[发明专利]耐疲劳的涡轮贯穿螺栓

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮贯穿螺栓上的用于减少微动疲劳裂纹萌生和传 播的一个或多个表面修饰，并且更具体地涉及具有用于减少微动疲 劳裂纹萌生和传播的低塑性抛光层或尖晶石氧化层或者两者的涡轮 贯穿螺栓。

背景技术

由INCO718材料制成的涡轮贯穿螺栓已经遭受在工业燃气涡轮 引擎中的贯穿螺栓密封盘接触位置处的微动高周疲劳失效，如图1 所示。裂纹已经由微动高周疲劳所萌生，并且裂纹传播已经被确定 为由高周疲劳引起。

发明内容

本申请涉及螺栓，例如但不限于耐疲劳的涡轮贯穿螺栓，其由 被第一表面修饰或第二表面修饰或两者覆盖的基底材料形成。第一 表面修饰可以与基底材料相接触，并且在至少一个实施例中，可以 是是增大涡轮贯穿螺栓的外表面上的残余压缩应力的低塑性抛光 层。第二表面修饰可以覆盖第一表面修饰，并且在至少一个实施例 中，可以是低塑性抛光层上的尖晶石氧化层。第一表面修饰可以被 定位在一个或多个涡轮贯穿螺栓接触表面上，所述一个或多个涡轮 贯穿螺栓接触表面被定位在涡轮贯穿螺栓的轴上。第二表面修饰可 以被定位在涡轮贯穿螺栓接触表面上的第一表面修饰上，所述涡轮 贯穿螺栓接触表面被定位在涡轮贯穿螺栓的轴上。第一表面修饰和 第二表面修饰可以减小微动疲劳失效的可能性。

涡轮贯穿螺栓可以由被第一表面修饰和第二表面修饰覆盖的基 底材料形成。第一表面修饰可以与基底材料相接触并且可以是是增 大涡轮贯穿螺栓的外表面上的残余压缩应力的低塑性抛光层。第二 表面修饰可以覆盖第一表面修饰并且可以是低塑性抛光层上的尖晶 石氧化层。基底材料可以是至少由Ni、Fe、Mo和Cr的组合形成的 INCO718。在至少一个实施例中，基底材料可以至少由以下的组合 形成：在50％与55％之间的镍，在17％与21％之间的铬，高达1％ 的钴，在0.65％与1.15％之间的钛，在4.75％与5.5％之间的钶加钽， 在0.2％与0.8％之间的铝，在2.8％与3.3％之间的钼，以及剩余部分 的铁。在至少一个实施例中，基底材料可以包括在12.25％与23.6％ 之间的铁。第一表面修饰可以被定位在至少一个涡轮贯穿螺栓接触 表面上，所述至少一个涡轮贯穿螺栓接触表面被定位在涡轮贯穿螺 栓的轴上。第一表面修饰可以具有至少0.040英寸的厚度。第二表面 修饰可以被定位在至少一个涡轮贯穿螺栓接触表面上的第一表面修 饰上，所述至少一个涡轮贯穿螺栓接触表面被定位在涡轮贯穿螺栓 的轴上。第二表面修饰可以由INCO718材料的尖晶石氧化物形成。 在至少一个实施例中，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组 成的其他尖晶石氧化物。

涡轮贯穿螺栓可以使用形成具有用于减小接触摩擦应力的低摩 擦系数表面修饰的涡轮贯穿螺栓的方法来形成。该方法可以包括接 收由至少一种基底材料形成的涡轮贯穿螺栓。可以在最终的铣削或 研磨或两者之后接收涡轮贯穿螺栓。该方法可以包括使被定位在涡 轮贯穿螺栓的轴上的涡轮贯穿螺栓接触表面经受LPB以诱发残余压 缩应力，由此形成涡轮贯穿螺栓接触表面上的第一表面修饰。使涡 轮贯穿螺栓接触表面经受LPB可以包括使涡轮贯穿螺栓接触表面经 受LPB以诱发最小值为100ksi的残余压缩应力。该方法还可以包括 使涡轮贯穿螺栓暴露于在具有低于593摄氏度的温度的氧化环境中 的低温度应力释放过程两个小时与48个小时之间的时间段，以在第 一表面修饰上形成第二表面修饰。接收由基底材料形成的涡轮贯穿 螺栓的步骤可以包括接收由INCO718形成的基底材料形成的涡轮 贯穿螺栓，其可以至少由Ni、Fe、Mo和Cr的组合形成。在至少一 个实施例中，接收由基底材料形成的涡轮贯穿螺栓的步骤可以包括 接收由基底材料INCO718形成的涡轮贯穿螺栓，其中基底材料可以 至少由以下的组合形成：在50％与55％之间的镍，在17％与21％之 间的铬，高达1％的钴，在0.65％与1.15％之间的钛，在4.75％与5.5％ 之间的钶加钽，在0.2％与0.8％之间的铝，在2.8％与3.3％之间的钼， 以及剩余部分的铁。在至少一个实施例中，基底材料可以包括在 12.25％与23.6％之间的铁。在第一表面修饰或第二表面修饰或两者 已经被施加到涡轮贯穿螺栓之后，涡轮贯穿螺栓不应当被机械加工 或被热处置。