Разработка высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Данилов, Денис Викторович

• Данилов, Денис Викторович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Данилов, Денис Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ И ГТД МОРСКОГО НАЗНАЧЕНР1Я, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ

1.1 Перспективные программы развития промышленной энергетики и ГТД морского назначения

1.2 Современные и перспективные ГТУ морского назначения

1.3 Общая характеристика никелевых жаропрочных сплавов, их структура

и фазовый состав

1.4 Основные легирующие элементы никелевых жаропрочных сплавов

1.4.1 Основные у'-образующие элементы

1.4.2 Элементы, повышающие коррозионную стойкость

1.4.3 Тугоплавкие элементы

1.4.4 Карбидообразующие

1.4.5 Микролегирующие элементы

1.5 Особенности легирования и термообработки литейных жаропрочных никелевых сплавов

1.6 Особенности эксплуатации рабочих лопаток морских ГТУ

1.7 Коррозия материалов ГТУ и ее влияние на прочность

1.7.1 Сульфидно-оксидная газовая коррозия и ее влияние на свойства металла деталей

1.7.2 Методы уменьшения коррозии деталей ГТУ

1.8 Требования к современным жаропрочным никелевым сплавам, для лопаток турбин морских ГТУ

1.9 Краткие выводы к 1-й главе, цели и задачи работы

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНСТРУИРОВАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

2.1 Выбор и обоснование критериев работоспособности жаропрочных

никелевых сплавов

2.2 Разработка регрессионных зависимостей "химический состав - свойства"

2.3 Разработка программных средств для аналитической оценки связи состава со структурными, термодинамическими, физико-химическими и прочностными параметрами никелевых жаропрочных сплавов

2.4 Краткие выводы по 2-й главе

ГЛАВА 3 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Технология изготовления сплава: выбор оптимальных параметров выплавки шихтовых заготовок

3.1.1 Выбор метода выплавки

3.1.2 Подбор шихтовых материалов

3.1.3 Ведение выплавки

3.2 Технология изготовления шлифов и контроля микроструктуры

3.3 Методика исследований прочностных характеристик сплава СЛЖС5

3.4 Методика проведения испытаний на сопротивление жаростойких сплавов и покрытий к воздействию сульфидной коррозии

ГЛАВА 4 СОЗДАНИЕ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ВОЗДЕЙСТВИЮ СУЛЬФИДНОЙ

КОРРОЗИИ

4.1 Общая характеристика сплавов, используемых для изготовления ответственных деталей ГТД морского назначения

4.2 Разработка нового сплава для изготовления лопаток ГТУ морского назначения

4.3 Оценка структурной стабильности опытных составов сплава СЛЖС5

4.4 Оценка стойкости к солевой коррозии опытных составов сплава СЛЖС5

4.5 Анализ результатов исследования опытных составов сплава СЛЖС5 и выбор оптимальных составов

4.6 Дифференциальный термический анализ

4.7 Разработка режимов термической обработки для нового сплава

4.8 Исследование прочностных характеристик

4.9 Краткие выводы по 4-й главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ»

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинные двигатели, изначально разрабатываемые как авиационные, кроме своего основного назначения, в настоящее время приобретают широкое распространение в качестве энергетических установок электростанций, газоперекачивающих агрегатов, а также силовых установок кораблей. Причиной такой тенденции является компактность, высокая мощность и низкая вибрация газовых турбин по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и паровыми турбинами.

Ведущими мировыми производителями энергетических установок и правительствами высокоразвитых стран выделяется огромное финансирование работ по повышению эффективности и топливной экономичности газотурбинных установок (ГТУ). На сегодняшний день уже эксплуатируются ГТУ мощностью свыше 450 МВт, что сравнимо с показателями крупной гидроэлектростанции. Температура рабочих газов современных агрегатов на входе в турбину перешла за отметку 1500°С, что на 150-200°С выше чем на установках, выпускаемых в 80-902 прошлого столетия.

Возросшие требования к современным газотурбинным установкам указывают на экономическую оправданность использования авиакосмических технологий и материалов при проектировании и производстве современных ГТУ, в частности применение монокристаллических жаропрочных сплавов, легированных рением в качестве материала для лопаток турбин. Такой подход подтверждается тем, что ведущие мировые лидеры в области газотурбостроения (General Electric, Pratt & Whitney, Siemens, Rolls Royce) ведут активные работы по созданию специальных жаростойких и коррозионностойких высокохромистых монокристаллических сплавов с повышенными требованиями по жаропрочности, легированных рением.

Необходимо отметить, что на фоне мировых успехов в области создания и применения высокоэффективных, мощных и экологически «чистых» ГТУ, в России прослеживается значительное отставание данной отрасли. Самой мощной отечественной газотурбинной установкой на сегодняшний день является ГТУ-110, мощностью 110 МВт. Около двадцати лет в России не велось активных работ по созданию новых материалов для энергетического газотурбостроения. Наиболее остро эта проблема проявляется в создании современной военной морской техники, для которой высокая мощность и компактность силовых установок наиболее актуальна, поскольку во многом определяет тактико-технические характеристики судов. Отсутствие отечественных жаростойких и коррозионностойких сплавов нового поколения и невозможность использования импортных материалов на ГТУ военной техники значительно усложняет обеспечение обороноспособности морских границ нашей страны.

Попытка временного устранения отставания в создании нового поколения морских газотурбинных двигателей и конкурентоспособных газотурбинных энергетических установок за счет использования авиационных материалов не увенчалась успехом, прежде всего из-за специфических условий работы установок этого типа. Особую проблему представляет собой низкое качество топлива, используемого в ГТУ морского или энергетического назначения, это, прежде всего, дешевое дизельное топливо или попутный природный газ, значительно загрязненные серой, ванадием и другими веществами, крайне негативно влияющими на коррозионную стойкость и долговечность жаропрочных материалов. На детали газотурбинных установок, эксплуатируемых на море или в прибрежной зоне, кроме отрицательных факторов, связанных с видом и качеством топлива, активное коррозионное воздействие оказывает морская солевая среда.

Одной из основных проблем, решение которой обеспечит выход на передовые позиции в указанном наукоёмком и инновационном направлении,

является развитие научной базы и создание на её основе нового поколения литейных никелевых жаропрочных сплавов с монокристальной структурой и высокой стойкостью к солевой коррозии предназначенных для охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток перспективных газотурбинных двигателей и установок.

Характерной особенностью современного периода развития металлургии литейных жаропрочных сплавов является значительное усложнение состава легирующих элементов, а также развитие технологии получения из них монокристальных отливок с особыми свойствами, в том числе для рабочих и сопловых охлаждаемых лопаток турбин с совершенной структурой, в которой отсутствуют вредные фазовые образования, поры, рыхлоты и другие макро- и микродефекты. На лопатки должны быть нанесены эффективные покрытия, надежно защищающие их от высокотемпературного коррозионного воздействия в течение всего срока эксплуатации деталей.

