Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Пайкин, Александр Григорьевич

• Пайкин, Александр Григорьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пайкин, Александр Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

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

1.1 Оборудование и физические принципы.

1.2 Моделирование процессов протекающих при облучении.

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

1.4 Влияние электронно-лучевой обработки на свойства металлов и сплавов.

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

2.1 Материал, образцы и детали для исследования.

2.2 Оборудование для исследования.

2.3 Оборудование для электронно-лучевой обработки и методики облучения.

2.4 Методики исследования состояния поверхностных слоев облучаемых мишеней.

2.5 Методики определения эксплуатационных свойств лопаток компрессора.

2.6 Методика термодинамического анализа.

3. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ

ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК ИЗ ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИ ЭП866ш.

3.1 Исследование влияния режимов облучения на перераспределение элементов в поверхностных слоях лопаток.

3. 2. Выбор оптимальных режимов облучения.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЛОПАТОК.

4.1 Структурные изменения в поверхностных слоях образцов и лопаток из стали ЭП866ш.

4.2 Исследование процесса кратерообразования на поверхности деталей из стали ЭП866ш.

4.3 Выбор оптимальных режимов облучения по результатам структурных исследований.

5. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЛОПАТОК ИЗ СТАЛИ ЭП866ш.

5.1 Усталостная прочность.

5.2 Жаростойкость.

5.3 Эрозионная стойкость.

5.4 Сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования.

5.5 Методики испытаний облученных и серийных лопаток на технологическом изделии.

5.6 Разработка технологических карт процессов электронно-лучевой обработки лопаток из стали ЭП866ш.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка высокоинтенсивной технологии поверхностной модификации лопаток КВД из жаропрочных сталей типа ЭП866ш с применением сильноточных импульсных электронных пучков»

Актуальность проблемы.

Повышение уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов проточной части турбины ГТД (прежде всего лопатки и диски компрессора и турбины), изготавливаемых из жаропрочных материалов, является наиболее важной задачей авиационного двигателестроения [1]. Решение этой задачи осуществляется с использованием нескольких подходов: разработка перспективных, высоколегированных, поликристаллических и монокристаллических сплавов; модернизация способов изготовления, формования и обработки изделий и заготовок; развитие новых методов поверхностной обработки деталей и нанесения на их поверхность различных защитных покрытий, в том числе покрытий из наноматериалов. Кроме того, интенсивно реализуются исследования по созданию цельнометаллических дисков с лопатками, причем эти технологии уже нашли достаточно широкое применение на ведущих предприятиях авиационной промышленности США, России, Великобритании и Франции. В последнее время особое внимание уделяется разработке высокоинтенсивных методов поверхностной инженерии деталей машиностроения широкой номенклатуры и предельно быстрому внедрению созданных на их основе техпроцессов в промышленность^,3].

Эта тенденция была озвучена на экспертном совещании ведущих специалистов Европейского Сообщества, которое проводилось во Франции в октябре 2001 года [1]. Результаты экспертных оценок по прогнозированию объема выпуска машиностроительной продукции с применением методов поверхностной инженерии (электролитические покрытия, композиционные покрытия, поверхностное легирование, лазерная обработка, катодное распыление, химико-термическая обработка, химическое и физическое осаждение из пара, обработка ионными и электронными пучками), сделанных 62 экспертами, позволяют прийти к заключению о приоритетности химико-термической обработки, включая обработку мощными ионными и сильноточными электронными пучками. Для этих технологий общий объем продукции в 2010 году составит более 420 Ме, что превысит объемы производства деталей с применением химического и физического осаждения из пара (250 Ме), электролитического плакирования (400 Ме), нанесения композиционных покрытий (30 Ме), и только применение метода распыления в поверхностной инженерии машиностроительной продукции ожидается в больших объемах (500 Ме). Среди же отраслей машиностроения к 2000 году наиболее широкое использование ионно- и электронно-лучевых технологий, а также технологий поверхностного легирования, было отмечено в: автомобильной промышленности (1 место), общем машиностроении (2 место), авиационной и космической технике (3 место), причем прогноз на 2010 год оставил все практически без изменений. То, что мощные ионные и электронные импульсные пучки, а также лазерное излучение являются одними из наиболее эффективных инструментов для поверхностной инженерии деталей автомобилестроения, авиационной и космической техники обусловлено не только возможностями этих методов воздействия на материалы, но и достигнутым уровнем развития оборудования для их реализации.

