Abstract
Finite-element calculations have been carried out to determine the strain distribution formed during welding by a combination of pressure and shear in samples imitating the constituent parts of a "disk-shaft" type gas-turbine engine bimetallic component made of heterophase nickel-based superalloys. A physical simulation of this process has also been carried out. Computer simulations were accomplished using a two-dimensional axysymmetric model by means of DEFORM-2D package. EP975 and EK79 alloys with ultrafine-grained (UFG) structure were chosen as the materials for the disk and shaft, respectively. The initial strain rate was 10-5 s-1, and the welding temperature 1100 °C. The behavior of materials was described by experimental curves obtained for EP975 and EK79 alloys under a uniaxial compression at the welding temperature. According to known experimental data, shear strain near the welded surfaces improves the solid-phase bond quality and strength. Additionally, the solid-phase bond quality is enhanced by grain refinement, which leads to an increase of the area of grain boundaries and to accelerated grain boundary diffusion. The results of computer simulations have revealed that in order to increase the area of regions with large shear strain values one has to increase the displacement of the shaft relative to the disk. From physical simulation, it has been concluded that a high quality solid-phase bond formation is promoted by a small shear strain of EK79 and EP975 alloys with UFG structure under superplasticity conditions. Basing on the studies carried out, a possibility of obtaining a "disk-shaft" type part from EP975 and EK79 nickel alloys with a preliminarily processed UFG structure using solid-phase bonding by means of pressure and shear welding has been shown.
Highlights
Исследование напряженно-деформированного состояния и микроструктуры в зоне твердофазного соединения типа диск-вал из разноименных сплавов на основе никеля
determine the strain distribution formed during welding by a combination
of pressure and shear in samples imitating the constituent parts of a "disk-shaft
Summary
В настоящее время актуальными являются исследования, направленные на разработку инновационных технологий получения неразъемных соединений при изготовлении биметаллических деталей типа блиск, диск-диск, диск-вал из жаропрочных никелевых и титановых сплавов с целью повышения надежности и снижения массы роторных конструкций, которые предназначены для газотурбинного двигателя (ГТД) нового 5‐го поколения [1 – 4]. Для получения неразъемных соединений при изготовлении вышеуказанных биметаллических деталей могут быть использованы различные методы сварки и пайки: диффузионная сварка [5 – 7], высокотемпературная пайка, сварка трением, сварка давлением (СД) и другие методы [8 – 16]. Следовательно, в данном случае, применимы только те методы получения твердофазных соединений, в которых минимизировано возникновение фазовых и термических напряжений в процессе формирования твердофазного соединения. Методом компьютерного моделирования рассчитано напряженно-деформированное состояние в данном процессе, что позволило оценить величину сдвиговой деформации на контактной поверхности биметаллического соединения типа дисквал из гетерофазных жаропрочных никелевых сплавов ЭП975 и ЭК79
Published Version (Free)
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have