Разработка научных основ технологии получения твердофазных соединений высокопрочных титановых сплавов методом линейной сварки трением за счет эффекта наноструктурирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.08, доктор наук Медведев Александр Юрьевич

• Медведев Александр Юрьевич
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Медведев Александр Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ВОПРОСОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКОЛЕС С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛСТ

1.1. Современные материалы лопаток и дисков компрессоров ГТД

1.2. Перспективные материалы лопаток и дисков компрессоров ГТД

1.3. Схема процесса ЛСТ. Область применения

1.4. Применяемое для сварки оборудование

1.5. Типовой технологический процесс и схема технологической подготовки производства сварных моноколес

1.6. Конструктивное оформление заготовок

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ЦИКЛ ЛСТ И ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ

2.1. Цикл сварки

2.2. Параметры сварки

2.3. Оценка влияния параметров на процесс ЛСТ

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИ ЛСТ

3.1. Выделение и распространение тепла при сварке

3.2. Напряженно-деформированное состояние металла на стадии разогрева, его нагрев и пластификация

3.3. Пластическая деформация металла шва на стадии квазистационарного поля, очистка стыка и формирование грата

3.4. Разработка модели вязкопластического течения металла шва в квазистационарном состоянии

3.5. Упругопластические деформации на стадии проковки,

формирование собственных сварочных напряжений

Выводы по главе

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СПЛАВА ВТ6

4.1. Внешний вид сварных соединений, полученных линейной сваркой трением

4.2. Строение сварных соединений

4.3. Механические характеристики сварных соединений

Схема усталостных испытаний, принятая для лопаток ГТД

Выбор формы испытуемых образцов

4.4. Остаточные напряжения в сварных соединениях

Выводы по главе

ГЛАВА 5. МИКРОСТРУКТУРА И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ

5.1. Особенности строения и свойства сварных соединений сочетания материалов МЗ ВТ6/ВТ8-1

5.2. Особенности строения и свойства сварных соединений сплава ВТ6 в УМЗ состоянии

5.3. Особенности строения и свойства сварных соединений сочетания УМЗ ВТ6/ВТ8-1

Выводы по главе

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛСТ МОНОКОЛЕСА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛОПАТОК В УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОМ СОСТОЯНИИ

6.1. Выбор и апробация формы сечения, окончательный выбор параметров сварки

6.2. Проектирование заготовок лопатки и диска, вспомогательного технологического оборудования и оснастки

6.3. Изготовление и исследование опытных партий секций блисков и блисков

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУР ПРИ ЛИНЕЙНОЙ СВАРКЕ ТРЕНИЕМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-

ДЕФОРИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ СВАРКЕ

ТРЕНИЕМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научных основ технологии получения твердофазных соединений высокопрочных титановых сплавов методом линейной сварки трением за счет эффекта наноструктурирования»

ВВЕДЕНИЕ

Способ сварки, при котором деталям, прижатым друг к другу свариваемыми поверхностями, сообщается вращательное движение, был впервые предложен для соединения металлов В.И. Виллем еще в середине прошлого века. Расширение технологических возможностей сварки трением происходило за счет разработки новых вариантов - инерционной сварки, орбитальной сварки, а в последние десятилетия - сварки вращающимся инструментом и линейной сварки трением. Последние два из перечисленных методов получили широкое применение в конце 90-х годов за рубежом, и сейчас отечественная промышленность находится в роли догоняющего, осваивая технологические процессы, давно и успешно используемые западными фирмами.

Новые для отечественной промышленности технологии до сих пор не имеют общепринятой терминологии. К примеру, способ сварки «friction stir welding» (англ.) различными авторами переводится как «сварка трением с перемешиванием», «сварка вращающимся инструментом», «сварка трением вращающимся инструментом» и даже «линейная сварка трением».

В данной работе рассматривается процесс, именуемый в англоязычной литературе «linear friction welding», и отличающийся от традиционной технологии сварки трением тем, что детали совершают возвратно-поступательное движение деталей друг относительно друга. В дальнейшем для обозначения данного способа сварки будем использовать буквальный перевод с английского - «линейная сварка трением» (ЛСТ). Такое обозначение хорошо отражает сущность метода, его отличия от других разновидностей сварки трением (например, от ротационной сварки).

Первым Российским предприятием, проявившим интерес к технологии ЛСТ, оказалось ОАО Уфимское моторостроительное производственное объединение (ОАО УМПО). В 2006 г. был заключен контракт с фирмой ACB (Франция) на поставку двух лабораторных установок, а 2008 г. после пуска первой лабораторной установки ОАО УМПО начало совместные с УГАТУ исследования про-

цесса ЛСТ и свойств сварных соединений.

В 2010 году ОАО УМПО (соисполнители ФГБОУ ВПО УГАТУ и НПП «Мотор») подало заявку на участие в открытом публичном конкурсе по отбору организаций на право получения субсидий на реализацию комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства (постановление правительства РФ № 218).

В ходе этих работ над комплексным проектом «Технологическое опережение: Создание технологий и промышленного производства узлов и лопаток газотурбинных двигателей с облегченными высокопрочными конструкциями для авиационных двигателей новых поколений», реализованном в рамках указанной выше заявки, был получен значительный экспериментальный материал по сварке сплавов на основе титана, в том числе и в УМЗ состоянии. Коллектив, состоящий из сотрудников кафедры ОиТСП УГАТУ и работников различных подразделений ОАО УМПО, получил опыт работы с оборудованием для реализации ЛСТ, конструирования оснастки, проведения всего комплекса работ по технологической подготовке производства сварных блисков.

Автор принимал непосредственное участие в подготовке конкурсной документации, являлся ответственным исполнителем, курирующим планирование и обработку результатов экспериментальных исследований, моделирование процессов при ЛСТ. Большая часть приведенного в работе экспериментального материала получена в ходе работ над описанными выше проектами.

Цель работы: повышение прочности лопаток в моноколесах компрессоров газотурбинных двигателей за счет применения УМЗ состояния в теле лопаток и нанокристаллического состояния в сварном шве.

Задачи исследования:

1. Исследовать цикл ЛСТ, установить диапазон изменения параметров, применяемых для сварки сплавов титана.

2. Разработать математические модели нагрева и напряженно-деформированного состояния металла в зоне формирующегося сварного соедине-

ния при ЛСТ.

3. Исследовать микроструктуру и свойства сварных соединений двухфазных сплавов титана в МЗ состоянии.

4. Исследовать микроструктуру и свойства сварных соединений двухфазных сплавов титана в УМЗ состоянии.

5. Разработать и апробировать технологию приварки лопаток из сплава ВТ6 в МЗ и УМЗ состоянии к диску РК компрессора ГТД.

Научная новизна:

1. Впервые установлены закономерности изменения теплового баланса в процессе ЛСТ двухфазных сплавов титана. С применением новой математической модели температурного поля, получены зависимости, связывающие вводимую при сварке мощность, тепловые потери и температуру в зоне стыка.

2. Разработана новая математическая модель термомеханического воздействия при ЛСТ, основанная на численном решении системы дифференциальных уравнений, описывающих пластическое течение и одномерное квазистационарное температурное поле. Результаты расчета имеют удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными о скоростях осадки при сварке образцов из сплава ВТ6. Модель позволяет определить такие параметры сварки как время и величину осадки, необходимые для очистки стыка от поверхностных окисных пленок и загрязнений.

3. По результатам математического моделирования и исследований сварных соединений установлено, что под действием термодеформационного цикла сварки в условиях нагрева со скоростями 1000 К/с и более до температур, превышающих точку полиморфного превращения, в условиях сложнонапряженного состояния происходит наноструктурирование контактирующих поверхностей свариваемых деталей и образование физического контакта в условиях высокоскоростной (до е=16 1/с), локальной и большой (до е=4,6) пластической деформации.

4. Впервые методом ЛСТ получены сварные соединения сплава ВТ8-1 со сплавом ВТ6, как в МЗ, так и в УМЗ состоянии. При ЛСТ сочетания материалов

ВТ6/ВТ8-1 в исследованном диапазоне параметров квазистационарное состояние не достигается, поскольку из-за различного сопротивления пластическому деформированию деталей происходит переток тепла от материала ВТ8-1 к материалу ВТ6.