Острота проблемы заключается в том, что достигнутая сложность легирования современных жаропрочных литейных никелевых сплавов привела к тому, что разработка и оптимизация составов перспективных композиций возможна при условии одновременного и наиболее полного учета значительного количества параметров, напрямую влияющих на работоспособность материала, в частности:

- количество упрочняющей фазы;

- температуры фазовых превращений;

- прочность;

- пластичность;

- ползучесть;

- трещиностойкость;

- жаропрочность;

- стойкость к сульфидной коррозии и др.;

Очевидно, что решение комплексной задачи разработки нового поколения коррозионностойких и одновременно высокожаропрочных сплавов возможно на основе создания адекватных математических моделей, учитывающих взаимосвязи уровня и характера легирования с термодинамическими, структурными и прочностными параметрами высокотемпературных материалов.

Поэтому целью диссертационной работы является создание никелевого жаропрочного сплава для монокристаллических лопаток газовых турбин морских ГТУ, эксплуатируемых в условиях сульфидной и солевой коррозии при температурах до 1050°С на основе использования разработанного автором метода конструирования жаропрочных никелевых сплавов.

Для достижения вышеуказанной цели необходимо решить следующие задачи:

1 выполнить анализ влияния комплекса легирующих элементов на жаростойкие, жаропрочные, прочностные, термодинамические и структурные параметры литейных никелевых сплавов, предназначенных для работы в условиях воздействия солевой и сульфидной коррозии;

2 разработать метод расчета химического состава никелевого жаропрочного сплава, удовлетворяющего требованиям по обеспечению прочностных, химических, термодинамических, структурных и фазовых характеристик материала, который включает в себя:

определение доли упрочняющей у'-фазы;

комплексный расчет распределения легирующих элементов между упрочняющей у'-фазой и у-твердым раствором;

оценку структурно-фазовой стабильности сплава во всем объеме с учетом дендритной ликвации;

определение параметров кристаллических решеток упрочняющей у'-фазы и у-твердого раствора, а также величины их размерного несоответствия;

расчет критических температур фазовых превращений; определение прочностных характеристик сплава; определение критериев соотношения концентраций легирующих элементов, обеспечивающих стойкость сплава к сульфидной и солевой коррозии;

3 Провести экспериментальную оценку адекватности использования метода конструирования жаропрочных сплавов, предназначенных для эксплуатации в условиях солевой и сульфидной коррозии путем сравнения расчетных и реальных значений параметров на разработанных сплавах;

4 Разработать технологию выплавки шихтовых заготовок сплавов и технологию монокристаллического литья лопаток ГТУ морского назначения;

5 Разработать режим термической обработки для сплава, обеспечивающий получение наилучшего комплекса свойств, провести анализ микроструктуры, фазового состава и определить механические и эксплуатационные свойства сплава на образцах, включая оценку стойкости к солевой и сульфидной коррозии.

В результате выполнения работы были получены следующие результаты:

Научная новизна:

1 Предложен и реализован комплексный подход к конструированию жаропрочных никелевых сплавов для работы в условиях солевой и сульфидной коррозии в составе морских ГТУ, включающий в себя одновременное выполнение требований по обеспечению прочностных, химических, термодинамических, структурных и фазовых характеристик материала.

2 Разработана математическая модель, позволившая на основе сформулированных требований по комплексу механических и эксплуатационных свойств рассчитать химический состав никелевого жаропрочного сплава для лопаток морских ГТУ;

3 Предложен и обоснован критерий оценки стабильности у-твердого раствора, обеспечивающий исключение возможности образования в нем нежелательных фаз, как в междендритных объемах, так и в осях дендритов;

4 Установлен механизм влияния тугоплавких элементов XV, Мо, Ые, Та на формирование оксидных плен и снижение толщины обезлегированной диффузионной зоны на поверхности деталей в процессе эксплуатации в условиях воздействия солевой среды.

Практическая значимость:

1 Разработан метод конструирования химического состава никелевых жаропрочных сплавов, удовлетворяющих требованиям по обеспечению прочностных, химических, термодинамических, структурных и фазовых характеристик материала;

2 Предложен химический состав литейного монокристаллического жаропрочного никелевого сплава с повышенной стойкостью к солевой и сульфидной коррозии, имеющего прочностные характеристики на уровне сплавов авиационных ГТД до температур 1050°С. Состав сплава защищен патентом [1];

3 Разработана технология выплавки шихтовых заготовок никелевого жаропрочного сплава и технология монокристаллического литья, которые обеспечивают получение годных отливок типа "Лопатка";

4 Разработана технология термической обработки литейного сплава, обеспечивающая устранение ликвационной неоднородности в пределах дендритной ячейки монокристаллической отливки, а также получение заданной микроструктуры и фазового состава.

Положения и результаты, выносимые на защиту

1 Метод конструирования жаропрочных никелевых сплавов для работы в условиях солевой и сульфидной коррозии в составе морских ГТУ, базирующийся на одновременном выполнении требований по обеспечению прочностных, химических, термодинамических, структурных и фазовых характеристик материала;

2 Результаты анализа влияния легирующих элементов на формирование микроструктуры, фазового состава и коррозионные свойства никелевых жаропрочных сплавов, предназначенных для эксплуатации в условиях высоких температур, солевой и сульфидной коррозии на морских ГТУ;

3 Критерий оценки стабильности у-твердого раствора, обеспечивающий структурную и термодинамическую стабильность монокристаллических никелевых сплавов;

4 Результаты анализа структуры, фазового состава, прочностных и коррозионных свойств никелевого сплава с повышенной жаропрочностью, предназначенного для изготовления рабочих и сопловых лопаток турбин морских ГТУ.

Объектами исследования являлись опытные составы коррозионностойкого жаропрочного никелевого сплава для монокристаллического литья СЛЖС5, а также широко используемые в промышленности коррозионностойкие жаропрочные никелевые сплавы с равноосной структурой ЧС-70 и ЧС-88У.

Методы исследования

Выплавка опытных сплавов выполнялась с использованием лабораторно-промышленной вакуумно-индукционной плавильной установки при Р=10"1Па. Испытания на длительную прочность выполнялись на цилиндрических образцах согласно ГОСТ 10145-81, испытания на кратковременную прочность проводились согласно ГОСТ 18299-72. Для исследований микроструктуры применялись методы растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа. Сравнительные испытания на коррозионную стойкость в агрессивной солевой среде выполнялись при температуре 900°С.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректным применением положений физического металловедения, использованием современных методов исследований и обработки экспериментальных данных

и подтверждается хорошим совпадением расчетных данных с результатами производственного опробования.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы обсуждались на техническом совещании ОАО «НПО «Сатурн» протокол № 76 от 26.12.2011, на совместном техническом совещании представителей ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» и ОАО «НПО «Сатурн», протокол № 726/012 - 009 от 25.01.2012 г.; на заседании научно - технического совета ОАО «НПО «Сатурн», протокол № 39 от 10.12.2014 г.; на XXXIII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий 2013, г. Миасс; на 4й международной конференции "HighMatTech 2013", г. Киев; на саммите ТМ8-2014, г. Сан-Диего; на X международной научной конференции по гидроавиации Тидроавиасалон-2014", г. Геленджик; В 2014 г. автор был награжден серебряной медалью лауреата международной выставки «Металл-Экспо».