В этой связи разработка и совершенствование методов поверхностной обработки деталей и заготовок с использованием концентрированных импульсных потоков энергии (КИПЭ) [5] имеет ряд преимуществ перед классическими методами поверхностной механической, химической и термомеханической обработок: формирование уникального физико-химического состояния материала поверхностного слоя; достижение рекордных точности изготовления (на нанометромом уровне) и шероховатости поверхности (Яа~0,05-0,06 мкм); экологическая чистота; высокая производительность (площадь поперечного сечения энергетических потоков изменяется от 30 см2 до 1 м2, а длительность импульса - от 10 не до нескольких десятков микросекунд); умеренные цены за оборудование и его обслуживание (не более $ 10 за обработку 1 м2 поверхности). Применение КИПЭ имеет по сути дела только один недостаток: высокая наукоемкость разрабатываемых технологий, обусловленная необходимостью проведения длительных и дорогостоящих исследований влияния режимов облучения на физико-химическое состояние материала поверхностных слоев и, соответственно, на комплекс эксплуатационных свойств деталей. Последнее является целью настоящей диссертации, сконцентрированной, прежде всего, на использовании сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП), которые являются одними из наиболее доступных и развитых видов КИПЭ для модификации свойств деталей авиационной техники и, в частности, для повышения уровня коррозионных, эрозионных и усталостных свойств лопаток компрессора ГТД, изготавливаемых из стали ЭП866ш.

По сравнению с мощными импульсными ионными пучками (МИИП), СИЭП начали применяться для обработки жаропрочных сплавов только с 1996 года (коллектив ученых из Томского института сильноточной электроники и Московского авиационного института под руководством профессора Проскуровского Д.И.) [6, 7], хотя отдельные публикации по модификации лопаток стационарных двигателей появились в 1993 году (Санкт-петербургская школа исследователей под руководством В. И. Энгелько) [8, 9].

Действительно, результаты исследований и испытаний образцов и конкретных изделий, включая испытания на двигателе лопаток из титановых сплавов, облученных МИИП, публикуются уже на протяжении 15 последних лет, а разработанные техпроцессы рекомендованы к внедрению еще в 1994 году [10-15]. Более чем пятилетнее отставание по времени начала исследований в области применения СИЭП для модификации поверхности деталей авиационной техники от использования МИИП для этих же целей, обусловлено, прежде всего, сложностью формирования широкоаппертурных электронных пучков и трудностью их транспортировки в вакууме, при которой наблюдается образование микронеустойчивостей, приводящих к филаментации пучка и образованию на поверхности большого числа кратеров размером до нескольких сотен микрон. В связи с вышесказанным, полученные ранее результаты исследований и испытаний деталей из жаропрочных сплавов обработанных СИЭП следует признать неудовлетворительными.

В последнее время разработчикам оборудования как в НИИЭФА г. Санкт-Петербург (ускрители «GESA»), так и в ИСЭ г. Томск удалось получить широкоаппертурные электронные импульсные пучки с высокой однородностью распределения плотности энергии по сечению, сравнимые, и даже превосходящие, по этим параметрам МИИП, что резко интенсифицировало исследования в области модификации поверхности СИЭП. Кроме того, КПД формирования СИЭП значительно превосходит КПД МИИП, поднимая в целом энергетику пучка до 100-200 Дж/см2 (5-8 Дж/см2 для МИИП) и обеспечивая, тем самым, решение существенно большего круга задач (модификация материалов в поверхностных слоях толщиной до 30 мкм, за счет высокоскоростного плавления и последующей перекристаллизации, нанесение относительно толстых покрытий, абляция поверхностных слоев с целью ремонта поврежденных при эксплуатации изделий, перемешивание материала предварительно нанесенных покрытий толщиной до 20-30 мкм с материалом подложки и т.д.). Успехи достигнутые научными школами проф. Проскуровского Д.И. и проф. Энгелько В.И. выглядят особенно впечатляющими с позиций международной признательности. Им удалось наладить производство и поставку своих ускорителей в такие развитые страны мирового сообщества как Германию и Японию. К сожалению, на внутреннем рынке России подобного успеха авторам этих разработок добиться не удалось до сих пор.

Таким образом, актуальность данной работы в фундаментальном отношении определяется необходимостью получения базовых знаний о влиянии режимов обработки сильноточными импульсными электронными пучками на физико-химическое состояние поверхностных слов и эксплуатационные свойства деталей из жаропрочных сплавов, а с практической точки зрения - возможностью создания и внедрения некоторых техпроцессов на предприятиях отрасли уже в ближайшее время, так как стоимость электронных ускорителей не превышает ($ 150 000), что более чем в 2 раза ниже стоимости ускорителей МИИП.

