Технологическое обеспечение характеристик усталостной прочности, жаростойкости и сопротивления коррозии лопаток ГТД нового поколения с применением ионных и электронных пучков

• Автор: Теряев, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Материалы, методики и аппаратура для исследования

1.1 Материалы, модельные образцы и детали для исследований

1.2 Оборудование для исследования

1.3 Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения

1.4 Методика исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней... ] о

15 Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора

1 6 Методика термодинамического и кинетического анализа для выбора режимов

облучения
• -7 Выбор метода осаждения
1.8 Выбор состава защитных покрытий
1.9 Оценка эффективности использования формируемых покрытий и методов их
осаждения
1.10 Получение, свойства, перспективы применения МАХ-фаз на основе титана
(литературный обзор)
2 Исследование физико-химического состояния поверхностных слоев образцов и
лопаток из титановых сплавов после обработки сильноточным импульсным электронным пучком
2.1 Изменения химического состава и структуры в поверхностных слоях
2.2 Изменения субструктуры в поверхностных слоях
2.3 Текстурообразованис в поверхностных слоях мишеней
2.4 Влияние релаксационных процессов на эффективность обработки поверхности
деталей СИЭП
3 Нанесение МАХ-покрытий системы титан-кремний-бор
4 Эксплуатационные свойства образцов и лопаток из титановых сплавов после
обработки сильноточными электронными и ионными пучками
4.1 Усталостная прочность
4.2 Жаростойкость
4.3 Эрозионная стойкость
4.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования
4.5 Результаты усталостных и эрозионных испытаний образцов с МАХ-нокрытиями

5 Результаты испытаний на технологическом двигателе лопаток, обработанных
концентрированными импульсными потоками энергии
5.1 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом
изделии
5.2 Подготовка лопаток к испытаниям
5.3 Результаты испытаний лопаток на технологическом двигателе
6 Разработка и создание опытного образца электронно-лучевой установки для
модификации лопаток газотурбинных двигателей «Гсза-ММП»
Выводы
Список использованных источников
Приложение А

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность проблемы.
Разработка и совершенствование методов поверхностной обработки деталей и заготовок с использованием концентрированных импульсных потоков энергии (КИПЭ) имеет ряд преимуществ перед классическими методами поверхностной механической, химической и термомеханической обработок: формирование уникального физико-химического состояния
материала поверхностного слоя; достижение рекордных точности изготовления (на нанометромом уровне) и шероховатости поверхности (1-0,05-0,06 мкм); экологическая чистота; высокая производительность (площадь поперечного сечения энергетических потоков изменяется от 30 см2 до 1 м2, а длительность импульса - от 10 не до нескольких десятков микросекунд); умеренные цены за оборудование и его обслуживание (не более 5 10 за обработку 1 м2 поверхности). Применение КИПЭ имеет по сути дела только один недостаток: высокая наукоемкость разрабатываемых технологий, обусловленная необходимостью проведения длительных и дорогостоящих исследований влияния режимов облучения на физико-химическое состояние материала в поверхностных слоях деталей.
Данная работа сконцентрирована, прежде всего, на использовании сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП), которые являются одними из наиболее, доступных и развитых видов КИПЭ для модификации свойств деталей авиационной техники и, в частности, для повышения уровня коррозионных и усталостных свойств лопаток компрессора ГТД, изготавливаемых из титановых сплавов и жаропрочных сталей типа ЭП866ш.
В последнее время разработчикам оборудования в НИИЭФА г. Санкт-Петербург (ускорители «ГЕЗА») и в ИСЭ г. Томск удалось получить широкоаппертурные электронные, импульсные пучки с высокой однородностью распределения плотности энергии по сечению, что резко интенсифицировало исследования в области модификации поверхности СИЭП. Кроме того, КПД формирования СИЭП поднимает в целом энергетику пучка до 100-200 Дж/см2) и обеспечивает, тем самым, решение большего круга задач (модификация материалов в поверхностных слоях толщиной до 30 мкм, за счет высокоскоростного плавления и последующей перекристаллизации, нанесение относительно толстых покрытий, абляция поверхностных слоев с целью ремонта поврежденных при эксплуатации изделий, перемешивание материала предварительно нанесенных покрытий толщиной до 20-30 мкм с материалом подложки и т.д.). Успехи, достигнутые научными школами проф. Проскуровского Д.И. и проф. Энгелько В.И., выглядят особенно впечатляющими с позиций международной признательности. Им удалось наладить производство и поставку своих ускорителей в такие развитые страны мирового сообщества как Германию и Японию. В России в работах Пайкина А.Г. и Белова А.Б. была показана высокая эффективность обработки СИЭП для модифицирования и ремонта лопаток ГТД из титановых сплавов и жаропрочных сталей. Однако авторам не удалось объяснить полученные

Рисунок 16. Два типа зерна, формируемых в Т1з81Сг методом импульсного разряда (а) и слоистый характер микроструктуры внутри удлиненного зерна (б).
Таблица 4. Механические свойства МАХ-материалов при 20 °С.
Вещество Модуль Юнга ГПа Модуль сдвига ГПа Коэффициент Пуассона Плотность г/см3
Пз81С2 322+2 133,6+0,8 0,200+0,007 4
Т13А1С2 297,5+2 124+2 0,200+0,007 4
ТЦАШз 310+2 127+2 0,220+0,007 4
Т1С 456-500 193+1 0,18+0,01 4
а-'П 116+2 43,6+1 - 4
р-п 126+2 19+1
Мо 318+2 122+1 - 10
Таблица 5. Коэффициенты термического расширения некоторых МАХ-материалов.
Вещество Т12А1С Т12А1Ы Т1з8Ю2 ТцАПЧз ТЮ П
«а (К'1) 7,1+0,3 8,6+0,2 8,6+0,3 9,6+0,3 7,4+0,2 8,9+0
«с (К'1) 10+0,5 7,0+0,5 9,7+0,6 8,8+0,5 7,4+0,5
Целью проведенных испытаний было металлографическое исследование поведения
усталостных трещин при циклическом нагружении, причем методически испытания были
реализованы следующим образом: испытания начинались при нагрузке 500 МПа с последующим