Личный вклад автора

Автор непосредственно участвовал в проведении экспериментов в процессе всего цикла исследований. Разработал математическую модель и метод для расчета химических составов сплавов для ГТУ, рекомендации по их проектированию, технологические режимы изготовления образцов из сплава, а также участвовал в проведении апробации созданного сплава на предприятии ОАО «НПО «Сатурн».

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ И ГТД МОРСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ

1.1 Перспективные программы развития промышленной энергетики и ГТД морского назначения

Еще к началу 90-х гг. лучшие промышленные энергетические комплексы США имели эффективность более 50 %. Вначале 2000 годов уже около 75% всех энергостанций США были оборудованы газовыми турбинами. Во многом себестоимость вырабатываемой на подобных энергоблоках электроэнергии зависит от стоимости используемого топлива. В частности повышение эффективности турбины на 10 % позволяет снизить эксплуатационные затраты для газовой турбины мощностью 400-500 МВт в течение всего срока ее работы примерно на $200 млн., поэтому остро встал вопрос о дальнейшем повышении эффективности действующих агрегатов. В связи с этим министерством энергетики США (DOE) была принята программа ATS (Advanced Turbine Systems) по разработке перспективной газовой турбины с существенно более высокой эффективностью и экологичностыо.

Целью программы ATS было повышение эффективности турбины до 60% при более низком тепловыделении; снижение эмиссии азота до величины менее 10 ррт при 15 % кислорода; снижение эмиссии двуокиси углерода на 50%; снижение стоимости электроэнергии на 10 %; повышение эксплуатационной надежности и обеспечение простоты обслуживания.

В рамках программы одним из ее участников — фирмой General Electric (GE) в конце 90-х - начале 2000-х гг. были завершены испытания своих новых ГТУ комбинированного цикла класса Н, а именно, ГТУ MS7001H (7Н) мощностью 400 МВт и частотой 60 Гц и MS9001H (9IT) мощностью 480 МВт и частотой 50 Гц.

Некоторые сравнительные характеристики современных и перспективных ГТУ представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Экономические и операционные характеристики современных и

перспективных ГТУ

Тип ГТУ Капит. стоимость $/kW Эф-ть, % Штатный режим и эксплуатационные расходы, $/МВт час Надежность Время от проекта до пуска в экспл., мес.

Газовая турбина простого цикла 1371 °С; Топливо -природный газ 300-350 45 0,23 97-99 10-12

Газовая турбина простого цикла, Топливо - нефть 400-500 41 0,25 95-97 12-16

Газовая турбина простого цикла, Топливо - сырая нефть 500-600 32 0,25 90-95 12-16

Регенеративная газовая турбина. Топливо -природный газ 375-575 50 0,25 96-98 12-16

Газовая турбина комбинированного цикла 600-900 55 0,35 95-98 22-24

Энергетическая установка с усовершенствованной газовой турбиной комбинированного цикла 800-1000 65 0,4 94-96 28-30

Для выполнения своей части программы GE по контракту с DOE было

получено $100 млн. и вложено $500 млн. своих средств. По имеющимся данным вначале 2000-х гг. построено две ГТУ класса Н разработки вЕ. Турбина 9Н с частотой 50 Гц работает в составе оборудования энергостанции в Южном Уэльсе (Великобритания), и турбина 7Н с частотой 60 Гц использована в энергостанции в США (8спЬа, штат Нью-Йорк).

ГТУ 7Н имеет длину около 14 м, диаметр 5,4 м и массу около 330 т. Обе ГТУ: 7Н и 9Н имеют систему парового охлаждения, обеспечивающую их работоспособность при ТВХ.=1426,67°С, т.е. более чем на 160°С выше, чем в турбинах конца прошлого века (1260°С). Выбросы азота при работе усовершенствованных ГТУ составляют 9 ррт, что также вдвое ниже, чем для ГТУ предыдущего поколения.

Известно, что обе турбины имеют монокристаллические рабочие и сопловые лопатки с керамическим плазменным термобарьерным покрытием (ТБП). Длина рабочих лопаток турбины высокого давления ГТУ 9Н составляет 45 см, сопловых — 30 см (для сравнения — длина рабочих лопаток

двигателя PWJT9D - 8 см). Стоимость одной лопатки весом 13,6 кг на момент начала изготовления и эксплуатации ГТУ составляла $6000. При 90%-ном выходе годногоее цена возрастала до $7000, а при 20%-ном до $30000 [2]. Лопатки 3-й и 4-й ступеней турбины высокого давления получают методом литья с направленной кристаллизацией.

В рамках программы ATS фирмой Siemens была разработана ГТУ W501G мощностью 420 МВт. В новой турбине реализована Твх = 1510°С, а первые испытания проведены в 2000-х гг. на базе имени Арнольда ВВС США. Из-за более высокой рабочей температуры для обеспечения требований по ограничению эмиссии азота ГТУ фирма Siemens использовала специально разработанную совместно с фирмой Precision Combustion камеру сгорания. Разработка была отдельно финансирована DOE в рамках своего проекта SBIR по так называемому малому бизнесу (ранее проект SBIR относился исключительно к ВВС США и преимущественно к наноматериалам и нанотехнологиям). Для лопаток 1-2-ой ступени турбины высокого давления фирмой Siemens была разработана система защитного покрытия в комплексе с ТБП, прошедшая ускоренные испытания на стойкость к циклическому окислению при 1010 °С в течение 24 ч.

В процессе выполнения программы ATS была осуществлена передача авиакосмических технологий монокристаллического литья в энергетическую отрасль. В частности, GE была отработана технология получения сплавов с низким содержанием серы (1,0-5,0 ррт), процесс изготовления стержней из оксида алюминия, а также технология высокоградиентной кристаллизации большеразмерных лопаток.

Фирма Siemens для получения рабочих лопаток своей новой турбины на базе разработанной ранее фирмой Pratt & Whitney (1970 г.) технологии жидкофазного диффузионного соединения создала и использовала технологию изготовления монокристаллических интегрированных лопаток (сплав CMSX-4, рисунок 1, 2).

Фирмой Но\уте1 были отработаны основные направления улучшения технологий монокристаллического литья и литья с направленной кристаллизацией, обеспечивающие высокий «выход годного» для большеразмерных лопаток. Эти направления включают:

- улучшение качества индукционных плавок за счет совершенствования конструкции печей и систем контроля;

- усовершенствование оболочковых форм;

- исследование новых концепций охлаждения с целью повышения температурного градиента в процессе кристаллизации.

Рисунок 1 - Интегрированная монокристаллическая рабочая лопатка турбины из сплава CMSX-4 ГТУ W501G мощностью 420 МВт

фирмы Siemens

Рисунок 2 - Внутренняя конструкция интегрированной монокристаллической рабочей лопатки турбины из сплава CMSX-4 ГТУ W501G мощностью 420 МВт фирмы Siemens.

