Повышение эксплуатационных свойств рабочих лопаток ГТУ на основе управления процессом формирования их структуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Берестевич Артур Иванович

• Берестевич Артур Иванович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Берестевич Артур Иванович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДАННЫХ

1.1 Краткий обзор отечественного опыта изготовления и эксплуатации крупногабаритных лопаток энергетических газовых турбин большой мощности

1.2 Особенности структуры и фазового состава НЖС

1.3 Особенности ТПУ-фаз и причины их образования в НЖС

1.4 Взаимосвязь макроструктуры и эксплуатационных свойств НЖС

1.5 Технологические методы формирования оптимальной литой структуры НЖС в лопатках ГТД при равноосной кристаллизации

1.5.1 Модифицирование НЖС редкоземельными материалами

1.5.2 Объемное модифицирование НЖС

1.5.3 Поверхностное модифицирование

1.5.4 Высокотемпературная обработка расплава

1.5.5 Метод управления структурообразованием в НЖС слабым акустическим воздействием

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика и оборудование для исследования микроструктуры материала лопаток

2.2 Методика оценки макроструктуры материала

2.3 Оборудование и методика определения химического состава материала

2.4 Оборудование и методика проведения механических испытаний

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН СТРУКТУРНОЙ И ФАЗОВОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ СПЛАВА ЧС88У-ВИ, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ ЛИТЬЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГТУ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО АЛЬТЕРНАТИВНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

3.1 Методика исследования структурной и фазовой нестабильности материала лопаток

3.2 Оценка химического состава материала лопаток разрушенных в процессе экслуатации ГТУ (наработка 3500 часов)

3.3 Металлографический анализ материала лопаток разрушенных в процессе экслуатации ГТУ (наработка 3500 часов)

3.4 Определение механических свойств материала лопаток разрушенных в процессе экслуатации ГТУ (наработка 3500 часов)

3.5 Оценка вероятности образования ТПУ-фаз в сплаве ЧС88У-ВИ с использованием компьютерной аналитической программы «Расчетная система суперславов»

3.6 Выбор оптимального альтернативного материала для изготовления крупногабаритных отливок рабочих лопаток ГТУ большой мощности

3.6.1 Обзор сплавов, применяемых для изготовления лопаток промышленных ГТУ в РФ и за рубежом

3.6.2 Изготовление образцов и натурных лопаток для сравнительных испытаний сплавов ЦНК7П-ВИ, ЧС88УМ-ВИ и IN738LC

3.6.3 Оценка макроструктуры материала натурных лопаток из сплавов ЦНК7П-ВИ, ЧС88УМ-ВИ и IN738LC

3.6.4 Оценка микроструктуры материала натурных лопаток из сплавов ЦНК7П-ВИ, ЧС88УМ-ВИ и IN738LC

3.6.5 Испытания кратковременных механических свойств материала литых образцов из сплавов ЦНК7П-ВИ, ЧС88УМ-ВИ и IN738LC

3.6.6 Испытания предела длительной прочности образцов из сплавов ЦНК7П-ВИ, ЧС88УМ-ВИ и IN738LC

3.6.7 Результаты оценки микроструктурного состояния материала литых образцов из сплава ЦНК7П-ВИ и IN738LC после длительного высокотемпературного старения

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВА IN738LC ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГТУ

4.1 Исследование микроструктуры и свойств материала крупногабаритных лопаток из сплава IN738LC после термической обработки, проведенной по типовым режимам

4.2 Подбор режимов термической обработки для крупногабаритных рабочих лопаток из сплава IN738LC для обеспечения структурной стабильности материала

Выводы по главе

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ОТЛИВКИ ТИПА «ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГТУ» ИЗ СПЛАВА IN738LC С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ДВУСТОРОННЕГО

МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ, РЕГЛАМЕНТИРОВАННОЙ МАКРО И МИКРОСТРУКТУРЫ СПЛАВА

5.1 Описание программы проведения эксперимента

5.2 Разработка состава керамической композиции на основе модификатора АК-3 для изготовления керамического стержня для реализации технологии двухстороннего поверхностного модифицирования отливки из сплава Ш738ЬС

5.3 Изготовление опытной партии отливок типа «охлаждаемая лопатка ГТД» из сплава IN738LC с применением технологии двухстороннего поверхностного модифицирования

5.4 Термическая обработка с двухступенчатым старением на крупногабаритных рабочих лопатках из сплава IN738LC

5.5 Контроль отливок

5.6 Анализ результатов исследования параметров макро- и микроструктуры отливок

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационных свойств рабочих лопаток ГТУ на основе управления процессом формирования их структуры»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Как известно [1], ресурс газотурбинных двигателей (ГТД) в большей степени зависит от надежности лопаток турбин, являющихся одними из наиболее ответственных и нагруженных деталей. При эксплуатации на двигателе профиль пера и замковая часть лопаток подвергается экстремальным нагрузкам [2, 3], к которым относятся:

- изгибающие и растягивающие напряжения до более 100 МПа;

- высокие вибрации и знакопеременные нагрузки;

- повышенные рабочие температуры до 1000-1150оС;

- высокоагрессивная среда;

- циклические термические напряжения, возникающие от многократнo повторяющихся быстрых нагревов при запуске ГТД и охлаждений в момент остановки, либо при смене режима работы.

Харaктерные разрушeния рабoчих лопаток вoзникают из-за низ^й длительшй прочшсти сплавoв, на вторую oказывает oтрицательное влияние требуемая по услoвиям рабoты двигателя повтoрность нагружения. Статичес^е разрушение лoпаток вследствиe недостаточшй длительнoй прочнoсти мoжет наблюдаться в результате мвышения температуры газа, снижения свoйств материала из-за отклoнения от регламентирoванных режимoв термическoй и механичес^й обрабoток [4,5]. Кроме того, в процессе эксплуатации под воздействием циклических нагрузок встречаются разрушения рабочих лопаток вследствие недостаточной усталостной прочности материала.

Указанные обстоятельства требуют применения для рабочих лопаток ГТД материалов, обладающих низкой чувствительностью к концентраторам напряжений, высокой жаропрочностью и выносливостью (усталостной прочностью).

Таким образом, экстремальные, многофакторные условия нагружения лопаток обуславливают высокие требования к выбору материалов,

предназначенных для изготовления данных деталей, а разработка и освоение технологических процессов производства рабочих лопаток, гарантирующих их безаварийную эксплуатацию в течение заданного ресурсного периода, имеет решающее значение для обеспечения надежности ГТД в целом [6].

Для изготовления рабoчих лoпаток исшльзуются литейные никелевые жарoпрочные сплавы (НЖС), классифицируемые как дисперсш-упрoчняемые слoжнолегированные матeриалы. Поэтому, oсновные эксплуатациoнные свoйства матeриала лoпаток, такиe как жарoпрочность, пластичшсть, сoпротивление усталoсти нaпрямую зaвисят oт химическoго, фазoвого сoстава и структуры сплавoв [7-14].

