Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

менение малолегированных чугунов. Для снятия остаточных на­ пряжений отливки подвергают отпуску при 450—550° С. Металл отливок в изломе должен быть однородным, серого цвета, мелко­ зернистым и свободным от трещин, раковин и пр. Внутренние поверхности отливок (паровые, масляные полости и каналы) должны быть очищены от литейной корки, окалины и пр. Отливки,

всоответствии с указаниями на чертежах, подвергают гидравли­ ческим испытаниям; допускается обстукивание отливки медным молотком и выдерживание отливок под давлением до 30 мин.

Для диафрагм с заливаемыми в них лопатками из нержавею­ щей стали, применяемых в паровых турбинах в части низкого давления, технические условия различных заводов предусматри­ вают применение чугуна СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 28-48 и СЧ 24-44. Особое внимание следует уделять подготовке к заливке лопаток

вдиафрагмы. Участки лопаток, которые заливают в тело диа­ фрагмы, обрабатывают так, чтобы было обеспечено плотное со­ единение их с металлом диафрагмы. Концы лопаток тщательно очищают от окалины, грязи, жира и покрывают тонким слоем олова. После заливки на лопатках не должно быть обгоревших

кромок, значительного окисления и пр. Лопатки должны быть залиты в диафрагму плотно и при легких ударах не вибрировать.

Необходимо отметить опасность науглероживания лопаток при заливке в чугун. Следствием науглероживания является хрупкость и выкрашивание кромок лопаток (особенно выходных) вблизи места заливки. Наблюдались случаи, когда вследствие науглероживания кромка залитой лопатки ломалась от легкого удара молотком. Во избежание повышенного содержания угле­ рода в заливаемых участках направляющих лопаток последние изготовляют из стали, содержащей не более 0,12% С. При таком ограничении содержания углерода, тщательной подготовке концов лопаток и надлежащем выполнении заливки удается избежать опасной степени науглероживания. Отливки диафрагм подвер­ гают отпуску для снятия напряжений при 550—600° С. Нагревают отливки со скоростью 80— 100° С/ч, выдерживают при темпера­ туре отпуска 5— 6 ч, а затем охлаждают вместе с печью. По опыту некоторых заводов напряжения в чугунных диафрагмах снимают дважды — непосредственно после отливки и после грубой меха­ нической обработки.

Технологический процесс производства чугунных диафрагм

сзалитыми направляющими лопатками является весьма сложным

итребует тщательного выполнения. Для обеспечения высокого качества этих диафрагм, дальнейшего повышения надежности службы и экономичности производства предусмотрена концен­ трация их изготовления на одном заводе для всех турбостроитель­ ных предприятий, применяющих в производимых или паровых турбинах чугунные диафрагмы. Отметим, что в некоторых кон­ струкциях турбин, где ранее использовали чугунные диафрагмы, теперь успешно применяют сварные диафрагмы.

217

Для работы под нагрузкой при температурах до 600° С реко­ мендуются высоколегированные жаропрочные чугуны марок ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Х2Ш. Химический состав (в %) этих чугунов (ГОСТ 11849—66) следующий:

Предел прочности чугуна обеих марок после нормализации при 1030— 1050° С и отпуска при 550—620° С должен быть не ниже 40 кгс/мм2, твердость НВ 120—255, относительное удлинение чугуна ЧН19ХЗШ — не менее 5% , а ЧН 11Г7Х2Ш— не менее 4%. Структура указанных жаропрочных чугунов — аустенит, кар­ биды (не более 40% металлической основы) и включения графита только шаровидной формы. Следует отметить, что высоколегиро­ ванные чугуны аустенитного класса обладают наибольшей по сравнению с другими чугунами устойчивостью против роста.

В процессе производства стального и чугунного литья деталей турбин приходится сталкиваться с различными дефектами в от­ ливках, которые можно отнести к четырем основным группам:

I.Раковины, рыхлость и пористость. II. Трещины.

III. Пороки поверхности.

IV. Несоответствие формы и размеров отливок чертежам. Характеристики перечисленных видов брака применительно

к стальному, чугунному и цветному литью следующие:

218

219

Многие дефекты стальных отливок в практике турбостроения исправляют сваркой. Этот способ исправления при технологически правильном его выполнении позволяет успешно использовать в эксплуатации отливки со значительными литейными пороками. Опыт показывает, что отливки с хорошо заваренными даже круп­ ными литейными пороками в процессе длительной эксплуатации ведут себя вполне удовлетворительно. Дефектный металл на участке, подлежащем исправлению сваркой, должен быть пол­ ностью удален. Способы его удаления выбирают в зависимости от характера, величины и расположения дефекта. Это может быть вырубка пневматическими или ручными зубилами, фрезеровка, сверление на радиально-сверлильном станке, зачистка наждач­ ными кругами и пр.

