автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя с защитным слоем

На правах рукописи

С*

005005471

Скобелева Анна Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВОК ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ

05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 ДЕК 2011

Москва-2011

005005471

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинской государственной технологической академии имени П. А. Соловьева»

Научный руководитель доктор технических наук

Первов Михаил Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Корнилова Анна Владимировна

кандидат технических наук, доцент Беспалов Александр Владимирович

Ведущая организация ОАО «Московское

машиностроительное предприятие им.

В.В. Чернышева»

Защита состоится «22» декабря 2011 г. в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 212.110.05 при «МАТИ - Российском государственном технологическом университете имени К. Э. Циолковского» по адресу: 121552 г. Москва, ул. Оршанская, д. 3. ауд. 523А

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ - Российского государственного технологического университета имени К. Э. Циолковского»

Автореферат разослан «22» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук Палтиевич А. Р.

Актуальность темы. В современном авиадвигателестроении наблюдается тенденция к повышению рабочих температур в турбине и компрессоре газотурбинного двигателя (ГТД), что приводит, соответственно, к увеличению мощности самого двигателя. Это достигается за счет повышения рабочей температуры сжигаемого топлива в камере сгорания и в свою очередь требует повышения жаропрочности для деталей, как турбины, так и компрессора, основными из которых являются лопатки различных конструкций. Лопатки турбины работают в тяжелых условиях при высоких температурах, испытывая высокие растягивающие и изгибающие напряжения. Поэтому лопатки турбин изготавливают из жаропрочных сплавов на никелевой основе: таких как ХН77ТЮР, ЖС6К и др.

Лопатки компрессора изготавливают из алюминиевых сплавов (например, АК4-1, ВД17), титановых сплавов (например, ВТ6, ВТ10) и сплавов на основе железа. Рабочая температура сплавов на основе алюминия составляет 300...350 °С, титановых - 600...650 °С. Для изготовления лопаток турбины используют жаропрочные сплавы на никелевой основе. Самый жаропрочный сплав ЖС6У работает при температуре не более 1040 °С и имеет предел прочности Ю0...150МПа. Для увеличения рабочих температур используют охлаждение лопаток за счет продувки воздуха через внутренние каналы лопаток. Применение жаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов позволяет существенно увеличить рабочую температуру лопаток. Однако при работе в условиях высоких температур на поверхности этих сплавов образуются легкоплавкие окислы, что требует надежно защищать рабочие поверхности лопаток. В качестве защиты поверхности лопаток используют защитные покрытия, которые наносят различными способами: методом плазменного напыления, методом электронно-лучевого напыления, методом катодного распыления, методом лазерного осаждения, диффузионным методом. Однако стойкость данных покрытий низкая, и для защиты лопаток из тугоплавких металлов они находят ограниченное применение. Основными недостатками методов нанесения защитных покрытий являются: низкая

стойкость покрытий, длительное время осуществления способа, высокая стоимость оборудования, необходимого для осуществления процесса.

Способы получения защитного слоя методами обработки металлов давлением не обладают вышеперечисленными недостатками. Применение в качестве защитного покрытия жаростойких сплавов на основе никеля позволит повысить рабочую температуру на турбине до 1200 °С, снизить расход воздуха, направленного на охлаждение.

Получением биметаллических изделий методами обработки металлов давлением занимались многие ученые, одними из которых были Л. Н. Могучий и М. С. Гильденгорн. Авторы определили допустимые соотношения между прочностными характеристиками слоев биметаллической заготовки при выдавливании, при которых произойдет соединение двух металлов. Но выполненные исследования не позволяют охарактеризовать достаточно полно процессы, происходящие внутри каждого из слоев, и не позволяют определить силу выдавливания биметаллической заготовки.

Таким образом, тема исследования и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем является актуальной и требует дальнейшей разработки.

Цели и задачи работы. Целью работы является исследование и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки.

Для реализации этой цели необходимо решить следующие научно-технические задачи.

1. Исследовать процесс совместного выдавливания двух разнородных материалов и разработать математическую модель совместного выдавливания. Определить напряженно-деформированное состояние в выдавливаемой заготовке при установившемся процессе.

2. Определить силу выдавливания в зависимости от параметров технологического процесса выдавливания биметаллической заготовки.

3. Исследовать процесс изотермической штамповки лопатки из биметаллической заготовки. Определить зависимости между напряжениями и

деформациями при различных температурах деформации в зависимости от соотношения толщин слоев в биметаллической заготовке при изотермической штамповке.

4. Разработать опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем, получить опытный образец лопатки и исследовать его свойства и структуру.

5. Апробировать установленные закономерности при производстве данным способом штамповки лопатки ГТД с защитным слоем.

Методы исследования. Теоретическое исследование процесса прямого выдавливания биметаллической заготовки проводили на основе совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности. Экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях кафедры «Обработка материалов давлением» РГАТА имени П. А. Соловьева на прессе LITOSTROJ HVC 2 25 и гидравлическом прессе ПГ-60. Микроструктурные исследования проводились на электронном микроскопе Nikon EPIPHOTO 200.

Автор выносит на защиту:

1. Результаты теоретических исследований, полученных при анализе напряженно-деформированного состояния при выдавливании биметаллической заготовки.

2. Результаты экспериментальных исследований, полученные при штамповке биметаллической заготовки.

3. Разработанный технологический процесс изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки.

4. Практические рекомендации для получения соединения двух разнородных металлов: металла основы и металла защитного слоя.

Достоверность результатов и выводов диссертации обеспечивается использованием апробированных методов исследования пластической деформации и структуры. Оценка параметров механического поведения материалов проведена в соответствии с требованиями стандартов. Анализ

микроструктуры проводился на электронном микроскопе Nikon ЕР1РНОТО 200.

Научная новизна работы состоит в исследовании и разработке технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки, а именно:

1. Выявлены теоретические зависимости для определения напряженно-деформированного состояния в слоях биметаллической заготовки при прямом выдавливании.

2. Определена зависимость силы выдавливания биметаллической заготовки от размеров оснастки и от сопротивления деформации сплавов слоев.

3. Разработана зависимость для определения коэффициента вытяжки, необходимого для схватывания, от высоты пояска матрицы.

4. Выявлены зависимости для отношения деформаций мягкого и твердого слоев в зависимости от отношения сопротивлений деформаций твердого и мягкого слоев при различных процентных соотношениях между их толщинами при выдавливании и изотермической штамповке.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработаны рекомендации по расчету технологического процесса изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки, обеспечивающие получение надежного покрытия для лопаток, работающих в агрессивных средах. Также они позволяют существенно повысить рабочую температуру лопаток благодаря применению в качестве покрытия жаростойких сплавов, и, как следствие, повысить мощность авиационного двигателя за счет уменьшения расхода воздуха на охлаждение.

2. Разработан опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем методом выдавливания.

Реализация работы. Для реализации процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем были спроектированы и изготовлены штампы для получения биметаллической заготовки, в том числе штамп для прямого выдавливания с разъемными матрицами. Результаты работы опробованы и

внедрены при изготовлении штамповок лопаток с защитным слоем на «ОАО «НПО САТУРН» (г. Рыбинск).