5. Впервые установлено, что в отличие от ЛСТ МЗ двухфазных сплавов титана, когда высокоскоростная пластическая деформация протекает в в области, при сварке УМЗ сплавов двухфазное состояние сохраняется в зоне формирующегося сварного шва на протяжении всего цикла сварки. Сварные швы УМЗ ВТ6 содержат наноструктурный мартенсит с толщиной пластин до 30...75 нм в пакетах толщиной до 500 нм и остаточную а фазу с размером зерен около 100 нм, что обеспечивает величину предела прочности металла сварного шва не менее 1245 МПа. Деформация в двухфазной области приводит к увеличению ширины шва более чем в два раза и снижению механической неоднородности сварных соединений - колебания микротвердости в пределах соединении УМЗ материалов не превышали 75 НУ против 140 в соединениях МЗ материалов.

Практическая значимость и внедрение результатов работы:

1. Высокий уровень воспроизводимости результатов, с одной стороны, и чувствительность внешнего вида сваренных образцов, циклограмм процесса сварки к различным технологическим возмущениям, с другой стороны, позволяют использовать визуальный контроль, основанный на сравнении с эталонным образцом в сочетании с контролем циклограмм процесса сварки как основной метод контроля качества ЛСТ. Данный подход был реализован при разработке технологии ЛСТ моноколес II ступени КВД двигателя ПД-14 и I ступени КНД газотурбинного привода ГТП 10/953 (акт внедрения выдан ПАО «ОДК-УМПО»).

2. Результаты моделирования температурного поля и НДС в процессе ЛСТ были использованы при выборе параметров, конструировании заготовок под сварку и оснастки для ЛСТ моноколес II ступени КВД двигателя ПД-14 и I ступени КНД газотурбинного привода ГТП 10/953 (акт внедрения выдан НПА «Технопарк АТ»).

3. Предложены методики испытаний сварных соединений сплавов титана на статическое растяжение, ударный изгиб, многоцикловую усталость. Показана возможность получения сварных соединений МЗ и УМЗ сплавов титана, равнопрочных основному металлу в условиях статического нагружения при комнатной и повышенной температурах, при циклическом нагружении. Методики апробированы в ходе аттестации технологии ЛСТ моноколеса II ступени компрессора высокого КВД двигателя ПД-14 (акт внедрения выдан ПАО «ОДК-УМПО»).

4. Разработана технология ЛСТ моноколеса II ступени КВД двигателя ПД-14 (акт внедрения выдан ПАО «ОДК-УМПО»). Результаты испытаний, приваренных на ПАО «ОДК-УМПО» по разработанной технологии лопаток, свидетельствуют:

• о пригодности сварных моноколес для применения в компрессорах ГТД;

• о резервах по снижению массы компрессора и повышению его ресурса за счет применения в моноколесах УМЗ лопаток с повышенной удельной прочностью.

5. Результаты исследования использованы при разработке учебно-методических материалов по дисциплине «Основы проектирования технологического оснащения для критических технологий сварки в авиадвигателестроении», реализуемой в рамках программы развития системы подготовки кадров для оборонно-промышленного комплекса в образовательных организациях высшего образования, подведомственных Министерству образования и науки Российской Федерации (акт внедрения выдан ФГБОУ ВО УГАТУ).

Методы исследования. Для решения задач исследования были использованы: методы математической статистики и теория планирования эксперимента, теории теплопередачи и теории пластичности, аналитические и численные методы математического моделирования. Для решения задач по обработке данных, объемному и математическому моделированию применялись пакеты Excel, MathCAD, Компас 3D, Deform 3D.

Металлографические исследования и механические испытания сварных со-

единений и элементов конструкций проводились на оборудовании центра коллективного пользования научным и техническим оборудованием «Нанотех» ФГБОУ ВО УГАТУ, а также силами центральной заводской лаборатории и лаборатории прочности ПАО «ОДК-УМПО».

На защиту выносятся:

1. Регрессионные модели, описывающие влияние параметров сварки на характеристики процесса ЛСТ и сварного соединения: продолжительность сварки, продолжительность разогрева, амплитудную величину сдвигового усилия, энерговложение за цикл сварки, вводимую мощность, скорость установившейся осадки и ширину шва.

2. Математическая модель температурного поля при ЛСТ, основанная на аналитическом решении одномерного дифференциального уравнения теплопроводности с привлечением данных, записанных сварочной машиной, а также компьютерная программа и результаты моделирования.

3. Математическая модель НДС металла шва на установившейся стадии процесса ЛСТ, основанная на совместном решении одномерного дифференциального уравнения теплопроводности, уравнений равновесия, кинематических уравнений и уравнений непрерывности среды, а также компьютерная программа и результаты моделирования.

4. Цикл трансформации микроструктуры металла шва двухфазных МЗ сплавов титана при термомеханическом воздействии в процессе ЛСТ, определяющую роль в котором играет формирование наноструктуры и ее высокоскоростная пластическая деформация. Цикл включает:

• формирование наноструктурной в фазы в условиях нагрева со скоростью тысяча и более градусов в секунду, действия сжимающей и сдвиговой нагрузки;

• пластическое течение наноструктурного в титана с признаками высокоскоростной сверхпластичности, приводящее к формированию грата, обеспечивающее стабилизацию температурного поля, установления физического контакта, активацию свариваемых поверхностей;

• непродолжительную рекристаллизацию в фазы, протекающую после окончания нагрева в условиях охлаждения со скоростями в сотни градусов за секунду;

• бездиффузионный распад частичной рекристаллизованной в фазы с образованием наноструктурного мартенсита.

5. Цикл трансформации микроструктуры металла шва двухфазных УМЗ сплавов титана при термомеханическом воздействии в процессе ЛСТ, отличающийся тем, что высокоскоростное пластическое течение реализуется и в а + в области. В результате сварной шов имеет большую протяженность, меньший уровень механической неоднородности, и в дополнение к мартенситу, содержит остаточную наноструктурную а фазу.

6. Технология ЛСТ, обеспечивающая получение сварного соединения лопаток из сплава ВТ6 в МЗ и УМЗ состоянии с диском II ступени компрессора высокого давления газотурбинного двигателя ПД-14 из сплава ВТ8-1 с механическими характеристиками, на уровне требований, предъявляемых к основным материалам дисков и лопаток.

Достоверность результатов работы обеспечивается применением в исследовании положений теплопередачи и механики сплошной среды, проведением экспериментов с дублированием опытов и статической обработкой результатов, с применением поверенного испытательного оборудования, апробацией предложенных схем, методик и подходов в производственных условиях при изготовлении опытных партий.

Глава 1. ОБЗОР ВОПРОСОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНОКОЛЕС

С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛСТ

1.1. Современные материалы лопаток и дисков компрессоров

ГТД

В настоящее время основным материалом, применяемым для изготовления РК компрессоров ГТД, являются сплавы на основе титана. Основная причина данного факта заключается в высоких показателях удельной прочности титановых сплавов. При плотности около четырех с половиной грамм на кубический сантиметр (см. таблицу 3) применяемые в авиастроении сплавы на основе титана имеют очень высокие прочностные свойства (таблица 1, таблица 2). Одним из самых распространенных в мире сплавов на основе титана является Т16А!4¥ (Т-64) и его отечественный аналог ВТ6. На североамериканском рынке доля полуфабрикатов из Т16А!4¥ составляет 56% от общего объема производства сплавов на основе титана [21], причем львиная доля потребления титановых сплавов приходится на авиакосмическую отрасль. По данным [89], более 30% массы современных авиационных двигателей составляют детали из сплавов на основе титана.

Как показал обзор [37], более 50% опубликованных работ, связанных с исследованиями ЛСТ, проведены на сплавах титана. Несмотря на наличие задела по ЛСТ сплавов на основе алюминия, а также никеля [36,53,94], основное внимание в работе будет уделено сплавам титана.

Таблица 1 - Механические свойства зарубежных титановых сплавов, применяемых для изготовления деталей ГТД [114] _

Марка сплава П-64 Ть550 Т1-17 11-6246 Т1-62465 ТМ100 1М1 831

Максимальная рабочая 350 400 100 -150 510 600 600

температура. °С

Структурный жвяваясят по 7.8 6.9 7 8.27 8.7

содержанию А1 (с учетом

примесей)

Структурный эквивалент па 3,25 4,2 10,5 2.1 0,44 0,7

содержанию Мо

Количество 34, % по «ассе - 0,5 - - 0.1 0,45 0.35

Область деформщня (а+р) (а+р> (а+Ц) Р (н+Р) Р («+Р) Р э (я+р)

Термическая обработка о.о+с. О+С О+О+С, О+С, О+С с. 3+С

(О - отжиг; О+С о+с+с. рос

3 - закалка: э+с, з+с.

С - старение) р-з+с з+с+с

ДефОрМВрОВаНН НС

полуфвбрвхят:

(мин), МПа 895* 1080 1080 1034 896 1000 1030

б (ынн), % 10 10 8 |0 6 6

у (мяв), % 20 20 32 20 25 15 15

* Прн содержании кислорода 0.15<0<0.2%: при содержании кислорода менее 0.13%. «¡830 МПа

Таблица 2 - Механические свойства отечественных титановых сплавов, применяемых для изготовления деталей ГТД [114]

Марка става ВТЗ-1 ВТК ВТВ-1 ВТ? ВТ25У ВТ18У ВТ41

Максимальная рабочая 450 500 500 500 550 600 (№

температура. аС

Структурный эквивалент по 7.5 7.7 8,3 8 8.9 9.15 9

содержанию А1 (с учетом

примесей)

Структурный эквивалент по 5.5 3,3 3.5 3,5 4,2 !,2 2 4

содержанию Мо

Количество 51, % по массе 0,3 0,32 0,2 0,3 0,18 0.14 0,35

Область деформации (а+р) («+Р> (ц+р) (я+р) (а+р) (я+р) Р (а+Р) Р

Термическая обработка О+С О+С С*С О+С О+С О О+С. О. з+с

Штамповки дисков:

^м (мнн), МПа 900 960 980 1030 1080 910 1030

5 (мни), % 10 10 10 8 8 7 6.5

у (мин). % 25 25 25 22 18 15 12

до 300°С 300^50°С 500-550°С 600°С с б50-700°С

ВТ20, ВТб, ВТ6, ВТ8-1, ВТ25У, В185У, ВТИД,

ВТЗ-1 ВТ8М-1, ВТ9, ВТ8, ВТ41 ВИТ1 ВТЗ-1, ВТ20 ВТ9

Рисунок 1.1 - Области применения отечественных титановых сплавов

в конструкции ГТД [89]

Титан относится к IV группе таблицы Менделеева, имеет две аллотропические модификации: а титан, с гексагональной плотноупакованной решеткой, существующий при температуре ниже 882°С, и в титан с объемно-центрированной кубической решеткой, существующий при температурах вплоть до точки плавления. Легирующие элементы в значительной степени влияют на температуру полиморфного превращения, растворимость, стабилизацию той или иной фазы. В зависимости от структуры в нормализованном состоянии титановые сплавы подразделяют на следующие классы: а сплавы, структура представлена а фазой; в сплавы, структура представлена в фазой; а + в сплавы, структура представлена а и в фазами. Существуют также два переходных класса: а) псевдо - а - сплавы, структура которых состоит из а - фазы и небольшого количества в фазы (не более 5 %); б) псевдо в сплавы, структура которых представлена метастабильной в фазой и небольшим количеством а фазы.

Таблица 3 - Физические свойства титана

Плотность, г/см 4,51

Температура полиморфного превращения, °С 882

Температура плавления, °С 1668

Температура кипения, °С 3260

Тип кристаллической решетки при низких температурах ГПУ

Тип кристаллической решетки при высоких температурах оцк

Удельная теплоёмкость при 20°С, Дж/(г*°С) 0,54

Коэффициент теплопроводность при 20°С, Вт/(смх°С) 0,22

Коэффициент линейного расширения, °С-1 8,2х106

Модуль упругости, МПа 112 000

Коэффициент трения скольжения титан по титану 0,3-0,35

Важнейшим показателем, определяющим ресурс и эксплуатационную надежность лопаток и дисков, является сопротивление усталости. Важнейшим фактором, определяющим усталостную прочность, является микроструктура материала. В лопатках ГТД оптимальной, с точки зрения сопротивления усталости, является мелкозернистая структура, получаемая штамповкой [128]. Несмотря на прогресс, достигнутый в технологии штамповки крупногабаритных деталей типа роторов и дисков [114], возможности по управлению структурой подобных деталей до сих пор не велики. К примеру, у прутков из сплава ВТ6, применяемых для изготовления лопаток, действующая нормативная документация [112] регламентирует микроструктуру заготовок лопаток 4 баллами по девятибалльной шкале. Тогда как в поковках из того же сплава допускается микроструктура с восемью баллами [113]. Возможности по управлению микроструктурой лопаток в моноколесах, изготовленных из цельной заготовки, крайне малы.

Физические и химические свойства сплавов на основе титана существенно усложняют технологию сварки и требуют учета ряда факторов:

Рисунок 1.2 - Микроструктура штампованной лопатки ГТД из сплава ВТ6

1. Химическая активность титана к газам (кислороду, азоту и водороду) при высоких температурах требует обеспечения надежной защиты от газов атмосферы металла шва и основного металла, нагревающегося до температуры 350°С и выше. При температурах нагрева выше 350°С титан начинает интенсивно окисляться по реакции ^+02 = ТЮ2 с образованием поверхностного (альфированного) слоя высокой твердости. При нагреве до температур выше 550°С титан растворяет азот и химически взаимодействует с ним, образуя мало пластичные фазы внедрения (нитриды) по реакции 2Т1+К2=2Т1К или 6Т1+К2=2Т13М Попадание частиц альфированного слоя в сварной шов резко снижает его пластичность.

2. Наличие у титана полиморфизма обуславливает высокую чувствительность титановых сплавов к термическому циклу сварки и изменению свойств. Перегрев зоны термического влияния приводит к росту размеров зерна в фазы на стадии нагрева и образованию хрупких фаз при охлаждении и старении. При этом перегреву металла шва и околошовной зоны способствует низкая теплопроводность титана.

3. Склонность титановых сплавов к образованию пор и холодных трещин при сварке плавлением.

Вместе с тем высокая склонность титана к схватыванию при трении в совокупности с его низкой теплопроводностью обеспечивают простоту реализации сварки трением, и возможность получения сварных соединений с высокими механическими свойствами в широком диапазоне параметров. К примеру, по данным [73], соединения титановых сплавов могут быть получены ротационной сваркой при давлении осадки от 25 до 350 МПа и окружной скорости от 2,2 до 35 м/с. Также широк диапазон параметров, использовавшихся для ЛСТ сплавов на основе титана. В открытой печати имеются сведения о попытках сварки титановых сплавов с давлением нагрева от 15 до 100 МПа, при амплитуде ВПД от 1 до 3,75 мм в диапазоне частот 10.. .119 Гц.

1.2. Перспективные материалы лопаток и дисков компрессоров

ГТД

Несмотря на высокие показатели удельной прочности промышленных сплавов титана (см. п. 1.1), улучшение характеристик авиационных силовых установок во многом связано с дальнейшим совершенствованием применяемых материалов. Одним из традиционных путей упрочнения является измельчение структуры металлических материалов. В настоящее время одним из наиболее перспективных методов получения УМЗ и нанокристаллических структур является интенсивная пластическая деформация. ИПД, как метод упрочнения интенсивно развивается -уже обеспечена возможность получения крайне высоких показателей прочности титана [105] и сплавов на его основе [118].

Достигнуты успехи не только в обеспечении статической прочности, но и

других характеристик, определяющих надежность и работоспособность деталей.

Так, в [75] НС сплав ВТ6, полученный методом всесторонней изотермической ковки в (а+Р) области со ступенчатым понижением температуры до 600°С (средний размер зерен составил 0,5 мкм), продемонстрировал ударную вязкость 0,47 Дж/м .

В [69] за счет его предварительной термической обработки удалось получить НС ВТ6 с ав=1680 МПа и пластичностью 8% [69].

Одной из проблем, препятствующих внедрению УМЗ материалов в конструкции ГТД, является деградация УМЗ структуры при нагреве, при таких технологических операциях, как обработка давлением и сварка.

Вопрос формообразования лопатки решается путем снижения температуры изотермической штамповки [106,136]. В исследовании [106] лопатки из сплава ТВ6, отштампованные при 780°С из заготовок, полученных равноканальным уг-

Рисунок 1.3 - Микроструктура сплава ВТ6 в НС состоянии [75]

ловым прессованием, показали предел выносливости на 30% больше по сравнению с лопатками традиционной микроструктуры.

Применение титановых лопаток с размером зерен/субзерен около 200-250 нм, полученных по схожей технологии, позволяет повысить передел выносливости до 470 MПa, по сравнению с 370 MПa у лопаток, имеющих традиционную структуру [136].

Вопрос соединения деталей с УМЗ структурой без разрушения последней остаётся пока нерешенным. Одно из направлений решения - снижение температуры диффузионной сварки - подробно описано в обзоре [122,123]. Несмотря на большой количество опубликованных в этом направлении работ, применение в ГТД конструкций, содержащих полученные диффузионной сваркой соединения УМЗ материалов, еще требует проведения дальнейших исследований.

Таблица 4 - Механические характеристики материалов лопаток [106]

№ Состояние ига 5

п/п %

1 Состояние поставки 965 ± 10 900 ±20 19=1 &.5 ± 0.2

2 Серийная технология СИЗШпри Г=910°С) 1060± 15 1015 = 15 14= 1 5.7 ± 0.1

3 УМЗ-состояние после ИПД 1450± 10 1360 ±40 9 ± 1 1.7± 0.3

4 Опытная технология (ШШ при Г= 780°О 1220 ± 5 1180 ± 10 16.0 = 0.3 9.0 ±0.2

Рисунок 1.4 - Структура материала лопаток из УМЗ ВТ6 после ИЗШ (слева) и кривые выносливости лопаток из МЗ и УМЗ ВТ6 [106] (справа)

Линейная сварка трением за рубежом уже используется для серийного изготовления сварных моноколес. При этом такие особенности процесса, как локализованный и непродолжительный нагрев при сварке, сочетание нагрева с большой пластической деформацией в сварном шве, позволяют предположить, что технология ЛСТ может найти применение и для сварки материалов в УМЗ состоянии.

1.3. Схема процесса ЛСТ. Область применения

Обязательным условием образования прочного соединения при механических способах сварки, когда соединение формируется в твердой фазе, является обеспечение значительной пластической деформации приповерхностных слоев металла. Так как с увеличением температуры пластическая деформация облегчается, формирование прочного соединения при повышении температуры требует меньшего усилия. Это положение наглядно подтверждается графиком на рисунке 1.5, из которого видно, что при неизменной температуре прочность сварного соединения возрастает по мере увеличения внешнего давления, а при неизменном внешнем давлении прочность возрастает с увеличением температуры.

<5е,МПа

1073 1173 1213 1573 Т.К

Рисунок 1.5 - Зависимость прочности на растяжение сварного соединения от температуры и давления при сварке: 1 - р = 10 МПа; 2 - р = 20 МПа; 3 - р = 35 МПа [70]

В случае сварки трением условия деформирования значительно облегчаются, а необходимое внешнее усилие Р снижается путем искусственного увеличения пластичности металла в результате его нагрева.

При линейной сварке трением две детали, прижатые друг к другу усилием, перпендикулярным плоскости стыка, совершают друг относительно друга возвратно-поступательное движение (ВПД) в

плоскости стыка. Усилие прижатия при сварке трением должно обеспечивать пластическую деформацию только в разогретой до высоких температур области. Металл, выдавленный из этой области, называется гратом. Его наличие является характерной особенностью соединений, полученных ротационной и линейной сваркой трением.

Рисунок 1.6 - Схема процесса ЛСТ (а), сварные соединения: стальных труб, полученное РСТ (б); дюралюминиевых брусков, полученное ЛСТ (в)

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Медведев Александр Юрьевич, 2019 год

Список использованных источников

1. A method of fabricating or repairing an assembly EP1535692 B23K20/12 ROLLS ROYCE PLC [GB] EP20040256749 20041102 Опубликовано: 2005-06-01

2. A two-parameter 2D-model of the elastic stage of linear friction welding using AN-SYS Mechanical finite element analysis programme / Yamileva A.M., Medvedev A.Yu., Nasibullayev I.Sh., Selivanov A.S., Gazizov R.K., Vairis A. // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 5. - Issue 3. - 2012. -pages 6-9.

3. Andr-Claude-Flix Collot, Jean-Pierre Ferte. Blade maintenance tool, and its application to friction welding of blades. US 6595401. B23K/3704; B23K/2012; B23Q/306; B25B/514 Andr-Claude-Flix Collot, Jean-Pierre Ferte SNECMA MOTEURS SA -FR. - N 0015891; Опубл. 14.06.2002

4. Computer Modeling in the Design of the Blade Blank for Linear Friction / Bychkov V., Medvedev A., Tarasenko E., Pautov A. and Savitchev M. // JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW. - Volume 7. - Issue 5. -2014. - Pages 62-65

5. Computer modelling of linear friction welding based on the joint microstructure / Kiselyeva S.K., Yamileva А.М., Karavaeva M.V., Nasibullayev I.Sh., Bychkov V.M., Medvedev A.Yu., Supov A.V., Musin F.F., Alexandrov I.V., Latysh V.V. // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 5. - Issue 3. - 2012. - pages 44-47

6. D'Alvise L. Finite element modelling of the inertia friction welding process between dissimilar materials / D'Alvise L., Massoni E., Walloe S. J.// Journal of Materials Processing Technology. -VOL. 125-126. - 2002. - pp. 378-391.

7. Disk for a blisk rotary stage of a gas turbine engine. US6524072 B23K20/12 ROLLS ROYCE PLC [GB] US20000593544 20000614 Опубл.: 2003-02-25

8. Effect of the forging pressure on the microstructure and residual stress development in Ti-6Al-4V linear friction welds / Romero J., Attallah M. M., Preuss M., Karadge M., and Bray S. E. // Acta Mater. - 2009. - Vol. 57(18) . -p. 5582-5592.

9. Energy Balance of the Linear Friction Welding Process / A. Medvedev, A. Vairis, R. Nikiforov and A. Supov // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 5. - Issue 3. - 2012. - pages 20-24.

10.Fatigue Strength of Blade with Disk Joins, Obtained by Linear Friction Welding / Medvedev Alexander Y, Bychkov Vladimir M, Atroshenko Valeriy V, Ismailova Naila F and Supov Andrey V // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. -Vol. 253. - 2017. - p. 1-5.

11.Fabrication of repair method for an integrally bladed rotor. US5197190 United Technologies Corporation Заявлен: 4 мар 1991 Выдан: 30 мар 1993

12.Features of Microstructural Changes of an Aluminum Alloy D16T Samples Welded with Linear Friction Welding / Kiseleva S.K., Abramova M.M., Sitdikov V.D., Bychkov V.M., Medvedev A.Y., Musin F.F., Alexandrov I.V. / JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW. - Volume 8. - Issue 6. -2015. - p. 33-36.

13.Fluted blisk. EP1239116. B23K20/12; F01D5/02 GEN ELECTRIC [US] EP20020251636 20020307 Опубликовано: 2002-09-11

14.Formation mechanism of linear friction welded Ti-6Al-4V alloy joint based on microstructure observation / Tiejun Ma, Tao Chen, Wen-Ya Li, Shiwei Wang, Siqian Yang // Materials Characterization. - Vol. 62. - Issue 1. - Jan. 2011. - p. 130-135.

15.Friction bonding clamp for a rotor blade. US5188275. B23K 2012; B23P 1504; B25B 514. Rolls-Royce plc. Заявлен 17.07.1992. Выдан 23.02.1993

16.Friction welder : Пат. 6572006 США, МПК{7} B 23 K 20/12; United Technologies Corp., Diebold Thomas P., Caruolo Antonio B., Yopak Francis J. - N 09/971290; Заявл. 04.10.2001; Опубл. 03.06.2003; НПК 228/112.1

17.Friction welding process and shielding gas shower for carrying out the process. Dieter Schneefeld, Erich Thaler, Georg Muschal, Karl Katheder US6199744 B23K20/12

MTU MUENCHEN GMBH [US] US19980125657 19981006 Опубликовано: 2001-03-13

18.Friction welding process for mounting blades of a rotor for a flow machine. US6160237 B23K20/12 MTU MUENCHEN GMBH [DE] US 19990256273 19990223 Опубликовано: 2000-12-12

19.Friction welding. John G. Searle. Патент США US 5468334 Rolls-Royce plc B23K 2012 Заявлен: 13 мая 1994. Выдан: 21 ноября 1995

20.Friction welding. John G. Searle. Патент США US 5492581 Rolls-Royce plc B23K 3704 Заявлен: 13 мая 1994. Выдан: 20 февраля 1996

21.Gerd Lutjering, James C. Williams. Titanium, 2nd Edition (Engineering Materials and Processes) .Springer - Verlag 2007. p. 479.

