автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка научных основ повышения эффективности технологий диффузионного соединения элементов конструкций газотурбинных двигателей и турбоагрегатов

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № У/

БОРДАКОВ ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ДОФФУЗИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ТУРБОАГРЕГАТОВ

Специальность 05.07.05 - Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных

аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 2001 .

¥

Работа выполнена в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академик;

С.П. Королева

Научный консультант: член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Барвинок В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шитарев И. Л., доктор технических наук, профессор Столбов В. И., доктор физико-математических наук, профессор Амосов А.П.

Ведущее предприятие: ОАО «Научно-производственное объединение» «Поволжски! авиационный технологический институт», г. Самара

Защита состоится 27 июня 2001 г. на заседании диссертационного совета Д212.215.02 I Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева

Адрес университета: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ. Автореферат разослан «^¿Д- _2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор

В.Н.Матвеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важное значение для экономики и обороноспособности страны имеет развитие ракетио-космической, авиационной, автомобильной и других отраслей машиностроения. Интенсивное развитие рыночных отношений в мировой экономике требует существенного повышения конкурентоспособности изделий машиностроительной промышленности. Прогресс в этих отраслях непосредственно связан с совершенствованием гшигателестроения, в том числе газотурбинных двигателей (ГТД) и турбоагрегатов.

При создании ГТД новых поколений различного назначения решаются проблемы повышения их мощности и экономичности, надежности и ресурса, массогабарнтных характеристик и т.п. Все эти проблемы во многом связаны с разработкой и внедрением новых конструкционных материалов: жаропрочных сплавов на различной основе, высокопрочных жаростойких сталей, композиционных материалов, керамик и др. Причем преимущество каждого тз материалов в условиях эксплуатации в большой степени можно использовать путем изготовления составных элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов. Например, составная сонструкция (из двух частей) турбинной лопатки за счет более эффективной системы охлаждения ложет снизить рабочую температуру используемого сплава на 25К, что приведет к увеличению ее гссурса в 3 раза.

Дтя получения высокопрочных составных конструкций в двигателестроении широко (спользуются технологии диффузионного соединения (диффузидннаясварка_сварка-пайкатпайка)-шнородных и разнородных сочетаний материалов. При этом возникает ряд достаточно сложных тучно-технических задач, связанных с ограничением влияния термодеформационных циклов фоцессов соединения на характеристики основных материалов и с формированием переходной оны (сварного шва) со свойствами, отвечающими техническим требованиям. В первую очередь, то связано с уменьшением теплового воздействия на исходные материалы, а также на зону »единения для исключения образования вредных химических соединений, например, прослоек штерметаллидов. карбидов и т.п. В некоторых случаях для сохранения формы и размеров лементов конструкции ГТД возникает необходимость ограничения давления сжатия при оединении деталей. Решение указанных задач непосредственно связано с обоснованным выбором пособа диффузионного соединения и оптимизацией его основных параметров.

Представляется вполне закономерным, что многие новые, обладающие определенными остоинствами вышеуказанные технологии развиваются на стыке соответствующих и подходящих руг к другу процессов.

Во многих случаях имеются большие возможности регулирования процессов ормирования соединения путем изменения соотношения механической и термической вставляющих энергии, вводимой в зону соединения. При определенных соотношениях аблюдается саморегулирование процессов формирования соединений и, как отмечается в ряде аучных работ, реализуется максимальный термический коэффициент полезного действия (КПД), 'днако сведения и рекомендации для реализации таких условий проведения процессов «ффузионной сварки и пайки практически отсутствуют.

Несмотря на большой накопленный опыт по разработке процессов диффузионного )единения для исследований с целью повышения их эффективности требуется достаточно

большой объем экспериментальных исследований. Во многих случаях выбор основны параметров осуществляется только эмпирическим путем.

Таким образом, при создании технологий диффузионного соединения элементе конструкции ГТД и турбоагрегатов актуальной и важной является проблема разработки на основ теоретических и экспериментальных исследований научных основ повышения эффективност процессов формирования сварного или паяного шва.

Цель работы. Целью настоящей работы является повышение технико-экономическо эффективности газотурбинных двигателей и турбоагрегатов путем разработки и внедрени технологий диффузионной сварки и пайки.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

• проведен анализ направлений повышения эффективности диффузионной сварю элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов;

• разработана математическая модель контактного взаимодействия разнородны: материалов при диффузионной сварке в вакууме;

• исследованы закономерности формирования соединений при диффузионной сварю разнородных материачов через барьерные прослойки;

• разработана расчетно-экспериментальная методика оптимизации основных параметре! диффузионной сварки разнородных материалов;

• исследованы закономерности развития диффузионных процессов при формировали! соединений разнородных материалов в условиях контактного плавления и разработань рекомендации по оптимизации процесса;

• разработан способ получения композиционных электролитических прослоек на основ« №-В-Т1С для соединения жаропрочных сплавов и сталей;

• проведен комплекс исследований физико-механических свойств диффузионны? соединений элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов;

• разработана методика прогнозирования усталостных характеристик диффузионны? соединений разнородных материалов с мягкой прослойкой;

• разработаны и внедрены в производство технологические процессы диффузионногс соединения элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов.

Автор выносит на защиту:

1. Математическую модель деформирования разнородных материалов при диффузионно? сварке в вакууме с позиций механики контактного взаимодействия твердых тел и аналитическое соотношение, которое является критерием при выборе оптимальной температуры сварки при условии реачизации максимальных касательных напряжений в контакте.

2. Расчетно-экспериментальные методики и результаты по оптимизации барьерных прослоек при диффузионной сварке разнородных материалов.

3. Математические модели (аналитические зависимости) для оптимизации основных параметров диффузионной сварки для ряда разнородных сочетаний сплавов и сталей.