Для достижения сформулированной цели было необходимо реализовать постановку и последующее решение большого числа задач методического, фундаментального и практического плана: (1) разработка комплексной методики исследования физико-химического состояния нано - и микро - метровых поверхностных слоев деталей из многокомпонентных гетерогенных материалов (жаропрочная сталь ЭП866ш), основанной на применении таких методов, как: электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), рентгеноструктурный анализ (при регистрации дифрактограмм с фокусировкой по Бреггу-Брентано на малых и больших углах, а также при использовании методики скользящего пучка, РСА), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), экзоэлектронная эмиссия (ЭЭЭ), рентгеновский микроанализ (РМА), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), оптическая металлография в поляризованном свете, измерение шероховатости поверхности (Ra) и др.; (2) разработка методики термодинамического анализа процессов, протекающих в поверхностном слое при облучении деталей СИЭП; (3) оценка оптимальных режимов электронно-лучевой обработки лопаток из жаропрочной стали ЭП866ш; (4) определение кинетики абляции материала с поверхности облучаемых СИЭП мишеней и изучение механизмов этого явления; (5) исследование явления кратерообразования на поверхности мишеней из стали ЭП866ш при их облучении СИЭП; (6) обоснование режимов сравнительных натурных испытаний серийных и обработанных электронным пучком деталей в составе изделия; (7) определение эксплуатационных характеристик деталей проточной части компрессора ГТД, прошедших электронно-лучевую обработку (усталостная прочность и циклическая долговечность с использованием высокочастотных испытаний, микротвердость, жаростойкость, эрозионная стойкость, коррозионная стойкость в условиях термоциклирования и др.); (8) обсуждение и обобщение расчетных и экспериментальных данных, полученных на стадиях исследования и подготовки к натурным испытаниям; (9) создание технологических карт процессов электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из стали ЭП866ш; (10) составление технического задания на проектирование и разработка технической документации для изготовления электронных ускорителей для серийного производства.

Научная новизна работы.

Достижение главной цели, в соответствии с расширенным планом фундаментальных и прикладных исследований, практически полностью отражает научную новизну полученных данных, не имеющих аналогов ни в России, ни за рубежом. Впервые не только доказана возможность использования сильноточных электронных пучков для модификации свойств и ремонта наиболее нагруженных деталей компрессора ГТД (лопатки 7 и 8 ступеней изделие 88), но и разработаны технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта этих деталей двигателей РДЗЗ и РД 1700.

Кроме того, впервые были получены взаимосвязанные результаты влияния режимов облучения СИЭП на физико-химическое состояние материала поверхностных слоев и свойства компонентов двигателя, изготовленных из жаропрочной стали ЭП866ш, что позволяет построить взаимнооднозначную последовательность зависимостей: р(режимы > облучения) <-> у/(физико — химическое > состояние) <-> ^(свойства). Построение таких зависимостей обеспечивает разработку и внедрение новых технологических процессов уже при значительно меньших затратах времени и средств на стадии выбора оптимальных режимов облучения, существенно сокращая область поиска значений параметров облучения и финишной термообработки соответствующих этим оптимальным режимам. Эта часть работы является фундаментальным стержнем проблемы создания новых наукоемких высокоинтенсивных технологий электронно-лучевой обработки различных деталей и узлов.

С феноменологических позиций впервые подробно изучены: явление «кратерообразования» протекающее на поверхности облучаемых СИЭП мишеней, если обработка реализуется в режиме абляции (локальный местный унос материала на макро уровне); механизмы перераспределения элементов в поверхностных слоях многокомпонентных гетерогенных материалов при их облучении импульсным электронным пучком в режимах плавления, испарения и абляции; текстурообразование, имеющее место в процессе высокоскоростной перекристаллизации материала поверхностного слоя нагретого СИЭП; фазообразование, протекающее в приповерхностных областях при облучении и финишной термообработке; изменение уровня остаточных напряжений (в рамках модели плоско напряженного состояния) в зависимости от режимов электронно-лучевой обработки; механизмы влияния облучения на основные свойства деталей из жаропрочных сплавов (усталостная прочность, жаростойкость, эрозионная стойкость, сопротивление горячей солевой коррозии в условиях термоциклирования); кинетика абляции с поверхности деталей из стали ЭП866ш, в том числе после наработке на двигателе.

Разработанные технологии электронно-лучевой обработки и ремонта деталей и узлов проточной части турбины ГТД не имеют аналогов в авиационном двигателестроении и составляют основу для создания перспективных технологий изготовления двигателей нового поколения (на примере двигателей РДЗЗ и РД1700). На защиту выносятся:

1. Методика термодинамического анализа сложных гетерогенных систем, позволяющая определить режимы облучения электронным пучком (при микросекундной длительности импульса, т>10 цс, и высоких энергиях, Е>100 кэВ), когда достигаются плавление, испарение, плазмообразование, разложение и формирование различных фаз в жаропрочных и жаростойких материалах.

2. Комплексная методика определения физико-химического состояния материала приповерхностных областей деталей и их рабочих характеристик после различных методов обработки.

3. Результаты исследования влияния режимов электронно-лучевой обработки на ускорителях "ОЕЗА-2" и 'ЧЗЕЗА-Г' (энергия электронов, Е=115-150 кэВ; длительность импульса, т=15-40 цс; плотность энергии в импульсе, )У=15-90 Дж/см2; число импульсов п=1-10 имп) на физико-химическое состояние материала приповерхностных областей деталей проточной части турбины (химический состав, структурно-фазовое состояние, остаточные напряжения и шероховатость поверхности).

