Разработка технологии модификации поверхности лопаток КВД из жаропрочных α+β-титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков

• Автор: Белов, Александр Борисович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ ГТД СИЛЬНОТОЧНЫМИ ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ (литературный обзор)
1.1 Особенности модификации физико-химического состояния а+р-титановых сплавов
1.1 Оборудование
1.2 Процессы, протекающие в твердом теле при облучении электронными пучками
1.3 Влияние электронно-лучевой обработки на физико-химическое состояние материала в поверхностных слоях деталей из жаропрочных сталей и сплавов
1.4 Влияние электронно-лучевой обработки на свойства деталей из жаропрочных сплавов и сталей
2. МЕТОДИКИ ОБЛУЧЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ГТД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
2.1 Материалы, модельные образцы и детали для исследований
2.2 Оборудование для исследования
2.3 Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения
2.4 Методики исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней
2.5 Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора
2.6 Методики термодинамического и кинетического анализа для выбора режимов облучения
3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
3.1 Исследование влияния режимов облучения на изменение химического состава в поверхностных слоях лопаток из титановых сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9
3.2. Выбор оптимальных режимов облучения
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ЛОПАТОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
4.1 Структурные изменения в поверхностных слоях образцов и лопаток из сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9

4.2 Исследование процесса кратерообразования на поверхности деталей из титановых сплавов
4.3 Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных
исследований
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ИЗ СПЛАВОВ ВТ6, ВТ8ИВТ9
5.1 Усталостная прочность
5.2 Жаростойкость
5.3 Эрозионная стойкость
5.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования
5.5 Прочность, пластичность и трещиностойкость
5.6 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии
5.7 Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток из
сплавов ВТ6, ВТ8 и ВТ9
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность проблемы.
Повышение требований к эксплуатационным характеристикам, экономичности и надежности газотурбинных двигателей (ГТД), что обусловлено необходимостью существенного увеличения ресурса, создает порой неразрешимые сложности при выборе материалов и разработке технологических процессов изготовления из этих материалов, наиболее нагруженных деталей вентилятора, компрессора и турбины ГТД, прежде всего лопаток и дисков [1-3]. Решить данную проблему можно только с использованием ♦ комплексного подхода, включающего с себя разработку новых материалов, улучшение
уже применяемых сплавов, развитие методов изготовления заготовок и способов модифицирования поверхности деталей. Среди всех материалов авиационной техники особое место занимают титановые сплавы, которые являются одними из основных конструкционных материалов в отрасли. Достаточно отметить, что на долю титана приходится до 10% от общего веса гражданского самолета [4]. Для деталей изготовленных из псевдо-а и а+р-титановых жаропрочных сплавов характерна совокупность высоких прочностных и коррозионных свойств при относительно низкой плотности и хорошей обрабатываемости [5]. Перспективным представляется разработка новых Р- и, особенно, у-титановых сплавов, причем последние, уже в ближайшем будущем, могут почти полностью заменить в авиационном двигателестроении жаропрочные стали и, даже, никелевые сплавы [5, 6]. Общая же тенденция в авиационном двигателестроении остается неизменной на протяжении последних 20 лет. На первом месте находятся проблемы снижения затрат на производство и эксплуатацию двигателей при снижении их веса и повышении рабочих характеристик на базе уже созданных материалов при экстремально возможном увеличении эффективности использования этих материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД [5].
То, что возможности повышения эксплуатационных свойств жаропрочных сплавов и, в частности, псевдо-а и а+Р-титановых жаропрочных сплавов, практически исчерпаны, подтверждается последними публикациями специалистов одного из головных институтов отрасли ВИАМ [7-9]. Все, что было предложено промышленности в этих публикациях, это «...новый жаропрочный титановый сплав, созданный на базе “относительно нового” сплава ВТ18У путем применения дополнительного легирования такими элементами, как . W и Fe, что обеспечивает увеличение предела прочности до 1030 МПа и предела

Таблица 2. Режимы облучения мишеней из жаропрочных титановых сплавов на ускорителе “СЕБА-Г.
Сплав Энергия Длительность импульса т, МКС Rp мкм Плотность энергии, Дж/см2 Процесс в поверхностных слоях
ВТ8, ВТ6,
ВТ9 110-120 15 18 17-19 плавление
36-38 испарение
>52 абляция
ВТ18У
ВТ25У 110-120 15 17 18-20 плавление
40-42 испарение
>56 абляция
Наконец распределение полей напряжений в поверхностном слое мишеней определялось с помощью программы «Betain», адаптированной к анализу лопаток ГТД, выпускаемых ММП имени В.В. Чернышева, т.е. с учетом распределений химического и фазового составов по толщине конкретных лопаток каждой серии.
Пакет программ для моделирования воздействия импульсных электронных или ионных пучков на многослойную металлическую мишень содержит для одномерной геометрии следующие системы уравнений [127, 128]:
уравнения механики сплошной среды (упругопластическая модель)
dv, _ 1 до*
dt р dz 1 dV = dv,. v dt dz’
уравнение движения;
уравнение непрерывности;
(Ш 1 dV 1 д , 57 1 .
= + (к —) + — £>(г,/); уравнение для энергии;
Л р V Ш р дг дг р
уравнения для девиаторов напряжений и условие текучести: