О некоторых аспектах повышения качества литых турбинных лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов

В условиях машиностроительного предприятия освоена технология литья рабочих монокристаллических турбинных лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава с кристаллографической ориентацией [001] на автоматизированной литейной установке для направленной кристаллизации УВНК-9А. Отработаны конструкции литейных блоков лопаток, технологии изготовления форм и стержней, плавки рабочих охлаждаемых лопаток из сплава с монокристаллической структурой заданной кристаллографической ориентации взамен технологического процесса в печах проходного типа. В условиях машиностроительного предприятия получены опытные партии монокристаллических отливок рабочих охлаждаемых лопаток с бандажной полкой с выходом годного по структуре ≥75%. Представлены результаты исследования структурно-фазовых характеристик сплава монокристаллических отливок лопаток методом растровой электронной микроскопии в литом состоянии до и после последующей термической обработки. Дан сравнительный количественный анализ микроструктуры и характеристик прочности отливок из жаропрочного никелевого сплава с кристаллографической ориентацией [001], полученных на высокоградиентной установке для направленной кристаллизации, и в установке проходного типа.

1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 1. – С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.

2. Каблов Е. Н., Толорайя В. Н. ВИАМ – основоположник отечественной технологии литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД и ГТУ // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 105–117.

3. Дубровин В.К., Кулаков Б.А., Габбасов Р.Д. Процессы физико-химического взаимодействия в печах направленной кристаллизации ПМП-2 // Материалы. Всеросс. науч.-технич. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей ГТД» [Электронный ресурс]. – М.: ВИАМ, 2017. – С. 149–159.

4. Каблов Е. Н., Ечин А. Б., Бондаренко Ю. А. История развития технологии направленной кристаллизации и оборудования для литья лопаток газотурбинных двигателей // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2020. – № 3. – Ст.01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 24.08.2020). DOI:10.18577/2307-6046-2020-0-3-3-12.

5. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). – М.: МИСиС, 2006. – 632 с.

6. Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М. Демонис И. М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2013. – № 3. – Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 10.04.2017).

7. Miller J. D., Pollock T. M. Development and Application of Optimization Protocol For Directional Solidification: Integration Fundamental Theory, Experimentation and Modeling Tools/In: Superalloys 2012. ТМS: (Minerals, Metals & Materials Society) . – 2012. – P. 653−662.

8. Betz U., Jarczyk G., Seserko P. Economic Benefit of LMC Process for the Production of Turbine Components // 4-th ALD – Symposium, China, Sanya Hainan-Island, 7–8.11.2005.

9. Miller J.D., Chaput K.J., Lee D.S., Uchic M.D. Application and Validation of Directional Solidification Model Dendritic Morphology Criterion For Complex Single Crystal Castings // Superalloys 2016. ТМS “Minerals, Metals & Materials Society”. 2016. – P. 229−236.

10. Герасимов В. В., Висик Е. М., Колядов Е. В. О неиспользованных резервах направленной кристаллизации в повышении эксплуатационных характеристик деталей ГТД и ГТУ // Литейное производство. – 2013. – № 9. – С 30–32.

11. Колядов Е. В, Герасимов В. В. Влияние приведенного размера отливки на осевой градиент температуры и макроструктуру отливок при направленной кристаллизации на установке УВНК-15 // Авиационные материалы и технологии. – 2014. – №3. – С. 3–9. DOI:10.18577/2071-9140-2014-0-3-3-9.

12. Колядов Е. В., Рассохина Л. И., Висик Е. М., Герасимов В. В, Филонова Е. В. Исследование монокристаллических рабочих турбинных лопаток из сплава ЖС32 с перспективной системой охлаждения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2018. – Т. 84, № 10. – С. 35–40.

13. Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л, Демонис И. М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 36–17.

14. Петрушин Н. В., Елютин Е. С., Королев А. В. Монокристаллические жаропрочные сплавы: состав, технологии, структура и свойства // Материалы Всеросс. науч.-технич. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования в области создания литейных жаропрочных никелевых и интерметаллидных сплавов и высокоэффективных технологий изготовления деталей ГТД» [Электронный ресурс] . – М.: ВИАМ, 2017. – С. 271–303.

15. Кузьмина Н. А., Петрушин Н. В., Висик Е. М., Еремин Н. Н., Наприенко С. А. Применение метода Лауэ для исследования структуры образца никелевого жаропрочного сплава, разрушенного в процессе механической обработки // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2020. – №10. – Ст.01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.07.2021). DOI: 10.18577/2307-6046- 2020-0-10-3-12.

16. Петрушин Н. В., Висик Е. М., Елютин Е. С. Усовершенствование химического состава и структуры литейного жаропрочного никелевого сплава с малой плотностью // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2021. – № 4. – Ст.01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.07.2021). DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-4-3-15.

17. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Петрушин Н. В., Висик Е. М. Монокристаллический жаропрочный никелевый сплав нового поколения с низкой плотностью // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 2 (35) . – С. 14−25. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-14-25.

18. Оспенникова О. Г., Висик Е. М., Герасимов В. В., Колядов Е. В. Пути повышения эксплуатационных характеристик лопаток газовых турбин // Технология металлов. – 2017. – № 1. – С. 17–24.

19. Висик Е. М., Тихомирова Е. А., Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Герасимов В. В., Живушкин А. А. Технологическое опробование нового жаропрочного сплава с низкой плотностью при литье турбинных рабочих монокристаллических лопаток // Металлург. – 2017. – № 2. – С. 34−40.

20. Шарова Н. А., Тихомирова Е. А., Барабаш А. Л., Живушкин А. А., Брауэр В. Э. К вопросу о выборе новых жаропрочных никелевых сплавов для перспективных авиационных ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2009. – № 3 (19). – С. 249−255.

21. Колядов Е. В., Висик Е. М., Герасимов В. В., Аргинбаева Э. Г. Влияние параметров направленной кристаллизации на структуру и свойства интерметаллидных сплавов // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2019. – № 3. – Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 18.10.2020) DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-3-14-26.

22. Оспенникова О. Г., Рассохина Л. И., Битюцкая О. Н., Гамазина М. В. Оптимизация технологии изготовления керамических стержней для улучшения качества литых лопаток ГТД // Новости материаловедения. Наука и технологии. – 2017. – № 3–4. – С. 4.