4. Данные о влиянии режимов электронной и термической обработок на эксплуатационные свойства деталей из жаропрочной стали ЭП866ш).

5. Методика длительных натурных испытаний облученных деталей в составе технологического изделия (РДЗЗ).

6. Результаты исследования физико-химического состояния материала поверхностных слоев лопаток ГТД, подготовленных к испытаниям на технологическом изделии.

7. Механизмы перераспределения элементов в поверхностных слоях деталей в процессе сильноточной импульсной электронно-лучевой обработки.

8. Электронно-лучевые технологии обработки и ремонта лопаток компрессора ГТД, изготовленных из стали ЭП866ш.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследования.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований созданы методики и обоснованы рекомендации, обеспечивающие разработку и внедрение новых технологических процессов модификации поверхности и ремонта деталей ГТД различной номенклатуры с применением сильноточных импульсных электронных пучков.

Разработаны экологически чистые опытно-промышленные технологии электроннолучевой обработки и ремонта лопаток компрессора из стали ЭП8ббш, позволяющие заменить некоторые виды высокоточной механической и химической обработок, существенно повысить ресурс и надежность их эксплуатации (РДЗЗ и РД 1700).

По результатам длительных натурных испытаний на технологическом изделии, будет принято решение о корректировке оптимальных режимов электронно-лучевой обработки и внедрении электронно-лучевых технологий в серийное производство (ММП им. В. В. Чернышева) после оснащения технологического участка ускорителями "Геза-М" для реализации процесса облучения.

Комплексная методика исследования физико-химического состояния поверхностных слоев жаропрочных сплавов использовалась в ряде организаций Российской Федерации (НПО ВИАМ, ИСЭ СО РАН, НИИЯФ г. Томск, НИИЭФА им. Д. В. Ефремова и др.).

Методика выбора режимов электронно-лучевой обработки использовалась при выполнении контракта между НПО ВИАМ и французской фирмой "ТигЬотеса", а также при реализации программы исследований по проекту МНТЦ (проект №975-98).

Полученные при выполнении диссертации результаты используются в учебном процессе в Московском авиационном институте при чтении лекций по курсам «Основы технологи производства ДЛА и ЭСУ» и «Спецтехнология», при проведении лабораторных работ по этим курсам и технологической практики у студентов старших курсов. Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: 10 Всемирный съезд по титану в 2003 г. (Гамбург, Германия), 5 Международная конференция по взаимодействию излучений с твердым телом в 2003 г. (Минск, Беларусь), постоянно действующий семинар по проблемам прочности в 2002 г. (Москва, ЦИАМ).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Пайкин, Александр Григорьевич

выводы

1. Предложена, научно обоснована и апробирована оригинальная методика выбора области поиска оптимальных режимов электронно-лучевой обработки деталей из жаропрочных сплавов (на примере стали ЭП866ш ферритного класса с карбидным упрочнением), которая базируется на основных принципах локальной равновесной термодинамики и теории взаимодействия концентрированных импульсных потоков энергии с поверхностью твердых тел.

2. Показано, что с помощью облучения сильноточным импульсным электронным пучком микросекундной длительности удается модифицировать 20-25-микронные поверхностные слои лопаток из жаропрочной стали ЭП866ш. Методами электронной Оже-спектроскопи, рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии, экзоэлектронной эмиссии, просвечивающей электронной микроскопии, оптической металлографии и измерения шероховатости поверхности установлено, что при облучении в поверхностных слоях лопаток протекают процессы: плавления, перераспределения элементов, кратерообразования, абляции, высокоскоростной кристаллизации из расплава, изменения фазового состава и дислокационной структуры, повышения плотности дислокаций, изменения размеров зерен, формирования остаточных растягивающих или сжимающих напряжений и др.

3. Изучено влияние режимов электронно-лучевой и финишной термической обработок на эксплуатационные свойства лопаток ротора КВД ГТД (изделие 88) из жаропрочной стали ла-, ЭП866ш в результате чего показано, что. используя обработку сильноточным импульсным электронным пучком на ускорителе ОЕ8А-1 при энергии электронов 115-120 кэВ и плотности энергии 20-22 Дж/см2, удается повысить следующие характеристики лопаток компрессора: предел выносливости - до 10 %; эрозионную стойкость - более чем в 2 раза (в инкубационный период), жаростойкость - более чем в 3 раза; сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 3 раза.

4. Экспериментально установлены причины изменения эксплуатационных свойств лопаток из стали ЭП866ш, подвергнутых электронно-лучевой и термической обработкам: формирование при термоэкспозиции на воздухе оксидной пленки на основе оксида хрома при полном отсутствие шпинелей; сглаживание кромок поверхностных дефектов, образованных на стадии механической обработки и являющихся концентраторами напряжений; снижение шероховатости поверхности; повышение пластичности материала в поверхностном слое толщиной 20-25 мкм.