Теоретические результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров, обучающихся по специальности 150400 «Технологические машины и оборудование» и 150700 «Обработка металлов давлением», инженеров, обучающихся по специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» при чтении лекций по дисциплинам «Технология ковки и объемной штамповки», «Технологии производства авиационных материалов», что подтверждено актом о внедрении результатов диссертационной работы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 5 Международных и Всероссийских конференциях, в том числе на Первой и Второй Всероссийской научно-технической конференции «Студенческая научная весна машиностроительные технологии» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008г., 2009г.), XXXVI, XXXVII Гагаринские чтения Международная молодежная научная конференции (г. Москва, МАТИ, 2010г., 2011г.), Третьей Всероссийской Конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана 2010г.). Материалы работы были представлены на «Concours Lepine Le'alon Européen de l'invention» (г.Страсбург, Франция, 2010 г.) и получены Бронзовая медаль и диплом; на «VI Международном салоне инноваций и новых технологий «Новый час» (г. Севастополь, Украина, 2010 г.) и отмечены Золотой медалью и диплом; на «XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи»-2011 (Москва, ВВЦ) и получен диплом; на «X Московском международном салоне инноваций и инвестиций» (г.Москва, 7-10 сентября 2010 г.) и награждены золотой медалью.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 17 статей и тезисов докладов, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК. Получен патент РФ на изобретение №2374027 от 19.02.2008, подано 2 заявки на изобретение: № 2009119110 приоритет от 20.05.2009, №201136442 приоритет от 01.09.2011.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, списка использованных источников в количестве 79 наименований, приложения, изложена на 150 листах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены направления исследований, рассмотрено научное и практическое значение решаемых задач.

В первой главе выполнен обзор исследований в области выдавливания заготовок, а также обзор литературы по процессу выдавливания биметаллической заготовки. Рассмотрены конструкции турбинных и компрессорных лопаток, технологические схемы их изготовления методами обработки металлов давлением.

Весомый вклад в исследование процесса совместного выдавливания разнородных материалов внесли такие ученые, как Гильденгорн М. С., Могучий Л. Н., Avitzur В., Битков В. В. и др.

Гильденгорн М. С. и Могучий Л. Н. получили формулы, которые характеризуют допустимое соотношение прочностных характеристик материалов системы, вызванной различными условиями истечения. Полученные аналитическим путем формулы не позволяют судить о протекании процесса совместного выдавливания двух разнородных материалов в каждом отдельном материале. Представленные авторами экспериментальные исследования позволяют определить предпочтительные условия для равномерного протекания процесса совместного выдавливания, однако они не позволяют спрогнозировать окончательный вид выдавленной заготовки. Рассмотрены условия формирования качественного соединения разнородных металлов в процессе пластического деформирования.

На основании анализа состояния вопроса выполненного в первой главе поставлена цель работы и сформулированы ее основные задачи.

Вторая глава посвящена исследованию процесса выдавливания биметаллической заготовки под штамповку. Проведен теоретический расчет напряженного состояния при совместном выдавливании двух разнородных сплавов.

Одним из широко известных, апробированных методов теоретического анализа напряженного состояния является метод тонких сечений, используемый для решения плоских задач. Реализация метода заключается в совместном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и уравнения (условия) пластичности (в упрощенной форме с допущением независимости одного из главных нормальных напряжений от координаты по соответствующей оси). Для упрощения расчета были сделаны следующие допущения:

- касательное напряжение между твердым и мягким слоями тШ1 принимает максимальное значение и определяется как гА-ш -0.5-с™, где

- сопротивление деформации мягкого слоя;

- касательные напряжения в твердом и мягком слоях изменяются по линейному закону (по высоте и длине очага деформации);

- деформация слоев биметаллической заготовки проходит в изотермических условиях, при которых температура деформации выше температуры рекристаллизации, что позволяет не учитывать упрочнение и принять идеально-пластическую модель деформации;

- при решении задачи рассматривается геометрический очаг деформации, ограниченный входом и выходом конического участка матрицы;

- твердый и мягкий слои рассматривались отдельно.

Рассматривается равновесие выделенного элементарного сечения

толщиной ¿¿г (рис. 1, а, б) для каждого слоя. Найдя проекции сил на оси координат X и 2, а также приближенное уравнение пластичности, получим систему уравнений (1), решая которую определим компоненты тензора напряжений для твердого слоя в биметаллической заготовке:

f rr" \

Г r _ Лжи '"S__x

гл hm-hc.l0ll-z-tg<p

a'N-Fysin(^-(p)-ThlM-Fysin<p-a'x-F,^0 i ^

a'z -F r(a\ + da'7 )■ F}+a'N ■ F2 ■ cos(у - <p) + г,,ш •Frcos<p = 0

a X ~ a 7. ~ -P ' a S у

где t'zx, - касательные напряжения в твердом слое соответственно; /„,,„-

м т

коэффициент трения между твердым и мягким материалом; as , crv-сопротивление деформации мягкого и твердого материалов при температуре выдавливания соответственно; х- высота выделенного элемента; hnp -

половина высоты приемника матрицы; hcnm- толщина мягкого слоя в приемнике; г- расстояние до выделенного элемента; <р- угол конусности матрицы; <Уу - нормальные напряжения в твердом слое при выдавливании соответственно; F,, F,- площадь поверхности (рис. I, а); ткш - касательные напряжения между твердым и мягким материалом а\- напряжения по оси X в твердом слое; a'z, da\- напряжение по оси Z в твердом слое и приращение этого напряжения соответственно; р- коэффициент, учитывающий схему деформированного состояния, для плоской задачи /5 = 1.155.

Рис. 1 Расчетная схема для определения напряженно-деформированного состояния при выдавливании, а - в твердом слое, б - в мягком слое

Рассматривая равновесие сечения для мягкого слоя, получим систему уравнений (2):

М i/ктм /к)'аИ _ , г И

7.Х =---- + Л- • °\v

' копич.

тм ■ costp ■ F, - (er" + daM ) ■ coscp■ F4 + u'N ■ sing? ■ F2 + xhlM ■ coscp• F2 ■ - rK -coscp- F2 -<7д/ -sinep- F2 = 0

Л

-сгм

sin<p • F4 + (cjm + daM ) ■ sintp - F4 + a'N ■ coscp - F2 - rklM ■ sin<p • F2 +

_ А А _

>(2)

<■ coscp ■ F2=0

^M 4. n

erN = ±ß-as

+ tk ■ sinep- F2 er -CT и =

J

где r^. - касательные напряжения в мягком слое; fK- коэффициент трения между мягким слоем и матрицей соответственно; егд/ - нормальные напряжения в мягком слое при выдавливании; F3, F'4 - площадь поверхности (рис. 1, б); тк- касательные напряжения между мягким материалом и

М I м

матрицей; а , der - напряжение, возникающие в мягком слое и приращение этого напряжения соответственно.

Напряжения в твердом внутреннем слое определяются после решения системы уравнений (1):

vp+b л

arx=ß-ars +

{2~Ki> -ctg<p)

•пр.

С

-mv

tgcp + B

lg</>+H

пр.

"с

-ige

>

(3)

После решения системы уравнений (2) определяем напряжения в мягком слое выделенного элементарного сечения:

ам = (/кпш -/А.). (=+ о\ + Р-а1 +/.„,„ -оУ-тф^

СОЗ (р' 5//7 (р ■ Ьс./()я сснср

ст Д, =

> (4)

тМ - С/а-Щ ~/к)'У* , , г м

кот/ч.

