[發明專利]耐疲勞的渦輪貫穿螺栓

在審

• 申請號: 201480058029.3
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN105658374A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: K·奧茲拜薩爾;Z·A·M·阿布多;K·K·斯塔爾;S·R·欣德
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: B23P9/02
• 分類號: B23P9/02;C21D7/08;C22C19/05
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;潘聰

技術領域

本發明涉及渦輪貫穿螺栓上的用于減少微動疲勞裂紋萌生和傳 播的一個或多個表面修飾，并且更具體地涉及具有用于減少微動疲 勞裂紋萌生和傳播的低塑性拋光層或尖晶石氧化層或者兩者的渦輪 貫穿螺栓。

背景技術

由INCO718材料制成的渦輪貫穿螺栓已經遭受在工業燃氣渦輪 引擎中的貫穿螺栓密封盤接觸位置處的微動高周疲勞失效，如圖1 所示。裂紋已經由微動高周疲勞所萌生，并且裂紋傳播已經被確定 為由高周疲勞引起。

發明內容

本申請涉及螺栓，例如但不限于耐疲勞的渦輪貫穿螺栓，其由 被第一表面修飾或第二表面修飾或兩者覆蓋的基底材料形成。第一 表面修飾可以與基底材料相接觸，并且在至少一個實施例中，可以 是是增大渦輪貫穿螺栓的外表面上的殘余壓縮應力的低塑性拋光 層。第二表面修飾可以覆蓋第一表面修飾，并且在至少一個實施例 中，可以是低塑性拋光層上的尖晶石氧化層。第一表面修飾可以被 定位在一個或多個渦輪貫穿螺栓接觸表面上，所述一個或多個渦輪 貫穿螺栓接觸表面被定位在渦輪貫穿螺栓的軸上。第二表面修飾可 以被定位在渦輪貫穿螺栓接觸表面上的第一表面修飾上，所述渦輪 貫穿螺栓接觸表面被定位在渦輪貫穿螺栓的軸上。第一表面修飾和 第二表面修飾可以減小微動疲勞失效的可能性。

渦輪貫穿螺栓可以由被第一表面修飾和第二表面修飾覆蓋的基 底材料形成。第一表面修飾可以與基底材料相接觸并且可以是是增 大渦輪貫穿螺栓的外表面上的殘余壓縮應力的低塑性拋光層。第二 表面修飾可以覆蓋第一表面修飾并且可以是低塑性拋光層上的尖晶 石氧化層。基底材料可以是至少由Ni、Fe、Mo和Cr的組合形成的 INCO718。在至少一個實施例中，基底材料可以至少由以下的組合 形成：在50％與55％之間的鎳，在17％與21％之間的鉻，高達1％ 的鈷，在0.65％與1.15％之間的鈦，在4.75％與5.5％之間的鈳加鉭， 在0.2％與0.8％之間的鋁，在2.8％與3.3％之間的鉬，以及剩余部分 的鐵。在至少一個實施例中，基底材料可以包括在12.25％與23.6％ 之間的鐵。第一表面修飾可以被定位在至少一個渦輪貫穿螺栓接觸 表面上，所述至少一個渦輪貫穿螺栓接觸表面被定位在渦輪貫穿螺 栓的軸上。第一表面修飾可以具有至少0.040英寸的厚度。第二表面 修飾可以被定位在至少一個渦輪貫穿螺栓接觸表面上的第一表面修 飾上，所述至少一個渦輪貫穿螺栓接觸表面被定位在渦輪貫穿螺栓 的軸上。第二表面修飾可以由INCO718材料的尖晶石氧化物形成。 在至少一個實施例中，尖晶石氧化物可以由以下形成：(Ni,Fe)氧 化物；(Ni,Cr,Ti)氧化物；(Cr)氧化物或由基底材料的成分組 成的其他尖晶石氧化物。

渦輪貫穿螺栓可以使用形成具有用于減小接觸摩擦應力的低摩 擦系數表面修飾的渦輪貫穿螺栓的方法來形成。該方法可以包括接 收由至少一種基底材料形成的渦輪貫穿螺栓。可以在最終的銑削或 研磨或兩者之后接收渦輪貫穿螺栓。該方法可以包括使被定位在渦 輪貫穿螺栓的軸上的渦輪貫穿螺栓接觸表面經受LPB以誘發殘余壓 縮應力，由此形成渦輪貫穿螺栓接觸表面上的第一表面修飾。使渦 輪貫穿螺栓接觸表面經受LPB可以包括使渦輪貫穿螺栓接觸表面經 受LPB以誘發最小值為100ksi的殘余壓縮應力。該方法還可以包括 使渦輪貫穿螺栓暴露于在具有低于593攝氏度的溫度的氧化環境中 的低溫度應力釋放過程兩個小時與48個小時之間的時間段，以在第 一表面修飾上形成第二表面修飾。接收由基底材料形成的渦輪貫穿 螺栓的步驟可以包括接收由INCO718形成的基底材料形成的渦輪 貫穿螺栓，其可以至少由Ni、Fe、Mo和Cr的組合形成。在至少一 個實施例中，接收由基底材料形成的渦輪貫穿螺栓的步驟可以包括 接收由基底材料INCO718形成的渦輪貫穿螺栓，其中基底材料可以 至少由以下的組合形成：在50％與55％之間的鎳，在17％與21％之 間的鉻，高達1％的鈷，在0.65％與1.15％之間的鈦，在4.75％與5.5％ 之間的鈳加鉭，在0.2％與0.8％之間的鋁，在2.8％與3.3％之間的鉬， 以及剩余部分的鐵。在至少一個實施例中，基底材料可以包括在 12.25％與23.6％之間的鐵。在第一表面修飾或第二表面修飾或兩者 已經被施加到渦輪貫穿螺栓之后，渦輪貫穿螺栓不應當被機械加工 或被熱處置。