22.http://www.acb-ps.com/ Официальный сайт фирмы ACB, AEROSPACE METAL FORMING. NANTES, FRANCE. - Дата обращения 06.04.2015

23.http://www.acb-ps.com/linear-friction-welding-process.html Страница «Линейная сварка трением» официального сайта фирмы ACB, Франция. - Дата обращения 10.11.2012

24. http : //www. linfric. com/frame_e. htm Официальный сайт группы компаний Lin-Fric. . - Дата обращения 11.11.2012

25.http://www.mtiwelding.co.uk/equipment/1/Linear-Friction-Welding.htm Страница «Линейная сварка трением» официального сайта фирмы MTI, США. - Дата обращения 10.11.2012

26.http://www.mtiwelding.com/ Официальный сайт фирмы Manufacturing Technologies Incorporated, USA. - Дата обращения 06.04.2015

27.http://www.mtu.de/de/technologies/engineering_news/production/Bayer_Bliskfertigung.pdf Market-oriented blisk manufacturing. A challenge for production engineering. Martin Bußmann, Erwin Bayer. - дата обращения 10.11.2012

28.http://www.mtu.de/en/technologies/manufacturing processes/linear friction weldin g/index.html Страница «Линейная сварка трением» официального сайта фирмы MTU Aero Engines, Германия. - Дата обращения 10.11.2012

29.http://www.popmech.ru/technologies/227691-pratt-whitney-gigantskaya-mashina-dlya-svarki-treniem/ Сайт журнала популярная механика. Страничка «Pratt & Whitney: гигантская машина для сварки трением» . - Дата обращения 30.01.16.

30.http://www.rolls-royce.com/about/technology/gas turbine tech/compressors.jsp Страница «Компрессор» официального сайта фирмы Rolls-Royce PLC, Великобритания. - Дата обращения 10.11.2012

31.http://www.thompson-friction-welding.co.uk/ Официальный сайт подразделения Thompson Friction Welding корпорации KUKA Systems UK Ltd, Великобритания. - Дата обращения 09.04.2015

32. https://www.youtube.com/watch?v=12POHFb8cjI Видеоролик «The 112 Ton Odyssey: Linear Friction Weld Machine Arrives at Pratt & Whitney». - Дата обращения 30.01.16.

33.Impact toughness and fracture analysis of linear friction welded Ti-6Al-4V alloy joints T.J. Ma, W.-Y. Li, S.Y. Yang. Materials and Design 30 (2009) 2128- 2132.

34.Improvements relating to friction welding : Заявка 2279597 Великобритания, МКИ6 В 23 К 20/12 / Searie John Gilbert, Harris Frederick John ; Rolls-Royce plc .- № 9409476.0; Заявл. 12.5.94 ; Опубл. 11.1.95

35.Integrally bladed rotor fabrication or repair. US 5109606 B23P 1502 United Technologies Corporation Заявлен: 4 мар 1991 Выдан: 5 мая 1992

36.Joining of Cu-Mg-Mn Aluminum Alloy with Linear Friction Welding / A. Medvedev, V. Bychkov, A. Selivanov, YuJ. Ershova, B. Bolshakov, I.V. А1еха^1^, F. Musin // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 7. - Issue 5. - 2014. - p. 43-46.

37.Linear and rotary friction welding review. Wenya Li, Achilles Vairis, Michael Preuss & Tiejun Ma/ International Materials Reviews. - №2. - 2016.

38.Linear Friction Welding of a 2024 Al Alloy: Microstructural, Tensile and Fatigue Properties / Fabio Rotundo, Alessandro Morri, Lorella Ceschini // Light Metals. -2012 Edited by: Carlos E. Suarez TMS (The Minerals, Metals & Materials Society).

39.Linear friction welding of blades. Peter J. Gillbanks, Keith C. Moloney Патент США №5366344 МПК F01D 530; B23K 2012 Rolls-Royce plc Заявлен: 7 окт 1993 Выдан: 22 ноя 1994

40.Linear friction welding of Ti-6Al-4V: Modelling and validation / Turner R et al. // Acta Materialia. - 59(10):3792-3803. - June 2011. DOI:10.1016/j.actamat. 2011.02.028

41.Linear Friction Welding of Ti-6Al-4V: Processing, Microstructure, and Mechanical-Property Inter-Relationship / Wanjara P., Jahazi M. // Metallurgical and materials transactions A. - Volume 36A. - august 2005. - 2149-2164.

42.LINEAR FRICTION WELDING OF TWO-PHASE TITANIUM ALLOYS VT6 AND VT8-1 / Medvedev A.Y., Bychkov V.M., Selivanov A.S., Pavlinich S.P., Dau-tov S.K., Supov A.V. // Welding International. - 2015. - Vol. 29. - № 1. - р. 66-69.

43.Method and blade repair element for blisk repair or new blisk manufacture. US7784180 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG. Заявлен: 29 июн 2005

44.Method for bonding an article projection. Ralph E. Patsfall. Пат. США US 4883216 B23P 1502. General Electric Company Заявл.: 28.03.1988. Выдан: 28.11.1989.

45.Method for joining structural components. BAMBERG JOACHIM Патент США №2006278685 (A1) МПК B23K20/12; B23K31/02. MTU AERO ENGINES GMBH. Заявлен: 8.06.2006, опубликован 14.12.2006

46.Method for linear friction welding and product made by such method. US6106233 B23K20/12; F01D5/30 UNITED TECHNOLOGIES CORP [US] US 19990243502 19990125 Опубликовано: 2000-08-22

47.Method of linear friction welding of blades to aerofoil blisks and blade having a root with a taper ratio less than 2. EP1495829 GB. B23K20/12; B23P15/02; F01D5/30. ROLLS ROYCE PLC [GB] EP20040253486 20040611 Опубликовано: 2005-01-12

48.Method of replacing damaged aerofoil. US8006380 ROLLS ROYCE PLC [GB] Заявлен: 12.04.2005, Выдан: 30.08.2011

49.Microstructure and Mechanical Properties of Joint Welds Formed by Linear Friction Welding in Al-Cu-Mg Alloy / Kiselyeva S.K., Astanin Vas.V., Gareeva L., Bychkov

V.M., Medvedev A.Y., Musin F.F., Alexandrov I.V. // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Vol. 7. - Issue 5. - 2014. - p.32-35.

50.Microstructure and properties of an АА2139 alloy welded joint produced by linear friction welding / Kiseleva S.K., Medvedev A.Y., Bychkov V.M., Bolshakov B.O., Alexandrov I.V., Musin F.F. / JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW. - Volume 8. - Issue 6. - 2015. - p. 30-32.

51.Microstructure, texture, local tensile properties and residual stress relief in Ti-6Al-4V linear friction welds / Karadge M., Frankel P., Steuwer A., Lovell C., Bray S., Withers P. J., and Preuss M. // Proc. of «Materials Science & Technology». - Cincinnati, Ohio. - 2006. - Association for Iron and Steel Technology. - 35-46.

52.Mousavi S.A.A.A. Experimental and Numerical Analysis of the Friction Welding Process for the 4340 Steel and Mild Steel Combinations / Mousavi S. A. A. A., Keli-shami A.R. // Welding Research. - Vol. 87. - 2008. - Pp. 178 - 186.

53.Musin F.F. Linear Friction Welding of a Commercial Aluminum Alloy / Musin F.F., Medvedev A.Y., Bolshakov B.O. // Solid State Phenomena. - Vol. 870. - 2016. - p. 608-614.

54.Numerical simulation of residual stresses in linear friction welded joints / R. Nikiforov, A. Medvedev, E. Tarasenko, A.Vairis // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 8. - Issue 6. - 2015. - p. 50-53.

55.Nunn M.E. Aero engine improvements through linear friction welding. Proc. 1st Int. Conf. on 'Innovation and Integration in Aerospace Sciences. - Paper no 2005-0040, Queen's University Belfast, 4-5 August 2005. - 2005. - CEIAT, Queen's University Belfast.