где А, В, С - постоянные, определяемые по формулам:

(5)

СОБСр

1

С =

В = ^ (6)

4«»,«. - V -^к«»

чц/р

А. ¡'Гй) г/|

(7)

Силу, необходимую для выдавливания биметаллической заготовки, определим как сумму силы деформирования Р,г = ¡¡сг7г ■ №, где а\ -

напряжение по оси 2 в твердом слое, и силы, необходимой для преодоления сил трения РТ = г ■ , где - площадь контактной поверхности:

Подставляя в формулу (8) значения РаГ и Рт определим силу выдавливания:

Р = / ■ сг1 ■ 2 ■ Ипр +М.<т». 2.(1. /,„, + ■ 2 ■ ; (9)

При анализе формулы (9) было установлено, что сила выдавливания возрастает с увеличением угла конусности матрицы и с увеличением показателя неоднородности напряжений На /ет^ .

При нагреве металлов на его поверхности образуется оксидная пленка, которая препятствует образованию соединения между двумя металлами.

Процесс соединения слоев рассматривается как двухстадийный процесс: на первой стадии происходит разрыв оксидной плёнки, а на второй стадии -затекание металла в образовавшиеся разрывы и сближение ювенильных поверхностей на величину действия межатомных сил. Определив давление, необходимое для затекания металла в разрыв оксидной плёнки (давление схватывания), и связав его с параметрами процесса выдавливания, а именно с коэффициентом вытяжки, мы установили зависимость давления схватывания от коэффициента вытяжки при выдавливании. С другой стороны, увеличение коэффициента вытяжки при выдавливании приводит к увеличению давления выдавливания. В момент равенства (рис. 2) давления схватывания и давления выдавливания произойдет соединение слоев:

РаГРГ0■ О0)

После определения этих зависимостей определили оптимальный коэффициент вытяжки для обеспечения схватывания металлов при выдавливании. На Аа оказывают существенное влияние высота пояска матрицы й(ткм,.и показатель неоднородности напряжений На.

Рис. 2. Зависимость давления схватывания (1) и давления выдавливания (2) от коэффициента вытяжки

Рис. 3. Зависимость коэффициента вытяжки, необходимого для соединения металлов, в зависимости от высоты пояска матрицы: 1-Н„ = 2; 2-Н = 2.5:3-Н„ =3

Увеличение высоты пояска матрицы Итжт (рис. 3), а также с увеличение показателя неоднородности напряжений Н а приводит к увеличению коэффициент вытяжки для обеспечения схватывания металлов Лсх.

Экспериментальные исследования по определению силы выдавливания биметаллической заготовки проводили на гидравлическом прессе ПГ-60.

В качестве металла с высоким сопротивлением деформации (основа) выбрали алюминиевый сплав 1379, относящийся к системе Al-Si с содержанием кремния 17-19%. В качестве металла с низким сопротивлением деформации (защитный слой) - сплав АК6. Исследование выдавливания включало в себя: сборку биметаллической заготовки, осадку по образующей собранной заготовки, осадку в штампе и прямое выдавливание. Заготовка представляла собой стакан из сплава АК6, внутрь которого устанавливали цилиндр из сплава 1379, при этом поверхности контакта двух заготовок были предварительно очищены от загрязнений металлической щеткой и протравлены в щелочном растворе. Выдавливание проводили на гидравлическом прессе ПГ-60 при температуре нагрева штампа и заготовки 450 °С. В качестве смазки деформирующего инструмента применяли смесь графита и масло Вапора.

В результате выдавливания получали выдавленную биметаллическую заготовку с соединением двух разнопрочных алюминиевых сплавов (рис. 4).

В эксперименте определили силу выдавливания, которая составила 0,15 МЫ. Расчетное значение силы выдавливания, полученное по формуле (9), составило 0,11 МН. То есть разность результатов эксперимента и теоретического расчета составила 30%, что является хорошей сходимостью, учитывая всю сложность процесса выдавливания разнородных по свойствам сплавов и сделанных допущений.

Рис. 4. Выдавленная биметаллическая заготовка: внутренний сплав 1379, наружный сплав

А Кб

В третьей главе исследован процесс штамповки биметаллической заготовки в изотермических условиях.

Деформация основного (внутреннего) сплава и защитного слоя будет зависеть от отношения сопротивлений деформации твердого и мягкого слоя, то есть от показателя неоднородности напряжений На=<уЦ&У и от толщины защитного слоя.

Для исследования влияния технологических режимов на деформацию биметаллической заготовки используем два алюминиевых сплава 1379 и АК6. Целью эксперимента является определение зависимости отношения деформации слоев мягкого и твердого материалов от отношения сопротивления деформации твердого и мягкого слоев и от процентного соотношения между ними. Выдавленная биметаллическая заготовка представляет собой пакет, состоящий из трех металлов по схеме М-Т-М (мягкий- твердый- мягкий).

Штамповка лопатки производится обычно в открытых штампах, при этом

течение металла происходит только при формировании поперечных сечений

лопатки при наличии облойной канавки. Таким образом, операцию штамповки

можно представить в виде «плоской задачи». Для упрощения исследований

процесс штамповки заменим плоской осадкой, течение происходит только в

одном направлении.

Биметаллический пакет состоял из основного металла сплава ¡379, с

обеих сторон которого расположены планшеты из сплава АК6 (рис. 5). При

этом толщина пакета оставалась постоянной (1 8 мм), а изменялась температура

осадки и толщина пластин из сплава АКб. о ,Р

Образцы с различным процентным 3

соотношением слоев мягкого и твердого 4

материала 2.9, 6.25, 10, 14.3 % на сторону

нагревали до температур 350, 400, 420, 450 °С (тем

самым изменяя показатель неоднородности

напряжений На, который был равен 2.94, 2.92,

2.7, 2.5). Эксперимент проводили на прессе Рис. 5. Схема опытной

оснастки: I - матрица. 2 -ПТОБТЕЮ; НУС 2 25, при этом оснастка пуансон, 3 - материал

нагревали до температуры образцов в защитного слоя АК6,4 -

материал основы. Ь79

электрической печи.

После осадки образцов определяли показатель неоднородности деформаций Нс = £и /6Г - отношение деформаций мягкого и твердого слоев. По полученным данным построена зависимость отношения деформаций мягкого и твердого слоев от отношения сопротивления деформаций твердого и мягкого слоев Не = /(На ) (рис. 6).

Зависимость, показанная на рис. 6, позволяет определить деформации твердого и мягкого слоев на стадии проектирования процесса штамповки биметаллической заготовки, и тем самым опередить толщину слоя мягкого материала в зависимости от толщины твердого слоя.

Рис. 6. Зависимость отношения деформаций мягкого и твердого слоев от отношения сопротивления деформаций твердого и мягкого слоев Н£ = /(На): I - процентное отношение между слоями 2.9%, 2- процентное отношение между слоями 6.25%; 3-процентное отношение между слоями 10%; 4- процентное отношение между слоями 14.3%.

В четвертой главе представлены способы нанесения защитных

покрытий, рассмотрены их недостатки, а также разработан технологический

процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем методом

выдавливания.

В качестве модельных сплавов использовались:

АК 6 - материал защитного слоя и 1379 - материал

основы. Технологический процесс включает в себя

следующие операции: сборку составной заготовки;

осадку по образующей составной биметаллической

заготовки; осадку в штампе; прямое выдавливание

биметаллической заготовки, изотермическую штамповку

выдавленной заготовки. В результате получили

штамповку лопатки при температуре 450 °С с уже

нанесенным защитным слоем (рис. 7).