Технологическая программа ATS на протяжении 16 лет и по настоящее время поддерживается финансируемой исследовательской программой UTSR (University Turbine System Research), в которой, помимо университетов участвуют крупнейшие турбостроительные фирмы, в том числе упомянутые ранее GE, Pratt & Whitney, Siemens, а также Florida Turbine Tech., Solar Turbine и фирмы других профилей. Целью этой программы является проведение научных исследований, которые позволят в перспективе осуществить перевод разработанных усовершенствованных турбин на другие виды топлива, например, продукты газопереработки угля и водород. В числе других проблем в рамках программы ATS решаются задачи создания новых материалов и технологий.

В калифорнийском университете и независимо от него в университете штата Коннектикут разработаны высокоэффективные и технически простые лазерные методы неразрушающего контроля и прогнозирования срока эксплуатациикерамических ТБП, которые были сразу же использованы ведущими производителями газовых турбин. В северо-западном университете США создан процесс контролируемого плазменного нанесения ТБП, обеспечивающий снижение его пористости. Кроме того, эта же технология и оборудование могут быть использованы для получения

покрытия с градиентной пористостью, что позволяет управлять его теплопроводностью и эластичностью.

В Европе тенденция к строительству энергетических установок комбинированного цикла мощностью порядка 700... 1000 МВт, обеспечивающих возможности их достаточно простого и гибкого регулирования, проявляется еще более отчетливо. Кроме того, по оценкам немецких специалистов при сегодняшней потребности Германии в электроэнергии 21 ГВт к 2020 г. она может достичь 30 ГВт.

Относительно недавно, в Европе (Германия) вступила в эксплуатацию энергостанция комбинированного цикла мощностью 876 МВт с ГТУ GT26, работающая на природном газе, совместной разработки фирм Siemens и Aistom в рамках Объединенной европейской программы COST. Энергостанция была построена фирмой RWE.

Новая установка имеет 59%-ную эффективность при полной нагрузке и достаточно высокие параметры при частичном включении. Она имеет две газовые турбины и одну паровую - больших размеров. Газовая турбина имеет секционную камеру сгорания, обеспечивающую значительное повышение эффективности, большую топливную гибкость и упрощает регулирование при частичной нагрузке, а также обеспечивает минимальное образование NOx. В результате, повышается надёжность работы турбины, снижаются эксплуатационные расходы и улучшаются экологические показатели.

ГТУ конструкции Aistom состоит из 22-ступенчатого дозвукового компрессора, одноступенчатой турбины высокого давления и 4-ступенчатой турбины низкого давления.

Для обеспечения постоянной температуры газа на входе в турбину и сохранения эффективности в условиях изменяющейся нагрузки компрессор имеет три ряда дополнительных направляющих лопаток [3]. Материалы и технологии для лопаточного аппарата газовой турбины разработаны AistomSiemens по программе COST.

В Японии в период с июня 1999 г. по март 2010 г. осуществлялся проект по высокотемпературным материалам (High Temperature Materials 21 Project), так называемый «Проект 21». Целью этого проекта была разработка материалов и технологий на рабочие температуры 1700°С для высокоэффективных промышленных газовых турбин локального применения и нового поколения авиационных и ракетных двигателей.

«Проект 21» в первую очередь включал разработку улучшенных никелевых жаропрочных сплавов вплоть до V поколения, имеющих повышенное содержание Cr (по сравнению с низкохромистыми сплавами предыдущих разработок) и сбалансированный комплекс характеристик, а также создание надёжных систем защитных покрытий.

Японский проект сосредоточен на турбинах малой мощности (в основном не выше 8... 15 МВт). Японские специалисты считают, что к сплавам и технологиям для турбин малой мощности должны предъявляться повышенные требования, особенно по стойкости к горячей коррозии, поскольку для них наиболее велика вероятность применения низкокачественного топлива [4, 5]. Также для Японии среди прочих стран наиболее актуальна проблема солевой коррозии деталей горячего тракта ГТУ под воздействием морской среды (соляной туман).

В настоящее время в Японии выпускается достаточно широкая номенклатура ГТУ класса F (Тпх =1350°С) и G (Твх =1500°С) мощностью 160480 МВт с КПД комбинированного цикла до 56...57 %. В турбинах таких ГТУ вероятно использование рабочих лопаток из сплавов НК III поколения TMS-75 и серии TMD с 5 вес. %Re. В частности, в начале прошлого десятилетия в турбине мощностью 15 МВт были успешно испытаны лопатки из сплава III поколения TMS-75 разработки конца 90-х гг. [6]. Для турбин класса 1...8 МВт предполагалось использовать сплав НК TMD-103 III поколения с 5% Re.

За время реализации «проекта 21» были разработаны сплавы IV и V поколения и их модификации, по комплексу рабочих характеристик не уступающие разработкам США, а в ряде случаев превосходящие их.

1.2 Современные и перспективные ГТУ морского назначения

Применительно к использованию в морском судостроении главными преимуществами ГТУ перед широко применяемыми дизельными двигателями являются:

- относительно небольшие размеры и масса,

- более высокая выходная мощность,

- относительно невысокие эксплуатационные расходы,

- пониженный уровень шума и вибраций.

Однако высокий расход топлива и стоимость деталей и компонентов турбины до сих пор ограничивают использование ГТУ круизными лайнерами, где требуется высокий уровень комфорта, а также военно-морской техникой для обеспечения скорости и маневренности.

Анализ доступных информационных данных позволил установить, что практически единственной японской национальной программой, направленной на разработку ГТУ для гражданского и, в первую очередь, прибрежного применения, является проект по созданию так называемой морской суперэкологичной турбины [7, 8]. Эта турбина нового поколения предназначена для оснащения гражданских судов ближнего плавания, для которых в 1997г. Международной морской организацией (IMO - International Maritime Organization) конвенцией MARPOL были введены серьезные ограничения по выбросам в атмосферу.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Данилов, Денис Викторович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Пат. 2520934 Российская Федерация, МПК7 С22С19/05.

Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью [Текст] / Данилов Д.В., Шмотин Ю.Н., Старков Р.Ю., Лещенко И.А., Цатурян Э.О., Логунов А.В., Захаров Ю.Н.; заявитель и патентообладатель ОАО «НПО «Сатурн», ФГБОУ ВПО «МГОУ им. B.C. Черномырдина». - № 2013111611/02, заявл. 15.03.2013, опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18.-8 с.

2 Langston, L.S. Gemsofturbine efficiency [Text] / L.S. Langston //Global gas turbine news, - 2014, - № 9, - P. 76-77.

3 Then, O. Emsland KA26 power plant: high efficiency with flexibility [Text]/ O. Then, C. Sanders, D. Viereck, M. Ladwig //Modern Power Systems, — 2008,-№3,-P. 10-16.

4 Hino, T. Development of a new single crystal superalloy for industrial gas turbines [Text] / T Hino, T. Kobayashi, Y. Koizumi, H. Harada, T. Yamagata // Superalloys-2000, TMS, 2000. - P. 729-736.

5 Bouse, G.K. Optimizing SC Rene N4 alloy for DS AFT-stage bucket applications in industrial gas turbines [Text] G.K. Bouse, J.C. Schaeffer, M.F. Henry // Superalloys-2008, TMS, - 2008. - P. 99-108.

6 Koizumi, Y.Third generation single crystal superalloys with excellent processability and phase stability [Text] / Y. Koizumi, T. Kobayashi, T. Yokokawa et al. // Cost Conf. Liege, Part 2, - 1998. - P. 1089-1098.