В настоящее время, благодаря значительному объему проведенных исследовательских работ разработано и используется, при изготовлении рабочих лопаток ГТД, достаточно большое количество технологических методов и решений, направленных на оптимизацию структуры, снижение уровня микропористости в объёме отливки и повышение усталостных и прочностных свойств материала лопаток. К ним относятся: технологии литья с обеспечением направленной кристаллизации отливок, высогатемпературная oбработка расплавoв перед заливкой, модифицирование сплавов, горячее изoстатическое прeссование (ГИП) отливок, термическая обработка.

Однако, как показывает анализ производственного опыта изготовления и эксплуатации отечественных газотурбинных установок с мощностью 110 МВт, несмотря на положительные результаты многочисленных исследований [15-21] и внедренных, на их основании, технологических решений, направленных на мвышение усталoстных хaрактеристик рабoчих лoпаток, полностью решить задачу по обеспечению требуемым ресурсом данных деталей не удалось.

Учитывая, что на сегодняшний день в нашей стране основу парка газотурбинных энергетических установок составляют зарубежные турбины, вопрос о создании в данном классе конкурентоспособной отечественной

продукции, не уступающей по своему качеству, надежности и цене лучшим зарубежным образцам стоит особенно остро.

Поэтому исследования, направленные на поиск новых технологических решений, обeспечивающих повышeние эксплуaтационных свoйств лoпаток ГТД являются весьма актуальными.

Поэтому целью диссертационной работы являлось повышение эксплуатационной надежности крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ на основе выбора альтернативного жаропрочного сплава, обладающего более высокой структурной и фазовой стабильностью и совершенствования технологии литья и термической обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Выполнить анализ и систематизацию причин, которые оказывают влияние на снижение усталосных характеристик материала в процессе эксплуатации рабочей лопатки ГТУ.

2. Выполнить анализ и систематизацию технологических методов управления характеристиками жаропрочных никелевых сплавов на микро и макроуровне в процессе литья для обеспечения заданного уровня эксплуатационных свойств рабочей лопатки.

3. На основании выявленных причин и технологических факторов формирования отливки, оказывающих негативное влияние на формирование эксплуатационных характеристик материала лопатки, выполнить сравнительную оценку известных жаропрочных никелевых коррозионных сплавов, применяемых для изготовления крупногабаритных рабочих лопаток промышленных ГТУ.

4. Разработать комплексное технологическое решение, направленное на минимизацию и исключение основных причин снижения эксплуатационных характеристик лопатки ГТУ.

Научная новизна диссертации заключается в следующих положениях:

1. Установлено, что снижение эксплуатационных характеристик крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ, изготовляемых из никелевых жаропрочных сплавов обусловлено наличием в них металлургических дефектов, прежде всего кристаллизационного и усадочного характера, а также образованием в процессе их эксплуатации топологически плотноупакованных фаз пластинчатой формы, что приводит к резкому охрупчиванию сплава и возникновению микротрещин;

2. Сформулированы условия и критерии выбора сплава для конкретной отливки в зависимости от условий ее эксплуатации, что позволило из ряда существующих никелевых жаропрочных сплавов выбрать сплав Ш738 LC, обеспечивающий достижение целевых показателей по эксплуатационным свойствам за счет достижения требуемой структурной и фазовой стабильности;

3. Разработана оригинальная технология двухстороннего поверхностного модифицирования сплава Ш738 LC непосредственно в литейной форме, заключающаяся во введении модификатора в первый слой керамической формы и в состав массы при изготовлении стержня, которая позволяет устранить возникающую разнозеренность в местах сопряжения замковой части отливки с пером и повысить усталостные характеристики отливки;

4. Установлены закономерности протекания структурных и фазовых превращений в сплаве Ш738 LC при формировании отливки и ее последующей обработке и эксплуатации, предложен новый режим термической обработки, включающий высокотемпературную гомогенизацию при температуре 1175° С и двухстадийное старение при температурах 1120оС и 845оС, что обеспечило формирование равномерной макро и - микроструктуры во всем объеме отливки и достижение требуемого по ТУ уровня свойств.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Выполнена систематизация причин фазовой и структурной на макро и микроуровнях неоднородности НЖС, приводящие к снижению эксплуатационных характеристик изделия.

2. Выполнено комплексное исследование фазового и структурного состава известных коррозионностойких НЖС с учётом технологических условий формирования типовых отливок, а также математический прогноз склонности к выпадению ТПУ-фаз в зависимости от исходного марочного состава сплавов.

3. Разработан состав керамической композиции на основе модификатора

АК-3 для изготовления керамического стержня для реализации технологии двухстороннего поверхностного модифицирования отливки из сплава IN738LC.

4. Разработана технология изготовления крупногабаритной лопатки ГТУ из сплава IN738LC с применением поверхностного модифицирования, как наружной поверхности, так и внутренней полости отливки, которая опробована в условиях производства.

5. Разработан и опробован в условиях производства режим специальной термической обработки натурных рабочих лопаток из сплава IN738LC, состоящий из гомогенизации с последующим с двухступенчатым старением.

Методология и методы исследования:

Для достижения поставленных целей был использован современный комплекс металлофизический исследований, который включал в себя оптическую и электронную микроскопию, спектральный и микрорентгеноспектральный анализ, специальные методы неразрушающего контроля (рентгеновский и контроль проникающими веществами), методы

определения механических свойств сплава, включая испытания на кратковременную и длительную прочность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа причин структурной и фазовой нестабильности материала крупногабаритных лопаток из сплава ЧС88У-ВИ.

2. Итоги сравнительных исследований микроструктуры, механических свойств, оценки фазовой стабильности «кандидатных» сплавов, рассматриваемых в качестве замены сплава ЧС88У-ВИ для изготовления крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ большой мощности

3. Технология изготовления крупногабаритной отливки из сплава Ш738ЬС с применением двустороннего модифицирования поверхности отливки, разработка стержневой композиции на основе модификатора АК-3.

4. Особенности влияния различных температурно-временных параметров при гомогенизации и старении крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ на морфологию, размеры структурных составляющих и свойства сплава IN738LC.

Степень достоверности результатов:

Достоверность обеспечивается корректным применением основных положений теории затвердевания отливки, фундаментальных тепловых и материаловедческих закономерностей, использованием методов математической статистики для обработки результатов экспериментов, подтверждается хорошим совпадением результатов экспериментальных и теоретических исследований, и положительным результатом при опробовании и внедрении результатов исследований в производственных условиях ПАО «ОДК-Сатурн».

Личный вклад автора:

Вклад автора заключается в теоретическом обосновании поставленных целей и задач, планировании и проведении экспериментальных

исследований, интерпретации и обобщении полученных результатов, формулировании выводов, разработке состава стержневой композиции для поверхностного модифицирования, подборе технологических параметров литья и термической обработки отливок, формулировании основных выводов и положений, выносимых на защиту.