4. Графоаналитические зависимости, описывающие кинетику развития диффузионных процессов в контакте разнородных материалов в условиях контактного плавления.

5. Состав и способ получения композиционных электролитических прослоек для сварки-пайки жаропрочных никелевых сплавов.

6. Результаты комплексных экспериментальных исследований по определению физико-механических характеристик однородных и разнородных сочетаний жаропрочных никелевых, кобальтовых, титановых сплавов и сталей.

7. Математическую модель и методику прогнозирования предела выносливости диффузионных соединений разнородных материалов с мягкой прослойкой.

8. Новые технические решения, позволяющие расширить ряд технологических возможностей диффузионной сварки и пайки, повысить качество и производительность этих процессов.

9. Технологии диффузионного соединения ряда элементов конструкций ГТД и гурбоагрегатов.

Научная новизна.

1. Получено аналитическое соотношение, которое является критерием для выбора эптимальной температуры диффузионной сварки разнородных материалов при условии эеализации максимальных касательных напряжений в контакте. Критерий рассчитывается как зтношение теплосодержания материала при его нагреве до температуры контактного плавления к мастической постоянной.

2. Установлено, что зависимости коэффициенгов-статического-трения-и-ехвать1взнпя~о,г

гемпературы имеют экстремальный характер. Максимум их величин имеет место при емпературе, соответствующей наибольшему значению критерия.

3. Показано, что экстремальный характер зависимостей коэффициента статического рения от температуры и нагрузки объясняется взаимным влиянием физико-механических свойств удельной теплоемкости, плотности, температуры контактного плавления и пластической юстоянной) соединяемых материалов и геометрией микровыступов.

4. Экспериментально выявлено, что рост зоны диффузионного взаимодействия в |риповерхностных слоях в условиях контактного плавления разнородных материалов на [ачальной стадии происходит прерывисто с коэффициентами массопереноса порядка 10"5... КГ6 ,2/с.

5. Определен оптимальный состав прослойки на основе №-В-Т1С и разработан новый пособ ее нанесения для сварки-пайки жаропрочных никелевых сплавов. Использование рослой ки позволяет получить более равномерные состав и структуру переходной зоны оединения.

6. Показано, что предел выносливости диффузионных соединений с мягкой прослойкой азнородных материалов с достаточно близкими коэффициентами термического расширения тисит от свойств поверхностного слоя прослойки, в котором при циклических нагрузках ививаются остаточные напряжения. Разрушение соединения при испытаниях на усталость экализуется в мягкой прослойке.

Практическая ценность.

1. Разработана расчетно-экспериментальная методика определения оптимальной ■мпературы диффузионной сварки разнородных материалов. Определен критерий для оценки 1тималыюй температуры диффузионной сварки.

2. Получены уравнения регрессии для ряда разнородных сочетаний сплавов и сталей позволяющие определить диапазоны возможных отклонений основных параметров диффузионно! сварки. Определены оптимальные толщины барьерных прослоек для ряда сочетаний жаропрочны: никелевых и титановых сплавов со сталями.

3. На основании полученных данных о закономерностях развития диффузионны: процессов при контактном плавлении разнородных материалов разработаны рекомендации п( соединению элементов подшипников скольжения роторов турбоагрегатов.

4. Определены оптимальные режимы сварки-пайки жаропрочных сплавов I использованием новой прослойки на основе М-В-ИС. Разработаны рекомендации по соединении жаропрочных никелевых сплавов и сталей через расплавляющие прослойки сложного состава.

5. Получен комплекс данных по физико-механическим свойствам (кратковременной I длительной прочности, термостойкости, сопротивлению усталости и др.) в рабочем диапазон! температур диффузионных соединений элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов.

6. Разработана методика оценки предела выносливости диффузионных соединенш разнородных материалов с мягкой прослойкой.

7. Предложены новые технические решения, позволяющие расширить ря; технологических возможностей способов диффузионного соединения, повысить качество 1 производительность этих процессов, уменьшить затраты при изготовлении элемента! конструкций ГТД и турбоагрегатов (а. с. № 554113, 1185029, 1285687, 1385029, 1431384, 1397226 1448545, 1449287, 1539027, 1618555. 1761411, 1784424, 1798071).

8. Разработанные и внедренные технологические процессы диффузионного соединенш позволили снизить на 25-40% массогабаритные характеристики и 15-35% момент инерции роторо! турбин малоразмерных ГТД и турбоагрегатов, в 1,5-2,0 раза снизить брак при их изготовлении пс сравнению с технологией сварки трением. Применение технологии сварки-пайки составны> турбинных лопаток ГТД позволило снизить рабочую температуру используемого сплава на 25 К что привело к увеличению их ресурса в 3 раза. Технологии армирования торцев пера турбинны? лопаток обеспечивают хорошую лрирабатываемость, что дает увеличение ресурса эксплуатацм лопаток и, соответственно, повышение вероятности отработки полного ресурса изделия с 96,1% дс 99,6%. Технология восстановления бандажных полок турбинных лопаток позволяет увеличить т ресурс в 1,5-2 раза. Внедрение технологии изготовления биметаллических подшипники скольжения для валов роторов турбоагрегатов позволило на 50% уменьшить использование дорогостоящей бронзы, не снижая технических характеристик изделия.

Реализация результатов работы. Разработанные на базе теоретических у экспериментальных исследований опытные и промышленные технологии, оборудование и оснастка внедрены на предприятиях: ОАО «А. Люлька-Сатурн» (г. Москва), ГУП СКБ «Турбина) (г. Челябинск), ОАО ОМКБ и АО «Омское моторостроительное предприятие им. П. И. Баранова* (г. Омск), ОАО «Моторостроитель» (г. Самара), Корпорация «ЛИТА» (г. Самара); Внедренческая фирма «ПЛАДЕП» (г. Самара) и др. Оказана техническая помощь в организации шести производственных участков на предприятиях гг. Москвы, Самары, Челябинска, Омска и Харбина (Китай).