7 Sugimoto, T. R&D Plan for the Next-Generation Marine Gas Turbine (Super Marine Gas Turbine) [Text] / T. Sugimoto, et.al. // - Tokyo: - 1999, - 100 P.

8 Arai, M. Research and Development of Gas Turbine for Next-Generation Marine Propulsion System (Super Marine Gas Turbine) [Text] / M. Arai, T. Sugimoto, K. Imai et.al. // Proceedings of the International Gas Turbine Congress 2003, Tokyo, 2-7November 2003. - 7.P

9 Badeer, G.H. GE Aeroderivative Gas Turbines - Design and Operating Features [Text] / G.H. Badeer // GE Power Systems, - 2000, - P. 20.

10 O'Rourke, R. Nävi Ship Propulsion Technologies: Options for Reducing

011 Use - Background for Congress [Text] / R. O'Rourke // CRS Report for Congress, Order Code RL 33360. - 2006. - 35P.

11 Thisdell, D. Rolls-Royce Osprey engines to go directly to hovercraft application [Text] / D. Thisdell // Flight International, - 2012, -№ 10, - P. 37-41.

12 Rolls-Royce, The MT30 Marine Gas Turbine. Powering the world's future fleets.[Text] / Rolls-Royce // Rolls-Royce Power Engineering pic, - 2014, - 10 P.

13 Nickens, A. Hybrids on the High Seas: Fuel Sells for Future Ships [Text] / A. Nickens // Nävi Newsstand, - 2004, - №8, - P. 52-57.

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

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

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

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

18 Gayada, J. Fatigue Behavior of a Third Generation PM Disk Superalloy. [Text] / J. Gayada // NASA -TM, - 2008, -P. 126-138.

19 Guedou, J. Development of a New Fatigue and Greep Resistant PM Nickel-Base Superalloy for Disk Applications [Text]/ J. Guedou, I. Augustins-Lecallier, P. Caron. etal. // Superalloys-2008, TMS, 2008. -P. 21-30.

20 Cu, Y. Development of Ni-Co- base Alloy for High- Temperature Disk Applications [Text] / Y. Си, С. Cui, H. Harada, etal. //Superalloys-2008, TMS, -2008,-P. 53-62.

21 Логунов, A.B. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин [Текст] / A.B. Логунов, Ю.Н. Шмотин // - М.: Наука и технологии, — 2013, — 256 с.

22 Кишкин, С.Т. Литейные жаропрочные материалы на никелевой основе [Текст] / С.Т. Кишкин, Г.Б. Строганов, A.B. Логунов //-М.: Машиностроение, -1987,-112 с.

23 Huron, E.S. Development of High Temperature Capability P/M Disk Superalloys [Text] / E.S. Huron, K.R. Bain, D.P. Mourer, T.P. Gabb, I. Bossi // Superalloys-2008, TMS, - 2008,- P. 181 -190.

24 Pat. 4083734, United States, 1С C22C19/05.Superalloy optimized for high-temperature perfomance in high-pressure turbine disks [Text] / D.P. Mourer, E.S. Huron, K.R. Bain, E.E. Montero, P.L. Reynolds, J.J. Schirra; assignee Special Metals Corporation- № 05/691161, Filing Datel8.06.1975, Publication Date 11.04.1978,-5 p.

25 Rice, D. P/M Allot-10-A700 °C Capalle Nickel-Based Superalloy for Turbine Dick Applications [Text] / D. Rice,P. Kantzos, B. Hann, et al. // Superalloys-2008, TMS, - 2008,- P. 139-148.

26 Сидоров, B.B. Фазовый состав и термостабильность литейного жаропрочного никелевого сплава с кремнием [Текст] / В.В. Сидоров, Г.И. Морозова, Н.В. Петрушин, Е.А. Кулешева, A.M. Кулебякина, Л.И. Дмитриева // Металлы, - 1990, - №1, -С. 26-32.

27 Durber, G. Effect of small amounts of nitrogen and silicon on microstructure and properties of MAR-M002 nickel-base superalloys [Text] / G. Durber,S. Osgerby, P.N. Quested// Metals Technology- 1984,- № 4, -P. 129-137.

28 Лашко, Н.Ф. Физико-химический фазовый анализ стали и сплавов [Текст] / Н.Ф. Лашко, Л.В. Заславская, М.Н. Козловаидр. // - М.: Металлургия, -1978, -336 с.

29 Pat. 6468368, United States, 1С С22С1/04. Hight strength powder metallurgy nickel base alloy [Text] / M. Howard, B.C. Raymond, B. Prabir; assignee Honeywell International, Inc. - № 09/528833, Filing Date 20.03.2000, Publication Date 22.10.2002, - 12 p.

30 Pat. 0303666, United States, 1С C22C30/00, C22C19/05.Nickel-

basesuperalloys and components formed thereof [Text] / K.R. Bain, D.P. Mourer, R. Didomizio, T. Hanlon, L. Cretegny, A.E. Wessman; assignee General Electric Company - № 12/474651 Filing Date 29.05.2009, Publication Date 02.12.2010, -14 p.

31 Erickson, G.L. DS and SX superalloys for industrial gas turbines [Text] / G.L. Erickson, K. Harris // Materials for Advanced Power Engineering. Part II. Proc. of a Conf. Belgium, Kluwer Academic Publishers, - 1994. - P. 1055- 1074.

32 Каблов, E.H. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С.Т. Кишкина, Научно-техн. сб. [Текст] / Е.Н. Каблов //-М.: Наука, - 2006, - 272 с.

33 'Каблов, Е.Н. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть I) [Текст] / Е.Н. Каблов, И.Л. Светлов., Н.В. Петрушин // Материаловедение, -1997, -№ 4, - С. 32-39.

34 U.S. Geological Survey Mineral commodity summaries 2014 [Text] U.S. Geological Survey // - Reston, Virginia: USSG, -2014, - P. 196.

35 Каблов, Е.Н. Особенности легирования и термообработки литейных жаропрочных никелевых сплавов (Часть 1)[Текст] /Е.Н. Каблов, А.В. Логунов, В.В. Сидоров // Материаловедение, - 2001, -№ 4, - С. 9-15.

36 Бокштейн, С.З. Электронно-микроскопическая авторадиография в металловедении [Текст] / С.З. Бокштейн, С.С. Гинзбург, С.Т. Кишкин и др. // М.: Металлургия, - 1978, - 263 с.

37 Патон, Б.Е. Жаропрочности литейных никелевых сплавов и защита их от окисления[Текст] / Б.Е. Патон, Г.Б. Стоганов, С.Т. Кишкин, A.B. Логунов и др. // Киев: Наукова думка, - 1987, - 258 с.

38 Петрушин, Н.В. Структурная стабильность никелевых жаропрочных сплавов при высоких температурах [Текст] / Н.В. Петрушин, A.B. Логунов, В.А.Горин // Металловедение и термическая обработка металлов,-1984, -№ 5,-С. 36-39.