Форма вырубки должна обеспечивать удобный доступ сварщику к завариваемому месту и возможность качественного выполнения сварки. Все острые углы в разделке следует устранять, придавая ей, по возможности, чашеобразную форму. Глубина разделки участка отливки, где обнаружена трещина, должна быть на 3—5 мм больше, чем глубина самой трещины. Металл отливки должен быть удален на расстоянии 10— 15 мм от видимых краев трещины. После удаления дефектного металла, тщательной очистки и обезжири­ вания рекомендуется протравить поверхность, подлежащую за­ варке, 1 0 %-ным раствором азотной кислоты, а затем осмотреть поверхность при помощи лупы, чтобы убедиться, что следов дефекта не осталось.

Заваривать дефекты можно различными способами. Широко используют для исправления дефектов стальных отливок электро­ дуговую наплавку высококачественными электродами с толстой обмазкой, обеспечивающими достаточную прочность и пластич­ ность наплавленного металла. Необходимо, чтобы прочность на­ плавленного металла была не ниже 90—95% прочности основного металла. Качество электродов должно быть проверено наплавкой и испытанием образцов на разрыв и ударную вязкость. Эффективно применяют полуавтоматическую сварку плавящимся электродом в атмосфере углекислого газа.

Применимы и другие прогрессивные методы сварки. В каждом конкретном случае технология заваривания дефектов, выбор электродов или присадочной проволоки, последовательность за­ полнения металлом определяют с учетом химического состава стали, из которой изготовлена отливка, ее конфигурации, разме­ ров, расположения дефектного участка и т. д.

Следует иметь в виду, что завариваемые в целях исправления участки отливки находятся обычно в жестких и неподвижных или малоподвижных контурах. Этим затрудняется свободное дви­ жение наплавляемого металла, создаются условия для образования трещин как в наплавляемом, так и в основном металлах отливки. Поэтому часто при исправлении дефектов электросваркой проводят сопутствующий подогрев. Отливки из сталей 25Л подогревают до

220

150—220° С, из сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ — до 300—400° С. Сопутствующий подогрев может быть местным или общим; ско­ рость подогрева отливок из легированных сталей составляет обычно 40—50° С/ч.

Для заваривания дефектов отливок из углеродистых сталей 15Л, 20Л, 25Л обычно применяют качественные электроды с фто­ ристо-кальциевым покрытием УОНИ 13/45, для хромомолибдено­ ванадиевых отливок 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ — электроды ЭХМФ, ЭХМФБ и др. (подробнее об электродах см. в разделе, посвященном сварно-литым и сварно-листовым цилиндрам турбин). При выборе сварочных материалов для исправления дефектов отдают предпочтениетем из них, которые, при прочих необходимых условиях, мо­ гут обеспечить более высокий уровень пластических свойств на­ плавленного металла, особенно когда речь идет о крупных дефектах.

При более или менее значительном объеме наплавки заварен­ ную отливку необходимо термически обработать для обеспечения структурной однородности и снятия остаточных напряжений, со­ здавшихся в процессе сварки. Режим термической обработки (от­ пуск или отжиг) назначают в зависимости от конкретных условий, определяемых конфигурацией и размерами отливки, местоположе­ нием, формой и объемом наплавки. По принятой на одном из тур­ бостроительных заводов технологии отливки из углеродистых ста­ лей (20Л, 25Л) после исправления дефектов нагревают со ско­ ростью 60—70° С/ч до 600—650° С, выдерживают при этой тем­ пературе в течение времени, определяемого из расчета 1— 2 мин на 1 мм толщины (по максимальному сечению отливки), и охла­ ждают со скоростью 40—50° С/ч. Отливки из сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ нагревают со скоростью 50—60° С/ч соответственно до 710—740 и 720—750° С. ‘Длительность выдержки при этой температуре определяют из расчета 2 —3 мин на 1 мм максималь­ ной толщины стенки, но не менее 5 ч. После выдержки отливки охлаждают со скоростью 30—40° С/ч.

Отметим, что исправление дефектов осуществляется с меньшими техническими трудностями и материальными затратами и дает больший эффект в тех случаях, когда дефекты обнаружены на начальных стадиях обработки отливок — при обрубке, очистке, грубой обдирке, т. е. когда при заваривании дефектов и последую­ щей термической обработке еще не возникает трудностей, связан­ ных с ограниченностью или отсутствием припусков к окончатель­ ным размерам детали. Поэтому рекомендуется, начиная с первого осмотра поступившей отливки, уделять серьезное внимание кон­ тролю ее размеров и состояния поверхности, осмотру перед каж­ дой технологической операцией поверхностей, обрабатываемых на станках, очистке и обследованию камер и полостей, которые имеются в отливке, а также переходов и сопряжений, где особенно велика вероятность образования дефектов.

Пороки чугунных отливок заваривать значительно сложнее, чем стальных. Эти трудности обусловлены следующими особен-

221