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий на ряде предприятий составил 3.8 млн рублей. Реализация результатов работы подтверждена актами внедрения.

Результаты научных исследований внедрены в учебный процесс Самарского государственного аэрокосмического университета им. С.П. Королева при чтении курсов лекций, в курсовом и дипломном проектировании для специальностей по технологии производства летательных аппаратов и двигателей и вошли в учебник «Сварочные, монтажные и испытательные процессы в производстве летательных аппаратов» под редакцией профессора В.А. Барвинка, рекомендованный для высших учебных заведений.

Публикации. Но результатам выполненных исследований и разработок опубликованы: одна монография; 24 статьи; 46 тезисов докладов; получено 13 авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы. Диссертация содержит 425 страниц текста; 183 рисунка; 52 таблицы и состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений.

Апробация работы.

Работа выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-тематических работ СГАУ, а также в рамках Комплексной научно-технической программы МАП СССР и МВ ССО РСФСР «Авиационная технология» («Производств<и:ос1авны>ипопаток>>У.-Межвузовской-научно~ технической программы «Высокие технологии высшей школы»; Государственной научно-технической программы «Наукоемкие технологии» Министерства науки и техники РФ; Межвузовской научно-технической программы «Электронно-ионно-плазменные комплексные >прочняющие технологии» Министерства образования РФ; научно-технической программы (Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» «Производственные технологии») Министерства образования РФ.

По основным результатам работы сделаны доклады на 26 Всесоюзных, российских, международных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе: Всесоюзное совещание (Контактная жесткость в машиностроении» (г. Куйбышев, 1977); УШ, IX, X ВНТК (Диффузионное соединение металлических материалов» (г. Москва, 1977, 1979, 1982); УШ, IX ЗНТК «Конструкционная прочность и надежность двигателей» (г. Куйбышев, 1981, 1988); ВНТК (Теория трения, износа и смазки» (г. Ташкент, 1975); Научный семинар по теории трения и износа г. Калинин, 1979. 1981, 1982); Всесоюзный семинар по вторичной ионной и ионно-фотонной миссии (г. Харьков, 1980); Всесоюзный семинар «Современные достижения в области шкросварки и микропайки изделий электронной техники» (г. Москва, 1978); Всесоюзный еминар «Микросварка и пайка металлов малых толщин» (г. Киев, 1980); ВНТК «Повышение юлговечности и надежности машин и приборов» (г. Куйбышев, 1981); Всесоюзный семинар Новые технологические процессы при ремонте авиатехники» (г. Москва, 1986); XII, XIII ВНТК Достижения и перспективы развития диффузионной сварки» (г. Москва, 1987, 1991); ВНТК Проблемы технологии сварки теплоустойчивых, жаропрочных сталей и сплавов» (г. Николаев, 986); ВНТК «Пути ускорения темпов научно-технического прогресса» (г. Куйбышев, 1986); (НТК «Концентрированные потоки энергии в технологии обработки и соединения материалов» (г. 1енза, 1989); XIII, Х1У МНТК «Физика прочности и пластичности материалов» (г. Самара, 1992.

1995); МНТК «Новые материалы и технологии» (г. Москва, 1994); III Российско-китайско украинский симпозиум по аэрокосмической технике и технологии (Китай, г. Сиань, 1994); Втора! международная теплофизическая школа (т. Тамбов, 1995); РНТК «Надежность механически* систем» (г. Самара, 1995); IY МНТК «Проблемы и перспективы развития автомобилестроения ¡ России» (г. Тольятти, 1998); Объединенная И НТК «Проблемы и перспективы развитш двигателестроения в Поволжском регионе» и XIY НТК «Проблемы конструкционной прочносп двигателей» (г, Самара, 1999); ВНТК по проблемам породоразрушающего бурового инструменте (г. Самара, 1999); Юбилейная научная сессия, посвященная 275-летию Российской Академии наук и 10-летию Самарского научного центра РАН (гг. Самара, Тольятти, Ульяновск, 1999); Выездная сессия Головного Совета «Машиностроение» Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации (г. Самара, 1998).

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность проблемы создания элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов с высокими технико-экономическими характеристиками методом диффузионного соединения однородных и разнородных сочетаний материалов.

В первой главе рассмотрены вопросы современного состояния и перспективы применения способов диффузионного соединения однородных и разнородных сочетаний материалов ï двигателестроении, теоретические и экспериментальные данные о характере и роли процессоЕ деформирования, массопереноса, трения и схватывания в контакте при диффузионном соединении, а также особенности обеспечения заданных свойств диффузионных соединений элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов.

В настоящее время способы диффузионного соединения в вакууме (диффузионная сварка, сварка-пайка, контактно-реактивная пайка и др.) достаточно широко применяются для изготовления узлов и агрегатов двигателей как в нашей стране, так и за рубежом. В связи с разработкой и применением в двигателестроении новых сплавов и сталей со специальными свойствами, металлокерамик и керамик, композиционных материалов и т.п. возникает необходимость создания технологий их соединения.

Необходимо отметить, что способы диффузионного соединения однородных и разнородных сочетаний материалов с использованием нерасплавляющихся («барьерных», «мягких» и т.п.) и расплавляющихся («активирующих», эвтектик, сложных припоев и т.п.) прослоев обеспечивает широкие возможности по выбору и оптимизации конструкторских и технологических решений в создании новых составных элементов конструкций ГТД и технологий их изготовления. При этом существуют тенденции к увеличению доли сварных конструкций, выполняемых способами диффузионного соединения в вакууме, в общем объеме сварочных работ.

Вопросы теории и практики схватывания и формирования сварных и паяных соединений однородных и разнородных сочетаний материалов нашли отражение в работах ряда научных школ и ученых: H.H. Рыкалина, А.П. Семенова, Н.Ф. Казакова. Ю.Л. Красулина, В.И. Столбова, И.В. Зуева, Ю.Н. Колылова, Э.С. Каракозова, P.A. Мусина, Г.В. Конюшкова, В.Е. Панина, C.B. Лашко, Н.Ф. Лашко, М.А. Криштала, Б.Н. Перевезенцева, В. А. Барвинка, Борна, Мотта, Кюйман-Вильсдорф и др.

Анализ литературных данных позволяет сделать вывод, что в вакууме принципиачыю возможно схватывание любых сочетаний материалов. Причем наибольшую склонность к схватыванию проявляют пластичные материалы и сплавы, окислы которых не обладают высокой термодинамической стабильностью. Воздействие сдвиговых и вибрационных нагрузок существенно стимулир>ет схватывание металлов.

Практически все экспериментальные исследования указывают на взаимосвязь процессов деформирования и схватывания при контактировании и трении поверхностей. Так, в ряде работ теоретически показано и экспериментально подтверждено, что в зоне контакта при внедрении со сдвигом происходит деформация растяжения поверхности касания и разрушение окисных пленок, в результате чего интенсифицируется процесс схватывания твердых тел.

Несмотря на большое количество экспериментальных данных, нет единых представлений о кинетике развития процессов схватывания. Существующие гипотезы по разному объясняют процесс образования соединения (схватывания). Ряд исследователей рассматривают схватывание как бездиффузионный процесс, осуществляющийся на отдельных участках поверхности -активных центрах, которыми являются поля упругих напряжений, вышедших в зону соединения дислокаций. При этом большую роль играет механическая активация процесса схватывания. В других работах показано, что решающую роль в энергетике схватывания играют термические процессы и основным содержанием процесса схватывания является диффузия и перенос масс при контактном взаимодействии поверхностей.----

Идеи о едином физическом механизме механического и термического разрушения (плавлении) нашли развитие в работах Я.И. Френкеля, A.B. Степанова, К.А. Осипова, B.C. Ивановой, И.В. Зуева, Борна, Мотта, Фюрта, Спейта, Кюйман-Вильсдорф и др., что отражено в ряде термодинамических теорий разрушения и дислокационных теорий плавления.

В последнее время появился ряд экспериментальных работ, в которых обсуждается возможность возникновения очагов плавления при формировании соединений с помощью широко распространенных способов сварки в твердом состоянии. Так, в работах Р.А Мусина, и Г.В -Сошошкова локальный очаг плавления представлен как структура атомно-вакансионного юстояния. B.C. Иванова при рассмотрении процесса разрушения металлов локальный очаг тлавления называет квазиаморфной структурой.

В работах И.В. Зуева развивается единый обобщенный взгляд на энергетику разных фоцессов, таких как сварка плавлением (дуговая, электронно-лучевая, лазерная и др.), сварка йвлением (диффузионная, взрывом, холодная и др.) и пайка, который можно выразить через юнятие термического коэффициента полезного действия (КПД). При протекании процессов в 'словиях реализации максиматьного значения термического КПД отмечается, что они становятся :амоорганизующимися и развивающимися нестационарно. Такая ситуация, по 1кспериментальным данным И.В. Зуева, имеет место в элементарном цикле формирования лубокого проплавления при электронно-лучевой и лазерной сварке с удельной мощностью более 05...106 Вт/см2. При этом сварные швы имеют минимальную ширину зоны термического лияния, что во многих случаях обеспечивает высокое качество соединения.

Однако, несмотря на большое количество данных о формировании диффузионных оединений. отсутствуют научно обоснованные методы целенаправленного регулирования

процессами деформирования, массопереноса, трения и схватывания в зоне образования сварног шва.

Таким образом, анализ литературных данных показал перспективность использовани способов диффузионного соединения для изготовления элементов конструкций ГТД турбоагрегатов и выявил основные направления для совершенства методов оптимизации эти технологий с целью обеспечения заданных свойств сварного шва.

На основании проведенного анализа были сформулированы цель работы и задач исследований.

Во второй главе рассматриваются закономерности формирования диффузионны соединений из разнородных материалов с использованием «барьерных» и «мягких» прослоек.

Для ограничения теплового воздействия на свариваемые материалы, с целью искпючени возможности образования сплошных интерметаллидных зон в сварном стыке при диффузионно сварке необходимо наиболее полно и оптимально использовать механический канал активаци процессов, то есть деформирование в зоне соединения. Теоретические исследования процессе деформирования, трения и схватывания свариваемых материалов изучались с позиции механик: контактного взаимодействия твердых тел.

В качестве предмета изучения взят наиболее распространенный случай диффузионно! сварки элементов конструкции ГТД и турбоагрегатов. При этом свариваемые детали имею цилиндрическую форму, позволяющую достаточно просто и надежно реализовать локальны! нагрев зоны соединения токами высокой частоты, и, кроме того, физико-механические свойств; материалов достаточно сильно отличаются друг от друга. В условиях локального нагрева i процессе сварки происходит деформирование детали из пластичного материала на определеннук высоту вдоль ее оси, а деталь из твердого материала не деформируется. В связи с этим дл; теоретических исследований целесообразно использовать модель осадки пластичного цилиндр; между жесткими плитами. Нижней гранью является свариваемая поверхность «жесткой» детали, i верхней - поверхность пластичной детали, в плоскости которой несущая способность материал, достаточна для исключения макропластических деформаций.