В пятой главе проведено моделирование

Рис. 7. Штамповка биметаллической лопатки ГТД с нанесенным защитным лопатки с защитным

слоем слоем для определения прочности соединения слоев

лопатки.

Лопатку рассматривали как консольную балку, один конец которой жестко закреплен на диске, а на другой конец наложен изгибающий момент (рис. 8).

Расчет в ANS YS 12.0 проводился в два этапа: первый этап- исследование соединения модельных сплавов 1379 и АК6; второй

м

этап- исследование соединения тугоплавкого

вольфрамового сплава \V-i-30Re и жаропрочного сплава ХН78Т (ЭИ-435), применяемого для защиты /

__ , „ „ ________Рис. 8. Лопатка в виде

вольфрамового сплава. „ _ „

консольной балки с жесткой

В ходе расчета общая толщина образцов заделкой одного из концов и

приложенным изгибающим оставалась постоянной изменялась только толщина моментом

слоя. Толщина слоя составляла 2, 4, 5, 10 и 20% от толщины основного

материала. В ходе исследования биметаллических лопаток с наложением

изгибающего момента отслаивания одного металла от другого не происходило.

В шестой главе рассмотрены примеры реализации данного технологического процесса, а также его практического применения; рассмотрены возможности применения предлагаемого способа изготовления лопатки с защитным слоем как в авиационной промышленности для увеличения рабочих температур компрессора, так и в горной промышленности для защиты от коррозии шахтных лопаток. Представлены способ реализации процесса при получении высокоточных выдавленных заготовок переменного сечения под штамповку (патент РФ № 2374027 от 19.02.2008) и апробированный технологический процесс для защиты лопаток промышленного вентилятора из алюминиевого сплава ВД17 с помощью защитного слоя из алюминиевого сплава АМц, нанесенного методом выдавливания.

Применение выдавливания для нанесения защитного слоя на лопатку позволит:

- сократить расход дорогостоящих легированных сталей и сплавов;

- получить слой защитного слоя с заданной толщиной в зависимости от режимов работы лопатки;

- повысить устойчивость против коррозии, износа и истирания, воздействия вибрационных нагрузок, увеличивается конструкционная прочность лопатки.

В заключении выполнен анализ полученных результатов и приводятся общие выводы по работе.

В приложении приведены акт внедрения предлагаемого технологического процесса на производстве и акт внедрения, подтверждающий использование в учебном процессе материалов работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель процесса выдавливания биметаллической заготовки, состоящей из двух разнородных материалов, позволяющая определить компоненты тензоров напряжений для твердого (внутреннего) и мягкого (наружного) слоев заготовки, а так же силу выдавливания биметаллической заготовки, которая обеспечивает точность ее определения до 30%.

2. Установлена зависимость коэффициента вытяжки, необходимого для получения качественного соединения слоев заготовки при выдавливании, от размеров штамповой оснастки, показывающая, что при увеличении высоты пояска матрицы коэффициент вытяжки, необходимый для соединения металлов, возрастает. Так же установлено, что при увеличении показателя неоднородности напряжений (отношения сопротивления деформации твердого слоя к сопротивлению деформации мягкого) слоя возрастает и коэффициент вытяжки, необходимый для соединения слоев в биметаллической заготовке.

3. В результате экспериментальных исследований установлено влияние показателя неоднородности напряжений (отношение сопротивления деформации твердого слоя к сопротивлению деформации мягкого слоя) и толщины защитного слоя при выдавливании биметаллической заготовки на показатель неоднородности деформаций (отношение деформации мягкого слоя к деформации твердого слоя), позволяющее определить размеры исходных

заготовок материалов для получения штамповки лопатки с защитным слоем на стадии разработки технологического процесса.

4. На основании проведенных исследований разработан опытный технологический процесс изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем, включающий следующие операции: сборку биметаллической заготовки, осадку по образующей собранной биметаллической заготовки, осадку в штампе, прямое выдавливание биметаллической заготовки и изотермическую штамповку выдавленной заготовки. Получен экспериментальный образец лопатки из двух алюминиевых сплавов: 1379 в качестве твердого (внутреннего) материала, АК 6 в качестве мягкого (наружного) материала.

5. Проведенные исследования были апробированы при штамповке лопаток из алюминиевого сплава ВД 17 с защитным слоем из алюминиевого сплава АМц на ОАО «НПО «САТУРН».

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кутыкова А. С. Технологический процесс изготовления лопатки с использованием изотермического выдавливания [Текст] / Кутыкова A.C. // «ХХХГИ Гагаринские чтения Международной молодежной научной конференции Научные труды в 8 т., Том 1,, Москва, М АТИ 2007 г.

2. Кутыкова А. С. Технологический процесс изготовления лопатки ГТД из титановых сплавов с использованием изотермического выдавливания [Текст]/ Кутыкова A.C. // Электронный сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции студентов Студенческая научная весна 08: Машиностроительные технологии, МГТУ. - Москва, 2008 г.

3. Кутыкова А. С. Исследование процесса прямого выдавливания титанового сплава в программном пакете QForm 2D/3D [Текст] // Кутыкова A.C. // Электронный сборник трудов семинара «Повышение эффективности производства деталей авиадвигателей с применением программы QForm»:, ММП им. В.В.Чернышева.

4. Кутыкова А. С. Технология изготовления лопаток с защитным покрытием методом изотермического выдавливания биметаллической заготовки под изотермическую штамповку [Текст] // «Наука и образование: электронное научно-техническое издание», 2009 г.

5. Кутыкова А. С. Технология изготовления лопаток с защитным покрытием методом изотермического выдавливания биметаллической заготовки под изотермическую штамповку [Текст] // Электронный сборник трудов Всероссийской научно- технической конференции студентов Студенческая научная весна 09: Машиностроительные технологии, МГТУ. -Москва, 2009 г.

6. Кутыкова А. С. Исследование технологического процесса изотермического выдавливания заготовок лопатки переменного сечения из титанового сплава в программе (ЗРогт ЗЭ [Текст] И Седьмая Всероссийская научно-практическая конференция «Применение ИПИ - технологий в производстве» «МАТИ» - Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского, г. Москва 2009 г

7. Кутыкова А. С. Технология изготовления лопаток с защитным покрытием методом изотермического выдавливания биметаллической заготовки под изотермическую штамповку [Текст] // XXXVI Гагаринские чтения, Международной молодежной научной конференции Научные труды в 8 т., Том 1, Москва, МАТИ 2010 г.

8. Кутыкова А. С. Технология изготовления биметаллической лопатки методом изотермического выдавливания [Текст] // Сборник трудов Третьей всероссийской Конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», г. Москва, МГГУ им. Н.Э.Баумана 2010 г.

9. Кутыкова А. С. Применение программного пакета рРогш 20/30 для изучения процесса прямого изотермического выдавливания титановых сплавов при изготовлении лопаток ГТД [Текст] // Труды Восьмой Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ-технологий в производстве», г. Москва, МАТИ 2010 г.

10. Кутыкова А. С. Изготовление лопаток с защитным покрытием методом изотермического выдавливания биметаллической заготовки [Текст] // Новые материалы и технологии НТМ-2010 Материалы всероссийской научной конференции, Том 1 г. Москва МАТИ 2010 г.

