Остаточные напряжения и механические свойства турбинных лопаток после лазерной обработки поверхности

Abstract

Характерным видом механического разрушения участка входной кромки лопаток паровых турбин под воздействием капель воды считается эрозия. Рассмотрены три вида лазерной обработки: лазерная закалка, лазерный переплав и лазерная наплавка для предупреждения эрозии на лопатках из нержавеющей стали 20Х13. Сравнены остаточные напряжения и механические свойства лопаток при использовании трех методов обработки. Показано, что поверхностная микротвердость лопаток повышается после лазерной обработки поверхности. При этом повышается прочность материала, однако снижаются удлинение и сужение. Ударные разрушения носят характер хрупких разрушений. Зона лазерного упрочнения содержит остаточные сжимающие напряжения, а зона термического влияния — небольшие поперечные растягивающие напряжения.

Erosion is considered to be a characteristic type of mechanical fracture in a region of steam turbine blade edges, which may occur under the effect of water drops. Three types of laser treatment, including laser hardening, laser remelting and laser cladding, intended for prevention of erosion of the blades made form stainless steel 20Kh13 are examined. Residual stresses and mechanical properties resulting from the use of the three surface modification methods are compared. It is shown that laser surface modification causes increase in surface microhardness of the blades and strength of the material, but leads to decrease in elongation and reduction in area. Impact fractures are of a brittle character. Residual compressive stresses form in the laser-hardened zone, and low transverse tensile stresses form in the heat-affected zone.