Использование вышеописанной модели и математического аппарата для ее анализ; позволили получить некоторые закономерности контактного взаимодействия свариваемы? деталей. Так, при развитии макропластической деформации детали вдоль ее оси в стыке имеют место контактные деформации, в результате реализуется процесс контактного трения. Причел доля работы сил контактного трения в общей работе деформации зависит от фактора формы, т.е отношения диаметра соединения к высоте его деформируемого участка (d(Jhn).

Используя уравнение баланса работ при пластической деформации и условия постоянстве объема деформируемого тела величину работы деформирования можно определить и-следующего выражения:

где а, - напряжение текучести материала детали при температуре процесса осадки, е -степень пластической деформации. V - деформируемый объем.

(1)

Первое слагаемое учитывает работу деформации в случае отсутствия трения на торцах осаживаемого цилиндра, второе - учитывает работу сил трения.

В связи с тем, что механическая энергия, идущая на образование соединения, непосредственно связана с работой сил контактного трения, возникают возможности целенаправленного ее регулирования путем изменения фактора формы. Теоретический анализ показал, что с ростом величины ¿/«/Ад и величины осадки концентрация выделяемой в процессе контактного трения энергии в сварном стыке возрастает. Кроме влияния отношения на интегральную характеристику в контакте, такую как работа сил трения, от фактора формы зависит напряженно-деформированное состояние в зоне трения, а именно характер распределения касательных напряжений в плоскости касания.

Работу сил контактного трения (Ат) при осадке цилиндрических деталей в полярных координатах(р, 0) можно вычислить по формуле:

где р - радиус, ир - величина относительного смещения поверхностей, г„ - контактные касательные напряжения. Как видно из этой формулы, распределение энергии (Ат) в контакте зависят от распределения касательных напряжений по радиусу и от величины смещения контактных поверхностей.

_Известные_соотношения—Унксова—устанавливают—однозначное соответствие между

распределением контактных напряжений и размерами характерных зон (скольжения, торможения и застоя) пластического течения материала на торцах осаживаемого цилиндра. Причем область поверхности, на которой действуют максимальные касательные напряжения (зона торможения), с уменьшением фактора формы расширяется как к центру детали, так и в сторону периферии.

Следовательно, регулированием значения фактора формы можно целенаправленно изменять напряженно-деформированное состояние в контакте и величину энергии, выделяемой в :варном стыке.

Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов проводилась путем шффузионной сварки в вакууме (установка А306.08) модельных цилиндрических образцов из леди М-1 и стали 30. Определенный «методом осадки кольца» коэффициент контактного трения/ 1 условиях сварки составлял 0,45...0,5. Максимальная прочность на срез сварного соединения шела место в зоне действия максимальных касательных напряжений, т.е. в условиях, близких к :татическому трению, что подтверждается данными других работ.

Напряженно-деформированное состояние в контакте твердых тел определяется величиной [¡актора формы и, что не менее важно, значениями коэффициента статического трения, а, ледовательно, и величиной касательных напряжений в зоне взаимодействия. Коэффициент татического трения зависит от многих факторов: физико-механических свойств материалов, еометрии и величины микровыступов шероховатых поверхностей, температуры :онтактирования, нормальной нагрузки и т.п.

Теоретические исследования закономерностей статического трения разнородных гатериалов проводились на основе постановки и решения задачи теории пластичности для недрения со сдвигом жесткого клина бесконечной длины и углом раствора 16 (модель

2*0,51/

(2)

о о

микровыступа шероховатой поверхности) в пластическое полупространство (поверхност пластичной детали).

При решении теоретической задачи были ириняты следующие гипотезы. Материа находится в плоскодеформированном состоянии. В пластической области выполняются:

условие текучести: (сгх - сту \ + 4г2. = Ак 2, где К = <т, /2 (3)

дУ дУг п

условие несжимаемости:—- Н--— = 0; (4)

дх ду

да. дт дет дт

условие равновесия пластической ооласти: —- Н--= и;--н-= 0; (5)

дх ду ду дх

о\ -а,

условие соосности девиаторов напряжений и скоростей: —1-— = -. где ах \

^ху х __у_

ду дх

(Ту - нормальные компоненты напряжений; г„ - касательная компонента напряжений; Vx и \'у компоненты вектора скоростей по осям х и у.

Из вышеуказанных уравнений получаются соотношения Генки для напряжений вдол] линий скольжения ¿j и г].

а - 2ка = const, г] = const;

сг+ 2ка - const, £, = const ^

Для скоростей вдоль линий скольжения соотношения Гейрингера выглядят следующи». образом:

dVf—Vnda = const, rj = const;

dVn + V,da - const, f = const ^

ffx+orv

Здесь: о =--—- - среднее нормальное напряжение; Vg и Vn- компоненты скоросте»

течения вдоль линий скольжения; а - угол, который составляет линия скольжения £, с осью ОХ.

Для рассматриваемого случая - внедрения со сдвигом абсолютно жесткого тупого клина i жестко-пластическое полупространство, вообще говоря, можно построить различные поля линий скольжения. В настоящей работе в качестве исходных данных взяты поля линий скольжения и основные соотношения, полученные в работах Н. Б. Демкина и Л.С.Шевченко для клиновидной модели трения с весьма существенным уточнением - учетом вытеснения пластического материала передней гранью клина на всей траектории движения. На рис.1 показана кинетика изменения геометрии и размеров полей линий скольжения в зависимости от перемещения клина в пластическом полупространстве. По мере роста сдвигающего усилия происходит заглубление клина в пластический материал, а затем в определенный момент клин движется в направлении свободной поверхности. Наличие описываемого «реверсирования» движения клина при сближении его с пластическим материалом на этапе предварительного смещения подтверждается результатами экспериментальных исследований.