Апробация работы:

Основные материалы диссертационной работы обсуждались на: Специальном заседании НТС ОДК доклад о внедрении материала IN738LC в ГТУ разработки предприятий, входящих в АО "ОДК", ноябрь 2018 г., Москва; Всероссийской выставке-конференции «Металлэкспо-2019», Москва, ВДНХ, 2019 г.; Прогрессивные литейные технологии. Москва, МИСиС, 2022, доклад на тему: Разработка процесса двухстороннего модифицирования отливки «Лопатка» и на V всероссийской НТК молодых ученых - «Прогрессивные материалы и технологии изготовления заготовок» с докладом на тему «Разработка процесса двухстороннего поверхностного модифицирования отливки «Лопатка ГТД». - Рыбинск: РГАТУ имени П.А. Соловьёва, 2022 г.; доклад на тему: Повышение эксплуатационных свойств рабочих лопаток ГТУ на VIII Международном технологическом форуме «Инновации. Технологии. Производство» (МТФ-2022). - Рыбинск РГАТУ имени П.А. Соловьёва, 2022 г.

Работа соответствует паспорту специальности 2.6.1. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов по пунктам: п.2. Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях, включая технологические воздействия, и влияние сварочного цикла на металл зоны термического влияния, их моделирование и прогнозирование; п.3. Теоретические и экспериментальные исследования влияния разнородных структур, в том числе кооперативного, на физические, химические, механические, технологические и

эксплуатационные свойства металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование; п. 4. Теоретические и экспериментальные исследования термических, термоупругих, термопластических, термохимических, термомагнитных, радиационных, акустических и других воздействий на изменение структуры и свойств металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование; п.6. Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов объемной и поверхностной термической, химикотермической, термомеханической и других видов обработок, связанных с термическим или термодеформационным воздействием, цифровизация и автоматизация процессов, а также разработка информационных технологий систем сквозного управления технологическим циклом, специализированного оборудования; п.8. Исследование работоспособности металлов и сплавов в различных условиях, выбор и рекомендация наиболее экономичных и надежных металлических материалов для конкретных технических назначений с целью сокращения металлоемкости, увеличения ресурса работы, повышения уровня заданных физических и химических характеристик деталей машин, механизмов, приборов и конструкций.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в изданиях, входящих в перечень ВАК. Получены 5 патентов на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников; изложена на 172 страницах, содержит 62 рисунка и 38 таблицы. Список литературы включает 123 наименований.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДАННЫХ

1.1 Краткий обзор отечественного опыта изготовления и эксплуатации крупногабаритных лопаток энергетических газовых турбин большой мощности

Известно [6], что первый отечественный опыт изготовления литых крупногабаритных рабочих лопаток для энергетических газовых турбин большой мощности относится к середине 1990-х годов при поэтапном достижении проектной начальной температуры газа 1100°С для турбин ГТЭ-150 мощностью 157 МВт производства «ЛМЗ» (ПАО «Силовые машины»). На первом этапе температура газа на входе в турбину составляла 950 °С и рабочие лопатки изготавливались из деформируемого никелевого сплава ЭП957-ВД. На втором этапе, при повышении температуры газа на входе в турбину до 1100°С возникла необходимость в охлаждаемой конструкции лопаток, что потребовало применения литейных НЖС. Были проведены отливки опытных партий рабочих лопаток 1 и 2 ступеней из сплавов ЗМИ-3, ЗМИ-3У, ЧС70-ВИ и ЖС26У-ВИ. Отливка заготовок лопаток из этих сплавов проводилась на украинских предприятиях АО «МОТОР-СИЧ» и ГП НПГК «Зоря»-«Машпроект». Однако данный опыт не увенчался успехом. По результатам испытаний (проведенных в ОАО «ВТИ») по определению кратковременных механических свойств образцов, изготовленных из массивных частей лопаток, был установлен значительный разброс по уровню прочностных и пластических свойств с отклонениями ниже требований нормативной документации на сплавы. В продолжение опытных работ по выбору наилучшего альтернативного материала для изготовления лопаток турбин ГТЭ-150 на Заводе турбинных лопаток «ЗТЛ» (г. Санкт-Петербург, ПАО «Силовые машины») были отлиты заготовки рабочих лопаток 1 и 2 ступеней из сплава ЖС6К, но проблему с обеспечением необходимого уровня механических свойств по тем же причинам решить так и не удалось.

По результатам исследований качества отливок лопаток были сделаны выводы о необходимости доработки литейной технологии производства лопаток. К сожалению, продолжения работы не получили, а литейное производство лопаток из никелевых сплавов на «ЗТЛ» впоследствии было прекращено.

В последнее десятилетие в Российской Федерации было освоено производство всего двух энергетических газовых турбин.

Первая из них - турбина ГТЭ-65 производства «ЛМЗ» (ПАО «Силовые машины», г. Санкт-Петербург) имеет мощность 65 МВт. Применение высокоэффективной системы охлаждения для рабочих лопаток турбины позволило использовать для их изготовления литейные никелевые сплавы с равноосной кристаллизацией. На этапе проектирования в качестве материала лопаток был выбран отечественный сплав ЧС70У-ВИ. Впоследствии было принято решение заменить его на более технологичный (с точки зрения крупногабаритного литья) и более жаропрочный зарубежный сплав Ш792. На «ЛМЗ» были разработаны собственные технические условия на шихтовую заготовку из сплава Ш792, предусматривающие пониженный допустимый разброс содержания основных легирующих элементов и ужесточение требований к применяемым отходам. Поставка шихтовых заготовок и отливка лопаток производились зарубежными фирмами. При отливке лопаток применялась технология поверхностного модифицирования, обеспечивающая получение на поверхности лопаток мелкого макрозерна для повышения их конструкционной и усталостной прочности. Термическая обработка лопаток включала обязательную для сплава Ш792 операцию ГИП (горячего изостатического прессования), обеспечивающую повышение плотности литых заготовок лопаток, повышение пластичности и снижение разброса свойств. В силу ряда причин, не связанных с отливкой лопаток, турбина ГТЭ-65 не была запущена в серийное производство.

Второй отечественной газотурбинной установкой, выпущенной в последние десятилетия, является турбина ГТЭ-110 с мощностью 110 МВт и

температурой газа на входе 1210оС. Она была разработана еще в 1990-х годах в ГП НПКГ «Зоря» - «Машпроект» (Украина). Ее лицензионное производство было освоено в начале 2000-х годов в ПАО «НПО «Сатурн» (г. Рыбинск). Всего было изготовлено восемь турбин ГТЭ-110.

Схематичный разрез газотурбинной установки ГТЭ-110 представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схематичный разрез газотурбинной установки ГТЭ-110: 1 - входной направляющий аппарат; 2 -передняя опора; 3 - лопатки ротора компрессора; 4 - лопатки статора компрессора; 5 - диски ротора компрессора; 6 - камера сгорания; 7 - лопатки ротора турбины; 8 - лопатки статора турбины; 9 -диски ротора турбины; 10 - вал ротора; 11 - задняя

опора

Необходимо отметить, что газотурбинная установка (двигатель) является «тепловой машиной» в которой происходит сжатие газа и его нагрев. Эти процессы реализуются в компрессоре (рисунок 1, позиции 3-5). При нагреве происходит существенное увеличение энергии газа за счет сжигания топлива в камере сгорания (рисунок 1, позиция 6). Затем газовый поток через турбину (рисунок 1, позиция 7-9) направляется в сопло. При этом

часть энергии расходуется на вращение турбины (и соответственно компрессора, т.е. превращается в работу по повышению давления и температуры рабочего тела), а остальная часть газового потока с высокими энергией и температурой направляются в свободную турбину для обеспечения работы компрессора в газоперекачивающем агрегате, а также генератора для получения электрической энергии.

В процессе эксплуатации из всей номенклатуры деталей ГТД наиболее нагруженными являются лопатки турбины. Известно [22-24], что порядка 30% всех отказов газотурбинных двигателей связано с выходом из строя именно лопаток из них приблизительно 42 % составляют усталостные разрушения, а 33 % - сочетание малоцикловой усталости и вибрационных напряжений.

Указанный факт обуславливает повышенное внимание к выбору материалов для изготовления лопаток турбины.

Разработчиком турбины газотурбинной установки ГТЭ-110 для рабочих лопаток было обосновано применение литейного никелевого сплава равноосной кристаллизации ЧС88У-ВИ, успешно используемого в качестве материала малогабаритных лопаток судовых газотурбинных двигателей, длительно работающих в условиях повышенной агрессивности продуктов сгорания дизельного топлива и окружающей морской среды, а также турбин газоперекачивающих станций мощностью до 25 МВт.

Однако ввиду масштабного фактора и сложной геометрии, при изготовлении в 2000-х годах в ПАО «НПО «Сатурн» первых комплектов крупногабаритных отливок рабочих лопаток для ГТЭ-110 возникли трудности с обеспечением требуемого уровня свойств.

Впоследствии по результатам проведенных исследований [15-21] и анализа качества изготовления лопаток были оптимизированы технология литья и режимы термической обработки сплава ЧС88У-ВИ для крупногабаритного литья, но, как отмечалось выше, полностью решить задачу по обеспечению требуемым ресурсом данных деталей так, и не

удалось. В процессе эксплуатации газотурбинных установок отмечались случаи образования термоусталостных трещин на рабочих лопатках, обусловленных воздействием значительных термических напряжений, суммируемых с напряжениями, появляющимися в результате действия газового потока, а также от центробежных сил. Типовой вид трещин на лопатках, выявляемых при люминесцентном контроле после эксплуатации представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Вид трещин, после эксплуатации, выявляемых при люминесцентном контроле в зоне радиуса перехода пера в полку, на рабочих

лопатках из сплава ЧС88У-ВИ По данным многочисленных исследований причинами зарождения трещин являлись, происходящие в материале лопаток при работе на двигателе структурные изменения, выраженные в виде виделений в сплаве топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз пластинчатой формы, которые, как известно [3,5,9], приводят к резкому снижению прочностных характеристик никелевых жаропрочных сплавов, а также отдельные крупные зерна в макроструктуре лопаток.

Характерный вид макро и микроструктуры материала лопаток показан на рисунке 1.3.

(в)

Рисунок 1.3 - Характерный вид макро- и микроструктуры материала рабочих лопаток из сплава ЧС88У-ВИ после работы на двигателе: (а, б - выделения ТПУ-фаз в микроструктуре материала лопаток (увеличение х500 и х 10000 соответственно; в - отдельные крупные макрозерна в материале лопаток)

Таким образом, представленный выше краткий обзор отечественного опыта изготовления и эксплуатации энергетических газовых турбин большой мощности подчеркивает актуальность и важность работ, направленных на исследование и купирование причин формирования макро- и микроструктурной неоднородности сплавов для повышения надежности и обеспечения ресурса крупногабаритных рабочих лопаток ГТД.

1.2 Особенности структуры и фазового состава НЖС

Известно [7], что НЖС представляют собой сложные многокомпонентные гетерофазные системы, уровень температурной работоспособности и высокая термическая стабильность которых определяются комплексом термодинамических, кинетических и структурных факторов. К термодинамическим факторам относятся: энергия межфазных границ, растворимость легирующих элементов в фазовых составляющих и температурная область существования упрочняющих фаз [25]. К кинетическим - диффузионная подвижность легирующих элементов в фазах и на многочисленных поверхностях раздела.

К структурным факторам относятся - количество, размер, морфология и распределение структурных составляющих, а также степень структурного совершенства и многообразные внутренние поверхности раздела (границы зерен, микропоры, межфазные границы, субструктура и т.д.) [25].

Структура жаропрочных сплавов наряду с химическим составом, является одним из основных факторов, определяющих их свойства, такие как жаропрочность, пластичность, сопротивление усталости и другие. Поэтому получение оптимальной для данного сплава структуры является важным условием получения требуемых свойств и обеспечения повышенной работоспособности материала.

Структура НЖС состоит из матрицы (у-фазы), представляющей собой сложнолегированный твердый раствор на основе никеля, и у'-фазы -твердого раствора на основе интерметаллидного соединения Мз(Л1, Т^. При этом высокий уровень жаропрочности обусловлен, наряду с упрочнением у'-фазой, эффектом наибольшего упрочнения у-твердого раствора легирующими элементами; главным упрочнителем является у'-фаза, частицы которой создают надежные препятствия для скольжения и переползания дислокаций в условиях высокотемпературной ползучести. Основная ее часть образуется при распаде пересыщенного у-твердого раствора.

Уровень жаропрочности сплава во многом зависит от количества у'-фазы в материале, ее морфологии, размера и стабильности при высоких температурах (в том числе в условиях воздействия комплекса статических, усталостных и термических нагрузок).

Известно [7], что выделившиеся частицы у'-фазы в литом металле заметно различаются по размеру. Это связано с тем, что междендритный расплав при кристаллизации обогащается у'-образующими элементами, что приводит к увеличенному размеру и объему у'-выделений в междендритных областях. При нагреве сплавов, в процессе термической обработки, до температуры полного растворения у'-фазы (Тп.р.) или превышающей ее, происходит устранение дендритной ликвации.

Принято считать [7], что наиболее высокие жаропрочные свойства никелевых сплавов достигаются при определенных размерах частиц упрочняющей у'-фазы, равных примерно 0,35-0,40 мкм. Эти параметры обеспечиваются корректно выбранными температурой нагрева (в интервале 1000-1200 °С в зависимости от сплава) и временем выдержки (4-8 часов) при термической обработке, а также высокой скоростью охлаждения (обычно более 100 °С/мин) после гомогенизации, являющейся первой стадией термической обработки НЖС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Берестевич Артур Иванович, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Свищев, Г.П. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей/ Свищев Г.П. Биргер И.А.- М.: Машиностроение, 1969. - 206с.

2. Золоторевский, В.С. Механические свойства металлов. [Текст]/ Золоторевский В.С.: Справочник - М: Металлургия, 1983.- 352 с.

3. Каблов, Е.Н. Литые лопатки ГТД. Сплавы, технологии, покрытия. Кол.авт. сб. под ред.Е.Н. Каблова.-М: Наука, 2006. - 372 с.

4. Кишкин, С.Т. Влияние рекристаллизованного поверхностного слоя на механические свойства отливок из сплава ЖС6У/С.Т. Кишкин, А.В. Логунов, А.И.Луковкин и д.р //Проблемы прочности-1984.- №7.-с.46-49.

5. Логунов, А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбиню.-Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии» 2017.-854 с.

6. Казанский, Д.А. Перспективы освоения производства крупногабаритных литых лопаток для отечественных и зарубежных энергетических газовых турбин/ А.Д. Казанский, Д.А. .-Теплоэнергетика, 2017, №10, с.60-69.

7. Каблов, Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей [Текст] / Е.Н. Каблов - М.: Наука, 2006. - 632 с.

8. Патон, Б. Е. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления [Текст] / Б.Е. Патон, С.Т. Кишкин, Г.Б. Строганов -Киев: Наукова думка, 1987. - 256 с.

9. Симс, Ч. Жаропрочные сплавы [Текст] / Ч. Симс, В. Хагель - М., Металлургия, 1976. - 568 с.

10. Kenneth, H. Single crystal (Single grain) allou. [Text] / H. Kenneth, L. Gary Erickson // Патент США, заявл.15.01.82, №339318.

11. Дзюнья, О. Жаропрочный сплав кобальта. [Текст] / О. Дзюнья ,В. Сабуро, Я. Китти, Г. Сёдзи. // Заявка Японии, заявл.29.03.83, №58-53354.

12. Hrbacek, К. The structural stability of the nikel - base superalloy at high temperatures. [Text] / К. Hrbacek, Karel, Kudnnan Yiris, Haki Yan // Pech Radovan // Prakt Metallorg, 1985. - №4, - С. 171-185.

13. Векслер, Ю. Т. Влияние замены углерода бором на структуру и свойства никелевого сплава с высоким содержанием титана. [Текст] / Ю. Т. Векслер и др. // Физика и металловедение, 1985. - №1. - С.82-89.

14. Vyklisku, M. Zarunuzdorne slitiny pro nejvyssi teploty pouziti. [Text] / М. Vyklisku, R. Y. Neumann, L. Yablansku // Strojirenstvi, 1984. - №11, - С. 618623.

15. Квасницкая, Ю.Г. Оптимизация режимов термической обработки крупногабаритных отливок из сплава ЧС88У-ВИ для рабочих лопаток изделия ГТГ-110/ Ю.Г.Квасницкая, О.В. Клясс, В.А. Крещенко // Материалы конференции в ГП НПГК «Зоря»-«Машпроект», май 2004.

16. Монастырская, Е.В. Структура, фазовый состав и свойства коррозионно-стойкого жаропрочного сплава ЧС88У/ Е.В. Монастырская, Г.И. Морозова, Ю.Б. Власов// Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 8.-С. 56.

17. Клыпина, А.М. Оценка качества металла литых рабочих лопаток из никелевого сплава ЧС88У-ВИ/ А.М. Клыпина, Л.Д. Чистякова, Д.А. Казанский // Электрические станции. 2009. №1.- С. 28

18. Голубенцев, А.В. Влияние поверхностного модифицирования на усталостные характеристики отливок из сплава ЧС88У-ВИ/ А.А. Голубенцев,

A.А.Шатульский// Заготовительные производства в машиностроении, Ж.-2014. -№10.- С. 6-9.

19. Голубенцев, А.В. Утепление литейных форм-эффективный способ предотвращения усадочной пористости в отливках крупногабаритных лопаток ГТД из жаропрочных сплавов/ А. В.Голубенцев, О.В. Немтырев,

B.К. Кононенко, А.А. Шатульский// Вестник РГАТУ имени П.А.Соловьева. -2014.-№4(31). -с.66-71.

20. Голубенцев, А.В. Совершенствование режимов термической обработки рабочих лопаток ГТД из сплава ЧС88/ А.В. Голубенцев, А.А.Шатульский// Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева, №1 (32). -2015 С,99-104.

21. Голубенцев, А.В. Повышение выносливости рабочих лопаток газотурбинных двигателей на основе совершенствования технологии литья/

A.В. Голубенцев, А.А.Шатульский// Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 6. С. 3-7.

22. Крымов, В. В. Производство газотурбинных двигателей [Текст] /

B.В. Крымов, Ю.С. Елисеев, К.И. Зудин- М.: Машиностроение, 2002. - 376 с.

23. Семенченко, И.В. Повышение надежности лопаток газотурбинных двигателей технологическими методами [Текст] / И.В. Семенченко, Я.Г. Мирер - М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.

24. Гецов, Л.Б. Детали газовых турбин: Материалы и прочность [Текст] / Л.Б. Гецов - Л.: Машиностроение, 1982. - 296 с.

25. Глезер, Г.М. Авиационные материалы на рубеже 20-21 веков/ Г.М. Глезер, Е.Б.Качанов, С.Т. Кишкин// Сборник трудов. - М.: ВИАМ, 1994, с.244-252.

26. Guédou, J.Y. N18, PM superalloy for disks: development and applications [Text] / J.Y. Guédou, J.C. Lautridou, Y. Honnorat, et al. // Superalloys-1992, TMS, 1992, -P. 267-276.

27. Kamaraj, M. Rafting in single crystal nickel-base superalloys - An overview / M. Kamaraj // Sadhana, - 2003, - P. 115-128.

28. Голубовский, Е.Р. Температурно-временная зависимость анизотропии характеристик длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов [Текст] / Е.Р. Голубовский, И.Л. Светлов // Проблемы прочности, - 2002, - № 2(356), - С. 5-19.

29. Reed, R.C. The superalloys. Fundamentals and Applications [Text] / R.C. Reed // - New York: Cambridge: University Press, - 2006, - 372 P.

30. Панкратов, В.А. Применение литейного никелевого жаропрочного сплава ВЖЛ12У в современных конструкциях/ В.А. Панкратов, В.П. Фоменко // Конструкционные и жаропрочные материалы для новой техники.-М.: Наука, 1978.-с.36-39.

31. Лашко, Н.Ф. Литейный жаропрочный сплав/ Н.Ф. Лашко, А.П. Сонюшкина, К.Я. Шпунт и др. //Конструкционные и жаропрочные материалы для новой техники, М.: Наука, 1978.-с.23-31.

32. Д.В. Ливанов Физика металлов - М: МИСиС, 2006.-280С.

33. Захаров, А.М. Диаграммы состояние двойных и тройных систем/ А.М. Захаров. - М: Металлургия, 1978.-296 с.

34. Симс, С.Т. Суперсплавы/ С.Т Симс, Н.С. Столофф, У.К. Кагель. -М.: Металлургия, 1995. -384 с.

35. Woodyatt, J.R. Prediction of sigma type phase occurrence from compositions in austenitic super alloys/ J.R. Woodyatt, C.T. Sims, H.J. Beattie // Trans AIME, 1966, v.236 №4.- p.519-527.

36. И.Л. Светлов Концентрационная зависимость периодов решеток у- и у'- фаз в никелевых жаропрочных сплавах/ И.Л. Светлов, И.В. Олдаковский, Н.В. Петрушин // ВИАМ. - 1990. [Электронный ресурс] Режим доступа http://viam.ru/public

37. Greenfield, P. Intermediate phases in binary systems of certain transition elements/ P. Greenfield, P.A.// Trans AIME, 1956, v.206, №2.- р.265-276.

38. Морозова, Г.И. Закономерность формирования химического состава у'/у-матрицы многокомпонентного никелевого сплава/Г.И. Морозова//ДАН СССР.1991. Т.320. №6.-с.1413-1416.

39. Морозова, Г.И. Сбалансированное легирование жаропрочных никелевых сплавов/Г.И. Морозова // Металлы. -1993.-№1.-с.38-41.

40. Ртищев, В.В., НПО ЦКТИ им. И.И.Ползунова. Применение компьютерной программы PSCPCSP для оптимизации состава серийных и

разработки новых жаропрочных сплавов на никелевой основе/ В.В.Ртищев // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1995. - №11. - с.28-34.

41. Химушин, Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы/ Ф.Ф. Химушин //М. Металлургия -1969. - с.752.

42. Буравихин, В.А. Изв.АН СССР (Сер.Металлы)/ В.А. Буравихин, М.В.Прытов-1984. -№1. - с. 69-71.

43. Баландин, Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок. Кристаллизация в литейной форме/ Г.Ф. Баландин- М.: Машиностроение, 1973. - 288 с.

44. Семенченко, В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах/ В.К. Семенченко. - М.: Гостехиздат, 1957. - 291 с.

45. Кунин, Л.А. Поверхностные явления в металлах/ Л.А.Кунин. -М.: Металлургиздат, 1955. - 492 с.

46. Ермолаев К.Н. О механизме модифицирования металлов/ Ермолаев К.Н. Вертман А.А., Самарин А.М.// М.: Наука, 1974. Стр. 70-73

47. Yamaguchi S. Effect of minor elements on hot workability of nickelbase superalloys/ Yamaguchi S., Kobauashi H., Matsumiya T., Hayami S.// Metals techn. - 1979. - V.41. - №5. - Р.170-175 (НАЗВАНИЕ СТАТЬИ)

48. Иванов, В.Н. Влияние температуры оболочковой формы на качество металла отливок по выплавляемым моделям/ В.Н. Иванов, Л.В. Бубнова. - М.: Литейное производство, 1980, №3.

49. Shmidt, W. Hoffelner Fracture and role microstructure/ W. Shmidt// Proc. 4th Eur. Leoben 22-24 Sept.,1982.

50. Сонюшкина, А.П. Влияние термической обработки на структуру и свойства сплавов типа ЖСК/ А.П. Сонюшкина, В.П. Гречин, В.В. Козлова //Новое в металлургии сталей и сплавов. Выпуск 2, ВИАМ, 1967, - с.27 - 38.

51. Еремин, Е.Н. Исследование структурных изменений в жаропрочном никелевом сплаве/ Е.Н. Еремин, Ю.О. Филиппов, Г.Н. Миннеханов, В.Ф. Мухин // Омский научный вестник, 2011, №3, -с.65-70.

52. Богуслаев, А.В. Модифицирование жаропрочных сплавов ультрадисперсными порошками/ А.В. Богуслаев, В.В. Клочихин, Н.А. Лысенко, Г.Л. Дубров, Д.А, Темкин// Вестник двигателестроения №1/2008.-с.47-51.

53. Замковой, В.Е. Изготовление заготовок рабочих лопаток турбины ГТД из жаропрочных никелевых сплавов на основе применения нанотехнологий/ В.Е. Замковой, А.Я. Качан, А.С, Дудников, Н.Е. Калинина // Технология призводства и ремонта// Вестник двигателестроения №1/2008 г.-с.40-46.

54. Пат. Российская Федерация. №2 454 466, МПК С21С 5/52,

Способ модифицирования сталей и сплавов, опубл: 2012 Котов А.Н. Кривенко ГГ, Мысливец Е.А., Чепурин А.В.

55. Пат. №2 701 978 Российская Федерация. Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высосоколегированных сталей/ Панов Д.В., Вайцехович С.М., Кривенко Г.Г. приоритет- 02.10.2019

56. Пат. Великобритания №987.060 КЛ. ВЗР.15.04.63, опубл: 1965.

57. Пат. Великобритания №1.011.174 КЛ, опубл: 1965.

58. Каблов, Е.Н. Поверхностное модифицирование литейных жаропрочных сплавов/ Е. Н. Каблов, В.М. Степанов, Н.И. Алексеева и др. // Авиационная промышленность. 1980-1981, № (7). - с.44 - 46.

59. Пикунов, М.В. Плавка металлов кристаллизация сплавов затвердевание отливок/ М.В. Пикунов. - М: МИСиС, 2005. - 416 с.

60. Каблов, Е.Н. Поверхностное модифицирование литейных жаропрочных сплавов/ Е.Н. Каблов, В.Г. Чубаров, В.М. Степанов.-Авиационная промышленность, 1980, №11 . -с. 44-46.

61. Каблов, Е.Н. Механизм поверхностного модифицирования жаропрочных сплавов при литье лопаток ГТД/Е.Н. Каблов, Ю.А. Минаев Ю.А. и др. - М.: ЦИАМ, 1983, №1 (41).- с. 31-42.

62. Tokaji, K Effect of Grain Size and Aging Conditions on Crack Propagation Behaviour in Beta Ti - 22V-4A1 Alloy[Text] / Tokaji K., Ohya K., Kariya H. // J.Iron and Steel Inst. Jap. 2000. - V. 86. №11. P. 769 - 776.

63. Пат. США № 5983983A, опубл:16.11.1999.

64. Diran Apelian WPJ/Metal Processing Institute, Final Technical Report DE-FC36-04GO14230.- August 2012.

65. Michael Woulds Development of Conventional fine grain process/ Michael Woulds, Howard Belson// Air Research Casting Company, Torrance, California, USA. - 2012.- P.1-10

66. Пат.США EP №2727669A2, опубл: 24.10.2013.

67. Педаш, А.А. Изменение структуры внутренних поверхностей охлажда-емых деталей ГТД/ А.А.Педаш, Э.И.Цивирко//Вестник двигателестроения, 2010, №1.- с. 99.

68. Тягунов, А.Г. Влияние состояния расплава на структура жаропрочных сплавов типа ЦНК/ А.Г. Тягунов, Т.К. Костина, Е.Е. Барышев, Г.В. Тягунов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия», 2013, том 13, № 1.- с. 79-84.

69. Тягунов, А.Г. Использование высокотемпературной обработки расплава для переработки литейных отходов жаропрочного сплава/ А.Г. Тягунов, Е.Е. Барышев//Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Том 62. №3.- с.222-227.

