактометр PHILIPS PW3710), мікрорентгеноспектрального аналізу (електронний скануючий мікроскоп PHILIPS XL 30 ESEM), методів електронної мікроскопії (електронний мікроскоп JSM 7001F), визначенням корозійної стійкості (Voltalab 40), визначення ерозійної стійкості методом ультразвукового диспергування (Hielscher УИП-1000). Лабораторні випробовування виконано з використанням методик, що відповідають державним стандартам України та стандартам ISO. Промислові випробування робочих лопаток зі зміцненими вхідними кромками за запропонованим способом проводилися спільно з АТ «Турбоатом» на АЕС «Пакш» в Республіці Угорщина. Наукова новизна одержаних результатів: вперше встановлено, що поєднання методів поверхневого зміцнення - загартування струмами високої частоти та електроіскрове легування сталлю 15Х11МФ-Ш, дозволило підвищити твердість кромки лопатки зі сталі 15Х11МФ-Ш в 2,2-3,0 рази до 5500-7000 МПа та підвищити опір ерозійно-корозійному руйнуванню за рахунок формування в поверхневому шарі структури легованого мартенситу, залишкового аустеніту та складних карбідів Cr3C2 та Cr7C3; вперше встановлено, що використання корозійностійкої сталі 15Х11МФ-Ш, яка ідентична основному матеріалу лопатки, для зміцнення методом електроіскрового легування вхідної кромки робочої лопатки парової турбіни дозволило підвищити стійкість до ерозійного руйнування на 72% за рахунок збільшення концентрації хрому до 44%; удосконалено та апробовано метод порівняльної оцінки ефективності зміцнюючих технологій підвищення довговічності робочих лопаток парових турбін; отримав подальший розвиток метод оцінки корозійної стійкості захисних зміцнених шарів, вперше отримано залежності параметрів корозії від структурно-фазового стану зміцнених шарів лопаток зі сталі 15Х11МФ-Ш. Практичне значення одержаних результатів: розроблено технологію підвищення довговічності лопаток парових турбін за рахунок застосування комбінованого способу зміцнення шляхом поєднання у одному технологічному процесі загартування струмами високої частоти та електроіскрове легування; розроблено методику зміцнення вхідної кромки лопатки останнього ступеня низького тиску ротора парової турбіни. Теоретичні та практичні розробки, запропоновані в дисертації, використовуються у навчальному процесі Харківського національного автомобільно-дорожнього університету при викладанні дисциплін, при виконанні випускних кваліфікаційних робіт магістрів.