5. Показано, что сильноточный импульсный электронный пучок микросекундной длительности является высокоэффективным инструментом для ремонта лопаток компрессора. Применение СИЭП позволяет удалять за один импульс нагар и газонасыщенные при эксплуатации поверхностные слои толщиной до 7 мкм за импульс при плотности энергии 48-50 Дж/см2.

6. Обнаружен и научно обоснован эффект перераспределения легирующих элементов в многокомпонентных гетерогенных системах, облучаемых СИЭП в режиме плавления: компоненты с коэффициентом распределения К<1 оттесняются фронтом кристаллизации к поверхности мишени, а элементы с К>1 - концентрируются в зоне границы раздела "перекристаллизованный материал - исходный сплав". Показано, что электронно-лучевая обработка поверхности лопаток приводит к интенсивному выносу материала основы по механизму "абляции", что проявляется в формировании на поверхности микронеоднородностей в виде кратеров. При облучении лопаток сильноточным электронным пучком микросекундной длительности в их поверхностных слоях толщиной до 20-25 мкм протекают процессы избирательного массопсреноса, в основе которых лежат, как и в случае воздействия мощного ионного пучка наносекундной длительности, механизмы оттеснения примеси фронтом кристаллизации, лепгмюровского испарения и местной нестационарной абляции.

7. Экспериментально изучен процесс кратерообразования, протекающий на поверхности лопаток из стали ЭП866ш при облучении с плотности энергии более 26-28 Дж/см2. Показано, что для мишеней из стали ЭП866ш наиболее вероятными механизмами образования кратеров, из приведенных ранее и сформулированных в работах, посвященных исследованию этого процесса при воздействии на материалы мощных импульсных ионных пучков являются: избирательное плавление и последующая эрозия отдельных участков поверхности, вследствие различия в температурах плавления фазовых составляющих; избирательное плавление и плазмообразование, обусловленные высокой степенью неоднородности распределения плотности дислокаций по поверхности в пределах области действия электронного пучка; нестационарное и различное по глубине плавление отдельных участков поверхности с различной ориентацией и взрывная эмиссия с острых участков поверхности.

8. Экспериментально доказано, что после электронно-лучевого удаления нагара и газонасыщенных во время эксплуатации поверхностных слоев, основные свойства лопаток ухудшаются (возрастает шероховатость поверхности, снижается предел выносливости, формируются остаточные растягивающие напряжения). Для достижения уровня эксплуатационных свойств исходных лопаток, необходимо осуществлять технологический процесс ремонта лопаток в несколько операций: 005 - определение толщин нагара и окисленных слоев; 010 - удаление нагара СИЭП; 015 - удаление газонасыщенных поверхностных слоев СИЭП; 020 - выглаживание микрорельефа СИЭП; 025 - контроль состояния поверхности; 030 - финишная термообработка для снятия остаточных растягивающих напряжений.

9. На основании результатов усталостных, эрозионных и коррозионных испытаний, а также исследований физико-химического состояния поверхностных слоев серийных и модифицированных электронным пучком лопаток, были разработаны технологические процессы электронно-лучевой обработки и ремонта лопаток 7 ступени ротора КВД. Принято решение о внедрении разработанных технологий в серийное производство ГТД (двигатели РДЗЗ и РД1700) на ММП им. В. В. Чернышева, после завершения длительных натурных испытаний на технологическом изделии и оснащения технологического участка серийным оборудованием для облучения лопаток. Длительными натурными испытаниями на технологическом изделии по разработанной и утвержденной программе будут проверены лопатки компрессора ГТД из стали ЭП866ш, подвергнутые облучению на ускорителе GESA-1 с целыо повышения предела выносливости и, что особенно важно, коррозионной стойкости в присутствии компонентов морской воды и в условиях термоциклирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пайкин, Александр Григорьевич, 2004 год

1. Prospective survey of surface hardening technologies. CETIM, Senlis, 16 October 2001. 28 p.

2. Evans W. J. Optimising mechanical properties in a+p-titanium alloys. //Thermomechanical processing of and metallurgy of titanium alloys. 7-11 July 1997, Wollongong, Australia, p. 8996.

3. Сулима A. M. , Шулов В. A. , Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.240 с.

4. Озур Г. Е., Проскуровский Д. И. Формирование субмикросекундных низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным анодом // Письма в ЖТФ, 1988. т. 14, №5. с. 413-416.

5. Фазовые и структурные изменения в стали 45 под действием низкоэнергетичного электронного пучка / Ю. Ф. Иванов, В. И. Итин, С. В. Лыков и др. // Известия РАН. Металлы, 1993. № 3. с. 130-140.