70. Колокольцев, В.М. Высокотемпературная обработка расплава литейного стали 4Х5В2ФСЛ/ В.М. Колокольцев, И.В. Иванова, Е.В. Петроченко//УДК 669.14.018.258 -Вестник МГТУ им.Г.И. Носова 2013. №4.-с.30-33.

71. Тягунов, А.Н. Влияние высокотемпературной обработки расплава на структуру и свойства жаропрочных никелевых сплавов в литом и термообработанном состояниях Диссертация на соискание ученой степени ктн/ А.Н.Тягунов. 05.16.01 Екатеринбург 1998 г.-146 с.

72. Патент №2 682 266 Российская Федерация. Способ производства жаропрочных сплавов на основе никеля/ Каблов Е.Н., Мин П.Г., Каблов Д.Е., Вадеев В.Е.-приоритет 2019 г.

73. Тягунов, Г.В. Об особенностях температурных зависимостей кинематической вязкости жидких никелевых сплавов. Экспериментальные исследования жидких и аморфных металлов/ Г.В.Тягунов, Т.К. Костина, В.Н. Ларионов. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР, 1986.-с.87-90.

74. Кочегура, Н.М. Изменение химической неоднородности и термодинамическая оценка образования карбидов и нитридов в никелевых расплавах при температурно-временной обработке/ Н.М. Кочегура, В.И. Соколов, Е.А. Марковский// Термодинамика процессов формирования структуры литых сплавов. - Киев: Изд. ИПЛ АН УССР, 1986.-с.39-47.

75. Кочегура, Н.М. Температурно-временная обработка никелевых сплавов в жидком состоянии/ Н.М.Кочегура, С.П. Казачков, В.И. Ткач // Литейное производство, 1985.- №10.- с.13-14.

76. Колотухин, Э.В. Влияние строения и свойств металлического расплава на качество отливок/Э.В.Колотухин, Б.А.Баум, Е.А.Кулешова, В.Н.Ларионов// Сталь - 1992. №7.- с.21-28.

77. Сардов, А.А. Влияние высокотемпературной обработки на параметры кристаллизации никелевых сплавов/ А.А.Сардов, А.Я.Денисов, Л.М.Романова, Л.Я.Козлов// Изв. Вузов. Черная металлургия. -1993. №7.-с.56-57.

78. Бибиков, А.М. Управление структурообразованием и свойствами литых материалов слабым акустическим воздействием/ А.М. Бибиков, И.П.Халтурин, В.И. Зарембо // Литейное производство, 2007, № 5. -с. 12-14.

79. Патент №2454466 Российская Федерация. Способ модифицирования сталей и славов/ Котов А.Н., Кривенко Г.Г., Мысливец Е.А., Чепурин А.В., Денисов В.Н., опубликован 27.06.2012.-4с.

80. Зарембо, В.И. Фоновое резонанстно-акустическое управление гетерофазными процессами. Теоретические основы химической технологии/ В.И. Зарембо. -2006.-Т40., №5.-с.520-532.

81. Фомин, В.П. Влияние механических воздействия на формирование свойств многокомпонентных систем/ В.П. Фомин. - М.Наука, 2004.-82 с.

82. Поезжалов, В.М. Кинетика электромагнитного излучения, сопровождающего массовую кристаллизацию/ В.М. Поезжалов// Тезисы доклада 9 научной конференции по росту кристаллов.-М.-2000.-368с.

83. Мысливец, Е.А Формирование структуры материалов в неравновесных физико-химических процессах/ Е.А. Мысливец, А.Ю. Журавлев// журнал Вестник НПО ТЕХНОМАШ №1(14) 2021 г.- с. 11-14.

84. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение [Текс] // - М.: ИПК Издательство стандартов. - 1984.- 28 с.

85. ГОСТ 9651-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах [Текст] // - М.: ИПК Издательство стандартов. -1984. - 28 с.

86. Туманов, А. Т. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов: Справочное пособие / А.Т. Туманов - М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

87. ГОСТ 10145-81 Металлы. Метод испытания на длительную прочность [Текс] // - М.: Издательство стандартов. - 1981.- 13 с.

88. ТУ 14-1-4828 Прутки, литые из жаропрочных сплавов марок ХН57КВЮТМБЛ-ВИ с гафнием (ЧС88-ВИ) и ХН57КВЮТМБРЛ-ВИ с гафнием (ЧС88У-ВИ). Технические условия.

89. Паспорт на сплав ЧС88У-ВИ // ЦНИИКМ «Прометей», Ленинград 1990 г.

90. Петрушин, Н.В. Исследование влияния размерного несоответствия параметров кристаллических решеток -у и у'- фаз на

характеристики жаропрочных дисперсионно-твердующих никелевых сплавов [Текст] /Н.В. Петрушин, И.А. Игнатова, А.В. Логунови др. // Металлы. -1981, - №6, - с. 153-159.

91. Патент № 2007612023 Российская Федерация. Расчетная система суперславов/ опубликован -17.05.2007 г.

93. Никитин, В.И. Коррозия и защита лопаток турбин [Текст]/ В.И. Никитин // - М.: Машиностроение. - 1987. - 272 с.

94. Гецов, Л.Б. Материалы и прочность газовых турбин/ Л.Б. Гецов// Книга 1 - Рыбинск: Газотурбинные технологии, 2010. -611с.

95. Звездин, Ю.Н. Разработка жаропрочных коррозионно-стойких сплавов и режимов термической обработки деталей горячего тракта стационарных газовых турбин/ Звездин Ю.Н., Котов Ю.В., Кац Э.Л., Лубенец В.П. и др. // МиТом, 1991-№6.-с.20-22.

96. Российский рынок газовых турбин. EnergyLand.info / 1(20)

2014.

97. Shirzadi A. Structural Alloys for Power Plants. Operational challenges and high-temperature materials/ Shirzadi A., Jackson S. // Woodhead Publishing series in energy, - 2014, p.516.

98. J.Q. Peng Review of blade materials for IGT / J.Q. Peng, H.T. Zhang/ Procedia Engineering, 2015, vol. 130, pp. 668 - 675.

99. Rybnikov, A.I. Operation Experience with Cast Rotor Blades Made of Russian Alloys in Stationary Gas Turbines/ A.I. Rybnikov, L.B. Getsov, N.V. Mozhaiskaya, G.D. Pigrova, N.V. Dashunin// Thermal Engineering, 2012, Vol. 59, No. 3, pp. 242-249.

100. Патент RU 2564653C1 Российская Федерация Жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления и ремонта лопаток газотурбинных установок /Балдаев Л.Х., Дуб А.В., Кульмизев А. Е., Лубенец В.П., Скоробогатых В.Н., дата опубликования. - 2014

101. ТУ 1-809-1221-2014 Прутки, литые из жаропрочных сплавов марок ХН57КВЮТМБЛ-ВИ с гафнием (ЧС88-ВИ) и ХН57КВЮТМБРЛ-ВИ с гафнием (ЧС88У-ВИ). Технические условия.

