Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей

• Автор: Ткаченко, Константин Иванович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОСЕКУНДНЫХ ИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ (МИЭП)
1.1. Генерация импульсных электронных пучков на основе многоострийных взрывоэмиссионных катодов
1.2. Исследовательские установки для модификации поверхностных свойств материалов
2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ, ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ И ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГТД)
2.1. Материалы, модельные образцы и детали для исследований
2.2. Оборудование и методика электронно-пучковой обработки
2.3. Оборудование и методики исследования состояния поверхностных слоев образцов и лопаток
2.4. Методики определения эксплуатационных свойств лопаток
3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИЭП ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЛОПАТОК ГТД
3.1. Численное моделирование взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами
3.2. Оптимизация параметров МИЭП
4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛОПАТОК ГТД
4.1. Усталостная прочность
4.2. Жаростойкость

4.3. Эрозионная стойкость
4.4. Сопротивление солевой коррозии в условиях 91 термоциклирования
4.5. Удаление нагара и отработанных покрытий
4.6. Испытания лопаток на технологическом изделии
5. РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЭЛЕКТРОННО- 103 ПУЧКОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ЛОПАТОК ГТД
5.1. Расчет основных параметров установки
5.2. Краткое описание конструкции установки
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
На протяжении последних 20 лет в авиационном двигателестроении 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 максимально возможном увеличении эффективности использования этих материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД. Поэтому повышение уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов проточной части турбины ГТД (прежде всего лопатки и диски компрессора и турбины), изготавливаемых из жаропрочных материалов, является наиболее важной задачей авиационного двигателестроения [1]. Для решения этой задачи в последнее время особое внимание уделяется развитию наиболее прогрессивных методов инженерии поверхности деталей, изготовленных из жаропрочных сталей, жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями и титановых сплавов, и предельно быстрому внедрению созданных на их основе техпроцессов в промышленность [2-4]. Среди таких методов можно выделить, прежде всего, нанесение гальванических покрытий, химико-термическая обработка (альфирование, азотирование, гидрирование и др.), детонационное упрочнение, плазменное нанесение покрытий, вакуумно-плазменная технология высоких энергий, электроискровой метод, анодирование, лазерная обработка, виброгалтовка, наклеп стальными шариками на ультразвуковых установках, ультразвуковое упрочнение, микродуговое оксидирование и др. В настоящее время проводятся активные исследования, имеющие целью разработку и продвижение методов улучшения свойств материалов (таких как, твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость) посредством обработки поверхности материалов интенсивными потоками энергии (ИПЭ) [5-14], такими как электронные и ионные пучки, лазерное излучение и потоки плазмы. Большой интерес к этим методам объясняется следующими особенностями: 1) изменение традиционных методов
стандартных экзоэмиссионных сканограмм для образцов - эталонов из сплавов после различной поверхностной обработки (фрезерование, шлифование, обработка микрошариками, ионная имплантация, оксидирование), включая режимы, реализуемые при температурах жидкого азота, когда химические реакции заторможены и при температурах, обуславливающих одновременное протекание процессов дефекто- и фазообразования.
Просвечивающая электронная микроскопия образцов до и после электронно-лучевой обработки осуществлялась по методике Э. В. Козлова, Ю.Ф. Иванова и Ю. П. Шаркеева [57-60].
Сканирующая электронная микроскопия проводилась при увеличении от хЮО до хбООО как непосредственно с поверхности образцов и изделий до и после электронно-лучевой обработки и после завершения испытаний, так и с поверхности поперечных шлифов и малоугловых косых шлифов, изготовленных на специальном приспособлении, разработанном и изготовленном в МАИ [56].
Измерения микротвердости были реализованы на приборах ПМТ-ЗМ и Мюготе! при нагрузке от 0,2 Н до 2 Н [61]. Микротвердость при каждой выбранной нагрузке определялась не менее чем в 10 точках для каждого из 5-7 образцов, обработанных в одинаковых режимах.
В настоящей работе величины Нц приводятся в виде средних значений с указанием среднеквадратичных ошибок или посредством указания границ интервалов, в которых лежат зафиксированные величины Нц. Кроме того, впервые была использована методика построения сканограмм микротвердости, подобно экзоэмиссионным сканограммам, когда в качестве результата измерений, представляется объемная картина распределения микротвердости по поверхности лопатки. Это позволяло определять однородность распределения микротвердости по всей поверхности лопатки, сравнивая полученные данные с экзоэмиссионными сканограммами.