11. Кутыкова А. С. Способ изготовления штамповок лопаток ГТД переменного сечения горячим выдавливанием с подвижными матрицами [Текст] // Сборник статей третьей Всероссийской международной научно-технической конференции студентов «Студенческая научная весна 2010: Машиностроительные технологии», г. Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана 2010 г

12. Пат. №2374027 Российская Федерация, МПК В21К1/00, В2Ы5/02 Способ изготовления штамповок переменного сечения горячим выдавливанием с подвижными матрицами [Текст] / Первое М. Л., Кутыкова А. С.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева».- № 2008106487/02; заявл. 19.02.2008; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.- 7 с.

13. Заявка 2009119110 Российская Федерация, МПК В21С23/22. Способ изготовления лопатки с защитным покрытием [Текст] / Первов М. Л., Кутыкова А. С.; заявитель ГОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П. А. Соловьева».- №2009119110 заявл. 20.05.2009; опубл. 27.11.2010.

14 Скобелева А. С. Способ изготовления штамповки переменного сечения методом изотермического выдавливания [Текст] / А. С. Скобелева // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева-2010-№3(18).-С. 116-121.

15. Заявка 201136442 Российская Федерация МПК В21К1/00, В21Л5/02. Способ изготовления штамповок лопаток с двумя хвостовиками переменного сечения горячим выдавливанием [Текст] / Первов М. Л., Скобелева А. С.; заявитель ФГБОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П. А. Соловьева».- №201136442 (054200) от 01.09.2011.

Зав. РИО М.А. Салкова

Подписано в печать 19.11.2011 г. Формат 60*84 1/22. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 140

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия {РГАТА) Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина. 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

ВВЕДЕНИЕ.

1. Особенности получения биметаллических изделий методами обработки металлов давлением. Постановка цели и задач исследования.

1.1 Лопатка как основная деталь компрессора и турбины газотурбинного двигателя.

1.2 Способы нанесения защитных покрытий на лопатки авиационных двигателей.

1.3 Особенности процесса выдавливания.

1.3.1 Технологические режимы процесса выдавливания.

1.3.2 Основные стадии процесса выдавливания — прессования.

1.4 Совместное выдавливание (прессование) двух разнородных металлов.

1.4.1 Теории образования металлических связей при совместной пластической деформации.

1.4.2 Влияние различных факторов на протекание процесса выдавливания слоистых заготовок.

1.5 Изготовление биметаллических изделий совместным выдавливанием.

1.5.1 Выдавливание заготовки с продольной слоистостью.

1.5.2 Выдавливание заготовки с поперечной слоистостью.

1.5.3 Выдавливание комбинированных заготовок с продольно-поперечной слоистостью.

1.5.4 Выдавливание с дифференцированным нагревом материала слоев.

1.6 Методы расчета совместного выдавливания двух разнородных материалов.

1.7 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования.

2. Исследование процесса выдавливания биметаллической заготовки под штамповку лопатки ГТД.

2.1 Технологическая схема получения штамповки лопатки с защитным слоем.

2.2 Определение напряженно-деформированного состояния слоев в биметаллической заготовке при выдавливании.

2.2.1 Напряженно-деформированное состояние в твердом слое при выдавливании биметаллической заготовки.

2.2.2 Напряженно-деформированное состояние в мягком* слое при выдавливании биметаллической заготовки.

2.3 Определение силы деформирования, необходимой для выдавливания.

2.4 Определение оптимального коэффициента вытяжки для образования соединения между двумя материалами.

215 Поверка полученных результатов теоретического расчета.

2.6 Выводы по главе.

3. Исследование течение металла при штамповке биметаллической заготовки.

3.1 Определение зависимости между напряжениями и деформациями в биметаллической заготовке при штамповке.

3.1.1 Подготовка и проведение эксперимента.

3.1.2 Обработка полученных результатов эксперимента.

3.2 Исследование процесса штамповки биметаллической заготовки.

3.3 Выводы по главе.

4. Опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с нанесенным защитным слоем.

5. Моделирование биметаллической лопатки.

6. Реализация и практическое применение предлагаемого технологического процесса.

6.1 Пример серийного технологического процесса изготовления штамповки лопатки ГТД и способ ее реализации.

6.2 Практическое применение предлагаемого способа в других областях техники и с другими материалами.

Актуальность темы. В современном авиадвигателестроении наблюдается тенденция к повышению рабочих температур в турбине и компрессоре газотурбинного двигателя (ГТД), что приводит, соответственно, к увеличению мощности самого двигателя. Это достигается за счет повышения рабочей температуры сжигаемого топлива в.камере сгорания и в свою очередь требует повышения' жаропрочности для деталей, как турбины, так и компрессора, основными1 из которых являются лопатки различных конструкций. Лопатки турбины работают в тяжелых условиях при высоких температурах, испытывая высокие растягивающие и изгибающие напряжения. Поэтому лопатки турбин-изготавливают из.жаропрочных сплавов на никелевой основе: таких как ХН77ТЮР, ЖС6К и*др.

Лопатки компрессора изготавливают из алюминиевых сплавов (например, АК4-1, ВД17), титановых сплавов (например, ВТ6, ВТ 10) и сплавов1 на основе железа. Рабочая температура сплавов на основе алюминия составляет 300.350 °С, титановых - 600.650 °С. Для-изготовления лопаток турбины используют жаропрочные сплавы на никелевой основе. Самый жаропрочный сплав. ЖС6У работает при температуре не более 1040 °С и имеет предел прочности 100.150 МПа. Для увеличения рабочих температура используют охлаждение лопаток за счет продувки воздуха через внутренние каналы лопаток. Применение жаропрочных сплавов на основе тугоплавких металлов позволяет существенно увеличить рабочую температуру лопаток. Однако при работе в> условиях высоких температур на поверхности этих сплавов образуются легкоплавкие окислы, что требует надежно защищать рабочие поверхности лопаток. В" качестве защиты поверхности лопаток используют защитные покрытия, которые наносят различными способами: методом плазменного напыления, методом электронно-лучевого напыления, методом катодного распыления, методом лазерного осаждения, диффузионным методом. Однако стойкость данных покрытий низкая, и для защиты лопаток из тугоплавких металлов они находят ограниченное применение. Основными недостатками методов нанесения . защитных покрытий являются: низкая стойкость покрытий, . длительное время осуществления способа, высокая стоимость оборудования, необходимого для осуществления процесса.

Способы получения защитного слоя методами обработки металлов давлением не обладают вышеперечисленными недостатками. Применение в качестве защитного покрытия жаростойких сплавов на основе никеля позволит повысить рабочую температуру на турбине до 1200 °С, снизить расход воздуха, направленного на охлаждение.

Получением биметаллических изделий» методами обработки металлов давлением занимались,многие ученые, одними из которых были Л.Н: Могучий и М. С. Гильденгорн. Авторы определили допустимые соотношения: между прочностными характеристиками слоев биметаллической заготовки при выдавливании; при которых произойдет соединение двух металлов. Но выполненные исследования не позволяют охарактеризовать, достаточно полно процессы, происходящие внутри каждого из слоев, и не позволяют определить силу выдавливания биметаллической заготовки.

Таким образом,, тема исследования и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем является актуальной и требует дальнейшей разработки.

Цели и задачи работы. Целью работы является исследование и разработка технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки.

