автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Особенности структурных и фазовых превращений в титановых лопатках паровых турбин в процессе каплеударного воздействия

На правах рукописи

ЛАНИНА АЛЕКСАНДРА АЛЕКСАНДРОВНА

0034В0264

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТИТАНОВЫХ ЛОПАТКАХ ПАРОВЫХ ТУРБИН В ПРОЦЕССЕ КАПЛЕУДАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

2 2 ОПТ *>™а

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2009

003480264

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высш< профессионального образования «Санкт-Петербургский институт Машиностроек (ВТУЗ-ЛМЗ)»

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках гранта 05-08-65442а и при финансовой поддержке МинОбрНауки в рамк государственной целевой программы "Развитие научного потенциала выси школы" №2.1.2/1147.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, Скотникова Маргарита Александровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Кириллов Николай Борисович

кандидат технических наук, старшин научный сотрудник,

Тимофеев Борис Тимофеевич

Ведущая организация:

Институт проблем машиноведения российской академии наук.

Защита состоится " 17 " ноября 2009 г. в 16 ч. на заседая диссертационного совета Д 212.229.19 в ГОУ ВПО Санкт-Петербургск государственный политехнический университет по адресу: 195251, Саш Петербург, Политехническая ул., д. 29, лабораторно-аудиторный корп кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением». Факс: (812) 540-01-59 e-mail: elmic@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ В1 «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан " 14 " октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Востров B.I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С увеличением мощности паровых турбин, появляется необходимость увеличения длины рабочих лопаток цилиндра низкого давления, поэтому возрастают требования, предъявляемые к лопаточному материалу. На практике применение лопаток длиной более 1000 мм из нержавеющих сталей оказывается затруднительным, так как это приводит к резкому увеличению массы конструкции и возрастанию центробежных нагрузок, действующих на лопатки. Для сопротивления возросшим нагрузкам необходимо применять высокопрочные лопаточные материалы с малой плотностью, и с более высокой удельной прочностью.

Практика показала, что наиболее перспективными материалами являются высокопрочные титановые сплавы, которые по сравнению со сталями, обладают в 22,5 раза более высокой удельной прочностью, более высокой коррозионно-эрозионной и усталостной стойкостью. Применение титановых сплавов сделало возможным создать рабочую лопатку длиной 1400 мм, но для этого было необходимо совершенствовать технологию её производства.

Поэтому возникла необходимость исследования качества металла титановых лопаток изготовленных по различным технологическим процессам на основе разработанных представлений о температурно-временных особенностях формирования структуры и перераспределения легирующих элементов, с учетом упруго-напряженного поля создаваемого в объеме деформированных титановых полуфабрикатов в ходе их металлургического передела на всех структурных уровнях и в разработке путей повышения эксплуатационных свойств за счет выбора оптимальных режимов термомеханической обработки.

Паровые лопатки работают в условиях высоких каплеударных нагрузок, что приводит к интенсивному эрозионному износу их входных кромок, снижению КПД турбины АЭС. Их эрозия возрастает по мере увеличения длины и окружной скорости лопаток и, следовательно, по мере увеличения скорости соударения с частицами капель пара от 150 до 600 м/с. Сложность решения проблемы эрозионного разрушения паровых лопаток турбин заключается в том, что до последнего времени не удавалось найти общую зависимость между величиной износа и структурно-фазовым состоянием поверхностных и осевых слоев материала лопаток.

Таким образом, сегодня, мы стоим на пути необходимости создания научно-обоснованных, контролируемых технологических процессов, учитывающих структурные и фазовые превращения, как в материале заготовки на этапе её изготовления, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации, что обеспечит повышение качества и надежности работы деталей машин и изделий, увеличение их срока службы, что является одной из наиболее важных народнохозяйственных задач.

Поэтому, работа по установлению закономерностей структурных и фазовых превращений, а также их влияния на повышение стойкости штампованных заготовок лопаток паровых турбин и надежности работы готовых изделий в процессе кап-леударной эрозии, является, безусловно, актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в изучении закономерностей структурных и фазовых превращений в объеме титано-

вых лопаток паровых турбин, как на этапе формирования штампованных заготовок, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации в процессе ударного воздействия частицами пара.

Дня достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• рассмотреть вопрос о возможности создания научно-обоснованного технологического процесса, учитывающего структурные и фазовые превращения в материале заготовок титановых лопаток паровых турбин на этапе их изготовления (штамповки);

• исследовать структурные и фазовые превращения в объёме титановых лопаток паровых турбин на этапе их эксплуатации;

• разработать методический подход, который позволит адекватно моделировать высокоскоростное каплеударное нагружение и проводить количественную оценку не только эрозионного повреждения, но и динамических свойств образцов-свидетелей из лопаточных материалов с учетом волновой природы пластической деформации и разрушения;

• выбрать научно-обоснованный параметр для количественной оценки динамической прочности лопаточных материалов, получаемый при одноосном ударном нагружении, моделирующем действие частиц пара при скоростях 150...600 м/с;

• разработать испытательную центробежную установку (ИЦУ), имитирующую каплеударное воздействие частицами пара со скоростью 150. ..600 м/сек.;

Научная новизна.

• Показано, что при высокоскоростном нагружении лопаток паровых турбин из двухфазных титановых сплавов, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по мере своего движения модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо-объемы.

• Показано, что после прохождения прямой волны, от тыльной стороны в материале лопатки формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая, проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к выкрашиванию мезо - объемов и каплеударному износу лопаток паровых турбин.

• Сделан выбор оптимального режима термомеханической обработки металла лопаток паровых турбин из сплавов ВТ6 и ТС5, как результат понимания структурно-фазовых превращений в процессе обработки.

• Показано, что основным механизмом торможения ударной волны при каплеудар-ном воздействии является превращение Р- фазы в относительно мягкий ортором-бический мартенсит (3 —> а".

• В результате проведенных исследований получены новые технические решения, подтвержденные патентом РФ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный комплекс результатов структурных и фазовых превращений и физико-механических

свойств титановых сплавов в процессе высокоскоростной обработки позволил дать рекомендации для повышения качества поверхности титановых изделий, путем создания регламентированной структуры с заданными и стабильными свойствами.

• Результаты работы были использованы на предприятиях ОАО "ЛМЗ", ООО "Орис - ММ", ОАО НПО ЦКТИ.

• Результаты работы нашли отражение в разработке методических указаний в рамках проводимых преподавателями лабораторных работ по дисциплине «Физика технологических процессов в машиностроении», в разработке учебного пособия.

• Результаты работы нашли отражение при чтении автором лекций по дисциплине «Основы триботехники».

Достоверность результатов обеспечивается использованием фундаментальных положений физики твёрдого тела, большим объемом экспериментов, выполненных с привлечением современных методов исследования (стандартных и специально разработанных).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 11 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на: II Международной школе «Физическое материаловедение», УГТУ, Тольятти, 2006; 8ой, 9ой, 10ой Международных конференциях «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС», ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2008; XVI-ых «Петербургских чтениях по проблемам прочности», СПб., 2006; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», СамГТУ, Самара, 2007; II Международных симпозиумах «Физика и механика больших пластических деформаций», ЦНИИ КМ «Прометей», СПб., 2007; The 11th World Conference on Titanium, Kyoto, Japan, 2007; XIII международной научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», Санкт-Петербург, 2007; IV-ой Межвузовской конференции молодых ученых, Санкт-Петербург, 2007; XVI «Зимней школе по механике сплошных сред», Пермь, 2009 г.; на научно-технических семинарах кафедры "Триботехника" ПИМаш 2006-2009 г.г.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 21 печатных работах, в том числе в 1 патенте. 2 работы опубликованы в рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК в области машиностроения. Библиографический список основных работ приведён в конце автореферата.

Диссертационная работа была выполнена автором: - в рамках Гранта РФФИ на тему «Структурно-фазовые превращения в металле лопаток паровых турбин из сплавов титана после высокоскоростной обработки» № 05-08-65442 (2005-2008 гг.) (н.р. проф. М.А. Скотникова); - в рамках целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы" на тему «Повышение каплеударной эрозионной стойкости титановых лопаток паровых турбин атомных электростанций, как результат понимания и контроля структурно-фазовых превращений протекающих в материале зоны динамического контактного взаимодействия» № 2.1.2/1147 (2009-2010 гг.) (н.р. проф. М.А. Скотникова).

Структура и объем работы Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 144 наименований и приложения, изложена на 204 страницах, включая: 24 - таблицы, 97 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, поставлены основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, даны сведения об апробации работы.

В первой главе приведён обзор теоретических и экспериментальных результатов работ, посвящённых исследованию особенностей каплеударной эрозии лопаток паровых турбин. Проводится анализ состояния вопроса, формулируются задачи исследования с учётом волновой теории пластической деформации, физико-механических и тепловых процессов при высокоскоростном нагружении металлических заготовок, в частности титановых сплавов.

Во второй главе сделано обоснование выбора материалов и основных методов для исследования. В работе были использованы методы оптической металлографии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального анализа, испытания на микротвердость, откольную прочностью, каплеударную эрозию. Испытания были выполнены при скоростях пластической деформации 105...106 с'1, с использованием плоских заготовок - образцов обработанных ударной волной с помощью пневматической пушки и каплеударного воздействия частиц пара со скоростью 150...600 м/с. Материалом дня исследования явились готовые лопатки паровых турбин, а также кованные и штампованные заготовки после различных режимов термомеханической обработки из титановых сплавов ТС5, ВТ6, ВТЗ-1.

В третьей главе представлены результаты исследования структурно-фазовых превращений и перераспределения легирующих элементов в материале титановых лопаток паровых турбин из сплавов ТС5 и ВТ6 в процессе различных термомеханических обработок. Рассмотрен вопрос о возможности научно-обоснованного выбора температуры окончательной штамповки лопаток, как результат понимания структурно - фазовых превращений в деформированных титановых сплавах.