6. Shulov V. A., Remnev G. E., Nochovnaya N. A. etc. High power ion beam treatment of titanium alloy parts, Proceedings of the 8th International Conference on Titanium, U. K., v. 3. 1996. p. 2126-2132.

7. Remnev G. E. and Shulov V. A. Application of high power ion beams for technology // Laser and Particle Beams, 1993. v. 11, N4. p. 707-731.

8. High-power ion beam treatment application for properties modification of refractory alloys // V. A. Shulov etc. // Surface and Coatings Technology. 1997. №99. p. 74-81.

9. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольное, А.Ф. Львов, В.А. Шулов и др.// Титан, 1995. №1-2. с. 30-34.

10. Shulov V. A., Remnev G. Е., Nochovnaya N. A. Thermomechemical processing of titanium alloys by high power pulsed ion beams // J. Materials science and Engineering. 1998. A242. p. 290-293.

11. Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-92", USA. 1992. v. 1-3. p. 2134.

12. Материалы Международной конференции "Beams-96" . Прага, 1996. В 2х томах. 1293 с.

13. Доклады 3 Всероссийской конф. по модификации свойств конструкционных материалов д., пучками заряженных частиц. Томск: ГКНТ, 1994. т. 1-3. 526 с.

14. Proceedings of the Firth International Conference of Electron Beam Technologies, Varna, 2-5 June 1997. 599 p.

15. Материалы Международной конференции "Beams-98" . Хайфа, 1998. В Зх томах. 1733 с.

16. Озур Г. Е., Проскуровский Д. И. Формирование субмикросекундных низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным катодом // Письма в ЖТФ, 1988. т. 14, №5. с. 413-416.

17. Бугаев С. П., Крейндель Ю. Е., Щанин П. М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.

18. Генерация сильноточных наносекундных низкоэнергетических электронных пучков / Д. И. Проскуровский, Г. Е. Озур, Г. А. Месяц и др. // Письма в ЖТФ, 1981. т. 7, №20. с. 1227-1230.

19. Марков А. Б. , Проскуровский Д. И. , Ротштейн В. П. Формирование зоны теплового влияния в железе и стали 45 при воздействии низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков//Томский научный центр, СО РАН, Препринт №17. 1993. 63 с.

20. Pulsed electron beam facility GESA for surface treatment of materials / G. Mueller, G. ^ Schumacher, D. Strauss etc. // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-96", Prague, 1996. v. 1p. 267-271.

21. Стародубцев С. В. , Романов A. M. Прохождение заряженных частиц через вещество. Ташкент: АН Уз. ССР, 1962. 227 с.

22. Каганов М. И. , Лифшиц И. М. , Танатаров Л. В. Релаксация между электронами и решеткой//ЖЭТФ, 1956. т. 31, №2. с. 232-237.

23. Матвеев А. Н. Атомная физика. М. : Высшая школа. 1989. 440 с.

24. Шиллер 3. , Гайзич У. , Панцер 3. Электронно-лучевая технология. М. : Энергия, 1980. 528 с.-¿L, 31. Инжекционная газовая электроника. / Бычков Ю. И., Королев Ю. Д., Месяц Г. А. и др. // Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.

25. Аброян И. А. , Андронов А. К. , Титов А. И. Физические основы электронной и ионной технологии. М. : Высшая школа, 1984. 320 с.

26. Бронштейн И. М., Фрайман В. С. Вторичная электронная эмиссия. М. : Наука, 1969. 407 с.

27. Слэтер Дж. Действие излучения на материалы // УФН, 1952. т. 47, № 1. с. 51 -94.

28. Д. Беспалов В. И. Расчеты методом Монте-Карло характеристик полей электронов и квантов в однородных и неоднородных поглотителях // Депн. ВИНИТИ, 1980. №3707-80. 62 с.

29. Ковальский Г. А. Эмиссионная электроника. М. : Наука, 1977, 112 с.

30. Ягодкин Ю. Д. , Пастухов К. М. , Сулима А. М. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов // Фи ХОМ, 1995. №5. с. 111-119.

31. Шулов В. А. , Ночовная Н. А., Ремнев Г. Е. , Полякова И. Г. , Исаков. И. Ф. Способ ремонта деталей машин с помощью обработки их поверхности концентрированными импульсными потоками энергии // Патент РФ № 586735139. Бюл. №5. 1997. 12 с.

32. Shulov V. А., Nochovnaya N. А. , Remnev G. Е. The application of high power ion beams in aircraft engine buildings for reconstruction of refractory alloy parts. Proceedings of Beams-96 International Coference. 1996. v. 2. p. 878-882.

33. Shulov V. A. , Nochovnaya N. A. , Remnev G. E. High power ion beam treatment of titanium alloy parts. Proceedings of 8-th International Conference on Titanium. 1996. v. 3. p. 21262132.