Для- реализации этой цели необходимо решить следующие; научно-технические задачи. \

1. Исследовать процесс совместного выдавливания; двух разнородных материалов и разработать математическую модель совместного выдавливания. Определить напряженно-деформированное состояние в выдавливаемой заготовке при установившемся процессе.

2. Определить силу выдавливания в зависимости от параметров технологического процесса выдавливания биметаллической заготовки.

3. Исследовать процесс изотермической штамповки лопатки из биметаллической заготовки. Определить зависимости между напряжениями и деформациями при различных температурах деформации в зависимости от соотношения толщин слоев в биметаллической заготовке при изотермической штамповке. I

4. Разработать опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем, получить опытный образец лопатки и исследовать его свойства и структуру.

•5. Апробировать установленные закономерности при производстве данным способом штамповки лопатки ГТД с защитным слоем.

Методы исследования. Теоретическое исследование процесса прямого выдавливания биметаллической заготовки проводили на основе совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности. Экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях кафедры «Обработка материалов давлением» РГАТА имени П. А. Соловьева на прессе LITOSTROJ HVC 2 25 и гидравлическом прессе ПГ-60. Микроструктурные исследования проводились на электронном микроскопе Nikon EPIPHOTO 200.

Автор выносит на защиту:

1. Результаты теоретических исследований, полученных при анализе напряженно-деформированного состояния при выдавливании биметаллической заготовки.

2. Результаты экспериментальных исследований, полученные при штамповке биметаллической заготовки.

3. Разработанный технологический процесс изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки.

4. Практические рекомендации для получения соединения двух разнородных металлов: металла основы и металла защитного слоя.

Достоверность результатов и выводов диссертации обеспечивается использованием апробированных методов исследования пластической деформации и структуры. Оценка параметров механического поведения^ материалов проведена в соответствии с требованиями стандартов. Анализ микроструктуры проводился на электронном микроскопе Nikon EPIPHOTO 200.

Научная новизна работы состоит в исследовании и разработке технологического процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем методом выдавливания биметаллическойзаготовки, а именно:

1. Выявлены теоретические зависимости для определения напряженно-деформированного состояния в* слоях биметаллической заготовки при прямом выдавливании.

2. Определена зависимость силы выдавливания биметаллической заготовки от размеров оснастки и от сопротивления деформации сплавов слоев.

3. Разработана зависимость для определения» коэффициента вытяжки, необходимого для схватывания, от высоты пояска матрицы.

4. Выявлены зависимости для отношения деформаций мягкого и твердого слоев в зависимости от отношения1 сопротивлений деформаций твердого и мягкого слоев-при различных процентных соотношениях между их толщинами при выдавливании и изотермической'штамповке.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработаны рекомендации по расчету технологического процесса изготовления штамповок лопаток газотурбинного двигателя с защитным слоем методом выдавливания биметаллической заготовки, обеспечивающие получение надежного покрытия для лопаток, работающих в агрессивных средах. Также они позволяют существенно повысить рабочую температуру лопаток благодаря применению в качестве покрытия жаростойких сплавов, и, как следствие, повысить мощность авиационного двигателя за счет уменьшения расхода воздуха на охлаждение.

2. Разработан опытный технологический процесс изготовления штамповки лопатки ГТД с защитным слоем методом выдавливания.

Реализация работы. Для реализации процесса изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем были спроектированы и изготовлены штампы для получения биметаллической заготовки, в том числе штамп для прямого выдавливания с разъемными матрицами. Результаты работы опробованы и внедрены при изготовлении штамповок лопаток с защитным слоем на «ОАО «НПО САТУРН» (г. Рыбинск).

Теоретические результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров, обучающихся по специальности 150400 «Технологические машины и оборудование» и 150700 «Обработка металлов давлением», инженеров, обучающихся по специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» при чтении лекций по дисциплинам «Технология ковки и объемной штамповки», «Технологии производства авиационных материалов», что подтверждено актом о внедрении результатов диссертационной работы.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 5 Международных и Всероссийских конференциях, в том числе на Первой и Второй Всероссийской научно-технической конференции «Студенческая научная весна машиностроительные технологии» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008г., 2009г.), XXXVI, XXXVII Гагаринские чтения Международная молодежная научная конференции (г. Москва, МАТИ, 2010г., 2011г.), Третьей Всероссийской Конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана 2010г.). Материалы работы были представлены на «Concours Lepine Le'alón Européen de l'invention» (г.Страсбург, Франция, 2010 г.) и получены Бронзовая медаль и диплом; на «VI Международном салоне инноваций и новых технологий «Новый час» (г. Севастополь, Украина, 2010 г.) и отмечены Золотой медалью и диплом; на «XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи»-2011 (Москва, ВВЦ) и получен диплом; на «X Московском международном салоне инноваций и инвестиций» (г. Москва, 7-10 сентября 2010 г.) и награждены золотой медалью.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано

17 статей и тезисов докладов, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК. Получен патент РФ на изобретение №2374027 от 19.02.2008, подано 2 заявки на изобретение: № 2009119110 приоритет от 20.05.2009, №201136442 приоритет от 01.09.2011.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, списка использованных источников в количестве 79 наименований, приложения, изложена на 150 листах, содержит 60 рисунков,

3.3 Выводы по главе

В ходе исследования процесса штамповки биметаллической заготовки было установлено следующее:

1. Определена зависимость между отношением сопротивления деформации твердого и мягкого слоев от отношения деформаций мягкого и твердого слоев при разных процентных соотношениях между слоями.

Зависимость позволит определить на стадии проектирования штамповки толщину защитного слоя на лопатке в зависимости от температуры штамповки и от процентного отношения между мягким и твердым слоями.

2. Установлено, что правильный выбор температурно- скоростных условий штамповки способствует образованию соединения двух материалов.

3. Установлено, что при наличии загрязнений на контактных поверхностях соединения двух металлов не происходит.

4. Построен график зависимости отношений деформаций мягкого и твердого слоев от отношения толщин мягкого и твердого слоев, позволяющий определить толщины слоев на этапе проектирования штамповки.

5. Установлено, что чем больше показатель неоднородности напряжений, тем больше показатель неоднородности деформаций.

ГЛАВА 4. ОПЫТНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВКИ ЛОПАТКИ ГТД С НАНЕСЕННЫМ

ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ

Увеличение КПД газотурбинных двигателей связано с повышением рабочей температуры на турбине и компрессоре, что возможно только при использовании жаропрочных сплавов. Самым жаропрочным сплавом на данный момент является сплав ЖС6У с рабочей температурой до 1050 °С. Сплавы на основе тугоплавких металлов имеют более высокую рабочую температуру, но для работы при высоких температурах рабочие поверхности лопатки необходимо защищать различными методами. Для этих целей используют такие методы как диффузионное напыление, плазменное напыление на воздухе или в вакууме, катодное распыление, лазерное осаждение. Данные покрытия и методы их нанесения не обеспечивают длительную защиту поверхности деталей, поэтому их применение ограничено.

По предложенной в главе 2 технологической схеме изготовления штамповки лопатки с защитным слоем проведен эксперимент, который показывает возможность осуществления данной технологии нанесения покрытия.