На основании ранее разработанной обобщенной кинетической диаграммы структурных и фазовых превращений в деформированных титановых сплавах в широком температурно-временном интервале, рис. 1, была установлена связь структуры и свойств лопаточных материалов в зависимости от температуры абсолютной (Т), и приведенной к одинаковому содержанию высокотемпературной Р- фазы (Тр).

Установлено, что чем больше неравновесные Р(Р) - и а(а)- твердые растворы содержали одноименных им р- и а- легирующих элементов, тем они более устойчивы, а их многостадийный распад, происходил при более низких температурах, и за большее время. После построения сериальных кривых нарастания процентного содержания высокотемпературной Р- фазы в зависимости от абсолютной температуры нагрева (Т) (методом закалок), в сплавах ВТ6 и ТС5 были установлены температуры приведенные к одинаковому содержанию высокотемпературной Р- фазы (Тр).

Показано, что высокими технологическими свойствами титановые заготовки обладают в процессе деформирования в температурно-временном интервале двухфазной (а+Р)- области (Т50) при температурах одинакового (50%) содержания высокотемпературных а- и Р- фаз.

Как показали результаты мик-рорентгеноспектрального анализа, закалка сплава ВТ6 (ТьбАМУ) от температуры (Т50) (970°С), рис. 2, г, приводила к формированию однородной, модулированной двухфазной структуры и к плавному изменению содержания легирующих элементов между фазами в объёме материала лопатки.

В табл.1 и на рис. З(а-в) представлены результаты исследования материалов паровых лопаток из двухфазного титанового сплава ВТ6 после ковки в р (а), а+Р (б) и окончательной деформации штамповкой в а+Р- областях (в). Известно, что ковка титанового полуфабриката в Р- области приводит к образованию пластинчатой структуры (рис. 3, а), повышает работу распространения трещины (табл. 1), имеет большой разброс свойств.

Таблица 1

Механические свойства исследованных штамповок из сплава ВТ6

Рис. 1. Кинетическая диаграмма структурных и фазовых превращений в сплавах титана в зависимости от температуры нагрева абсолютной (Т) и приведенной к одинаковому содержанию высокотемпературной Р- фазы (Тр).

Механические свойства Е, МПа соа МПа МПа 5 % % кси Дж'см2 МПа-м1П

Тип структуры

Пластинчатая 119000 850 1040 7 21 40 3550

Глобулярная 107000 830 1000 16 48 47 1800

Бимодальная 114000 908 974 15,5 47 48 2430

Всесторонняя ковка в двухфазной а + Р - области, напротив, обеспечивает получение глобулярной структуры (рис. 3, б), которая имеет несколько меньшую прочность, но большую пластичность. В глобулярной структуре велика работа зарождения трещины и относительно низка работа её распространения. Поэтому здесь оказывается низкой вязкость разрушения (К]С). Окончательная штамповка рабочих лопаток в а+Р- области приводила к созданию так называемой «.бимодальной» то есть, глобулярно — пластинчатой структуры (рис. 3, в), которая обеспечивала торможение

Рясстеятм, мкм

Рис. 2. Распределение легирующих элементов в сплаве ВТ6 в исходном состоянии (а) и после закалок от температур Тюо(1040°С) (б), Т95(1010°С) (в), Т50 (970°С) (г), Т33(950оС) (д). Тпп = 1015 °С

зарождения и распространения трещины, формировалось благоприятное (промежуточное) сочетание кратковременных механических и служебных свойств и их однородности по объёму лопатки (табл. 1).

В работе были исследованы структура и свойства материала заготовок рабочих лопаток турбины из сплава ВТ6 с бимодальной структурой, полученных после окончательной деформации штамповкой в а+р- областях вблизи приведенных температур Т50 и Т70, при абсолютных температурах 970°С и 990°С по первой и второй технологическим схемам, соответственно.

Как показали результаты, в обоих случаях а- фаза имела как форму глобул (аг), так и форму вытянутых пластин (ап) разделенных прослойками рп - фазы (рис. 3, в). Ширина пластин ап-фазы и толщина рп - прослоек после первой технологии по сравнению со второй, оказались больше в 3 и 8 раз, соответственно. В обоих материалах пластины вторичной ап - фазы имели химических состав, который приблизительно соответствовал среднему составу сплава "П-6АЬ-4\Л В глобулах первичной — фазы, по сравнению с пластинами ссц — фазы, в среднем содержалось ванадия меньше на 2,2 % и алюминия больше

на 1,3 % (вес). В материале лопаток изготовленных по первой технологии (Т50) и, по сравнению со второй (Т70), глобулы первичной а1 - фазы содержали ванадия меньше на 0,6 % а алюминия больше на 1,3 % (вес), узкие прослойки вторичной рп - фазы были больше обогащены ванадием (Р - стабилизатором) на 1,4 % (вес).

а б в

Рис.3. Микроструктура металла прутков (а, б) и лопатки (в) из сплава ВТ6, (а) - серийная технология ковки в р- области, (б) - технология с всесторонней ковкой в а+(3- области, (в) - штамповка заготовки рабочей лопатки. х500 (а, в) хЗОО (б)

Как показали электронно-микроскопические исследования, в субструктуре металла лопаток, полученных по первой технологии (Т50) по сравнению со второй (Т70), границы всех фазовых составляющих аь аи, Рп были значительно лучше отрелаксированы, за счет дислокационных подстроек, было меньше и число изгибных экстинкционных контуров, обычно свидетельствующих о присутствии внутренних напряжений. Вероятно, поэтому в материале лопаток изготовленных по второй технологии и уровень микротвердости всех фаз был более высокий.

На рис. 4 представлены графические зависимости результатов измерений микротвердости от химического состава отдельных фаз (аь ап, Рп) в состоянии поставки и в мартенситной фазе после закалок от разных температур. Видно, что микротвердость пластин ап - фазы и, особенно, глобулярных а! — частиц возрастает с увеличением содержания в них а - и, особенно, р - стабилизирующих легирующих элементов. Напротив, микротвердость рГ1 - прослоек значительно уменьшается с увеличением содержания в них р - стабилизаторов. Следует отметить, что микротвердость мартенситной фазы возрастает с увеличением в ней содержания а - стабилизаторов, вероятно, образуя гексагональный а— мартенсит, и уменьшается с увеличением р - стабилизаторов, образуя орторомбический а"- мартенсит.

Таким образом, материал лопаток с бимодальной структурой, изготовленный при рекомендованной температуре (Т50) одинакового 50% -го содержания высокотемпературных а- и Р- фаз, обладал прослойками Рп - фазы и глобулами первичной а1 - фазы, обогащенными одноименными а - и р - стабилизирующими легирующими элементами, соответственно, что обеспечивало большую равнопрочность (близ -

Таблица 2.

Размер частиц, содержание легирующих элементов и микротвёрдость фазовых составляющих металла лопаток, изготовленных по двум технологиям

Фаза После первой После второй

технологии, технологии,

(Тзо) (Тто)

Размер частиц фаз, [мкм]

а, 15 12

аи 2,2 0,7

Рп 0,8 0,1

аи + Рн 22 18

Концентрация легир.элем., [вес. %]

АЬ V АЬ V

<Х1 7,30 1,35 6,97 2,04

ац 6,01 3,60 5,68 4,21

Рп 4.14 9,64 4,61 8,28

Микротвердость

частиц ф аз, [МПа]

а! 3550 3664

ац 3830 4091

Рп 2584 3000

ац +Рп 2999 3020

Ьь 1 1 1 1 1 1

\ о А1_-ахъфа-1 *\Лальфе-1 -□ А1_-альфа-2 ■ \/-альфэ-2 О AL-бзта • V-бэта х \Л№феза х AL-M-фвза

д

\

х

V

\

\ о

,..--А

п .....—

р V □ .... V-. -О

\

" а ■

\

«

кую микротвердость) структурных составляющих. Известно, что при циклических нагрузках твердые пластины вторичной ап - фазы оконтуровыванные относительно мягкими прослойками рп- фазы и равнопрочные глобулы (XI - фазы, затрудняют преждевременную локализацию пластической деформации и зарождение трещины в отдельных фазах. А на стадии

2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 М и к р о г в е р я о с т ь, МПа

Рис. 4. Зависимость результатов оценки микротвердости от химического состава отдельных (аь ац, Рп, М) фазовых составляющих сплава ВТ6

распространения, трещине труднее увеличивать свою длину в (ап + Рп) - пластинчатой структуре, так как она все время тормозится мягкими прослойками р1Г- фазы и вынуждена изменять свою траекторию, огибая глобулярные частицы <*1 - фазы. При этом эксплуатационные свойства материала изделия повышаются.

В четвёртой главе представлены результаты исследования структурно-фазовых превращений в материале титановых лопаток паровых турбин в процессе высокоскоростного ударного погружения.

Для того чтобы смоделировать действие частиц пара со скоростью 150...600 м/с, формирующих одноосную ударную волну в объеме плоских образцов-свидетелей титановых лопаток паровой турбины, был предложен принципиально новый подход. Плоские мишени- образцы толщиной 5 и 7 мм и диаметром 52 мм из титановых (а+Р) сплавов ТС5, ВТ6, ВТЗ-1 с бимодальной и пластинчатой структурой подвергались высокоскоростному нагружению с помощью легкогазовой пушки.

Были проведены оценки динамических свойств (откольной прочности) образцов-свидетелей из лопаточных материалов с учетом волновой природы пластической деформации и разрушения, исследованы механизмы разрушения плоских мишеней из сплава титана ВТ6 с пластинчатой и «бимодальной», то есть глобулярно-пластинчатой структурой.

Ударная волна формировалась в результате выстрела стального ударника диаметром 30 мм, рис. 5. Ударник по нормали налетал на покоящийся образец, при этом, как в образец, так и в ударник распространялись сжимающие волны нагрузки, которые, отразившись от свободных поверхностей образца и ударника, формировали волны разгрузки. При встрече волн разгрузки, происходило их взаимодействие, усиление растягивающих напряжений и возможно формирование в образце откольной «тарелочки», рис. 5. При нагружении со скоростью менее 500 м/с, откол не образовывался. При скоростях нагружения более 500 м/с образец разбивался на две части: «основную» и «откольную».