56.Process for linear friction welding. Richard D. Trask, Susan H. Goetschius, Stephen A. Hilton. Патент США US5865364B23K20/12; F01D5/30. UNITED TECHNOLOGIES CORP [US] US19960772536 19961224 Заявлен: 24 дек 1996. Опубликовано: 1999-02-02.

57.Process for manufacturing or repairing a monobloc bladed disc. US7125227. Snecma Moteurs. Выдан: 24 окт 2006

58.Process for repairing damaged blades of turboengines. US5479704 B23P 1500 MTU Munchen GmbH Заявл.: 5.08.1994 Выдан: 2.01.1996

59.Process optimization for linear friction welding of Ti6Al4V / Wanjara P., Booth-Morrison C., Hsu E., Jahazi M. // Proceedings of the 7th International conference on trends in welding research, may 16-20, 2005. - Callaway Gardens resort, Pine Moentain, Georgia, USA. - P 885-860.

60.Rotor blade bonding device. US 5048743. B23K 3700 United Technologies Corporation. Заявлен 26.04.1990. Выдан 17.09.1991

61.Solid state joining of metals by linear friction welding: A literature review / Imran Bhamji, Michael Preuss, Philip L. Threadgill, Adrian C. Addison // Materials Science & Technology 2010. - Vol.27. - No.1. - Jan 2011. - pp.2-12

62.The magnitude and origin of residual stress in Ti-6Al-4V linear friction welds: an investigation by validated numerical modeling / Turner R., Ward R.M., March R., Reed R.C. // Metall. Mater Trans B. - 43. . - 2012. - pp. 186-197.

63.V. Bychkov. Computer modeling of the stress-strain state of a linear friction welded disk / V. Bychkov, A. Pautov, A. Medvedev // JOURNAL OF Engineering Science and Technology Review. - Volume 8. - Issue 6. - 2015. - р. 61-64.

64.Vairis A. Designing experiments to study welding processes: using the Taguchi method / Vairis A., Petousis M. // Journal of Engineering Science and Technology Review. - 2 (1) . - 2009. - 99-103.

65.Vairis A. High frequency linear friction welding of a titanium alloy / Vairis A., Frost M. // Wear. - 217. - р. 117-131 (1998)

66.Vairis A. Modelling the linear friction welding of titanium blocks / Vairis A., Frost M. // Materials Science and Engineering. - A29. -2. - 2000. - 8-17.

67.Vairis A. On the extrusion stage of linear friction welding of Ti 6Al 4 V / Vairis A., Frost M. // Materials Science and Engineering. - A271. - 1999. - 477-484.

68.Wen-Ya Li Numerical simulation of linear friction welding of titanium alloy: Effects of processing parameters / Wen-Ya Li, Tiejun Ma, Jinglong Li. // Materials and Design. - 31. - 2010. - 1497-1507.

69.Валиев Р.Р. Повышение эксплуатационных свойств титанового сплава на основе измельчения зеренной микроструктуры и модификации поверхности / диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Уфимский государственный авиационный технический университет. - Уфа. - 2018.

70.Вилль В. И. Сварка металлов трением. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. - 1970. - 175 с.

71. Влияние величины осадки на формирование сварного соединения при линейной сварке трением / Караваева М.В., Киселева С.К., Бычков В.М., Медведев

A.Ю., Супов А.В., Мусин Ф.Ф., Александров И.В., Латыш В.В. // Письма о материалах. - т.2. - 2012. - c. 40-44.

72. Влияние линейной сварки трением на структурно-фазовые превращения в ультрамелкозернистом сплаве ВТ6 / Полякова В.В., Измайлова Н.Ф., Семенова И.П., Хазиева Л.А. // Вестник УГАТУ/ - 2012. - Т. 16. - №7 (52) . - с. 53-58.

73.Влияние параметров режима сварки трением на структуру и механические свойства соединений титанового сплава ВТ3-1 / Селивестров А. Г., Ткаченко Ю. М., Куликовский Р. А., Брагинец В. И., Зяхор И. В. // Автоматическая сварка. - 2013. - №1. - С. 29-34.

74. Влияние скорости деформирования на качество соединения при сварке трением. Буц Б.Д., Кваша А.Н., Кедрин И.Д. Автоматическая сварка. - 1979. - №5. -с 30-32.

75.Влияние структуры на механическое поведение титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении / Саркеева А.А., Лутфуллин Р.Я., Круглов А.А., Астанин

B.В. // Письма о материалах. - 2012. - Т. 2. - № 2 (6) . - С. 99-102.

76.Воинов В.П. Влияние параметров режима на мощность и нагрев стержней при сварке трением // Сварочное производство. - 1966. - №5. - с. 15-17.

77.Гельман А.С. Мощность и нагрев при сварке трением стальных труб / Гельман А.С., Сандер М.П. // Сварочное производство. - 1959. - №10. - с. 18-20.

78.Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение. - 1970. - 312 с.

79.ГОСТ 25.502. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

80.ГОСТ 6996. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

81. ГОСТ 9454. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах.

82.ГОСТ Р 50995.3.1-96 «Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка производства».

83.ГОСТ 1497. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

84.Громов, Н.П. Теория обработки металлов давлением: Учебник для вузов по спец. "Обработка металлов давлением". - 2-е изд. перераб.и доп. - М. : Металлургия. - 1978 .- 360с.

85.Жиляев, А.П. Сверхпластичность и границы зерен в ультрамелкозернистых материалах [Электронный ресурс] : монография / А.П. Жиляев, А.И. Пшенич-нюк. — Электрон. дан. — Москва : Физматлит. - 2008. — 320 с.

86.Заксон Р.И. Энергетические и тепловые параметры сварки трением / Заксон Р.И., Вознесенский В.Д. // Сварочное производство. - 1959. - №10. - с. 21-22.

87.Зянгиров Б.В. Исследование остаточных напряжений создаваемых зажатием деталей в оснастке для приварки лопаток к диску методом линейной сварки трением / Зянгиров Б.В., Медведев А.Ю. // Мавлютовские чтения: Российская научно-техническая конференция, посвященная 85-летию со дня рождения член-корр. РАН, д.т.н., профессора Р.Р. Мавлютова: сб. трудов в 6 т. Том 3. Уфа: УГАТУ. - 2011. - стр. 103-107.

88.Иноземцев А.А. Газотурбинные двигатели / Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. // Издательство: Авиадвигатель. - 2006. - 1204 с

89.Иноземцев А.А. Титановые сплавы в изделиях разработки ОАО «Авиадвигатель» / Иноземцев А.А., Башкатов И.Г., Коряковцев А.С. // Современные титановые сплавы и проблемы их развития: Сборник. М.: ВИАМ. - 2010. - С. 4346.

90.Использование метода математического планирования для оценки результатов сварки трением / Воинов В.П., Канель Л.С., Березина Е.Н., Гордиенко Н.И. // Автоматическая сварка. - 1973. - №4. - с 20-21.

91. Испытания соединений, полученных линейной сваркой трением, на ударный изгиб / Медведев А.Ю., Бычков В.М., Тарасенко Е.Е., Савичев М.П., Супов

A.В. // Вестник УГАТУ - 2012. - Т. 16. - № 8 (53) . - С. 94-97.

92. Исследование микроструктуры в зоне сварного шва при линейной сварке трением титановых сплавов ВТ6 и ВТ8 / Дьяконов Г.С., Измайлова Н.Ф., Бычков

B.М., Медведев А.Ю., Семенова И.П., Жеребцов С.В., Салищев Г.А. // Вестник УГАТУ. - 2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 48-52

93. Исследование остаточных напряжений в соединениях, полученных линейной сваркой трением / Медведев А. Ю., Бычков В. М., Тарасенко Е. Е., Измайлова Н. Ф., Дубин А. И. // Вестник УГАТУ - 2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 59-62.

94. Исследование свариваемости жаропрочного никелевого сплава ЭП742 методом линейной сварки трением / Бычков В.М., Селиванов А.С., Медведев А.Ю., Супов В.А., Большаков Б.О., Гринь Р.Р., Мусин Ф.Ф. // Вестник УГАТУ. - 2012. -№ 7. - С. 112-116.

95. К вопросу о расчетной оценке режимов сварки давлением/ Шоршов М.Х., Кра-сулин Ю.Л., Дубасов А.М. и др. // Сварочное пр-во. - 1967. - №7. - С. 14-17.

