Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков

• Автор: Пайкин, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ (литературный обзор)

1.1 Оборудование и физические принципы

1.2 Моделирование процессов протекающих при облучении

1.3 Влияние электронно-лучевой обработки на физико-химическое состояние поверхностных слоев жаропрочных сплавов

1.4 Влияние электронно-лучевой обработки на свойства металлов и сплавов

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ОБЛУЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, ВЫБОРА РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ И ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ГТД ИЗ ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИ ЭП866ш

2.1 Материал, 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 компрессора
2.6 Методика термодинамического анализа
3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИ ЭП866ш
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
4.1 Структурные изменения в поверхностных слоях образцов и лопаток из стали ЭП866ш
4.2 Исследование процесса кратерообразования на поверхности деталей из стали ЭП866ш
4.3 Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных исследований
5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ИЗ СТАЛИ ЭП866ш

5.1 Усталостная прочность
5.2 Жаростойкость
5.3 Эрозионная стойкость
5.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования
5.5 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии.
5.6 Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток из
стали ЭП866ш
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
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]. Решение этой задачи осуществляется с использованием нескольких подходов: разработка перспективных, высоколегированных, 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. Кроме того, интенсивно реализуются исследования по созданию цельнометаллических дисков с лопатками, причем эти технологии уже нашли достаточно широкое применение на ведущих предприятиях авиационной промышленности США, России, Великобритании и Франции. В последнее время особое внимание уделяется разработке высокоинтенсивных методов поверхностной инженерии деталей машиностроения широкой номенклатуры и предельно быстрому внедрению созданных на их основе техпроцессов в промышленность[2,3].
Эта тенденция была озвучена на экспертном совещании ведущих специалистов Европейского Сообщества, которое проводилось во Франции в октябре 2001 года [1]. Результаты экспертных оценок по прогнозированию объема выпуска машиностроительной продукции с применением методов поверхностной инженерии (электролитические покрытия, композиционные покрытия, поверхностное легирование, лазерная обработка, катодное распыление, химико-термическая обработка, химическое и физическое осаждение из пара, обработка ионными и электронными пучками), сделанных 62 экспертами, позволяют прийти к заключению о приоритетности химико-термической обработки, включая обработку мощными ионными и сильноточными электронными пучками. Для этих технологий общий объем продукции в 2010 году составит более 420 Ме, что превысит объемы производства деталей с применением химического и физического осаждения из пара (250 Мс), электролитического плакирования (400 Ме), нанесения композиционных покрытий (30 Ме), и только применение метода распыления в поверхностной инженерии машиностроительной продукции ожидается в больших объемах (500 Ме). Среди же отраслей машиностроения к 2000 году наиболее широкое использование ионно- и электронно-лучевых технологий, а также технологий
исследовалась методами электронной Оже-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. Однако после завершения таких жестких испытаний, лопатки сначала промывались в дистиллированной воде, высушивались при 100 °С и только затем подвергались анализу.
Внешний вид модельных образцов, использованных в настоящей работе для определения предела усталости, сопротивления окислению и пылевой эрозии, представлены на рис 10.
2. 6. Методика термодинамического анализа
Выбор режимов облучения жаропрочных сплавов может быть осуществлен с применением двух методик. Это обусловлено применением для облучения двух различных типов ускорителей “ЭЛУ ИСЭ” и “вЕЗА-Г’. Первый тип относится к низкоэнергетическим установкам (Ес=10-20 кэВ), когда пробег электронов в твердом теле не превышает 1-3 мкм, а разогрев более глубинных слоев реализуется за счет теплопроводности. Здесь для выбора режимов облучения необходимо определять температурные поля в материале. Второй тип ускорителей характеризуется величинами пробегов электронов (Яр~20 мкм), сравнимыми со значениями расстояний, на которые тепло успевает распространиться за счет теплопроводности. В последнем случае, возможно, использовать модернизированную термодинамическую модель [85], развитую нами в [86] для оценки режимов облучения металлов и сплавов мощньми импульсными электронными пучками. Модернизация этой модели заключается в замене основных уравнений для расчета пробегов ионов и протонов на уравнения пробегов электронов в твердом теле.
Выбор режимов облучения на ускорителе “ЭЛУ ИСЭ”
Задача о нахождении температурного поля в определенном диапазоне плотностей потока энергии сводится к решению уравнения теплопроводности:
рС,(Т) <1Т(М)/сИ = (1К’>.(Т)ёгас1Т(г,0 + У(г,0 (18)
где У(г,1)- объемная плотность мощности тепловых источников: г- радиус-вектор.
В одномерном случае будем иметь:
рС,(Т) «ГГ(г,1)/<и = с1(>ХТ)с1Т(г,1)/йх|)/йх, + У(хь*) (19)
Алгоритм решения задачи (19) состоит в следующем. Глубина пробега электронов может быть вычислена из системы уравнений [87]:
Е03У1 3<Е0<13 кэВ
Ир={ (20)
2,МО-6- ЕоУ1 13<Е0<30 кэВ
В интервале 13-15 кэВ для сшивки значений глубин пробегов проводится линейная
интерполяция. В качестве функции распределения потерь энергии электронов по глубине может быть использован полином третьей степени: