Разработка технологии модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток ТВД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями с применением сильноточных импульсных электронных пучков

• Автор: Крайников, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ (литературный обзор)
1. 1. Теоретические основы взаимодействия импульсных электронных пучков с
поверхностью металлических деталей
1. 2. Влияние облучения на химический состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев металлических деталей
1.3. Влияние облучения на эксплуатационные свойства деталей машин
1.4. Технологии изготовления и ремонта лопаток ТВД из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБЛУЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ
ПОВЕРХНОСТИ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ТВД
2. 1. Материалы, образцы и детали для исследования
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 турбины
3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ
НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ЖАРОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ
3.1. Исследование влияния режимов облучения на перераспределение элементов и изменений фазового состава в поверхностных слоях лопаток
3. 2. Выбор оптимальных режимов облучения
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ
ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК
4. 1. Структурные изменения в поверхностных слоях образцов
4. 2. Структурные изменения в поверхностных слоях деталей из сплавов ЖС6У и ЖС26НК
4. 3. Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных исследований
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ТВД
5. 1. Усталостная прочность
5. 2. Жаростойкость
5.3. Адгезия вакуумно-дугового покрытия СДП2 на лопатках ТВД
5. 4. Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии
5..5. Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток ТВД
6. МАХ-МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯ
6.1. Получение, свойства и перспективы использования МАХ-материалов
6.2. Получение компактных МАХ-материалов системы Ti-Si-B методом СВС-
синтеза
6.2. Получение и свойства жаростойких покрытий на основе МАХ-материалов системы
Ti-Si-B
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Повышение уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов проточной части турбины ГТД, изготавливаемых из жаропрочных материалов, является наиболее важной задачей авиационного двигателестроения [1]. Решение этой задачи осуществляется с использованием нескольких подходов: разработка перспективных поликристаллических и монокристаллических сплавов; модернизация способов изготовления, формования и обработки изделий и заготовок; развитие новых методов поверхностной обработки деталей и нанесения на их поверхность различных защитных покрытий, в том числе покрытий из наноматериалов [1]. Разработка новых жаропрочных материалов, обеспечивающих современным требованиям конструкторов авиационных двигателей к наиболее нагруженным деталям, прежде всего к лопаткам и дискам проточной части турбины, является важнейшей задачей авиационного материаловедения. Для успешного решения этой задачи в течение 5-7 последних лет во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) был создан задел в области разработки материалов для ГТД пятого и шестого поколения [2]. Здесь уместно отметить некорректность упоминания о двигателе пятого поколения, поскольку этот термин возник в приложении к созданию самолета (правильнее, истребителя), причем не предполагалось кардинального изменения ни конструкции, ни технологии производства двигателя [3]. Другое дело истребитель шестого поколения, для которого сформулированы качественно отличные требования к двигателю, а именно: снижение веса изделия при повышении рабочей температуры, прочностных и коррозионных характеристик его основных компонентов. В этой связи ВИАМом предлагается ряд никелевых сплавов с содержанием рения до 9 масс. %, а также материалы на основе интерметаллидов №зА1, ТлзА1 и Т1А1, причем делается заключение о рекордных характеристиках длительной прочности этих материалов и высокой перспективности их применения, что связано с «разработанной технологией выплавки этих сплавов, обеспечивающей», как указано в [1], «ультравысокую чистоту по вредным примесям и газам, комплексное рафинирование редкоземельньми металлами, обеспечение узких пределов химического состава». Даже не обращая внимания на неправомочность использования таких терминов как «ультравысокая чистота» (хорошо известно, что содержание примесей в высокочистых металлах не должно превышать 10-4-10'5 масс.%, а содержание основных лимитируемых примесей должно находиться на уровне 10‘6-10'7

Шыомона и Г. Сандарараяна, которые нашли широкое применение при выборе типов эрозионно-стойких защитных покрытий и методов их нанесения [46-48].
Несмотря на относительно невысокую эффективность электронно-лучевой обработки, с точки зрения повышения эрозионной стойкости лопаток из титановых сплавов, по сравнению с различными видами покрытий, рекомендуемых в отрасли для решения проблемы защиты от эрозии, этот метод поверхностной инженерии несомненно имеет хорошие перспективы, что связано с однородностью зафиксированного после облучения физико-химического состояния материала в поверхностных слоях, как на корыте и спинке лопаток, так и в окрестности их острых кромок. Кроме того, применение облучения СИЭГТ не снижает усталостной прочности и не имеет ограничений по адгезии.
Из результатов коррозионных испытаний образцов из титановых сплавов в условиях термоциклирования, приведенных в [17-19] следует, что электронно-лучевая обработка при оптимальных режимах позволяет повысить сопротивление солевой коррозии жаропрочных титановых сплавов в условиях термоциклирования более чем в четыре раза. Полученные данные свидетельствуют о том, что для облученных по оптимальным режимам мишеней характерно формирование в поверхностном слое при коррозионных испытаниях защитной пленки на основе оксида алюминия и монооксида титана, в то время как в поверхностном слое исходных, необлученных образцов или облученных при высоких плотностях энергии и не отожженных цилиндров, интенсивно протекает процесс образования диоксида титана (рутил), имеющего очень низкие коррозионные свойства. Причинами повышения коррозионной стойкости титановых сплавов в результате облучения электронным пучком в режиме плавления являются перераспределение элементов (выход на поверхность алюминия), а также снижение шероховатости поверхности и ее адсорбционной активности.
Прочностные свойства исходных и облученных образцов из титановых сплавов ВТ6 и ВТ8 определялись [17-19] на разрывной машине «Шенк» при температуре 450-500 °С по стандартной методике. После завершения испытаний измерялись относительное удлинение и сужение после разрыва, а также изучались поверхности изломов. Из результатов испытаний был сделан вывод о высокой эффективности электронно-лучевой обработки, обеспечивающей небольшое повышение предела прочности при одновременном улучшении пластичности изделий из а+р-титановых сплавов. Это особенно проявлялось после термоэкспозиции на воздухе, когда процесс разрушения инициируется интенсивным окислением. Для облученных образцов было характерно вязкое разрушение, причем очаги разрушения располагались на границе «окисленный