96.Казакевич Г. С. Механика сплошных сред. Теория упругости и пластичности/ Казакевич Г. С., Рудской А. И.; СПб. гос. политехн. ун-т. - СПб. - Изд-во СПбГПУ. - 2003. - - 264 с.

97.Кашаев, Р. М. О линейной сварке трением блиска компрессора ГТД / Р. М. Кашаев, А. М. Хуснуллин, В. В. Николаев // Газотурбинные технологии. -2009. - N 2. - С. 24-29

98. Контроль качества при изготовлении блисков с применением линейной сварки трением / Бычков В.М., Медведев А.Ю., Савичев М.П., Смирнов В.В., Супов А.В. // Вестник УГАТУ. - 2012. - № 7. - С. 95-101.

99.Лебедев В. К. Математическое моделирование тепловых процессов и вязкого течения металла при сварке трением / Лебедев В. К., Миргород Ю. А., Ваку-ленко С. А. // Автоматическая сварка. - 1987. - № 1. - с. 3-5.

100. Лебедев В.К. О расчете энергетических параметров процесса сварки металлов трением / Лебедев В.К., Вилль В.И., Черненко И.А. // Атоматическая сварка. - 1981. - №3. - С. 1-4.

101. Литвинов В.Н. Физико-химическая механика избирательного переноса при трении / Михин Н.М., Мышкин Н.К. // М.: Наука. - 1979. - 184 с.

102. Медведев А. Ю. Построение модели процесса линейной сварки трением на основе совместного рассмотрения тепловой и деформационной задач // Вестник УГАТУ. - 2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 139-144.

103. Медведев А.Ю. Определение составляющих энергетического баланса при линейной сварке трением / Медведев А.Ю., Никифоров Р.В. Супов А.В. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. - т.14, - №1(2). - С. 392-395.

104. Медведев А.Ю. Определение составляющих энергетического баланса при линейной сварке трением / Медведев А.Ю., Никифоров Р.В. Супов А.В.// Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - т.14, №1(2), 2012. - С. 392-395.

105. Механическое поведение ультрамелкозернистых титановых прутков, полученных с использованием интенсивной пластической деформации / Семенова И.П., Коршунов А.И., Салимгареева Г.Х., Латыш В.В., Якушина Е.Б., Валиев Р.З. // Физика металлов и металловедение. - 2008. - Т. 106. -№ 2. - С. 216-224.

106. Микроструктура и свойства лопаток компрессора гтд, полученных объемной штамповкой из ультрамелкозернистого сплава ВТ6 / Семенова И.П., Полякова В.В., Валиев Р.Р., Рааб Г.И., Измайлова Н.Ф. // Физика и техника высоких давлений. - 2011. - Т. 21. - № 4. - С. 86-95.

107. Моделирование температурного поля при линейной сварке трением / Медведев А.Ю., Павлинич С.П., Атрощенко В.В., Маркелова Н.И. // Вестник УГА-ТУ. - 2010. - №2. - С. 76-81.

108. Неразрушающий контроль сварных соединений блисков, полученных линейной сваркой трением / Атрощенко В.В., Бычков В.М., Медведев А.Ю., Са-вичев М.П., Кривалёв И.В. // Сварка и диагностика. - 2014. - №4. - C. 43-50.

109. Образование дефектов в процессе линейной сварки трением / Савичев М.П., Бычков В.М., Медведев А.Ю., Супов А.В., Халиуллин Р.Р. // Известия Самарского научного центра РАН. - том 15. - №6(2) . - 2013. - C. 480-483.

110. Объемные наноструктурные металлы и сплавы с уникальными механическими свойствами для перспективных применений / Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Мурашкин М.Ю., Семенова И.П. / Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2006. - Т. 7. - № 3. - С. 23-34.

111. ОСТ 1 00870-77. Лопатки ГТД. Методы испытаний на усталость.

112. ОСТ 1 90006. Заготовки из титановых сплавов для изготовления лопаток. Технические требования

113. ОСТ 1 90197. Поковки дисков и валов кованые и штампованные из титановых сплавов. Общие технические условия.

114. Павлова Т.В. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей / Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная О.А. // ВИАМ 2011-205852

115. Повышение технологичности конструкции заготовки лопатки для изготовления блиска с применением линейной сварки трением / Тарасенко Е.Е., Медведев А.Ю., Бычков В.М., Малахов Е.Н., Постнов В.В. // Вестник УГАТУ. -2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 72-77.

116. Построение параметрической модели процесса линейной сварки трением по экспериментальным данным / Ямилева А.М., Киселева С.К., Караваева М.В., Медведев А.Ю., Насибуллаев И.Ш. // Современные исследования в области естественных и технических наук: междисциплинарный поиск и интеграция.

Материалы научно-практической всероссийской конференции молодых ученых: 9-11 октября 2012 г. Тольятти: ТГУ. - 2012. - С. 112-118.

117. Применение линейной сварки трением для соединения сплавов ВТ6 и ВТ8-1 / Медведев А. Ю., Бычков В. М., Селиванов А. С., Павлинич С. П., Даутов С. Х., Супов А. В. // Сварочное производство. - 2014. - № 1. - С. 17-20

118. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства, ИКЦ «Академкнига». - Москва. - 2007.

119. Роль наноструктурной сверхпластичности при изготовлении моноколеса компрессора газотурбинного двигателя / Медведев А.Ю., Астанин В.В., Семенова И.П. // Наноиндустрия. - Том 12. - № 3-4 (90) . - 2019. - С. 220-227.

120. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М., Машгиз. -1951. - 296 с.

121. Сварка трением: Справочник / В. К. Лебедев, И. А. Черненко, Р. Михальски и др.; Под общ. ред. В. К. Лебедева, И. А. Черненко, В. И. Вилля. -Л. - Машиностроение. Ленингр. отд-ние. - 1987. - 236 с.

122. Сверхпластичность и твердофазное соединение наноструктурированных материалов часть I. Влияние размера зерна на твердофазную свариваемость сверхпластичных сплавов / Лутфуллин Р.Я. // Письма о материалах. - 2011. -Т. 1. - № 1. - С. 59-64.

123. Сверхпластичность и твердофазное соединение наноструктурированных материалов(обзор)часть II. Физическая модель формирования твердофазного соединения в титановом сплаве в условиях низкотемпературной сверхпластичности / Лутфуллин Р.Я. // Письма о материалах. - 2011. - Т. 1. - № 2. - С. 8891.

124. Сверхпластичность промышленных сплавов / О. А. Кайбышев .— М. : Металлургия. - 1984 .— 264 с.

125. Семенова И.П. Формирование ультрамелкозернистых структур и повышенных механических свойств в малолегированных титановых сплавах комбини-

рованными методами интенсивной пластической деформации / диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Южно-Уральский государственный университет. - Уфа. - 2011.

126. Серегин С.А. Влияние частоты вращения на степень и скорость пластической деформации при сварке металлов трением / Серегин С.А., Серегин А.С., Сабанцев В.П. // Сварочное пр-во. - 1979. - №11. - с. 22-23.

127. Серегин С.А. Степень пластической деформации при сварке металлов трением / Серегин С.А., Серегин А.С., Сабанцев В.П. // Сварочное производство. -1976. - №8. - с. 36-37.

128. Солонина, О. П. Жаропрочные титановые сплавы / О. П. Солонина, С. Г. Глазунов ; под ред. А. Т. Туманова .— М. : Металлургия. - 1976 .— 447 с.

129. Способ изготовления моноблочного лопаточного диска: Патент на изобретение RU 2496987 МПК F01D 5/30, В23К 20/12. Бычков В.М., Савичев М.П., Павлинич С.П., Тарасенко Е.Е., Медведев А.Ю. Заявл. 16.07.2012; опубл. 27.10.2013.

130. Способ линейной сварки трением деталей из титановых сплавов: Патент на изобретение №2456141 С2 РФ: МПК В23К 20/12, В23К 103/14 Мингажев А.Д., Смыслов А.М., Смыслова М.К., Даутов С.Х., Медведев А.Ю., Селиванов А. С. -№ 2010125151/02, Заявл. 18.06.2010; опубл. 20.07.2012.

131. Способ линейной сварки трением деталей из титановых сплавов: Патент на изобретение №2456142 С2 РФ: МПК В23К 20/12, В23К 103/14 Мингажев А.Д., Смыслов А.М., Смыслова М.К., Даутов С.Х., Медведев А.Ю., Селиванов А.С. Заявл. 13.09.2010; опубл. 20.07.2012.

132. Способ линейной сварки трением лопаток с диском для получения блиска: Патент на изобретение RU 2496989 МПК F01D 5/30, В23К 20/12 Бычков В.М., Савичев М.П., Павлинич С.П., Тарасенко Е.Е., Медведев А.Ю. Заявл. 16.07.2012; опубл. 27.10.2013.

133. Способ линейной сварки трением: Патент на изобретение №:2574566 Рос. Федерация: В.М. Бычков, А.Ю. Медведев, М.П. Савичев, Е.Е. Тарасенко; за-явл. 25.09.2014; опубл. 10.02.2016.

134. Способ ультразвукового контроля сварных соединений лопаток с диском: Патент на изобретение №:2478946 Рос. Федерация: МПК G01N 29/04/ В.М. Бычков, А.Ю. Медведев, С.П. Павлинич М.П., Савичев; заявл. 15.11.2011; опубл. 10.04.2013.

135. Структура и свойства соединений титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой, полученных линейной сваркой трением / Гринь Р. Р., Караваева М.В., Бычков В.М., Медведев А.Ю., Супов А. В., Александров И. В., Латыш В. В., Мусин Ф. Ф. // Вестник УГАТУ. - 2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 4347.

136. Усталостная прочность и особенности разрушения ультрамелкозернистого титанового сплава ВТ6 / Валиев Р.Р., Модина Ю.М., Поляков А.В., Семенова И.П., Жернаков В.С. // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2016. - Т. 20. - № 2 (72). - С. 11-16.

137. Усталостная прочность соединений, полученных линейной сваркой трением в моноколесах газотурбинных двигателей / Медведев А. Ю., Бычков В. М., Атрощенко В. В., Измайлова Н. Ф., Супов А. В. // Инновации в топливно-энергетическом комплексе и машиностроении: сборник трудов Международной научно-практической конференция 18-21 апреля 2017 года. - Кемерово : КузГТУ. - 2017. - С. 140-144.

138. Устройство для линейной сварки трением: Патент на изобретение №:2563615 Рос. Федерация: Бычков В.М., Медведев А.Ю., Савичев М.П., Паутов А.Н.; заявл. 23.04.2014; опубл. 20.09.2015.

139. Численное моделирование стадии проковки в сварных соединениях, полученных линейной сваркой трением / Атрощенко В.В., Никифоров Р.В., Паутов А.Н., Медведев А.Ю. // Сварка и диагностика. - 2016. - №5. - с. 17-20.

140. Медведев А.Ю. Испытания на растяжение сварных соединений титановых сплавов, выполненных линейной сваркой трением / Медведев А.Ю., Павлинич С.П. // Сварочное производство. - 2014. - № 5. - С. 51-53.

141. Эффективность распараллеливания задач по моделированию процесса линейной сварки трением в инженерных пакетах ANSYS MECHANICAL и SIM-ULIA ABAQUS / Ямилева А. М., Юлдашев А.В., Насибуллаев И. Ш., Газизов Р. К. // Вестник УГАТУ. - 2012. - Т. 16. - № 7 (52) . - С. 87 - 94.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУР

ПРИ ЛИНЕЙНОЙ СВАРКЕ ТРЕНИЕМ

Экспорт данных, записанных во время сварки

первый столбец - время (мс)

второй столбец - осадка (мм)

третий столбец - мощность тепловыделения (Вт)

data] := READPRN("datal-txt")

Number of data points: n := rows(datal) n = 2.027 x ]0? [ := 0.. n - 1

Вектор-столбец, содержащий значения времени,в которые производилась запись параметров

data]i0>-(dalalW),

1000

Вектор-столбец, содержащий значения укорочения каждой из заготовок

datai

shortening :=-

<1>

■mm

осадка приходящаяся на одну деталь, как функция времени := 1ш1ег[>(Чш1е, мЬиги-нпщИ)

выделяющаяся при трении тепловая мощность, как фужция времени

1.5x10

N

5x10 "

1x10

2

5x10"

t, с

Осадка каждой из заготовок в процессе сварки

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ

СВАРКЕ ТРЕНИЕМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

450027, г. Уфа, ул. Трамвайная, Б, корп. 1 Тел./факс: [phone] ЕчпаШ [e-mail]

ТЕХНОПАРК

Авиационных Технологий

р/с: 40703810706000104558 Отделение № 8598 Сбербанка России к/с 30101810300000000601 ИНН: 0273061330, БИК: 048073601 ОКПО: 97965980, КПП: 0273 01001

Научно-производственная ассоциация

Исх. № от« Л » 2019г.

АКТ

об использовании результатов докторской диссертации Медведева А.Ю. «Разработка научных основ технологии получения твердофазных соединений высокопрочных титановых сплавов методом линейной сварки трением за счет эффекта наноструктурирования»

Научно-производственная ассоциация «Технопарк Авиационных Технологий» с 2011 по 2015 год являлась соисполнителем работ по аттестации структуры и свойств соединений из сплавов ВТ6 и ВТ8-1, полученных линейной сваркой трением при производстве моноколес.

Результаты диссертационного исследования Медведева А.Ю в виде методик проведения механических испытаний, рекомендаций по выбору параметров режима сварки, определенных значений припусков и напусков на зоготовки под сварку, схем закрепления деталей при сварке, моделей напряженно-деформированного состояния деталей и оснастки при сварке, а также результаты моделирования, были использованы при изготовлении заготовок лопаток под сварку, в том числе, и в ультрамелкозернистом структурном состоянии, сварочной оснастки, и показали свою высокую практическую значимость.

НИОКР по освоению технологии производства моноколес с использованием операций сварки, выполняемые НПА «Технопарк АТ», в настоящее время базируется на тех же, апробированных ранее, схемах и моделях, с учетом изменившихся материалов и усложнившихся конструктивных решений.

jQOK

' УМПО

Публичное акционерное общество «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» (ПАО «ОДК-УМПО») ул. Ферина, 2, г. Уфа, Республика Башкортостан, Российская Федерация, 450039 Телетайп/телекс: 162340, «RICA RU», тел.: [phone], факс: [phone], http://www.umpo.ru, e-mail: [e-mail] ОГРН 1020202388359, ИНН 0273008320, КПП 027301001

_ № _

на №_от_

АКТ

Об использовании результатов докторской диссертации Медведева А.Ю.

«Разработка научных основ технологии получения твердофазных соединений высокопрочных титановых сплавов методом линейной сварки трением за счет эффекта наноструктурирования»

Наше предприятие ведет активные работы по освоению критических для авиационного двигателестроения Российской Федерации технологий, в том числе и линейной сварки трением. Освоение технологии сопровождалось значительным объемом НИОКР. В 2011-2013 годах проведен комплекс исследований по аттестации структуры и свойств сварных соединений сочетания материалов ВТ6/ВТ8-1, разработана технология сварки блиска 2 ступени компрессора высокого давления двигателя ПД-14, изготовлены и испытаны 15 секций блиска с лопатками из мелкозернистого сплава ВТ6, 6 секций блиска с лопатками из ультрамелкозернистого сплава ВТ6. В 2012-2015 годах отработана технология ЛСТ высокопрочных сплавов на основе алюминия, разработана технология сварки блиска 1 ступени компрессора низкого давления газотурбинного привода ГТП 10/953.

Медведев А.Ю. отвечал за планирование, проведение и анализ результатов экспериментальных работ по ЛСТ, разработку технологии сварки и контроля качества сварных соединений, принимал участие в проектировании заготовок под сварку, сварочной оснастки и вспомогательного оборудования, осуществлял авторский контроль их изготовления. Результаты испытаний и исследований, полученных в ходе НИОКР, сварных соединений лопаток с элементами дисков свидетельствуют:

- о пригодности сварных моноколес для применения в компрессорах ГТД;

- о резервах по снижению массы компрессора и повышению его ресурса за счет применения в моноколесах лопаток с УМЗ структурой.

На предприятии освоен полный цикл производства сварочной оснастки и вспомогательного сварочного оборудования. Благодаря конструкторскому решению, обеспечивающему высокий уровень унификации сварочного оснащения, за-

патентом №:2563615 С1, значительно сокращены затраты на освое-

щищенному патентом ^ичи»™

ние и сроки технологической подготовки производства.

Заместитель управляющего^ технический директор

.С.А. Симонов