В образовавшейся откольной щели ступенчатой формы можно выделить три зоны разрушения. Зона 1 - «эпицентр» ударной волны диаметром не более 15 мм, в котором формировались характерные «туннели» ориентированные вдоль направления удара. Зона 2 - кольцеобразная «периферия» ударной волны шириной не более 15 мм. Возможно, в этой зоне происходило поперечное растекание ударной волны с потерей скорости и энергии. Зона 3 — «долом», рис. 5.

Как показали фрактографические исследования, в изломе разрушенной мишени в зоне 1 формируются фрактурные мезо- объёмы округлой формы размером 100...300 мкм и 400...700 мкм, в центральной части и на расстоянии 11 мм от центра, соответственно. Такие мезо- объёмы могли быть сформированы в результате ротационного механизма пластической деформации и разрушения вдоль их границ раздела, направление которых совпадало с направлением действия максимальных напряжений.

Измерения микротвёрдости с шагом 20 мкм, при нагрузке 20 г проводили на поперечных шлифах образцов- мишеней, в зоне 1, в «основной» и далее в «отколь ной» частях по следу движения ударной волны, в центральной части и на расстоянии 4 и 11 мм от центра.

Результаты показали, что в образцах испытанных без образования откола, изменения микротвердости были не велики и колебались вблизи исходных значений, рис. 6, а. Напротив, в разрушенных образцах в материале «основной» части наблюдалось упрочнение, а в «откольной» части, особенно в центре, имело место сильное разупрочнение материала, рис. 6, б. Причём в лопаточном материале из сплава титана ВТ6 с бимодальной по сравнению с пластинчатой, разупрочнение и среднеквад-ратическое отклонение результатов измерения микротвёрдости было значительно меньше, что свидетельствовало о большей однородности и стабильности структуры.

В «основной» части образцов, в зоне 1, рис. 6, результаты измерения микротвердости после ударного нагружения имели волнообразный характер с размером полуволн 100...300 мкм. По сравнению с центральной волной, фаза переферийной волны напряжений, отстоящая от центра на 4 мм, находилась в противофазе и поэтому, их напряжения оказывались скомпенсированными, сохраняя относительную стабильность внутри мезо- объёмов размером 400... 700 мкм.

На входе в материале «основной» части образца, рис. 6, «волна нагрузки» приводит к распаду (3(а)- фазы и обогащению ванадием аф)- фазы вплоть до формирования мягкой ортором-бической ос"- фазы с параметром

Размеры указаны в мм.

"откопьная" часть ммшенн

основная часть мтпиени

Рис. 5. Схема разрушения образца-мишени из сплава ВТ6 при скорости ударного нагружения 568 м/с.

Рис. 6. Микротвердость в материале образцов из сплава ВТ6 пластинчатого (а, б) и глобулярно - пластинчатого (в) типа вдоль направления движения ударной волны.

кристаллическом решётки 3,212 А, вызывающей эффективное торможение ударной волны.

Таким образом, в сплавах титана после ударного нагружения со скоростью 150... 600 м/с, формируется сжимающая ударная волна нагрузки, которая модулирует структуру материала, разбивая ее на мезо-объемы размером 400...700 мкм.

Внутри мезо-объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (уменьшение количества) прослоек пересыщенного (3- твердого раствора с образованием относительно мягкого орторомби-ческого мартенсита а"- фазы, вызывающего эффективное торможение ударной волны.

Вдоль границ мезо- объёмов формируется разориен-тированная сверхмелкая наноструктура с размером субзерен 0,15...0,20 мкм,

С 5000

ч:

а 3000

о 2000

Е 1000

„ 5000

С

5

Í 4000 d

о- 3000

ф

ш

а 2000

° 2СС0

Q.

. 9X0

ч

О-ЭОСО

100 150

Расстояние х20,мкм

которая имеет повышенную микротвердость и даёт в режиме микродифракции «кольцевые» электронограммы.

После прохождения прямой волны, в результате самоорганизации системы, от тыльной стороны в материале формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения приводит к формированию мягкой обогащенной р- стабилизаторами Р(Р)- фазы, которая была склона к фазовому превращению и формированию хрупкой омега- фазы (со) с параметром кристаллической решётки 3,256 А, когерентно связанную с Р(Р)- фазой. В этих местах возникали зародышевые микротрещины.

Как было отмечено выше, чем более обогащены Р- прослойки титановых сплавов одноименными Р- стабилизирующими элементами, тем распад Р- прослоек, развивается при более низких температурах и за более длительное время. Поэтому с увеличением скорости и сокращением времени ударного нагружения, Р- прослойки сплава ВТ6 с бимодальной (глобулярно - пластинчатой) структурой по сравнению с пластинчатой оказались более легированными Р- стабилизаторами, а поэтому оказались более устойчивы к распаду и более стойкими к каплеударной эрозии.

В пятой главе представлены результаты исследования структурно-фазовых превращений в материале рабочих лопаток паровых турбин в процессе каплеударной эрозии на этапе их эксплуатации.

Методами оптической металлографии и растровой электронной микроскопии исследованы структурные и фазовые превращения происходящих в материале промышленных лопаток паровых турбин из двухфазного (а+Р) титанового сплава ТС5 до и после каплеударного нагружения со скоростью 150...600 м/с, что соответствовало диапазону скоростей деформации 4-104...1-105 сек"'.

На рис. 7 представлены фотографии эрозионного износа входных кромок, возникшего в материале на поверхности паровых лопаток 5- ой ступени ЦНД из титанового сплава ТС5 отработавших 70000 часов на Южно-Украинской АЭС.

Образцы для исследования вырезали из входных кромок эродированных лопаток паровой турбины с подготовленными шлифами в трех взаимно перпендикулярных сечениях, согласно схеме представленной на рис. 8. Направление движения ударной волны, формируемой капелями пара, совпадало с направлением 1.

Плоскости №2 и №3 соответствовали движению ударной волны вдоль поперечного и продольного сечений лопатки, соответственно. Как показали результаты исследования с помощью электронной микроскопии, эродированная поверхность лопаток паровых турбин после эксплуатации представляла собой «сотовую» форму, состоящую из пирамидальных элементов, рис.7.(а, б) с расстоянием между ними 400...700 мкм. Отдельный элемент представлял собой пирамидку с заостренной вершиной, покатыми краями, вдоль которых ручьями спадали бороздки длинных микротрещин рис. 7. (в).

Закономерная периодичность в формировании зародышевых микротрещин и пирамидальных элементов на поверхности лопаток, свидетельствовали о разбиении

мтн

I ■ ^■■^¿ГГ--,

Рис. 7. Эрозионное разрушение и микроструктура поверхности входных кромок рабочих лопаток паровой турбины из сплава ТС5 отработавшей 70000 часов на Южно-Украинской АЭС в плоскости №1 (а, в), в плоскости № 3 (б), в плоскости № 2 (г), х 20 (а, б); х 700 (в); х 200 (г)

материала при ударе на мезо-объемы размером 400... 700 мкм и о локализации пластической деформации и разрушения лопаточного материала.

Под поверхностью вблизи границ двух соседних оснований пирамидальных элементов наблюдались зародышевые "подковообразные" и "иглообразные" микротрещины в плоскостях № 2, рис. 7.(г) и № 3, соответственно, которые вероятно, при своем раскрытии приводили к локальному разрушению.

В работе показана возможность моделирования действия частиц пара, формирующих одноосную ударную волну в объеме образцов-свидетелей титановых лопаток. Для чего были проведены независимые испытания на образцах из одних и тех же лопаточных сплавов ВТ6, ТС5, ВТЗ-1, как с помощь легкогазовой пушки на образцах-мишенях при одноосном ударном нагружении со скоростью 450 м/с так и с помощью лабораторной установки на каплеударную эрозию образцов-свидетелей в течении 10 ч. Установлена корреляционная зависимость каплеударной эрозии титановых сплавов с их откольной прочностью.

Рис. 8. Схема подготовки трех взаимно перпендикулярных сечений лопатки для проведения исследований.

Измерения микротвёрдости проводились на микрошлифах приготовленных в трёх взаимно-перпендикулярных сечениях эродированной лопатки, вдоль наплавле-ния движения ударной волны, с шагом 20 мкм при нагрузке 20 г., табл.3. Результаты измерения микротвердости имели волнообразный характер, с периодом 400...700 мкм равным расстоянию между пирамидальными элементами. Максимальные значения микротвердости приходились на места сочленения пирамидальных элементов, в которых с помощью просвечивающей электронной микроскопии было обнаружено формирование узких зон сверхмелкой наноструктуры.

Таблица 3

Фазовый состав, параметры кристаллической решётки и микротвёрдость металла эродированных лопаток в трёх взаимно-перпендикулярных сечениях

Фаза Плоскость №1 (вход ударной волны) Плоскость №2 (движение ударной волны вдоль поперечного сечения лопатки) Плоскость №3 (движение ударной волны вдоль продольного сечения лопатки) Исходное состояние

Вблизи | Вблизи | Вдали от эродированной поверхности Вблизи | Вдали лопатки турбины

Межгаюскостные расстояния, А

Р 200 РФ) 1,6027 - 1,6129 1,6027 1,6138 -

Р(со) 1,6182 1,6217 1,6217 1,6234 1,6261

а 012 - 1,7186 1,7186 1,7186 1,7216 1,7242

а"112 1,7307 - - - - -

а011 - 2,2378 2,2378 2,2272 2.2325 2.2378

р НО Р(со) - 2,2869 2,2869 2,2814 2,2925 2,3010

а"002 2,3260 - - 2,3266 - -

а 002 - 2,3382 2,3382 - 2,3382 2,3382

а"020 2,4780 2,4682 2,4682 2,4616 2,4747 -

аОЮ - 2,5425 2,5425 2,5286 2,5425 2,4880

а"110 2,5700 - - - - 2,5565

Па раметры решеток а- и Р- фаз, А

ар № <*") 3,205 Р(Р) - 3,226 р(а") 3,205 КР) 3,228 р(а") -

Р(а,ш) - 3,236 Р(ю) 3,242 (3(а) 3,242 Р(сс) 3,247 Р(со) 3,252

а» а 2,947 2,943 2.943 2,929 2,934 2,943

Содержание Р- фазы, %

Р,% 0,50 Р(Р) I 6,29 Р(ш) I 5,14 «а") | 3,62 Р(Р) | 3,07 Р(а") | 2,32 Р(а)

Микротвердость, МПа

а + р 2504 + 653 | 3970 ±374 | 3924 ± 472 | 3240 ± 344 | 3550 ±441 | 3355±335

Как показали результаты рентгеноструктурного анализа (табл.3) на входе в поверхностный слой лопатки, «волна нагрузки» приводит к распаду Р(а)- фазы и обогащению ванадием а(Р)- фазы вплоть до формирования мягкой орторомбической а"- фазы с параметром кристаллической решётки 3,212 А, вызывающей эффективное торможение волны пластической деформации и, соответственно, повышает эксплуатационные свойства лопаток паровых турбин.

Можно полагать, что при обработке титановых лопаток паровых турбин частицами пара со скоростью 150...600 м/с, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по мере своего движения и потери скорости, модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические все более

крупные самосогласованные мезо- объемы размером от 400 до 700 мкм. Если волна теряет свою скорость до уровня, при котором самосогласование охватывает все сечение лопатки, разрушение не происходит.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлена связь структуры и свойств лопаточных материалов в зависимости от температуры абсолютной (Т), и приведенной к одинаковому содержанию высокотемпературной р- фазы (Тр), на основании разработанной обобщенной кинетической диаграммы структурных и фазовых превращений в деформированных титановых сплавах. Чем больше неравновесные Р(Р)- и а(а)- твердые растворы содержали одноименных им Р- и а- легирующих элементов, тем они более устойчивы, а их многостадийный распад, происходил при более низких температурах, и за большее время.

2. Разработаны технологические рекомендации по выбору окончательной температуры штамповки при изготовлении рабочих лопаток паровых турбин из двухфазных титановых сплавов. Материал лопаток, изготовленный при рекомендованной температуре (Т50) одинакового 50% -го содержания высокотемпературных а- и Р- фаз, обладал прослойками Ри - фазы и глобулами первичной (XI - фазы, обогащенными одноименными Р- и а- стабилизирующими легирующими элементами, соответственно, что обеспечивало большую равнопрочность (близкую микротвердость) структурных составляющих.

3. Показано, что при каплеударной обработке двухфазных титановых лопаток паровых турбин со скоростью 150...600 м/с, в материале на входе формируется нагружающая волна пластической деформации, которая модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо - объемы размером 400...700 мкм.

4. Установлен механизм торможения ударной волны пластической деформации при каплеударной обработке титановых лопаток. Показано, что внутри мезо- объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (растворение) прослоек пересыщенного Р- твердого раствора с образованием относительно мягкого орторомбического мартенсита а"- фазы, вызывающего эффективное торможение волны пластической деформации и, соответственно, повышение эксплуатационных свойств лопаток паровых турбин.

5. Показано, что после прохождения прямой волны, в результате самоорганизации системы, от тыльной стороны в материале лопатки формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая, проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к формированию зародышевых микротрещин, выкрашиванию мезо- объемов и каплеударному износу лопаток паровых турбин.

6. Показано, что бимодальная структура по сравнению с пластинчатой, обладает оптимальным структурно-фазовым состоянием материала (по структуре, фазам и содержанию легирующих элементов), при котором увеличивается эрозионная стойкость и ресурс работы титановых лопаток. При этом в прослойках ß- фазы содержится более высокая концентрация одноимённых ß- стабилизирующих легирующих элементов. Показано, что в бимодальной структуре по сравнению с пластинчатой на входе при ударном нагружении формируются более сильные напряжения сжатия, повышающие сопротивление каплеударному воздействию.

7. Установлена зависимость каплеударной эрозии титановых сплавов с их от-кольной прочностью. Разработанный методический подход позволил адекватно характеризовать действие частиц пара, формирующих одноосную ударную волну в объеме титановых лопаток и проводить количественную оценку не только эрозионного повреждения, но и динамических свойств образцов-свидетелей из лопаточных материалов с учетом волновой природы пластической деформации и разрушения.

8. Для повышения износостойкости лопаток паровых турбин из двухфазных (ос+ß)- титановых сплавов, необходимо создавать условия для эффективного торможения или рассеивания волны нагрузки, что достигается повышением теплопроводности и скорости деформационного упрочнения лопаточных материалов, увеличением диссипации подводимой механической и тепловой энергии за счёт ускорения распада прослоек ß- твёрдых растворов, формирования модулированной структуры, для чего необходимо использовать сплавы титана с ß- твёрдыми растворами обогащёнными ß- стабилизаторами, оптимизировать скорость и температуру деформирования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Скотникова М.А., Ланина A.A. Особенности строения материала лопаток паровых турбин из титанового (a+ß) сплава ВТ6 с бимодальной структурой // Журнал «Металлообработка» - СПб. - 2009. - № 4 (52). - С. 53-54. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК).

2. Скотникова М.А., Чижик Т.Л., Лисянский A.C., Симин О.Н., Цыбулина H.H., Ланина A.A. Исследование рабочих лопаток турбин большой мощности с учетом структурно-фазовых превращений в металле штамповок из титанового сплава ВТб // Журнал «Металлообработка»- СПб. - 2009. - № б (54). - С. 12-21. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК по машиностроению).

3. Скотникова М.А., Ланина A.A., Крылов H.A., Иванова Г.В., Иванов Е.К., Чижик Т.А., Цыбулина И.Н. Структурно-фазовые превращения в материале лопаток паровых турбин из сплавов титана после высокоскоростной обработки // Сб. тезисов. Девятая международная конференция. «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС» - СПб. - 2006. - С.112.

4. Крылов H.A., Ланина АЛ., Галышев A.A., Иванов Е.К. Инкубационный период развития каплеударной эрозии в лопатках паровых турбин // Сб. тезисов. П-я международная школа «Физическое материаловедение». - Тольятти - 2006 - С. 238-239.

5. Скотникова М.А., Мотовилина Г.Д., Штельмах C.B., Ланина A.A. Учет волновой теории пластической деформации и разрушения при каплеударной эрозии лопаток паровых турбин // Сборник тезисов XVI-ых «Петербургских чтений по проблемам прочности». - СПб. - 2006 . - С.90.

6. Skotnikova М.Л., Zubarev Y.M., Chizhik T.A., Krylov N.A., Lanina Л .A. Structural-phase Transformation in Metal of Steam Turbines Blades from Titanium Alloys after High-Speed Processing by Drops a Pair // Abstracts. 11th World Conference on Titanium. Kyoto, Japan, June 3-7. - 2007. - P. 130.

7. Skotnikova M.A., Zubarev Y.M., Chizhik T.A., Krylov N.A., Lanina AA. Structural-phase Transformation in Metal of Steam Turbines Blades from Titanium Alloys after impact by Steam Particles //1l" World Conference on Titanium - 2007. Proceeding of conference of the metals & Materials Society (TMS), USA, held in Kyoto, Japan, June 3-7. - 2007. - 797 - P.800

8. Krylov N.A., Skotnikova M.A., Martynov M.A., Motovilina G.D., Lanina АЛ. Transformation in Two - Phase Titanium Alloy at Shock Loading // Program & Abstracts. The 11th World Conference on Titanium (JIMIC-5). Kyoto, Japan, June 3-7. - 2007. - P. 148

9. Krylov N.A., Skotnikova M.A., Motovilina G. D., Lanina AA. Transformation in Two - Phase Titanium Alloy at Shock Loading //11th World Conference on Titanium - 2007. Proceeding of conference of the metals & Materials Society (TMS), USA, held in Kyoto, Japan, June 3-7. - 2007. - P.439-442.

10. Skotnikova M.A., Krylov N.A., Motovilina G.D., Lanina AA. Transformation in Two - Phase Titanium Alloys at High-Speed Mechanical Effect // Program & Abstracts. 2nd International Symposium of the CRISM - Prometey «Physics and Mechanics of Large Plastic Strains». St-Petersburg. 2007. - P.121

11. Скотникова M.A., Крылов H.A., Чижик Т.А., Цыбулина И.Н., J1 annua А.А. Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин // Научно-технич. журнал «Вопросы материаловедения». 2007,- №3 (51). - С. 61-70.

12. Skotnikova М.А., Krylov N.A., Motovilina G.D., Lanina АЛ. Transformation in Two - Phase Titanium Alloys under High speed Mechanical Loading // Журнал «Вопросы материаловедения». 2007.-№4(52).-С. 359-365.

13. Скотникова М.А., Ланина А.А., Крылов Н.А., Природа формирования износа материала лопаток паровых турбин атомных электростанций // Сборник трудов. Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы трибологии» том 2, Москва - 2007 - С. 352-356.

14. Скотникова М.А., Ланина А.А., Крылов Н.А. и др. Структурно-фазовые превращения в поверхностном слое лопатки паровой турбины при каплеударной эрозии // Сборник трудов XIII международной научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов». - СПб.: СПБГУНиПТ. - 2007. - С. 102-107.

15. Скотникова М.А., Крылов Н.А., Ланина АЛ. и др. Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин // Сборник тезисов «Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике». - СПб. - 2007. - С. 40

16. Ильин М.И., Скотникова М.А., Крылов Н.А., Ланина Л .А. и др. «Установка для исследования трения скольжения» Патент на полезную модель № 67261 от 02.04.2007.10 с.

17. Ланина АЛ. Исследование высокоскоростного каплеударного воздействия на поверхность лопаток паровых турбин // Журнал «Инструмент и технологии». - 2008. - № 28-29. - С.84-87.