В качестве материалов заготовки были выбраны два алюминиевых сплава АК6 и 1379. Данные марки сплавов уже применялись в предыдущих экспериментах, их свойства представлены в главе 2. При этом сплав 1379 является основой, то есть внутренним материалом, как более прочный, а сплав АК6 - защитным слоем, то есть наружным материалом.

Для проведения эксперимента была спроектирована и изготовлена оснастка из стали 5ХНВ ГОСТ 5950-2000 [16] (табл. 15, рис. 444), химический состав и механические свойства которой представлены в табл.: штамп для обратного выдавливания стакана, штамп для осадки, который состоит из матрицы с внутренним отверстием прямоугольного сечения и нижнего и верхнего пуансонов, которые также имеют в сечении прямоугольник; штамп для прямого выдавливания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель процесса выдавливания биметаллической заготовки, состоящей из двух разнородных материалов, позволяющая определить компоненты тензоров напряжений для твердого (внутреннего) и мягкого (наружного) слоев заготовки, а так же силу выдавливания биметаллической заготовки, которая обеспечивает точность ее определения до 30%.

2. Установлена зависимость коэффициента вытяжки, необходимого для получения качественного соединения слоев заготовки при выдавливании, от размеров штамповой оснастки, показывающая, что при увеличении высоты пояска матрицы коэффициент вытяжки, необходимый для соединения металлов, возрастает.

Так же установлено, что при увеличении показателя неоднородности напряжений (отношения сопротивления деформации твердого слоя к сопротивлению деформации мягкого) слоя возрастает и коэффициент вытяжки, необходимый для соединения слоев в биметаллической заготовке.

3. В результате экспериментальных исследований установлено влияние показателя неоднородности напряжений (отношение сопротивления деформации твердого слоя к сопротивлению деформации мягкого слоя) и толщины защитного слоя при выдавливании биметаллической заготовки на показатель неоднородности деформаций (отношение деформации мягкого слоя к деформации твердого слоя), позволяющее определить размеры исходных заготовок материалов для получения штамповки лопатки с защитным слоем на стадии разработки технологического процесса.

4. На основании проведенных исследований разработан опытный технологический процесс изготовления штамповок лопаток ГТД с защитным слоем, включающий следующие операции: сборку биметаллической заготовки, осадку по образующей собранной биметаллической заготовки, осадку в штампе, прямое выдавливание биметаллической заготовки и изотермическую штамповку выдавленной заготовки. Получен экспериментальный образец лопатки из двух алюминиевых сплавов: 1379 в качестве твердого (внутреннего) материала, АК 6 в качестве мягкого (наружного) материала.

5. Проведенные исследования были апробированы при штамповке лопаток из алюминиевого сплава ВД 17 с защитным слоем из алюминиевого сплава АМц на ОАО «НПО «САТУРН».

1. Рогов, В. А. Современные машиностроительные материалы и заготовки Текст. / В. А. Рогов, Г. Г. Позняк М.: Академия, 2008.-336 с.

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

3. Яковлев, С. П. Процессы формообразования многослойных листовых конструкций Текст. / С. П. Яковлев, В. Н. Чудин, С. С. Яковлев [и др.] // Заготовительное производство 2003.-№1- С. 41-45.

4. Гильденогор, М. С. Прессование со сваркой полых изделий из алюминиевых сплавов Текст. / М. С. Гильденгорн, В. Г. Керров, А. Г. Кривонос— М.: Металлургия, 1975.-239 с.

5. Эпштейн, Г. Н. Строение металлов, деформированных взрывом Текст./ Г. Н. Эпштейн-М.: Металлургия, 1980 -256 с.

6. Гельман, А. С. Плакирование стали взрывом (структура и свойства биметалла) Текст. / А. С Гельман-М.: Машиностроение, 1978 190 с.

7. Конон, Ю. А. Коррозионо- стойкий биметалл для сельхозмашиностроения Текст. / Ю А. Конон, В.Н.Федоров, Л.Б.Первухин.- М.: Машиностроение, 1984.- 112 с.

8. Рябов, В. Р. Применение биметаллических и армированных сталеалюминиевых соединений Текст. / В. Р. Рябов М.: Металлургия, 1975— 287 с.

9. Остренко, В. Я. Производство биметаллических труб и прутков Текст./ В. Я. Остренко М.¡Металлургия, 1986.- 240 с.

10. Белов, М. И. Исследование процессов прессования и волочения биметаллических изделий. Текст. / М. И. Белов // Кузнечно-штамповочное производство 2004 - № 1С .11 -14.

11. Полухин, П. И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов Текст. / П. И. Полухин, Г. Я. Гунн, А. М. Галкин М.: Металлургия. 1976.-488 с.

12. Елисеев, Ю. В. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей Текст. / Ю. В. Елисеев, А. Г. Братухин, Г. К. Язов.- М.: Машиностроение, 1997.-416 с.

13. Демин, Ф. И. Технология изготовления основных деталей газотурбинных двигателей Текст. / Ф. И. Демин, Н. Д. Проничев, Л. И. Шитарев- М.: Машиностроение, 2002 328 с.

14. Атрошенко, . А. П. Металлосберегающие технологии кузнечно-штамповочного производства Текст. / А. П. Атрошенко, В. Федоров:— JL: Машиностроение, 1990.-279 с.

15. Бялобжеский, А. В. Принципы защиты тугоплавких металлов от высокотемпературного окисления Текст. / А. В: Бялобжеский, М. С. Цирлин // Защитные покрытия: труды 8-го Всесоюзного совещания по жаростойким покрытиям- JL: Наука; 1979.-С. 3-8.

16. Брманок, М. 3. Прессование труб из алюминиевых сплавов Текст. / М. 31 Ерманок, JI. С. Каган, Mi Ф. Головинов М.: Металлургия, 1976.- 247 с.

17. Дмитриев, А. М. Деформация при выдавливании цилиндрических стаканов1 Текст. / А. М.' Дмитриев, A: JL.Воронцов // Заготовительное производство-2003.-№11.-С. 23-33.

18. Сторожев, М. В. Теория обработки- металлов > давлением Текст. / М: В'. Сторожев; Е. А. Попов М.: Машиностроение, 1977.-423 с.

19. Джонсон, В. Механика процесса, выдавливания металла Текст. / В. Джонсон, X. Кудо М.: Металлургия, 1965.-174 с.

20. Перлин, И: П. Теория! прессования* металлов Текст. / И. П. Перлин,. JI. X. Райтбарг.-М.: Металлургия, 1975.-447 с.

21. Прозоров, JI. В. Прессование стали и тугоплавких сплавов. Текст. / JI. В. Прозоров М.: Машиностроение, 1969 - 243 с.

22. Жолобов, В. В: Прессование металлов Текст. / В. В. Жолобов, Г. И«.- Зверев-М.: Металлургия, 1971.-456 с.

23. Семенов, А. П. Схватывание металлов Текст., / А. П. Семенов— Mi: Машгиз, 1958.-120 с.

24. Каракозов, Э. С. Соединение металлов в твердой фазе Текст. / Э. С. Каракозов Mi, Металлургия, 1976.-264 с.

25. Гельман, А. С. Основы сварки давлением Текст. / А. С. Гельман.— М.: Машиностроение, 1970 —312 с.

26. Казаков, Н. Ф. Диффузионная сварка металлов Текст. / Н. Ф. Казаков-М.: Машиностроение, 1976.-360 с.

27. Пашко, Н. Ф. Металловедение сварки Текст. / Ю.Ф. Пашко, C.B. Лашко-Аванесян М.: Машгиз,1954 - 272 с.