дх ду

В результате решения задачи методом полей линий скольжения были получень аналитические выражения и численные значения зависимостей нормальных и и касательных напряжений, коэффициента трения в пределах предварительного смещения /, площади контакт: Аг, степени ее растекания Д/1Г / Л,, внедрения клина а, объема очага деформирования V и други: параметров контактного взаимодействия от величины смещения клина S. Решение задач! осуществлялось на основе блока программ, реализованных на ПЭВМ типа IBM PC Pentium.

В контакте металлов под влиянием нормальных и касательных напряжений интенсивш развивается неоднородная пластическая деформация приповерхностных слоев. Неоднородна: пластическая деформация в кристаллических твердых телах на основании представлений развиваемых в работах Я.И. Френкеля. К.А. Осипова, A.B. Степанова, B.C. Ивановой, И.В. Зуева Мотга, Вигли, Кюйман-Вильсдорф и других, протекает скачкообразно с реализацие{ неизотермических условий в момент скачка и, как следствие, является источником локальны? разогревов в очаге деформирования. Энергетическим источником этого процесса являете! энергия, запасенная в виде потенциальной энергии упругих деформаций в очаге деформирования Величина этой энергии определяется напряженным состоянием в зоне контакта.

Работа сил трения ЛАтр при скачке деформации AS приводит к нагреву очап деформирования и изменению потенциальной энергии ЛЕ:

^■тр - р-с(Т-T0)-AV + АЕ, (9)

где р - плотность; с - удельная теплоемкость; Т - температура нагрева; 7"0 - исходная температура: AV-объем очага деформации при скачке AS'.

Работу сил трения при перемещении жесткого клина на величину скачка AS можне записать следующей формулой:

Mmp={f + tgr)N-bS, (10)

где N - нормальная нагрузка; у - параметр, характеризующий напряженное состояние в очаге деформации. Причем нормальная нагрузка равна

N = п • Аг ■ Sin в = K{2q> +1 - Sin{2y - 2в)+ Cos{2y - 2в)-ctgO)} ■ Аг • Sin 0,(11) где К-пластическая постоянная; <¡>-угол раствора центрированного поля линий скольжения.

Графоаналитический анализ теоретических зависимостей показывает, что удельная работа сил трения LAmpjbV при росте коэффициента трения по мере сдвига жесткого клина возрастает и при f, приближающимся к единице, стремится к бесконечности (рис.2, кривые 1 и 2). В то же время из соотношения (9) очевидно, что эта величина не может быть больше, чем р-с(Г-Г0) + А£

. Как показала теоретическая оценка и анализ экспериментальных данных, ЛЕ много меньше теплового эффекта в очаге деформации. При этом очевидно, что максимальная температура в очаге деформации не может быть выше температуры контактного плавления (Те) металлов, в противном случае трение из «сухого» переходит в «жидкое» с резким уменьшением коэффициента трения, что согласуется с представлениями об эвтектическом трении, развиваемыми А.П. Семеновым. При этом максимальное значение коэффициента трения, при

котором реализуются вышеописанные явления (разогрев до Т|). является величиной коэффициента статического трения.

На основании полученных зависимостей и принимая, что ЛЕ = 0, уравнение (1) можно преобразовать следующим образом:

(/ + ^ Р ■ - Т<)) П2)

А5

Формула (12) представляет собой соотношение безразмерных комплексов и выражает связь между силовыми характеристиками фрикционного контакта, теплофнзическими и механическими

р■ с{Гт - Т0)

:войствами взаимодействующих материалов. Числекные значения соотношения -

К.

'рис.2, кривые 3 и 4), Д^„,/>/ДК(рис. 2, кривые 1 и 2) определяют теоретическую величину

<оэффициента статического трения (рис.2, кривые 5, 6 и 7) при определенных сочетаниях материалов (Си - А1, N1 - А1) и температур контактирования (То). Зависимости получены расчетным путем для сочетания медь-алюминий и никель-алюминий при углах раствора клина

р-с(Т-Т0)

!40° и 170°, соответственно. Следовательно, полученное выражение - может

К

:лужить критерием, характеризующим_величину—коэффициента—статического Трения; а~~

шедовательно, и касательных напряжений в зависимости от физико-механических свойств «териалов и температуры контактного взаимодействия.

Экспериментальная проверка полученных результатов проводилась на специально конструированных приборах - трибометрах (А.с_№з 1385029) с использованием вакуумных становок (МДВ-301, ИМАШ-5С и др.).

Сак показали эксперименты, характер теоретических зависимостей хорошо согласуется с кспериментальными данньми, полученными при трении меди и никеля по алюминиевой юверхности (рис.2, кривые 8 и 9). Коэффициент статического трения при увеличении емпературы растет, проходит максимум, а затем падает. Причем температура максимума еоретического значения f хорошо совпадает с температурой, выявленной экспериментально. Сравнение экспериментальной зависимости коэффициента статического трения от нормальной агрузки с теоретической зависимостью / от угла раствора клина указывает, что наличие инимума в рассматриваемых зависимостях непосредственно связано с геометрией индентора, оделируклцего микровыступ поверхности.

Полученные результаты в целом согласуются с экспериментальными данными А.П. еменова, С.Б. Айнбяндера, Н.Л. Голего и других.

Анализ теоретических данных по внедрению со сдвигом жесткого клина в пластический атериал показал, что величина энергии, которая выделяется в контакте, связана не столько с гличиной площади физического контакта, сколько со степенью ее растекания А.4г /Аг. На рис.3 эивая 1 соответствует зависимости ААГ/АГ от коэффициента трения / в пределах эедварительного смещения, а кривые 2 и 3 - экспериментальным зависимостям коэффициента сватывания а в контакте медь-алюминий от величины/в вакууме 10° мм рт. ст. при

Рис.2. Схема построения теоретической зависимости коэффициента статического трения (J,) от температуры (Г).