18. Skotnikova М.А., Lanina А.А., Krylov N.A., Laws of structural and phase transformations in of material blades steam turbmes//Collection of Abstracts. 10nd International Conference «Material issues in design manufacturing and operation of nuclear power plans equipment». St-Petersburg - 200 - P.74

19. Ланина АЛ. Исследование морфологических особенностей поверхности эродированных лопаток паровых турбин // IV Межвузовской конференции молодых ученых, СПб - 2008 - С. 84-91.

20. Крылов Н.А., Ланина А.А., Иванов Е.К. Формирование структурных мезо-объемов в титановых заготовках в процессе высокоскоростной пластической деформации // Сборник тезисов докладов XVI Зимней школы по механике сплошных сред. Пермь. - 2009. - С. 221

21. Скотникова М.А., Крылов Н.А., Ланина А.А., Цветкова Г.В. Контроль напряженно-деформируемого состояния титановых полуфабрикатов по структуре и внутренним напряжениям // Сборник докладов. Пятая международная научно-техническая конференция «Диагностика оборудования конструкций с использованием магнитной памяти металла» Москва - 2009. - С. 96-98.

121(03)

одписано в печать 06.10.2009 Формат 60 х 90 1/16

/мага тип № 3 Печать офсетная Усл. печ. л. 1,0

ч,- изд. л. 6,0 Тираж 100 экз. Заказ 38

здание Санкт-Петербургского института машиностроения »5197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14 : ПИМаш

Введение.

ГЛАВА 1. Закономерности развития каплеударной эрозии лопаток паровых турбин.

1.1 Теории эрозионной прочности.

1.1.1. Отличие кавитации от каплеударного нагружения.

1.1.2. Волновая теория.

1.2. Оценка эрозионной стойкости.

1.2.1. Влияние свойств жидкости.

1.2.2. Влияние скорости потока.

1.2.3. Влияние размера капель.

1.2.4. Влияние геометрии поверхности.

1.2.5. Влияние колебания и вибрации.

1.2.6. Влияние угла падения частиц.

1.2.7. Влияние микро- и макроскопических дефектов в материалах.

1.2.8. Кинетика эрозионного изнашивания.

1.2.9. Влияние свойств металлов.

1.3. Каплеударная эрозия лопаток.

1.3.1. Закономерности взаимодействия потока пара с лопатками паровых турбин.

1.3.2. Пути повышения эрозионной стойкости лопаток паровых турбин.

1.3.3. Металлургический путь повышения эрозионной стойкости сплавов.

1.3.4. Применение физических методов исследования.

1.3.4.1. Кинетика накопления эрозионной повреждаемости.

1.3.4.2. Инкубационный период как одна из основных характеристик каплеударной эрозии.

1.4. Особенности структурно-фазовых превращений при капле-ударном воздействии.

1.4.1. Структурно-фазовые изменения в материалах с гексагональной плотноупакованной решеткой.

1.4.2. Структурно-фазовые превращения в титановых сплавах.

1.5. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Материалы и методика исследования.

2.1. Обоснование выбора материала для исследования.

2.2. Качественная и количественная оптическая металлография.

2.2.1. Качественная металлография.

2.2.2. Количественная металлография.

2.3. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия.

2.4. Рентгеноструктурный анализ.

2.5. Микрорентгеноспектральный анализ.

2.6. Метод оценки динамической прочности образцов из материалов лопаток паровых турбин.

2.7. Разработка испытательной центробежной установки (ИЦУ).

ГЛАВА 3. Исследования структурно-фазовых превращений и перераспределение легирующих элементов в сплавах ВТ6 и ТС 5 после различных термомеханических обработок.

3.1. Научно-обоснованный выбор температуры окончательной штамповки заготовок титановых лопаток паровых турбин.

3.2. Оценка количества высокотемпературной р — фазы в материале прутка турбинной лопатки из сплавов ВТ6 и ТС5 в зависимости от различных температур закалки.

3.3. Преимущества бимодальной структуры по сравнению глобулярной и пластинчатой структурой.

3.4. Анализ полученных результатов механических испытаний штампованных лопаток паровых турбин из титанового сплава

3.5. Структурно-фазовые превращения в металле штампованной заготовки рабочей лопатки турбины из сплава ВТ6.

3.5.1. Электронномикроскопические исследования структуры металла лопаток.

3.5.2. Исследования структуры металла лопаток с помощью оптической микроскопии.

3.5.3. Исследование распределения легирующих элементов с помощью микрорентгеноспектрального анализа в материалах из титанового сплава ВТ6 после штамповки.

3.5.4. Исследование микротвёрдости фазовых составляющих в материалах лопаток паровых турбин после различных температур окончательной штамповки.

3.5.5. Схема формирования структуры и распределения легирующих элементов в сплаве ВТ6.

ГЛАВА 4. Исследование структурно-фазовых превращения в материале титановых сплавов в процессе высокоскоростного ударного на-гружения.

4.1. Проведение ударных испытаний образцов-свидетелей из лопаточных материалов, с помощью легкогазовой пушки, имитирующей каплеударное воздействие частиц пара.

4.2. Морфология разрушения металла заготовок при ударном на-гружении.

4.3. Структура металла заготовки после ударного нагружения.

4.4. Оценка микротвердости металла заготовки после ударного нагружения.

4.5. Остаточные напряжения в металле заготовки после ударного нагружения.

4.6. Рентгеноструктурные исследования металла заготовки после ударного нагружения.

ГЛАВА 5. Структурно-фазовые превращения в материале рабочих лопаток паровых турбин большой мощности в процессе каплеударной эрозии.

5.1. Исследование износа и топографии эродированной поверхности входной кромки лопаток паровых турбин.

5.2. Морфология эродированной поверхности лопаток паровых турбин.

5.3. Структура эродированного материала рабочей лопатки турбины.

5.4. Оценка микротвердости эродированного материала рабочей лопатки турбины.

5.5. Рентгеноструктурный анализ.

5.6. Установление корреляционной зависимости между величиной износа образцов (каплеударной эрозии) и откольной прочностью лопаточных титановых сплавов.

Выводы.

Титан и его сплавы занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов наряду со сплавами на основе алюминия и железа. Уникальное сочетание высокой удельной прочности и вязкости разрушения, коррозионной стойкости, немагнитности и высокой температуры плавления определили их широкое применение в различных областях энергетического машиностроения, особенно при создании лопаток паровых турбин [1-3].

С увеличением мощности паровых турбин появляется необходимость увеличения длины рабочих лопаток цилиндра низкого давления, поэтому возрастают требования, предъявляемые к материалу лопаток. С помощью оптической и электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, измерения микротвердости, показано преимущество создания бимодальной структуры для штампованных заготовок рабочих лопаток паровых турбин из сплава ВТб, обладающего комплексом высоких механически и эксплуатационных свойств.

В настоящее время в области машиностроения остается нерешенным ряд проблем по высокоскоростному взаимодействию твердых тел, например, по «эрозии» паровых лопаток в результате каплеударного воздействия водяного пара,

Титан имеет свои специфические особенности, к которым, прежде всего, относится его полиморфизм и высокая чувствительность низкотемпературной а- модификации к концентраторам напряжений, что, вероятно, обусловлено анизотропией ее ГПУ- решетки, а также низкой теплопроводностью титана.

Значительные внутренние напряжения в титановых сплавах возникают при их металлургическом переделе, под влиянием термических и механических воздействий (например, при горячей прокатке, ковке, штамповке или сварочном цикле). В силу низкой теплопроводности и значительной анизотропии термического расширения титана, а также из-за высокого химического сродства к кислороду, в процессе горячей деформации и теплосмен по сечению титановых заготовок возникает значительная структурная, химическая и механическая неоднородность свойств. В результате в объеме деформированных титановых заготовок формируются неравновесные твердые растворы со структурной и многокомпонентной кристаллографической текстурованностью, которые приводят к. усилению анизотропии механических свойств, к разбросу результатов механических испытаний и к снижению их уровня, особенно вязко-пластических свойств крупногабаритных деформированных заготовок [4]. Уже в процессе пластической деформации или на стадии последующей термообработки имеет место распад неравновесных твердых растворов, вызывающий охрупчивание сплавов. Вероятно, поэтому на практике при производстве титановых изделий и полуфабрикатов (особенно больших толщин) нередко сталкиваются с неоднозначностью и нестабильностью механических свойств, несмотря на близкие режимы обработки.

В связи с вышеизложенным проблема повышения стабильности механических свойств является актуальной для крупногабаритных титановых полуфабрикатов, предназначенных для лопаток паровых турбин длиной 1400 мм [3]. Одним из подходов к решению этой проблемы является создание научно-обоснованной регламентированной структуры, требуемого и стабильного комплекса физико-механических и эксплуатационных свойств и совершенствование на этой основе существующих технологий получения и термической обработки полуфабрикатов путем управления структурными и фазовыми превращениями в промышленных титановых сплавах.

Вопросам исследования закономерностей структурных и фазовых превращений, их сложности и многообразию, а также их связи с механическими свойствами после различных видов термической и термомеханической обработки различной длительности в широком интервале температур посвящено значительное количество монографий [5-31]. Однако, сегодня многие вопросы, связанные с механизмом и кинетикой а<-»р превращения, формированием и распадом неравновесных фаз, особенно в сплавах титана в процессе высокоскоростной пластической деформации, по-прежнему остаются дискуссионными. Это обусловлено, прежде всего, большим количеством метастабильных фаз, образующихся в сплавах титана. По степени увеличения^ легированности фаз (3-стабилизирующими элементами их можно расположить в ряд осм, а', а", со, (Зм

Актуальность проблемы. С увеличением мощности паровых турбин, появляется необходимость увеличения длины рабочих лопаток цилиндра низкого давления, поэтому возрастают требования, предъявляемые к лопаточному материалу. На практике применение лопаток длиной более 1000 мм из нержавеющих сталей оказывается затруднительным, так как это приводит к резкому увеличению массы конструкции и возрастанию ^центробежных нагрузок, действующих на лопатки. Для[ сопротивления возросшим нагрузкам необходимо применять высокопрочные лопаточные материалы с малой плотностью, и с более высокой удельной прочностью.