28. Астров, А. И. Плакированные многослойные металлы Текст. / А. И. Астров-М., Металлургия, 1965 -240 с.

29. Маковский, В; А. Биметаллические прутки Текст. / В. А. Маковский, Л. С. Ейльман М. : Металлургия, 1981.- 180 с.

30. Крагельский, Н. В. Трение и износ Текст. / Н. В. Крагельский- М.: Машгиз, 1962.-383 с.

31. Каракозов, Э. С. Сварка< металлов давлением Текст. / Э. С. Каракозов-М.: Машиностроение, 1986-280 с.

32. Аркулис, Г. Э. Совместная пластическая деформация разных металлов Текст./ Г. Э. Аркулис М., Металлургия, 1964 - 270 с.

33. Голованенко, С. А. Прессование биметаллических профилей Текст. / С. А. Голованенко // Кузнечно-штамповочное производство— 1963— №10 — С. 7-9.

34. Могучий, Л. Н. Обработка давлением труднодеформируемых металлов Текст./ Л. Н. Могучий.- М., Машиностроение, 1976 272 с.

35. Иванов, И. И. Изготовление биметаллических прутков и проволоки из алюминиевых сплавов Текст. / И. И. Иванов, И. П. Ципулин // Сб. трудов МАТИ. -1963- Вып.57 С. 25-29.

36. Колпашников, А. И. Деформирование композиционных материалов Текст. / А. И. Колпашников, Б. А. Арефьев, В. Ф. Мануйлов.- М.: Металлургия, 1982.-248 с.

37. Копецкий, Ч. В. Структура и свойства тугоплавких металлов. Серия Успехи современного металловедения Текст. / Ч. В. Копецкий.- М., Металлургия, 1974.-208 с.

38. Крупин, А. В. Пластическая деформация тугоплавких металлов Текст. /

39. A. В. Крупин, В. Я. Соловьев — М., Металлургия, 1971 — 352 с.

40. Битков, В. В. Оценка неоднородности деформации при пластической обработке осесимметричных биметаллических изделий. Текст. / В. В. Битков // Кузнечно-штамповочное производство.— 2011—№5- С. 3-12

41. Мануйлов, В. Ф. Расчеты процессов деформации композиционных материалов Текст. Под. ред. Колпашникова А. И. / В. Ф. Мануйлов,

42. B. И. Смирнов, В. И. Галкин М., Металлургия. 1992 - 208 с.

43. Овчинников, А. Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах Текст./А. Г. Овчинников-М.: Машиностроение, 1983.-200 с.

44. Грудев, А. П. Трение и смазка при обработке металлов давлением Текст. / А. П. Грудев, Ю. В. Зильберг, В. Т. Тилин М.: Металлургия, 1982.-312 с.

45. Крагельский, И. В. Коэффициент трения Текст. Справочное пособие/ И. В. Крагельский, И. Э. Виноградова-М.: Машгиз, 1962 220 с.

46. Шофман, JI. А. Основы расчета процессов штамповки и прессованияf Текст./ Л. А. Шофман.-М.: Машгиз, 1962.-340 с.

47. Шипачев, В. С. Высшая математика Текст. / В. С. Шипачев.- М., Высшая школа, 1990.-479 с.

48. Бережной, В. Л. О развитии методов исследования контактного взаимодействия инструмента и прессуемого металла. Текст. / В. Л. Бережной // Кузнечно-штамповочное производство 2011 —№3.— С. 3-13.

49. Нильсен, X. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение) Текст.: справочник/ X. Нильсен, В. Хуфнагель, Г. Ганулис М.: Металлургия, 1989.- 679 с.

50. Щерба, В. Н. Прессование алюминиевых сплавов. Текст. / В. Н. Щерба — М.: Интермет Инжинеринг, 2001 768 с.

51. Чиченев, Н. А. Методы исследования процессов обработки металлов давлением (экспериментальная механика) Текст. / Н. А. Чиченев, А. Б. Кудрин, П. И. Полухин М.: Металлургия, 1977 - 312 с.

52. Абраимов, Н. В. Авиационное материаловедение и технология обработки металлов Текст. / Н. В. Абраимов, Ю. С. Елисеев, В. В. Крымов М.: Высшая школа, 1998.-444 с.

53. Семенов, Е. И. Ковка и объемная штамповка Текст. / Е. И. Семенов — М.: Высшая школа, 1972 352 с.

54. Никольский, Л. А. Горячая штамповка и прессование Текст. / Л.А.Никольский, С. 3. Фиглин, В. В. Бойцов- М.: Машиностроение, 1975 — 285 с.

55. Голенков, В. А. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением Текст. / В. А. Голенков, А. М. Дмитриев- М.: Машиностроение, 2004 464 с.

56. Леонов, Б. Н. Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей Текст. / Б. Н. Леонов, А. С. Новиков, Е. Н. Богомолов [и др.]- Рыбинск, Рыбинский дом печати 2000.-407 с.

57. Авдеев, В. М. Изготовление заготовок и деталей пластическим деформированием Текст. / В.М.Авдеев, И.С.Аксенов, И.С.Алиев.- Л.: Политехника, 1991.-352 с.

58. Первов, М. JI. Композиционный материал для наплавки поршней Текст. / М. JL Первов, В. Ю. Конкевич// Технология легких сплавов.- 2011—№2.

59. Банкетов, А. Н. Кузнечно-штамповочное оборудование Текст. / А. Н. Банкетов, Ю. А. Бочаров, Н. С. Добринский- М.: Машиностроение, 1982.-576 с.

60. Кутыкова, А. С. Исследование процесса прямого выдавливания титановогосплава в программном пакете QForm 2D/3D Текст. / А. С. Кутыкова //

61. Повышение эффективности производства деталей авиадвигателей с применением программы QForm: электронный сборник трудов семинара, ММП им. В.В.Чернышева. Номер Гос. регистрации № 0320901858.

62. Авдонин, А. С. Расчет на прочность летательных аппаратов Текст. / А. С. Авдонин, Ф. И. Фигуровский М.: Машиностроение, 1985.- 440 с.

63. Скубачевский, Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей Текст. / Г. С. Скубачевский М.: Машиностроение, 1981550 с.

64. Биргер, И. А. Расчет на прочность деталей машин Текст. / И. А. Биргер, , Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич.-М.: Машиностроение, 1979.-702 с.

65. Меченков, В. А. Расчет машиностроительных конструкций методом конечных элементов Текст. Справочник/ В. А. Мяченков- М.: Машиностроение, 1986 520 с.

66. Яманин, А. И. Компьютерно- информационные технологии в двигателестроении: Учебное пособие Текст. / А. И. Яманин, Ю. В. Голубев, А. В. Жаров, С. М. Шилов, А. А. Павлов М.: Машиностроение. 2005- 480 с.

67. Басов, К. А. ANS YS в примерах и задачах Текст./ К. А. Басов- М.: КомпьютерПресс. 2002 224 с.

68. Чигарев, А. В. ANSYS для инженеров: Справочное пособие Текст. / А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк- М.: Машиностроение. 2004 — 512 с.

69. Фридлянд, И. Н. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы Текст. / И. Н. Фридлянд, О. Г. Сенаторова, О. Е. Осинцев и [и др.]. T.II-3- М.: Машиностроение. 2001 880 с.