34. Engelko V. I. , Andreev A. A. , Komarov F. F. Application of an intense long pulse electron beam for investigation oh iter diverdor material arosion // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-96", Prague, 1996. v. 2 p. 793-796.

35. Surface treatment of materials by pulsed electron beams / G. Mueller, G. Schumacher, D. Strauss etc. // Proceedings of the Inter. Conf. "BEAMS-98", Haifa, 1998. p. 243-247.

36. Диденко A. H. , Шулов В. A. , Ремнев Г. E. , Ночовная H. А. Физико-химическое состояние поверхностных слоев и эксплуатационные свойства сплава ВТ18У, подвергнутого воздействию мощного ионного пучка. ФиХОМ, 1991. №5. с. 14-23.

37. Шулов В. А. , Ремнев Г. Е. , Ночовная Н. А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Общая характеристика. Поверхность. 1993. №12. с. 110-121.

38. Шулов В. А. , Ремнев Г. Е. , Ночовная Н. А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Влияние предварительной обработки. Поверхность. 1995. №6. с. 77-91.

39. Ульянин Е. А. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1991. 256 с.

40. Масленков С. Б. , Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких температур. М. : Металлургия, 1976, т. 1. 383 с.

41. Шулов В. А. Влияние ионной имплантации па химический состав и структуру поверхностных слоев жаропрочных сплавов // Известия ВУЗов. Физика, 1994. №5. с. 7291.

42. Шулов В. А. , Стрыгин А. Э. , Досов И. М. Электронная Оже-спектроскопия *** поверхностных слоев жаропрочных сплавов после ионно-лучевой обработки //

43. Поверхность, 1990. № 7. с. 124-131.

44. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольнов, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995. №1-2. - с. 3034.

45. Применение ионно-лучевой обработки для повышения служебных характеристик лопаток компрессора ГТД из сплава ЭП718ИД / А. М. Сулима, В. А. Шулов, А. Ф. Львов, А. А. Носков и др. // РТМ 1.2.071-1990. 45 с.

46. Львов А. Ф. Разработка технологических процессов ионно-лучевой модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток компрессора и турбины ГТД //

47. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва: МАИ, 2002.-164 с.

48. Бриггс Д., Сих М. П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М. : МИР, 1987. 598 с.

49. Горелик В. А. , Протопопов О. Д. Количественная Ожс-спектроскопия // Обзоры по электронной технике. Серия 7. М.: ЦНИИ Электроника, 1978. в. 18. с. 1-50.

50. Furman Е. Composition analysis of some métal alloys using auger electron spectroscopy // J. Material Science, 1982. v. 17. - p. 575-579.

51. Ягодкин Ю.Д. Рентгенографическое исследование структуры поверхностного слоя материалов методом скользящего отраженного пучка // Заводская лаборатория, 1989. т. 55, №2.-с. 72-73.

52. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М. : Атомиздат, 1977. 480 с.

53. Прочность металлов и сплавов / Дж. Дж. Мак-Куин, Дж. П. Бейлон, Дж. И. Диксон и др. // М. : Металлургия, 1990. 352 с.

54. Исследование коррозионных процессов методом фото-стимулировапной экзоэмиссии / В.А. Шулов, В.В. Шорин, А.М. Сулима и др.// Тез. докл. 20 Всес. конф. по эмиссионной электронике . Киев: ИФ АН УССР. 1987. с. 208-209.

55. Методы исследования поверхностного слоя деталей двигателей JIA \ Ю.Д. Яодкин, М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов // Учебное пособие. М. : МАИ, 1987. 87 с.

56. Дислокационные структуры приповерхностных слоев чистых метаплов после ионной имплантации / А.Н. Диденко, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. №3. - с. 120-131.

57. The mechanisms of the long range effect in metals and alloys by ion implantation / Y.P. Sharkeev, E.V. Kozlov, A.N. Didenko etc.// J. Surface & coatings technology 1996. N 83. - p. 15-21.

58. Булычев С. И. , Алехин В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.

59. Прочность металлов и сплавов / Дж. Дж. Мак-Куин, Дж. П. Бейлон, Дж. И. Диксон и др. // М.: Металлургия, 1990. 352 с.

60. Сулима А. М. , Носков А. А. , Серебренников Г. 3. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1996. 480 с.

61. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.

62. Школьник J1.M. Методы усталостных испытаний. М.: Металлургия, 1978. 300 с.

63. Балтер М.А. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей М.: Машиностроение, 1987. - 158 с.

64. Энгель JL, Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение. М.: Металлургия, 1986. 231 с.

65. Морис Ф., Мени JL, Тиксье Р. Микроанализ и растровая электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1985. 392 с.

66. Erosion of surface coatings in hydrodynamic flows / M. J. Pickles, B. J. Briscoe, R. S. Jullian, M.J. Adams//J. Wear, 1996. v. 181/183, N2. p. 759-765.