102. Roger C. The Superalloys, Fundamentals and Applications/Roger C Reed// New York: Cambridge University Press. -2006.-372 p .

103. Stringer, J The role of the coating and superalloy system in enabling advanced land-based combustion turbine development/ J. Stringer// Gas Turbine Materials Technology (Materials Park, OH: ASM International, 1999.

104. Reed, R.C. Optimizing sc Rene N4 Alloy for ds AFT INDUSTRIAL GAS TORBINES/ R.C. Reed, K.A. Green, P. Caron, et al.// Superalloys, 2008.-Р99-108.

105. Hada, S Test Results of the Worlds First 1600 °С/ S. Hada, K. Tsukagoshi. J. Masada, E. Ito// J-series gas turbine No.1, 2012 (3). - P18-23.

106. Cheruvu, N. S Evaluation, degradation and life assessment of coating/ N.S. Cheruvu, K.S. Chan, R. Viswanathan//Energy Materials Vol.1 No.1, 2006.-Р33-47.

107. Жаропрочные сплавы промышленных газовых турбин

[Электронный ресурс]. ВИАМ. -2016. Режим доступа: http: //viam. ru/review/3 800

108. Справочник: INCO THE INTERNATIONAL NICKEL COMPANY, One New York Plaza, N.Y.10004 и Отливки, получаемые после точного литья по выплавляемым моделям (инконель сплав IN738-LC) справочник: Dynamic Turbine LLC 2009 г.

109. Lean, M. Assessment of Damage Accumulation and Property Regeneration by Hot Isostatic Pressing and Heat Treatment of Laboratory-Tested and Service Exposed IN738LC/ Mc M. Lean, H.R Tipler // Superalloys 1984. TMS (The Minerals, metals and materials Society).1984.-P. 73-83.

110. Zykka, J. Mechanical Properties and Microstructure of IN738LC Nickel Superalloy Castings/ J. Zykka et al. // Material Science Forum. Vol. 782. 2014.- P. 437-440.

111. Roger C. Reed, Alessandro Mottura, and David J. Crudden Alloys-by-Design: Towards Optimization of Compositions of Nickel-Based Superalloys // Supperalloys 2016. TMS (The Minerals, metals and materials Society). 2016. P. 15-25.

112. Каблов, Е.Н. Современные технологии получения прутковых заготовок из литейных жаропрочных сплавов нового поколения/ Е.Н.Каблов, В.В.Сидоров, Д.Е. Каблов, В.Е. Ригин, А.В. Горюнов//Авиационные материалы и технологии. 2012. №5.- с. 97-105.

113. Каблов, Д.Е. Особенности диффузионного поведения примесей и рафинирующих добавок в никеле и монокристаллических жаропрочных сплавах/ Д.Е. Каблов, В.в. Сидоров, Ю.А. Пучков//Авиационные материалы и технологии. 2016. №1. -с. 24-31.

114. Сидоров, В.В. Инновационная технология производства жаропрочного сплава ЖС32-ВИ с учетом переработки всех видов отходов в условиях сертифицированного серийного производства ФГУП «ВИАМ»/ В.В.Сидоров, В.Е. Ригин, А.В. Горюнов, П.Г. Мин //Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №6. - с.01

115. Орехов, Н.Г. Анализ качества литой прутковой (шихтовой) заготовки из жаропрочных сплавов производства ФГУП «ВИАМ»/ Н.Г. Орехов, И.В.Старостина//Авиационные материалы и технологии. 2014. №5.-с. 23-30.

116. Каблов, Е.Н. Монокристаллические лопатки с транспирационным охлаждением для высокотемпературных газотурбинных двигателей [Тескт]/ Е.Н. Каблов, И.Л. Светлов, И.М. Демонис, Ю.И. Фоломейкин - Авиационные материалы и технологии. Научно-технический сборник, 2003.

117. Лотонина, М.Б. Обеспечение размерной точности керамических стержней лопаток ГТД, изготавливаемых методом монокристаллитного литья/ М.Б. Лотонина, А.А. Шатульский // Заготовительные производства в машиностроении. - 2014. - № 1. - c.3-6.

118. Балкевич В.Л. Техническая керамика [Текст]/ В.Л. Балкевич. -М.: Стройиздат, 1968. - 200 с.

119. ГОСТ 25.604-82. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов) [Текст]. -Введ. 1982-10-22. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1984. - 6 с.

120 Айвазян, С.А. Статистическое исследование зависимостей [Текст]/ С.А. Айвазян. - М.: Металлургия, 1968. - 227 с.

121 Елисеева, И.И. Общая теория статистики [Текст]: 4-е изд/ И.И. Елисеева, М.М. Юзбашев. - М.: Финансы и статистика, 2003. - 480 с.

122 Воздвиженский, В.М. Планирование эксперимента и математическая обработка результатов в литейном производстве [Текст]/ В.М. Воздвиженский, А.А. Жуков. - Ярославль: ЯПИ, 1985. - 83 с.

123 Электронная микроскопия в металловедении [Текст]: справочник/ под общей ред. А. В. Смирновой. - М.: Металлургия, 1988. -191 с.

УТВЕРЖДАЮ

об использовании результатов диссертационной работы Бсрестевнча Артура Ивановича «Повышение эксплуатационных свойств рабочих лопаток ГТУ на основе управления процессом формирования их структуры» представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, в процессе выполнения научно-исследовательских и конструкторских работ проводимых в ПАО «ОДК-Сатурн»

Комиссия в составе: Главный конструктор по ГТ>110 и Д049Р Уткин B.C., главный металлург Шабров В.И., начальник цеха К» 41 Семенов А.В. составили настоящий акт о том, что разработанная в рамках диссертационной работы технология двухстороннего поверхностного модифицирования, при которой модифицирование внешней поверхности отливки осуществляется та счё-т внесения поверхностного модификатора АК-3 в состав первого слоя керамической суспензии, а модифицирование внутренней поверхности - за счёт применения стержня, в составе керамической композиции которого введена добавка модификатора АК-3, была опробована при изготовлении отливок рабочих лопаток ГТУ двигателя ГТД-1 ЮМ из никелевого жаропрочного сплава IN738LC в цехе № 41.

Предложенная технология двустороннего поверхностного модифицирования отливки из сплава IN738LC в сочетании с разработанными режимами термической обработки отливок, состоящей из гомогенизации при температуре 1175°С с последующим двухступенчатым старением при температурах 1120 °С и 845°С. позволяют управлять исходной литой макро и микроструктурой материала в процессе изготовления крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ. а также купировать развитие негативных явлений, связанных с выделением охручиваюших ТПУ-фаз и разнодисперсностыо зернистой структуры в процессе эксплуатации изделия.

Указанные преимущества позволяют увеличить интервалы техобслуживания рабочей лопатки с 2000 до 4000 эквивалентных часов. Подходы, применяемые для разработки, опробования и внедрения технологий и общие результаты, представленные в диссертационной работе, применяются при создании производственной базы в ходе разработки технологических процессов литья