Практика показала, что наиболее перспективными материалами являются высокопрочные титановые сплавы, которые по сравнению со сталями, обладают в 2-2,5 раза более высокой удельной прочностью, более высокой коррозион-но-эрозионной и усталостной стойкостью. Применение титановых сплавов сделало возможным создать рабочую лопатку длиной 1400 мм, но»для этого было необходимо совершенствование технологии её производства.

Паровые лопатки работают в. условиях высоких каплеударных нагрузок, что приводит к интенсивному эрозионному износу их входных кромок, снижению КПД турбины АЭС. Их эрозия возрастает по мере увеличения длины и окружной скорости лопаток и, следовательно, по мере увеличения скорости соударения с частицами капель пара от 150 до 600 м/с. Сложность решения проблемы эрозионного разрушения паровых лопаток турбин заключается в том, что до последнего времени не удавалось найти общую зависимость между величиной износа и структурно-фазовым состоянием поверхностных и осевых слоев материала лопаток.

Таким образом, сегодня, мы стоим на пути необходимости создания научно-обоснованных, контролируемых технологических процессов, учитывающих структурные и фазовые превращения, как в материале заготовки на этапе её изготовления, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации, что обеспечит повышение качества и надежности работы деталей машин и изделий, увеличение их срока эксплуатации, что является одной из наиболее важных народнохозяйственных задач.

Поэтому была проведена оценка качества металла титановых лопаток изготовленных по различным технологиям на основе разработанных представлений о температурно-временных особенностях формирования структуры и перераспределения легирующих элементов, с учетом упруго-напряженного поля создаваемого в объеме деформированных титановых полуфабрикатов в ходе их металлургического передела на всех структурных уровнях и в разработке путей повышения эксплуатационных свойств за счет выбора оптимальных режимов термомеханической обработки.

Сегодня, к сожалению, отсутствуют систематические исследования структурных и фазовых превращений и связанного с ними перераспределения легирующих элементов в процессе высокоскоростного воздействия частицами пара. Поэтому, работа по установлению закономерностей структурных и фазовых превращений, а также их влияния на повышение стойкости штампованных заготовок лопаток паровых турбин и надежности работы готовых изделий в процессе каплеударной эрозии, является, безусловно, актуальной.

Научная новизна:

• Показано, что при высокоскоростном нагружении лопаток паровых турбин из двухфазных титановых сплавов, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по мере своего движения модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо- объемы.

• Показано, что после прохождения прямой волны, от тыльной стороны в материале лопатки формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая, проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к выкрашиванию мезо- объемов и каплеударному износу лопаток паровых турбин.

• Сделан выбор оптимального режима термомеханической обработки металла лопаток паровых турбин из сплава ВТ6 и ТС5, как результат понимания структурно-фазовых превращений в процессе обработки.

• Показано, что основным механизмом торможения ударной волны при капле-ударном воздействии является превращение фазы в относительно мягкий орторомбический мартенсит (3 —> а!1.

• В результате проведенных исследований получены новые технические решения, подтвержденные патентом РФ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный комплекс результатов структурных и фазовых превращений и физико-механических свойств титановых сплавов после высокоскоростной обработки позволил дать рекомендации для повышения качества поверхности титановых изделий, путем создания регламентированной структуры с заданными и стабильными свойствами.

• Результаты работы были использованы на предприятиях ОАО "ЛМЗ", ООО "Орис - ММ", ОАО НПО ЦКТИ.

• Результаты работы нашли отражение в разработке методических указаний в рамках проводимых преподавателями лабораторных работ по дисциплине "Физика технологических процессов в машиностроении", в разработке учебного пособия.

• Результаты работы нашли отражение при чтении автором лекций по дисциплине «Основы триботехники».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 13 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на: II Международной школе «Физическое материаловедение», УГТУ, Тольятти, 2006; 80Н, 9011, 10ой Международных конференциях «Материаловедческие проблемы при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС», ЦНИИ КМ «Про

• 11 метей», Санкт-Петербург, 2006, 2007, 2008; XVl-ых «Петербургских чтениях по проблемам; прочности», Санкт-Петербург, 2006; Международной: научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», СамГТУ, Самара, 2007; IT Международных симпозиумах «Физика и механика больших пластических; деформаций», ЦНИИ КМ «Прометей», Санкт-Петербург, 2007; The liIth World!Conference:omTitanium; Kyotof Japan, 2007; XIII международной научно-технической конференции «Проблемы-ресурса и безопасной эксплуатации материалов», Санкт-Петербург, 2007; На Научно-практической конференции? «Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике» Санкт-Петербург, 2007: lV-ой Межвузовской конференции молодых ученых, Санкт-Петербург, 2007; На пятой международной научной технической* конференции «Диагностика. оборудования конструкций с использованием магнитной памяти металла», Москва, 2009; На XVI «Зимней школе по механике сплошных сред», Пермь, 2009; На научно-технических, семинарах кафедры, "Металловедение" СПП ГУ и кафедры "Триботехника" ПИМаш (ВТУЗ-ЛМЗ), 2006-2009 г.г.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 21 печатных работах, в том числе в 1 патенте, 2 работы опубликованы в рецензируемом научном журнале рекомендованном ВАК в области «машиностроение»;

Структура и объем v работы Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов; списка литературы;из 144 наименований^ 2 приложений, изложена на 204 страницах, включая: 24 таблицы, 97 рисунков.

Краткое содержание работы.

Первая глава приведён обзор теоретических и; экспериментальных результатов! работ, посвящённых исследованию1 особенностей: каплеударной эрозии; лопаток паровых турбин. Проводится анализ состояния;вопроса, формулируются задачи исследования- с учётом волновой теории пластической деформации, физико-механических и тепловых процессов при; высокоскоростном на-гружении,металлических заготовок, в частности титановых сплавов.

Вторая глава сделано обоснование выбора материалов и основных методов для исследования. В работе были использованы методы оптической металлографии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентге-ноструктурного, микрорентгеноспектрального анализа, испытания на микротвердость, откольную прочностью, каплеударную эрозию. Испытания были выполнены при скоростях пластической деформации 105106 с"1, с использованием плоских заготовок - образцов обработанных ударной волной с помощью пневматической пушки и каплеударного воздействия частиц пара со скоростью 150.600 м/с. Материалом для исследования явились готовые лопатки паровых турбин, а также кованные и штампованные заготовки после различных режимов термомеханической обработки из титановых сплавов ТС5, ВТ6, ВТЗ-1.

Третья глава представлены результаты исследования структурно-фазовых превращений и перераспределения легирующих элементов в материале титановых лопаток паровых турбин из сплавов ТС5 и ВТб в процессе различных термомеханических обработок. Рассмотрен вопрос о возможности научно-обоснованного выбора температуры окончательной штамповки лопаток, как результат понимания структурно - фазовых превращений.в деформированных титановых сплавах.

Четвертая глава содержит результаты исследования структурно-фазовых превращений в материале титановых лопаток паровых турбин в процессе высокоскоростного ударного нагружения.

Пятая глава представлены результаты исследования структурно-фазовых превращений в материале рабочих лопаток паровых турбин в процессе капле-ударной эрозии на этапе их эксплуатации.

Выводы

1. Установлена связь структуры и свойств лопаточных материалов в зависимости от температуры абсолютной (Т), и приведенной к одинаковому содержанию высокотемпературной (3- фазы (Тр), на основании разработанной обобщенной кинетической диаграммы структурных и фазовых превращений в деформированных титановых сплавах. Чем больше неравновесные Р(Р)- и а(а)-твердые растворы содержали одноименных им р- и а- легирующих элементов, тем они более устойчивы, а их многостадийный распад, происходил при более низких температурах, и за большее время.

2. Разработаны технологические рекомендации по выбору окончательной температуры штамповки при изготовлении рабочих лопаток паровых турбин из двухфазных титановых сплавов. Материал лопаток, изготовленный при рекомендованной температуре (Т50) одинакового 50% -го содержания высокотемпературных а- и р- фаз, обладал прослойками рц - фазы и глобулами первичной cti - фазы, обогащенными одноименными р- и а- стабилизирующими легирующими элементами, соответственно, что обеспечивало большую равнопрочность (близкую микротвердость) структурных составляющих.

3. Показано, что при каплеударной обработке двухфазных титановых лопаток паровых турбин со скоростью 150.600 м/с, в материале на входе формируется нагружающая волна пластической деформации, которая модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо -объемы размером 400.700 мкм.

4. Установлен механизм торможения ударной волны пластической деформации при каплеударной обработке титановых лопаток. Показано, что внутри мезо - объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (растворение) прослоек пересыщенного р- твердого раствора с образованием относительно мягкого орторомбического мартенсита а!'- фазы, вызывающего эффективное торможение волны пластической деформации и, соответственно, повышение эксплуатационных свойств лопаток паровых турбин.

5. Показано, что после прохождения прямой волны, в результате самоорганизации системы, от тыльной стороны в материале лопатки формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая, проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к формированию зародышевых микротрещин, выкрашиванию мезо - объемов и каплеударному износу лопаток паровых турбин.

6. Показано, что бимодальная структура по сравнению с пластинчатой, обладает оптимальным структурно-фазовым состоянием материала (по структуре, фазам и содержанию легирующих элементов), при котором увеличивается эрозионная стойкость и ресурс работы титановых лопаток. При этом в прослойках Р" фазы содержится более высокая концентрация одноимённых р- стабилизирующих легирующих элементов. Показано, что в бимодальной структуре по сравнению с пластинчатой на входе при ударном нагружении формируются более сильные напряжения сжатия, повышающие сопротивление каплеударному воздействию.