39 Беликов, C.B. О влиянии тантала на характеристические точки жаропрочных никелевых сплавов[Текст] / C.B. Беликов, C.B. Гайдук,

B.В. Кононов // BicHHK двигунобудувания, -2004,-№ 3, -С. 99-102.

40 Каблов, E.H. Литейные жаропрочные никелевые сплавы для перспективных авиационных ГТД [Текст] / E.H. Каблов, Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов // Технология легких сплавов, — 2007, - № 2, - С. 17-23

41 Сидоров, В.В. Влияние лантана на жаростойкость монокристаллов из высокожаропрочного сплава ВЖМ4-ВИ, содержащего рений и рутений [Текст] / В. В. Сидоров, А. В. Горюнов, Н. А. Колмыкова // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2012. - № 3. - С. 23-27.

42 Петрушин, Н.В. Исследование влияния размерного несоответствия параметров кристаллических решеток -у и у'- фаз на характеристики жаропрочных дисперсионно-твердующих никелевых сплавов [Текст] / Н.В. Петрушин, И.А. Игнатова, A.B. Логунов и др. // Металлы - 1981, — №6, -С. 153-159.

43 Епишин, А.Е. Высокотемпературная ползучесть монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов с ориентацией [001] [Текст] / И.Л. Светлов, U. Brueckner, Т. Link, Р. Portella, Е.Р. Голубовский // Материаловедение. - 1999,-№5.-С. 56-73.

44 Pat. 5897718, United States, 1С C22C19/05.Nickel alloy for turbine engine components [Text] / S.J. Hesseil, W. Voice, A.W. James, S.A. Blackham,

C.J. Small, M.R. Winstone; assignee Rolls-Royce Pic- № 08/834335, Filing Date24.04.1996, Publication Date27.04.1999,- 7p.

45 Pat. 6132527, United States, 1С C22C19/05. Characterised by the inclusion of tantalum, and by the combination of ranges of chromium, molybdenum, titanium and aluminium; for compressor or turbine discs of gas turbine engines with fatigue crack propagation resistance; strength [Text] / S.J. Hessell, W. Voice, A.W. James, S.A. Blackham, C.J. Small, M.R. Winstone; assignee Rolls-Royce Pic- № 09/206965, Filing Date 24.04.1996, Publication Date 17.10.2000, - 7 p.

46 Петру шин, H.B. Физико-химические и структурные характеристики жаропрочных никелевых сплавов [Текст] / Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов // Металлы.-2001.-№2.-С. 63-73.

47 Пат. 2002843 Российская Федерация, МПК7 С22С19/05. Сплав на основе никеля [Текст] / В.П. Лубенец, Э.Л. Кац, Л.Г. Голеньшина [и др.]; заявитель и патентообладатель Малое многопрофильное предприятие «Техматус». - № 5003037/02, заявл. 19.07.91, опубл. 15.11.93.-8 с.

48 Пат. 2017850 Российская Федерация, МПК7С22С19/05. Литейный сплав на основе никеля [Текст] / Э.Л. Кац, В.П. Лубенец, Г.В. Анисимова [и др.]; заявитель и патентообладатель Малое многопрофильное предприятие «Техматус». - № 5003036/02, заявл. 19.07.91, опубл. 15.05.1994. - 8 с.

49 Каблов, Е.Н. Особенности легирования и термообработки литейных жаропрочных никелевых сплавов часть II [Текст] / Е.Н. Каблов, А.В. Логунов, В.В Сидоров // Материаловедение. - 2001. - №5. - С. 30-36.

50 Данилов, Д.В. Разработка жаропрочного никелевого суперсплава стойкого к высокотемпературной солевой коррозии [Текст] / Д.В. Данилов, Ю.Н. Шмотин, А.В Логунов, , И.А. Лещенко // Сб. трудов X Международной конференции по гидроавиации «Гидроавиаслон-2014». - 2014, - С. 207-213.

51 Данилов, Д.В. Компьютерное моделирование жаропрочных никелевых сплавов для монокристаллических лопаток ГТУ, работающих в условиях воздействия морской солевой коррозии: критические параметры [Текст] / Д.В. Данилов, А.В. Логунов, Ю.Н. Шмотин, Э.О. Цатурян, Ю.Н. Захаров // Сб. кратких сообщений XXXIII Всероссийской конференцию по проблемам науки и технологий. - 2013. - С. 56-60.

52 Danilov, D. Development of economically doped heat-resistant nickel single-crystal superalloys for blades of perspective gas turbine engines [Text]/

D. Danilov, A. Logunov, I. Leshcenko, Y. Shmotin // PR1CM 8. TMS. - 2013. -P. 327-336.

53 Каблов, E.H. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть И)[Текст] /

E.Н. Каблов, И.Л.Светлов., Н.В. Петру шин // Материаловедение.-1997. -№ 5,- С.52-60.

54 Каблов, Е.Н. Компьютерное конструирование жаропрочного никелевого сплава IV поколения для монокристаллических лопаток газовых турбин [Текст] / Е.Н. Каблов, Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов // сб. Литейные жаропрочные сплавы «Эффект С.Т. Кишкина».- М.: Наука- 2006. -С. 98-115.

55 Caron, P. High у' - solvus new generation nickel - based superalloys far single turbine blade application [Text] / P. Caron // Superalloys-2000, TMS, -2000,-P. 737-746.

56 Wilston, B.C. The effect of composition, misfit, and heat treatment on the primary creep behavior of single crystal nickel base superalloys PWA 1480 and PWA 1484 [Text] / B.C. Wilston, G.E. Fuchs // Superalloys-2008. TMS.- 2008. -P. 149-158.

57 Петрушин, Н.В. Исследование влияния размерного несоответствия параметров кристаллических решеток у- и у'-фаз на характеристики жаропрочных дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов [Текст]/ Н.В. Петрушин, И.А. Игнатова, А.В. Логуновидр. // Металлы. - 1981. - №6, -С.153-159.

58 Morinaga, М. New PHACOMP and it sapplication to alloy design [Text] / M. Morinaga, N. Yukawa, H. Adachi, H. Ezaki // Superalloys-1984. TMS. - 1984. -P. 523-532.

59 Данилов, Д.В. Методика выбора присадочных материалов для сварки жаропрочных никелевых сплавов [Текст] / Д.В. Данилов, Н.А. Зайцев,

A.A. Шатульский // Заготовительные производства в машиностроении. -2013.-№9.- С. 10-14.

60 Данилов, Д.В. Методика выбора присадочных материалов для сварки жаропрочных никелевых сплавов [Текст] / Д.В. Данилов, H.A. Зайцев, A.A. Шатульский // Заготовительные производства в машиностроении. -2013.-№9.-С. 10-14.

61 Данилов, Д.В. Методологические основы автоматизированного проектирования жаропрочных сплавов на никелевой основе Часть - II [Текст] / Д.В. Данилов, А.В Логунов, Ю.Н. Шмотин // Технология металлов. - 2014. - №6. - С. 3-10.

62 Данилов, Д.В. Методологические основы автоматизированного проектирования жаропрочных сплавов на никелевой основе Часть - III [Текст] / Д.В. Данилов, А.В Логунов, Ю.Н. Шмотин // Технология металлов. -2014.-№7.-С. 3-11.