1 - 29 = ¡40°; 2 - 20 = 170°; 3 -С р(ТЕ-Т)/К для сочетания Cu-Al; 4 - С р(ТЕ-Т)/К для сочетания Ni-Al; 5 ~/г для сочетания Cu-Al при 20 = 140°; 6-./¡-для Ni-AI при 20= 140°; 7 для Cu-Al при 20= 170°; 8 - экспериментальное значение/« для Ni-Al; 9 -/„ для Cu-Al.

температурах 573К и 6731С, соответственно. Характер полученных зависимостей подтверждает связь степени растекания площади контакта и схватывания поверхностей.

¿

Ю 0,8 0,6 5,4 0.2 О

1 1 л

/ / ■А

А

—^ Ч---

э.30 0,11 о Л

о, II 0,0$

ол

0.8

12

С

Рис.3. Зависимость коэффициента схватывания (а) медного индентора с алюминиевой

\

от коэффициента трения в пределах

поверхностью и относительной площади контакта

АЛ.

ЛА

г /

предварительного смещения. 1--— при 20= 140°; 2 - а при Г= 673 К; 3 - а при Т= 573 К.

Г

_Зависимосгь_каэффициента-схватывания-агтемпера1уры (рлс:4; имеет вид аналогичный

зависимости коэффициента статического трения от температуры, что указывает на единую природу рассматриваемых процессов. Сдвиг в пределах предварительного смещения приводит к интенсификации схватывания металлов в широком диапазоне температур.

Испытания на отрыв полученных соединений медный индентор - алюминиевая поверхность, проводимые при нормальной температуре, показали, что наибольшие значения прочности сварного шва имеют при температурах сварки, соответствующих максимуму коэффициентов статического трения и схватывания.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что температура контактного взаимодействия, при котором имеют место максимальные значения / и а, соответствует температуре, при которой прочность достигает наибольшей величины.

Таким образом, для оценки оптимальных значений температуры диффузионной сварки разнородных материалов можно использовать либо теоретические зависимости соотношения Р-с(Тп1-Т0)

К

от температуры, либо экспериментально определенные зависимости

коэффициента статического трения от температуры.

Экспериментальная отработка предлагаемой расчетно-экспериментальной методики троводилась для ряда распространенных конструкционных материалов (ЖС6К, 40Х. ВНС-2, ЭИ961 и др.) на специальных трибометрах, помещенных в рабочих камерах установок для шффузионной сварки в вакууме (МДВ301, А306.08 и др.).

При диффузионной сварке разнородных материалов широко используются специальные трослойки, выполняющие «барьерные» или «активирующие» функции при образовании

соединения. В настоящей работе были изучены методы выбора таких прослоек и с помощью вышеописанных представлений оптимизированы основные параметры процесса соединения.

Л ВД

Ц6

0.1

о

57* Ш 773 Т.К

Рис.4. Зависимость коэффициента схватывания а медного индентора с алюминиевой поверхностью от температуры : 1 - при сдвиге (г = гчм); 2 - без сдвига (г = 0).

Выбор материалов прослоек, как правило, производился на основании анализа диаграмм их состояния с материалами деталей, опыта и имеющихся в литературе данных. Так, для сварки жаропрочных никелевых сплавов (ЖС6К, ВЖЛ12У, ЖСЗДК и др.) со сталями 40Х, 45Х, ЭИ961, широко используются прослойки из технически чистого никеля НП-1, НЛ-2, которые исключают образование в переходной зоне хрупких карбидных слоев, что позволяет получать высокопрочные соединения. В случае диффузионной сварки титановых сплавов (ВТ-3-1, ОТ-4 и др.) со сталями (ВНС-2, 12Х18Н10Т и др.) используются сложные «барьерные» прослойки, состоящие из двух слоев У-Си, а для соединений, работающих при высоких температурах, из трех слоев У-Си-№. В связи с этим необходимо корректировать режим сварки путем определения зависимости коэффициентов статического трения от температуры для соответствующих композиций материалов.

Однако выбор состава прослоек и оценка оптимальных режимов их соединения с основными материалами является только одной из задач, решаемых при разработке технологии диффузионной сварки. Важным этапом является и выбор толщины прослойки. Он производится из следующих соображений: во-первых, она должна обеспечивать исключение образования хрупких соединений (барьерные функции) при температурах сварки и эксплуатации и, во-вторых, не должна снижать механические свойства, так как она. как правило, пластичнее основных материалов.

Для теоретической оценки процесса взаимной диффузии в соединениях с прослойкой была использована физическая модель массопереноса в пластически деформируемых материалах. Для расчетов были выбраны системы Ре-ЬП, Ге -М-У и 45Х-Ы|'-ЖС6К.

Математически задача сформулирована следующим образом:

1. Рассматривается одномерная система, состоящая из двух различных материалов и прослойки толщиной Ь между ними из третьего материала.

n■№911 г"4ч 1

/ /

г

2. Производится исследование взаимной диффузии материалов в условиях пластической деформации во всех материалах (компонентах) системы, которая задается таблицами относительных деформаций (е-, = Л I, /I,). Это условие является важной отличительной чертой настоящей теоретической модели.

3. Учитывается концентрационная зависимость компоненты 1 (материал прослойки) в компонентах 2 и 3, с помощью таблиц значений коэффициентов активности у,¡(СО компонента 1 в сплавах с компонентами 2 и 3.

4. При решении математической задачи используется аппарат теории диффузии в двухкомпонентных сплавах.