7. Установлена зависимость каплеударной эрозии титановых сплавов с их откольной прочностью. Разработанный методический подход позволил адекватно характеризовать действие частиц пара, формирующих одноосную ударную волну в объеме титановых лопаток и проводить количественную оценку не только эрозионного повреждения, но и динамических свойств образцов-свидетелей из лопаточных материалов с учетом волновой природы пластической деформации и разрушения.

8. Для повышения износостойкости лопаток паровых турбин из двухфазных (а+Р)- титановых сплавов, необходимо создавать условия для эффективного торможения или рассеивания волны нагрузки, что достигается повышением теплопроводности и скорости деформационного упрочнения лопаточных материалов, увеличением диссипации подводимой механической и тепловой энергии за счёт ускорения распада прослоек (3- твёрдых растворов, формирования модулированной структуры, для чего необходимо использовать сплавы титана с |3- твёрдыми растворами обогащёнными |3- стабилизаторами, оптимизировать скорость и температуру деформирования.

1. В., Чечулин Б. Б. Титан в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990. -400 с.

2. Скотникова М. А., Пушкарев В. А., Кудрявцев А. С., Злобина Н. В. Особенности разрушения структурно- и кристаллографически текстурован-ных заготовок из (а+р)- сплава титана // Металловедение и технология легких сплавов. М.: ВИЛС, 1991.- С. 99-103.

3. Скотникова М. А., Чижик Т. А., Цыбулина И. Н., Симин О. Н. Конструирование и совершенствование производства титановых рабочих лопаток турбин большой мощности. // Сб. статей Механика и процессы управления. Миасс, 2002.- С. 227-231.

4. Скотникова М. А., Паршин А. М. Диаграмма распада и режим термической обработки двухфазных сплавов титана. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1997. №7.- С. 33-37

5. Хорев А. И. Создание высокопрочного титанового состояния титановых сплавов // Кристаллическая структура и свойства металлических сплавов. М.: Наука, 1978. - С. 238-245

6. Металлография титановых сплавов / Е. А. Борисова, Г. А Бочвар., М. Я. Брун и др. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

7. Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов / С. П. Белов, М. Я. Брун, С. Г. Глазунов, А. А. Ильин и др.; Под ред. Б. А. Колачева, С.Г. Глазунова. М.: Металлургия , 1992. -352 с.

8. Молчанова Е. К. Атлас диаграмм состояния титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1964. - 392 с.

9. Еременко В. Н. Многокомпонентные сплавы титана.- Киев: АНУССР, 1962.-206 с.

10. Глазова В. В. Легирование титана М.: Металлургия , 1966. - 192 с.

11. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Металлургия, 1979 -512 с.

12. Корнилов И. И. Титан М.: Наука , 1975 - 310 с.

13. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Буканова А. А. Механические свойства титана и его сплавов . М.: Металлургия, 1974. - 544 с.

14. Каганович И. Н. Особенности технологии производства полуфабрикатов из титана и его сплавов // Титановые сплавы для новой технологии. -М.: Наука, 1968. С. 230-243.

15. Колачев Б. А. , Мальков А. В. Физические основы разрушения титана. М.: Металлургия, 1983 - 160 с.

16. Чечулин Б. Б., Хесин Ю. Д. Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов. М.: Металлургия, 1987. - 160 с.

17. Вульф Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1969. - 376 с.

18. Колачев Б. А., Габидулин Р. М., Пигузов Ю. В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия , 1980. -280 с.

19. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1981. -416 с.

20. Полькин И. С. Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия , 1984. - 96 с.

21. Колачев Б. А., Садков В. В., Талалаев В. Д., Фишгойт А. В. Вакуумный отжиг титановых конструкций. М.: Машиностроение , 1991.- 224 с.

22. Грабин В. Ф. Основы металловедения и термической обработки сварных соединений из титановых сплавов. — Киев: Наукова Думка , 1975. -262 с.

23. Макквиллэн А. Д., Макквиллэн М. К. Титан. М.: Металлургиздат, 1958. - 458 с.

24. Макквиллэн М. К. Фазовые превращения в титане и его сплавах. М.: Металлургия, 1967-75 с.

25. Носова Г. И. Фазовые превращения в титановых сплавах. М.: Металлургия , 1968 -181 с.

26. Гордиенко А. И. , Шипко А. А. Структурные и фазовые превращения втитановых сплавах при быстром нагреве. Минск: Наука и техника, 1983.-336 с.

27. Гриднев В. Н., Ивасишин О. М., Ошкадеров С. П. Физические основы скоростного термо-упрочнения титановых сплавов. Киев: Наукова Думка, 1986. - 256 с.

28. Коллингз Е. В. Физическое металловедение титановых сплавов. М.: Металлургия, 1988. - 224 с.

29. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. -М.: Металлургия, 1976.- 184 с.

30. Шоршоров М. X., Мещеряков В. Н. Фазовые превращения и изменения свойств сплавов титана при сварке (АТЛАС) . М.: Наука , 1973. - 142 с.

31. Ильин А. А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука , 1994. - 304 с.

32. Богачев И. Н., Минц Р. И. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей машин. М.: Машиностроение, 1964. 144с.

33. Богачев И. Н. Кавитационное разрушение и кавитационно-стойкие сплавы. М.: Металлургия, 1972. 144с.

34. Фомин В. В. Гидроэрозия металлов. М.: Машиностроение, 1977. 287 с.

35. Эрозия / А. Эванс, А. Рафф, С. Видерхорн, У. Эдлер, Дж. Брайтон, М. Рочестер, К. Прис, Б. Вайс, Д. Саммерс: Пер. с англ./ Под ред. К. Прис.-М.:Мир, 1982.-464 с.

36. Дорогов Б. С. О механизме эрозионных разрушений при ударах капель по поверхности твердого тела. М.: 1963- 8с.

37. Дейч М. Е., Филипов Г. А. Двухфазные течения в элементах теплоэнергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 328 с.

38. Технология производства турбин // Технология производства турбин. Шишов Г. А., Михаэль С. Ю., Зубарев Ю. М., Катенев В. И,- СПб.: Издательство С-Петербургского института машиностроения, 1998. -392с.

39. Перельман Р. Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов- М.: Машиностроение, 1980. 245с.

40. Буравова С. Н. Повреждаемость поверхности при кавитационной эрозии. // Журнал технической физики, том 68, №9, 1998, С. 110-114

41. Перельман Р. Г., Пряхин В. В., Эрозия элементов паровых турбин.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 184 с.

42. Ратнер А. В., Зеленский В. Г., Эрозия теплоэнергетического оборудования -М.: Энергия, 1966. 271 с.

43. Основные физико-технические проблемы энергооборудования // Труды ЦКТИ. Вып. 292 СПб, 2003,- 65 с.

44. Яблоник Р. М., Поддубенко В. В., Экспериментальное исследование эрозионной стойкости лопаточных материалов М.: Энергомашиностроение. 1975 .- № 11. - С. 29-31.

45. Амелюшкин В. Н., Эрозия лопаток паровых турбин: прогноз и предупреждение. / Учебное пособие. СПб.: Энерготех, 2000. -70с.

46. Эрозионные испытания материалов, применяемых в энергомашиностроении / Шалобасов И. А., Михайлов В. А., Васильченко Е. Г., Кукушкин А. Н.-М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. 44 с.

47. Фаддеев И. П., Эрозия влажнопаровых турбин. Л.: Машиностроение, 1974. 208с.

48. Поваров О. А., Образование агрессивных сред в паре и проблемы эрозии-коррозии металла. / Современные проблемы теплофизики. Новосибирск (Препринт), 1988.- № 173, - 39с.

49. Спринжер Дж., Эрозия при воздействии капель жидкости / Пер. с англ. С.В. Челомея. М.: Машиностроение, 1981. — 200с.

50. Левин А.В., Боришанский К.Н., Консон Е.Д. Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин. -Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение 1981. —710 с.

51. Бридавский M. С., Анитов M. С., Греков, Оценка работоспособности и упрочнений титановых лопаток. / Труды ЦКТИ. Л.: 1970. 38с.

52. Тимербулатов М. Г. Исследование кавитационной стойкости сплавов титана// Исследование стали для гидротурбинного металлургического и горного оборудования. 1962.- №27.- С.31-35

53. Feller Н. G., Kharrazl Y., Cavitation erosion of metal and alloys / Wear 1983. №93 - C. 240-260

54. Черепанов Г. П., Механика хрупкого разрушения. М.: Наука. 1974.-640с.

55. Выбор сплавов титана пригодных для изготовления турбинных лопаток / Отчет ЛМЗ. Л. 1958 40 с.

56. Арзамасов Б. Н., Брострем В. А., Буше Н. А. и др. Конструкционные материалы: Справочник / Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова.-М.: Машиностроение, 1990. 688 с.

57. Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин: Учебник для студентов вузов 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Издательство МЭИ, 2000.- 480с.

58. Турбины тепловых и атомных электростанций: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. /А.Г. Костюк, В. В. Фролов, А. Е. Булкин, А. Д. Трухний; Под ред. А. Г. Костюка, В. В. Фролова.-М.: Издательство МЭИ, 2001,-488с.

59. Урванцев Л. А. Эрозия и зашита металлов. 2-е изд., перераб. и доп., М.: Машиностроение, 1966 - 235с.

60. В. S. Mann, Vivek Arya, An experementel study to correlate water jet impingement erosion resistance and properties of metallic materials and coatings , Wear №253. 2002. - P. 650 -661

61. B. S. Mann, Vivek Arya HVOF coating and surface treatment for enhancing droplet erosion resistance of steam turbine blades, Wear №254.- 2003. P. 652-667

62. C. Gerdes, A. Karimi, H. W. Bieler, Water droplet erosion and microstruc-ture of laser-nitrided Ti-6AL-4V, Wear №186-187,- 1995. P. 368-374

63. В. S. Mann, Vivek Arya. Abrasive and erosive wear characteristics of plasma nitriding and HVOF coatings: their application in hidro turbines, Wear №249.- 2001.-P. 354-360

64. Мухин В. С., Смыслов А. М., Боровский С. М. Модификация поверхности деталей ГТД по условиям эксплуатации. — М.: Машиностроение, 1995.-308с.