63 Бондаренко, Ю.А. Развитие процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных сплавов с монокристаллической и композиционной структурой [Текст] / Ю.А. Бондаренко // Материалы и энергосберегающие технологии для производства ответственных деталей высокоэффективных газотурбинных двигателей, промышленных энергетических силовых установок и приводов. Сборник лекций.-М.: ВИАМ.- 2010.-119 с.

64 Каблов, E.H. Физико-химические и технологические особенности создания жаропрочных сплавов, содержащих рений [Текст] / E.H. Каблов // Вестник московского университета сер. 2. Химия. - 2005. - № 3. - С. 155-167.

65 Кулешова, Е.А. Дендритная ликвация в никелевых жаропрочных сплавах [Текст] / Е.А. Кулешова, Е.Р. Черкасова, A.B. Логунов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1981. № 6. - С. 54-59.

66 Бондаренко, Ю.А. Высокоградиентная направленная кристаллизация лопаток ГТД с монокристаллической структурой [Текст] / Ю.А. Бондаренко,

E.H. Каблов, И.М. Демонис // Газотурбинные технологии. - 2007- № 4. - С. 26-30.

67 Pat. 0361084 AI, EP, 1С С22С19/05. Fatigue crack resistant nickel base superalloys and product for med [Text] / M.F. Henry; assignee General Electric Company- № EP19890115567, Filing Date 26.09.1988, Publication Date 04.04.1990,-14 p.

68 Pat. 5124123 A, United States, 1С C22C19/05, C22F1/10, C22F/00.Fatique crack resistant nickel base superalloys and product formed [Text] / M.F. Henry; assignee General Electric Company- № 07/248754, Filing Date 26.09.1988, Publication Date 23.06.1992, - 14 p.

69 Никитин, В.И. Коррозия и защита лопаток турбин [Текст]/

B.И. Никитин // — М.: Машиностроение. - 1987. - 272 с.

70 Абраимов, Н.В. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин [Текст] / Н.В. Абраимов //- М.: Машиностроение- 1993, -336 с.

71 Гецов, Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. Книга 1 [Текст] / Л.Б. Гецов // - Рыбинск: ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии». — 2010-611 с.

72 Шалин, P.E. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов [Текст]/ Р. Е Шалин, И.Л.Светлов, Е.Б. Качанов и др. //- М.: Машиностроение, - 1997, -336с.

73 Каблов, E.H. Физико-химические факторы жаропрочности никелевых сплавов, содержащих рений[Текст] /E.H. Каблов, Н.В. Петрушин, Г.И. Морозова и др. // сб. Литейные жаропрочные сплавы «Эффект

C.Т. Кишкина». - М.: 1Таука, - 2006, - 116 с.

74 Фролов, К.В. Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах, Том II-3, Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы [Текст] / К.В. Фролов, Е.Т. Долбенко, И.Н. Фридляндер, E.H. Каюлов, О.Г. Сенаторова, P.E. Шалин // - М.: Машиностроение. - 2001. -525 С.

75 Логунов, A.B. Распределение легирующих элементов в у- и у'-фазах современных высокожаропрочных никелевых сплавов [Текст] / A.B. Логунов, Ю.Н. Шмотин, В.В. Рагозина // Вестник МГОУ, серия "Техника и технология". - 2011. -№ 3. -С. 5-9.

76 ГОСТ 849-2008 Никель первичный. Технические условия — М.: Стандартинформ. - 2008 - 8 С.

77 ГОСТ 123-2008 Кобальт. Технические условия - М.: Стандартинформ, -2008,-12 С.

78 ТУ 14-22-164-2002 Хром электролитический рафинированный - М.: Стандартинформ-2002.-10 С.

79 ТУ 48-19-76-90 Вольфрам металлический для металлургических целей. Технические условия -М.: Стандартинформ-1990, -25 С.

80 ТУ 48-19-69-80 Молибден металлический высокой чистоты. Технические условия-М.: Стандартинформ—1980.-32 С.

81 ТУ 48-19-102-82 Молибден металлический в виде штабиков и пластин. Технические условия. -М.: Стандартинформ.-1982.-39 С.

82 ГОСТ 16100-79 Ниобий в штабиках. Технические условия. - М.: ИПК издательство стандартов. - 1979. -7 С.

83 ГОСТ 11070-74 Чешуйки первичного алюминия. Технические условия. -М.: ИПК издательство стандартов. - 1974. —7 С.

84 ГОСТ 11069-2001 Алюминий первичный. Марки - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. -2001.-9 С.

85 ТУ 48-4-208-72 Иттрий. Технические условия. - М.: ИПК издательство стандартов. - 1972. - 8 С.

86 ТУ 48-4-529-90 Металлы редкоземельные. Лантан, церий электролитические. Слитки. Технические условия . — М.: ИПК издательство стандартов. — 1990. — 54 С.

87 ТУ 95.234-80 Прутки танталовые. Технические условия. - М.: ИПК издательство стандартов. - 1980. -23 С.

88 ГОСТ 22517-77 Гафний йодидный. Технические условия. - М.: Государственный комитет стандартов совета министров СССР. - 1977. -23 С.

89 ГОСТ 618-73 Фольга алюминиевая для технических целей. Технические условия. — М.: ИПК издательство стандартов. — 1973. - 12 С.

90 ГОСТ 25905-83Фольга алюминиевая для конденсаторов. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам. -1983. - 27 С.

91 ТУ 48-4-484-87 Лигатура никелевоиттриевая. Технические условия. -М.: Государственный комитет СССР по стандартам. -1987. - 35 С.

92 ТУ 48-4-195-87 Порошок рениевый. Технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам. -1987. - 41 С.

93 ТУ 48-19-322-90 Лигатура вольфрамникелевая марки "ВН". Технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам. -1990.-36 С.

94 Калюкин, Ю.Н. Современные методы управления кристаллизацией турбинных лопаток из жаропрочных сплавов [Текст] / Ю.Н. Калюкин // Газотурбинные технологии. - 2007. - №5. - С. 6-11.

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

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

97 ASTM Е-8М / Е8М-13а Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials [Text] // - West Conshohocken, PA: ASTM Internationa. -2009.-P. 8.

98 ASTM E21-09 Standard Test Methods for Elevated Température Tension Tests of Metallic Materials [Text] // - West Conshohocken, PA: ASTM International. -2009. - P. 28.

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

100 ГОСТ 3248-81 Металлы. Метод испытания на ползучесть [Текс] // -М.: Издательство стандартов - 1988- 11 С.

101 Васильев, Б.Е. Формирование уравнений ползучести сплавов для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния высокотемпературных лопаток турбин [Текст] / Б.Е. Васильев, JI.A. Магеррамова // Вестник Московского авиационного института. - 2012. Т. 19 — №4. - С.99-107.

102 Reed, R.C. A new single crystal superalloy for power generation application [Text] / R.C. Reed, JJ. Moverare, A. Sato, F. Karlsson, M. Hasselqvist // Superalloys-2012. TMS. - 2012, - P. 197-204.

