Разработка технологических процессов ионно-лучевой модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток компрессора и турбины ГТД

• Автор: Львов, Александр Федорович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН НЕПРЕРЫВНЫМИ И ИМПУЛЬСНЫМИ ИОННЫМИ ПУЧКАМИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ
ОБЗОР)

1. 1. Теоретические основы взаимодействия концентрированных потоков энергии с

поверхностью металлов и сплавов

1. 2. Влияние облучения на химический состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев металлов и сплавов

1. 3. Влияние облучения на эксплуатационные свойства деталей машин

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБЛУЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ГТД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

2. 1. Материалы, образцы и детали для исследования

2. 2. Оборудование для исследования
2. 3. Оборудование для ионно-лучевой обработки и методики облучения
2. 4. Методики исследования состояния поверхностных слоев облучаемых
мишеней
2. 5. Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора и
турбины
3. ВЛИЯНИЕ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
3. 1. Исследование влияния режимов облучения на перераспределение элементов в
поверхностных слоях лопаток
3.2. Выбор оптимальных режимов облучения
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА И
ТУРБИНЫ
4. 1. Структурные изменения в поверхностных слоях деталей из никелевых
сплавов
4. 2. Структурные изменения в поверхностных слоях деталей из титановых
сплавов
4. 3. Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных
исследований
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ГТД
5. 1. Усталостная прочность
5.2. Жаростойкость
5.3. Эрозионная стойкость
5. 4. Сопротивление солевой коррозии
5. 5. Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом
изделии
6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МОДИФИКАЦИИ СВОЙСТВ И РЕМОНТА ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ ГТД ИОННЫМИ ПУЧКАМИ
6. 1. Исследование процесса абляции с поверхности ремонтируемых компрессорных лопаток
с защитными покрытиями при их облучении
6.2. Определение оптимальных режимов облучения ремонтируемых лопаток для достижения
максимальных скоростей абляции
6. 3. Разработка технологических карт процессов ионно-лучевой обработки и ремонта
лопаток ГТД
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ

Акту альность проблемы.
Модификация поверхности, ремонт и восстановление свойств наиболее ответственных деталей ГТД, прежде всего лопаток компрессора и турбины, являются крайне важными проблемами стоящими перед современным авиа двигателестроением [1-4]. Действительно, разработка и внедрение новых видов защитных эрозионно - и коррозионно-стойких покрытий для лопаток компрессора и турбины уже позволили увеличить ресурс эксплуатации двигателей почти в 2 раза, обеспечив существенное повышение основных рабочих характеристик этих деталей (усталостная прочность, жаростойкость, сопротивление пылевой эрозии и горячей солевой коррозии, прочность и пластичность после термоэкспозиции, микротвердость и др.) [5-23]. Роль поверхностной обработки, ремонта и восстановления свойств лопаток и дисков, изготавливаемых из жаропрочных дорогостоящих сплавов на основе никеля, кобальта, титана, вольфрама, молибдена и других металлов, с добавками таких редких элементов, как иттрий, церий и рений, является определяющей и с позиций экономической эффективности. Последнее было отмечено руководителем отдела турбинных и механических компонентов фирмы “Pratt and Whitney” господином Е. Меесе [3] о перспективах использования титановых сплавов в авиационном двигателестроении. Дословно, им было сказано следующее: “... В настоящее время, на первый план выходят проблемы снижения затрат на производство и эксплуатацию двигателей, при сохранении рабочих характеристик деталей на заданном конструктивном уровне. Необходимо экстремально повысить эффективность использования уже созданных материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД...”. Очевидно, что это заключение имеет направленность на разработку новых прогрессивных, и в тоже время не дорогих технологий поверхностной обработки деталей и их качественного ремонта. Такие технологии должны не только повысить уровень эксплуатационных свойств, но и практически полностью заменить, на финишной стадии изготовления детали, механическую и химическую обработки.
Критический анализ последних публикаций по данной проблематике позволяет сделать вывод о том, что сформулированным требованиям, в приложении к широкой номенклатуре материалов, удовлетворяют технологии, базирующиеся на использовании концентрированных импульсных потоков энергии: импульсно-дуговая ионная имплантация, лазерная обработка, облучение мощными импульсными ионными и электронными пучками, мощное СВЧ излучение и др. [5-18]. Среди вышеперечисленных методов поверхностной обработки, на настоящем этапе развития оборудования для ее реализации, особое внимание

результатов ЭЭЭ с результатами РСА, РФА и ЭОС производили вычисление средней интенсивности ЭЭЭ (Ьээ) для данной зоны сканирования:
Ьээ = Eli/N (2.6)
Где N - число точек регистрации ЭЭЭ. Средняя интенсивность ЭЭЭ является информативной характеристикой физико-химического состояния поверхностного слоя детали после какого-либо режима обработки. Кроме этого, информативными параметрами, которые определялись при исследовании, были максимальны (Imax ) и минимальная (Imin) интенсивности, а также и мера вариаций I,33:
h = h'L(Iri)2/N]I It/N (2.7)
Экзоэмиссионный анализ несет информацию о дефектах структуры в поверхностном слое материалов толщиной h sl5-rl00 нм, приэтом известно, что с увеличением числа дефектов растет интенсивность ЭЭЭ. В то же время формирование в поверхностной зоне химических соединений с просными ковалентными связями приводит к резкому снижению величины Ьээ. Поэтому при одновременном протекании в поверхностном слое процессов дефектообразования и фазообразования, экзоэмиссионный анализ, выполняемый по классической методике, не позволяет получать однозначную информацию о физикохимической процессах, протекающих при обработке. Для решения этой проблемы было выполнено эталонирование при помощи построения стандартных экзоэмисионных сканограмм для образцов-эталонов сплавов в исходном состоянии и после различных режимов облучения, включая режимы, реализуемые при температурах жидкого азота, когда химические реакции заторможены и при температурах, обуславливающих одновременное протекание процессов дефектообразования и агрегации. В результате построения корреляционных зависимостей Ьээ = f(W) и Ьээ = f(W) могут быть выявлены те режимы различного воздействия на материал, при которых основной вклад в экзоэмиссию привносят
физические явления (формирование точечных и линейных дефектов, их миграция,
образование кластеров, распад и т. д.) [133]:
W(h*) = ЕГ, ц, (2.7)
W(h) = 1Г| ц,° (2.8)
где h* - толщина анализируемого слоя; р.,0 - стандартный химический потенциал i - той фазы; р, = р,°/ h*; Ь = адсорбция Гиббса; W - гипотетическая работа, затраченная на создание приповерхностной зоны толщиной h*;
W - плотность энергии, запасенная поверхностным слоем единичной толщины. Просвечивающая электронная микроскопия. ПЭМ образцов до и после ионно-лучевой обработки осуществлялась в ТИСИ (г. Томск) по методике Э. В. Козлова и Ю. П. Шаркеева [89-92].