65. Глубокое азотирование мартенситной стали и титанового сплава при имплантационно плазменной обработке. / Гусева М. И., Гордеева Г. М., Мартыненко Ю. В., Неумоин В. Е., Смыслов А. М. // Металлы, 2000, №2. - С. 64-78.

66. Богачев И. Н. Кавитационное разрушение и кавитационно-стойкие сплавы.- М.: Металлургия 1972 144с.

67. Энгель Д., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение: Справ, изд./ Пер. с нем. М.: Металлургия, 1986 - 232. с.

68. Болыпуткин Д. Н. Исследование кинетики и механизма кавитационной эрозии металлических сплавов. Автореферат диссертации на соискание степени к.т.н. Свердловск 1962.- 17с.

69. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е перераб. И доп. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. М.: Машиностроение, 1974. 368 с.

70. Obara Т., Bourne N. К., Field J. Е., Liquid jet impact on liquid and solid surfaces, Wear№186-187, 1995.-P. 388-394

71. Stanisa В., Schauperl Z., Grilec K., Erosion behaviour turbine rotor blades installed in the Krsko nuclear power plant, Wear №254, 2003. P. 735-741

72. Титановые сплавы в конструкциях и производстве авиадвигателей и авиационно-космической техники. Колачев Б. А., Елисеев Ю. С., Брату-хин А. Г., Талалаев В. Д. М.: МАИ. 2001. - 412 с.

73. Скотникова М. А., Ушков С. С. Разработка научного принципа выбора окончательной термической обработки двухфазных горячедеформиро-ванных полуфабрикатов из сплавов титана, Прогрессивные материалы и технологии. №3. - 1999.- С.91-98

74. Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. Плавка и литье титановых сплавов. М.: Металлургия. 1994.- 368с.

75. Скотникова М. А., Ярошенко А. Г., Бабак Ж. А. Высокотемпературная термическая обработка псевдо-альфа сплава титана, Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки, СПб, СПДНТП, 1992, С. 7072.

76. Федоров В. И., Борисова Е.А., Королева Н.В., Анитов И.С. О высокотемпературном окислении сплава ВТ20 // Известия Академии Наук СССР. Металлы, 1974. №6. - С. 93-94

77. Борисова Е. А., Шашенкова И.И., Кривко А.И., Барашева Т.В. Выбор режимов вакуумного отжига для титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка. 1975. №4. - С.37-41

78. ОСТ 1 90013-81 Сплавы титановые. Марки. 1981. 18с.

79. Марочник сталей и сплавов, под ред. Сорокина В. Г. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.

80. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении М.: Машиностроение, 1980 .- 783 с.

81. Титановые сплавы в машиностроении / Б. Б. Чечулин, С. С. Ушков, И.Н. Разуваева, В.И. Гольдфайн. М.Машиностроение, 1977. 248 с.

82. Андреев А. А., Аношкин Н. Ф., Бочвар Г. А. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: Металлургия, 1979 .— 512 с.

83. Хейденрайх X. Основы просвечивающей электронной микроскопии. — М.: Мир, 1966.-232 с.

84. Электронная микроскопия в металловедении: Справочник / Под ред. А.В. Смирновой-М.: Металлургия, 1985. 191 с.

85. Хириш П., Хови А., Николсон Р. Электронная микроскопия тонких кристаллов М.: Мир, 1968. - 200 с.

86. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электроннограммы и их интерпретация-М.: Мир, 1971.-256 с.

87. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. О.М. Гло-эра-М.: Машиностроение, 1980. 375 с.

88. Утевский Л. М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении — М.: Металлургия, 1973. 583 с.

89. Практическая растровая электронная микроскопия / Пер. с англ. под .ред. Гоулдстейна Дж., Яковица X. - М.: Мир, 1978. - 656 с.

90. Sasaki G., Yokota М. Y. Fracture Mode Determinations by Scanning Electron Microscope // Metallurgical Transactions, 1975. V.8 - P. 265-268.

91. Качественный и количественный анализ фазового состава титановых сплавов: Методическая рекомендация МР18-36/СМИ-75 / Вайнблат Ю. М. и др. М.: БИЛС, 1975. - 40 с.

92. Методы контроля и исследования легких сплавов. Справочник. / Под ред. Ю. М. Вайнблата. М.: Металлургия, 1985. - 510 с.

93. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

94. Федотов С.Г., Константинов К.М. Новый Конструкционный Материал — Титан, Moscow. 1972, - 48 р.

95. Parshin A. M., Ushkov S. S., Skotnikova M. A. Decomposition Diagram and Heat-Treatment Schedule of Titanium alloy.// Proceeding of the 8th World Conference "Titanium 95", Birmingham, UK, 1996,- P. 2515-2522.

96. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов / Никольский JI. А., Фиглин С. 3., Бойцов В.В. и др. М.: Машиностроение, 1975-285с.

97. Обработка титановых сплавов давлением / Мажарова Г. Е., Кома-новский А. 3., Чечулин Б.Б., Важенин С.Ф.- М.: Металлургия , 1977 -96с.

98. Ерманок М. 3., Соболев Ю. П., Гельман А.А. Прессование титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1979 264 с.

99. Пичугин И. И., Агафонов Б. Н., Малышевская Е.Г. Состояние и перспективы использования титановых лопаток // Энергохозяйство за рубежом. 1990. №4. С. 23-28

100. Jaffee R. S., Lutjering G., Rust Т. M. Production and Protection of Bi-modal Ti-6A1-4V Blades for steam Turbine Application // Titanium Science and Technology 1985. P. 1081-1088

101. Цыбулина И. H., Туляков Г. А., Упорова В. А. Исследование структуры и свойств металла прутков и штампованных заготовок лопаток из сплава ВТ6 // МиТОМ, 1996. №1. С. 35-37.

102. Eylon D. Распространение усталостной трещины в отливках сплава Ti-6 AL-4 V. Journal of materials science, 1979. v. 14. P. 345-353.

103. Полянский В. И., Пирог О. И., Симис М. И. Взаимосвязь механических свойств с количественными характеристиками микроструктуры для сплавов ВТ№-1, ВТ-23. // ФММ. 1993 вып. 14, С. 176-181

104. Кокнаев Р. Г., Маркачев Н. А. Влияние внутризеренного строения на характер разрушения и свойства крупнозернистого сплава ВТ23 в те-моупрочненном состоянии // ФММ, 1992, вып. 7. С. 93-98

105. Park Js, Margolin Н. Роль а и (3 фаз в распространении усталостной трещины в сплавах Ti-Mn // Metallurgical Transaction, 1984, v. 15A, №1, P.155-159

106. Скотникова M. А., Степанов E. 3. Повышение вязко-пластических свойств титана в связи с особенностями микрораспределения легирующих элементов // Новые стали и сплавы, режимы их термической обработки. Л.: ЛДНТП, 1989. - С.87-90

107. Холл И. В., Хэммонд К. Вязкость разрушения, прочность и микроструктура а+р титановых сплавов // Титан. Металловедение и технология, т. 1, Москва, 1977. - С. 351-360

108. Скотникова М. А. Совершенствование технологии производства и термообработки титановых сплавов, предназначенных для энергомашиностроения // Инструмент, СПб., 1998, №11. С. 34-35

109. Skotnikova М. A., Martynov М. A. The structural and phase transformations in titanium alloys // Академический вестник. Информатизация, БАИ, 1998, вып.1, С.81-89

110. Krylov N. A., Skotnikova М. A., Martynov М. A., Motovilina G. D., Lanina A. A. Transformation in Two Phase Titanium Alloy at Shock Loading // Program & Abstracts. The 11th World Conference on Titanium (ЛМ1С-5). Kyoto, Japan, June 3-7, 2007. - P. 148

111. Skotnikova M. A., Krylov N. A., Motovilina G. D., Lanina A. A., So-rokina S.S. Transformation in Two Phase Titanium Alloys at High-Speed

112. Mechanical Effect // Program & Abstracts. The 2nd International Symposium of the CRISM Prometey «Physics and Mechanics of Large Plastic Strains». St-Petersburg, 2007, P. 121

113. Skotnikova M. A., Krylov N. A., Motovilina G. D., Lanina A. A., So-rokina S.S. Transformation in Two Phase Titanium Alloys under High speed Mechanical Loading // Журнал «Вопросы материаловедения» № 4 (52), 2007.- С. 359-365

114. Крылов Н. А., Ланина А. А., Иванов Е. К. Формирование структурных мезо-объемов в титановых заготовках в процессе высокоскоростной пластической деформации // Сборник тезисов докладов XVI Зимней школы по механике сплошных сред. Пермь, 2009. С.221

115. Каннель Г. И., Разоренов С. В., Уткин А. В. Ударно-волновые явления в конденсированных средах М.: Янус-К2, 1999. - 408 с.

116. Крылов Н. А., Ланина А. А., Иванова Г. В., Галышев А. А., Иванов Е. К. Инкубационный период развития каплеударной эрозии в лопатках паровых турбин // Сборник тезисов. П-я международная школа «Физическое материаловедение», Тольятти, 2006. С. 238-239.

117. Скотникова М. А., Крылов Н. А., Чижик Т. А., Цыбулина И. Н., Ланина А. А., Казачкова Ж. В. Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин // Научно-технический журнал «Вопросы материаловедения», 2007, №3(51), С. 61-70

118. Ланина А. А. Исследование высокоскоростного каплеударного воздействия на поверхность лопаток паровых турбин // Научно- технический журнал «Инструмент и технологии» № 28-29, 2008, С. 84-87

119. Ланина А. А. Исследование морфологических особенностей поверхности эродированных лопаток паровых турбин // Сборник трудов IV Межвузовской конференции молодых ученых, СПб., 2008, С. 84-91

120. Скотникова M. А., Касторский Д. А., Строкина Т. И. Структурные превращения в металлах при скоростном резании // Вопросы материаловедения. 2002, №1(29), С. 199-215.