103 Pat.2008046708Al, WO, 1С C22C19/05.Nickel-base superalloys[Text] / M. Hasselqvist, G. McColvin; assignee Simens Ag - № PCT/EP2007/059936, Filing Date 17.10.2006, Publication Date 24.04.2008, - 10 p.

104 Pat. 20050194068A1, United States, 1С C22C19/05.Nickel-based superalloy having very high resistance to hot-corrosion for monocrystalline blades of industrial turbines [Text] / P. Caron, M. Blackler, G.M. McColvin, R.P. Wahi, A.M. Escale, L. Lelait; assignee P. Caron et al- № 11/068085, Filing Date 30.11.2003, Publication Date 08.09.2005,- 11 p.

105 Монастырская, Е.В.Структура, фазовый состав и свойства коррозионностойкого жаропрочного сплава ЧС88У [Текст] / Е.В. Монастырская, Г.И. Морозова, Ю.Б. Власов // Металловедение и термическая обработка металлов - 2006.-№8 - С. 56- 62.

106 Пат. 2215804 Российская Федерация, МПК7С22С19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него [Текст] / B.FI. Толораия, Н.Г. Орехов, Е.Н. Каблов, Б.С. Ломберг, Е.Н, Чубарова, Г.А. Остроухова; заявитель и патентообладатель ВИАМ. - № 2001127144/02, заявл. 08.10.2001, опубл. 10.11.2003. - 4 с.

107 Пат. 2519075 Российская Федерация, МПК7С22С19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок [Текст] / В.П. Лубенец, Э.Л. Кац, А.В. Дуб,

В.Н. Скоробогатых, К.Ю. Кузнецов, В.А. Дуб, Е.И. Яковлев, А.И. Виноградов, А.И. Берестевич, П.А. Копин, С.Б. Жабрев; заявитель и патентообладатель ОАО«ОАО «НПО «Сатурн». - № 2013104628/02, заявл. 05.02.2013, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16. - 6 с.

108 Pat. 5489346 A, United States, 1С С22С19/05. Use fulin casting gasturbine blade sorvanes [Text] / G.L. Erickson; assignee Sps Technologies Inc. -№ 08/237510, Filing Date 03.05.1994, Publication Date 06.02.1996,- 8 p.

109 Pat. 0684321 Bl, EP, 1С C22C19/05.Hot corrosion resistant single crystal nickel-based superalloys [Text] / G.L. Erickson; assignee Cannon-Muskegon Corporation - №EP 19950106447, Filing Date 03.05.1994, Publication Date 01.07.1998,- 8 p.

110 Pat.69503188 Dl, DE, 1С C22C19/05. Monocrystalline Superlegierung auf Nickelbasis mit guter Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen [Text] / G.L. Erickson; assignee Cannon-Muskegon Corporation - № EP 19950106447, Filing Date 03.05.1994, Publication Date 01.07.1998,- 8 p.

111 Erickson, G.L. Superalloys Resist hot Corrosion and Oxidation [Text] / G.L. Erickson // Advanced materials & processes. - 1997. - № 3. - P. 27-30.

112 Химушин, Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы [Текст] / Ф.Ф. Химушин //-М.: Металлургия. - 1969.-752 С.

113 Сидоров, В.В. Влияние кремния и фосфора на жаропрочные свойства и структурно-фазовые превращения в монокристаллах из высокожаропрочного сплава СЖМ4-ВИ [Текст] / В.В. Сидоров, В.Е. Ригин, О.Б. Тимофеева, П.Г. Мин // авиационные материалы и технологии. - 2013. -№ 3. - С. 33-38.

114 Пат. 2325453 Российская Федерация, МПК7С22С19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля [Текст] / А. Дуглас, Н. Мухамед; заявитель и патентообладатель Альстом Технолоджи ЛТД (СН). - № 2003130733/02, заявл. 17.10.2003, опубл. 27.05.2008, Бюл. №15. - 10 с.

115 Пат. 2325454 Российская Федерация, МПК7С22С19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля [Текст] / Ю.А. Щепочкина; заявитель и

патентообладатель Ю.А. Щепочкина. - № 2006130033/02, заявл. 21.08.2006, опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15. - 3 с.

116 Данилов, Д.В. Влияние многослойного структурно-стабильного жаростойкого покрытия на свойства монокристаллических жаропрочных сплавов [Текст] / Д.В. Данилов, H.A. Зайцев, И.И. Хрящев, A.A. Шатульский // Вестник Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева, - 2013, - №3(26), - С. 8-17.

УТВЕРЖДАЮ

проректор по^ебной^работе ФГБОУ ВПО РФ РГАТУ ^мени Л.А;Соловьева профессор Шаров В.Г.

}ог- 2015 г.

Ч и» АКТ---- - «»/У внедрения в учебный процесс результатов диссертационной работы Данилова Дениса Викторовича «Разработка высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ».

На кафедре «Материаловедения, литья, сварка» ФГБОУ ВПО РФ РГАТУ имени П.А.Соловьева аспирантом Даниловым Д.В. разработана методика оптимизации химического состава жаропрочных никелевых сплавов для рабочих лопаток газовых турбин, работающих в условиях солевой коррозии. Данная методика используется в учебном процессе при проведении практических занятий по дисциплинам: «Общее материаловедение», «Теория и технология процессов производства, обработки и переработки материалов и покрытий», «Моделирование процессов и объектов в материаловедении» при курсовом проектировании и выполнении выпускной квалификационной работы бакалавров по направлению 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», а также при проведении практических занятий по дисциплине «Материаловедение и технологии современных перспективных материалов» для магистров по направлению 22,04.01 «Материаловедение и технологии материалов».

Методика позволяет оптимизировать химический состав никелевых жаропрочных сплавов с учетом особенностей эксплуатации газотурбинного двигателя и значительно сократить сроки проектирования новых сплавов, а также прогнозировать его поведение в условиях эксплуатации изделия. Зам. зав. кафедрой МЛС //

д.т.н., доцент ^ ^ Изотов

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

опробования результатов научно - исследовательской работы по

созданию высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ

Разработки ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А, Соловьева», а именно:

- методика оптимизации химического состава никелевого жаропрочного сплава для лопаток газовых турбин,

- высокожаропрочный ренийсодержащий никелевый сплав СЛЖС5 с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия ¡морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ.

Опробованные разработки являются частью материалов диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Данилова Дениса Викторовича «Разработка высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для моиокристаллических лопаток ГТУ».

Назначение опробованных разработок - повышение рабочих температур лопаток газовых турбин в условиях воздействия морской среды на 100-150°С по сравнению с существующими аналогами за счет обеспечения оптимального баланса комплекса тугоплавких легирующих элементов и элементов, обеспечивающих коррозионную стойкость.

Рекомендации по внедрению:

1. Использовать жаропрочный сплав СЛЖС5 в качестве материала для рабочих лопаток турбин новых перспективных ГТД, эксплуатируемых в условиях воздействия морской среды.

составов сплавов новый высокожаропрочный безрениевый сплав для лопаток газовых турбин. '

Разработать на основе методики оптимизации химических

Главный металлург опытного завода ОАО «НПО «Сатурн»

С.А.Заводов