67. The failure models induced by white layers during impact wear /Y. Y. Yang, H. S. Fang, Y. K. Zheng etc. //J. Wear, 1995 v. 185, N1/2. p. 17-22.

68. Sunderarajan G. and Shewmon P. A new model for the erosion of metals at normal incidence // J. Wear, v. 84. 1983. p. 237-244.

69. Levy A. Solid particle erosion and erosion corrosion of materials. ASM International, 1995. 534 p.

70. Урбанович М.И., Крамченков E.M., Чуносов Ю.Н. Газоабразивная эрозия металлов и сплавов // Трение и износ, т. 15, №3. с. 389-392.

71. Жаростойкость сплава ВТ18У. подвергнутого ионно-лучевому легированию / В.А. Шулов, А.Э. Стрыгин , H.A. Ночовная, Ю.Б. Алексеев// ж. Защита металлов, 1991. №3. с. 456-464.

72. Шулов В. А., Ночовная Н.А, Ремнев Г.Е., Львов А.Ф. Влияние кратерообразования на усталостную прочность и коррозионную стойкость жаропрочных материалов облученных мощным ионным пучком // ж. ФиХОМ, 2001. №4. - с . 40-45.

73. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, H.A. Ночовная // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

74. Поут Дж. М. , Фоти Г. , Джекобе Д. К. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. М.: Металлургия, 1987. 424 с.

75. Кубашевский О., Олкокк С. Б. Металлургическая термохимия. М.: Металлургия, 1982. -389 с.

76. Куликов И. С. Термодинамика карбидов и нитридов. М.: Металлургия, 1988. 320 с.

77. Обработка титанового сплава ВТ8М мощными ионными пучками наносекундной длительности / В. А. Шулов, Г.Е. Ремнев, А.Э. Стрыгип и др. // ж. ФиХОМ, 1997. №4. -с.5-12.

78. Хайн К., Буриг Э. Кристаллизация из расплава. М.: Металлургия, 1987. 319 с.

79. Емельянов В. С. , Евстюхин А. И. , Шулов В. А. Теория методов получения чистых металлов, сплавов и интерметаллидов. М.: Энергоатом издат, 1983. 143 с.

80. Технологические основы поверхностной инженерии изделий из жаропрочных сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков / В. А. Шулов, А.Г.

81. Пайкин, Н.А. Ночовная и др.// Материалы 5 Междун. конф. по взаимодействию излучений с твердым телом. Минск: БГУ, 2003. с. 317-319.

82. Анализ полей температурных полей и поведение примеси в кристаллах при импульсном ионном отжиге / Ю. А. Подлипко, А. П. Новиков, Ю. А. Бумей и др. // Доклады Всесоюзной конференции по ионно-лучевой модификации материалов. Каунас: ГКНТ, 1989.-с. 26-28.

83. Yatsui К. High power pulse ion beam application for technology // J. Laser and Particle Beams, 1989.-v. 7.-p. 733-749.

84. Shulov V. A., Remnev G. E., Nochovnaya N. A. High power ion beam treatment of titanium alloy parts // Proceedings of the 8th International Conference on Titanium, U. K., 1996. v. 3. -p. 2126-2132.

85. Шулов В. А. , Ремнев Г. Е. , Ночовная Н. А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Влияние предварительной обработки // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. №6. - с. 7791.

86. Болдин А. А. Нелокальные эффекты при эволюции плотных каскадов атомных столкновений // Диссертация на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. М.: МИФИ. 1992.- 130 с.

87. Майер А.А. Нелинейная динамика границы мишени под действием интенсивных потоков заряженных частиц // Диссертация на соискание ученой степени канд. физ. мат. наук. Челябинск: ЧГПУ, 112 с.

88. Яловец А.А., Майер А.А., Волков Н.Б. О механизме явления кратерообрачования на облучаемой поверхности // В сб. трудов 6-той Международной конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. ТПУ: Томск, 2002. с. 230-233.

89. Nochovnaya N. A., Shulov V. A., Lvov A. F. Surface processing of titanium alloy parts by intense electron beams//Titanium -99. Sankt-Peterburg: CRISM-'TROMETEY", 1999. c. 914922.

90. Shulov V. A. , Nochovnaya N. A., Engelko V. I. The recycling of metals// Vienna, 17-18 June 1999.- p. 92-101.

91. Shulov V. A. , Nochovnaya N. A., Engelko V. I. Surface engineering // Gothenburg, 11-12 June 2000.-p. 121-132.

92. Nochovnaya N. A., Shulov V. A., Lvov A. F. Erosion and corrosion resistant coatings for refractory titanium alloys//Titanium -99. Sankt-Peterburg: CRISM-"PROMETEY", 1999. c. 843-856.

93. Каблов E.H. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) IIМ.: МИСиС, 2001. 632 с.