Процесс взаимной диффузии описывается дифференциальным уравнением относительно концентрации С/(х. I) компоненты 1 (прослойки), где х - ширина зоны; / - время:

ЗС,

81 дх I дх

-оо-сж+со, 0 </</„,

(13)

при следующих условиях А

,(х.0) =

с12 ,-°0 < ЛГ < -

2'

Коэффициенты диффузии определяются соотношениями, учитывающими развитие пластических деформаций

[012(с,,ё, -оо<х<0,

\й0(с,,е, ,£■,,/), 0<л:<оо,

где

£»,,(с,,е, .¿,./) = 0О, 1 +

(14)

¿'П Г,2 31 пс.

О+^сЖ,

(1 + ^£2{/))(1-С|) +

0„(С,.£, ,/) = £>„. 1 +

+ 0„, 1 +

3\пу„ д1пс.

(1+Мз(0Х1~с|)н

д1п(\

От^Пт'ехр^'/КГ), Оа^йпехр^^Щ и Оо]=Ом'ехр(-д3'/ДГ) -коэффициенты амодиффузии компонент 1, 2 и 3 без приложенного извне механического напряжения; Ал". Дц*. )оз' и ОО}'- О/ - их предэкспоненциальные множители и энергии активации; к\, кг, и к] -юстоянные, характеризующие пластические деформационные свойства материалов, равные

/7

< .V С 00

к{=Пь11, ,м=схр (-С./ЛГ). ^=ехр(-е2/ЛГ)

Г()у| Г0У2 Г(1,-3

= ехр{~Оз/КТ) - равновесные концентрации вакансий материалов, а 01, Оз - энергии и> образования; концентрации вакансий .материалов, возникших в результате пластическог деформации, берутся в виде ц^-а^Ь^"}. (/=1,2.}). Здесь ар Ьр щ -эмпирические константь эксперимента; г\, п и гз - время жизни вакансий в соответствующих компонентах.

При численном решении задачи бесконечная область изменения переменной х задаете« конечным интервалом [- х0,х0], где х0 = Л/2 + /,. Величина Ь - толщина прослойки, а 1а -условная ширина диффузионной зоны.

Решение поставленной задачи осуществлялось разностным методом с помощью прикладных программ «01РЕХ1.АУ-М0». Основные значения констант и характеристики материалов заданы в самих пакетах. При этом предусмотрена возможность задания серии новых значений некоторым из них. Там, где это было возможно, в расчетах использованы значения физических величин сплавов ЖС6К и 45 X. В случаях, когда таковые не были найдены, использованы данные сплавов, близких к ним по составу.

На рисунке 5 в качестве примера представлены полученные теоретические концентрационные кривые ванадия и железа в никелевой прослойке.

Анализ теоретических зависимостей концентрационных кривых по глубине диффузии в зоне соединения от основных параметров диффузионной сварки показывает, что в течение времени, характерного для технологического процесса (15-30 мин) зоны диффузионного взаимодействия достаточно малы (3... 10 мкм). Следовательно, использование прослоек толщиной 50 и 100 мкм обеспечивает их барьерную функцию.

Экспериментальная проверка полученных закономерностей проводилась с помощью методов изотопов, металлографических исследований, оптической и электронной микроскопии, испытаний на микротвердость и др.

В настоящей работе предложена оригинальная методика определения оптимальной толщины отдельных прослоек либо пакета из двух и трех прослоек в целом. При этом были сокращены материальные (прослойки V и Си) и временные ресурсы.

Как показала теоретическая оценка и экспериментальные исследования при оптимальных толщинах прослоек в соединении реализуется эффект их контактного упрочнения. Прочность соединения находится на высоком уровне и приближается к прочности основных материалов

(0,8...0,9) «у?*.

Таким образом, описанные в данной главе теоретические и экспериментальные исследования, позволяют оценить оптиматьные значения основных параметров диффузионной сварки. Однако, что очень важно при отработке промышленных технологий, необходимо определить диапазоны возможных отклонений (варьирования) температур (Та), давления (/>св) и времени (гси) сварки. Экспериментальные исследования проводились с помощью методики математического планирования эксперимента. Для построения математических моделей использовались двух- и трехфакторные планы второго порядка Бокса-Дрейпера и ротатабельные планы Бокса. Полученные уравнения регрессии (математические модели) адекватно описывают

зисимости прочности «7™) и макропластической деформации (¿') соединения от Тс„ Рс, и гс» я ряда изучаемых сочетаний материалов, в том числе ВЖЛ 12У-')И961. ВЖЛ12У-45Х, ЖС6К-X. ЗОХГСА-ДИ-8 и др.

ис.5. Концентрационное распределение ванадия и железа в прослойке никеля в зависимости от сварочного давления (Рск). 1 -Ли-ШУ!Па;-3—Рст^~15-МПа:

В результате проведенных исследований с вероятностью 95% определены доверительные гервачы варьирования основных параметров для сварки изучаемых сочетаний материалов, пример, на рисунке 6 графически представлены поверхности отклика и область возможных :лонений температуры и давления сварки для сочетаний ВЖЛ 12У+ЭИ961.

Полученные теоретические и экспериментальные данные легли в основу разработанных пологий изготовления элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов.

В третьей главе рассматриваются особенности и закономерности процессов, »исходящих при диффузионном соединении однородных и разнородных сочетаний материалов ез расплавляющиеся прослойки.

Несмотря на большие возможности диффузионной сварки в вакууме разнородных ериалов, во многих случаях целесообразно использование способов диффузионного цинения через расплавляющиеся прослойки, которые по характеру развития процессов близки энтактно-реактивной пайке, сварке-пайке и пайке через припои сложного состава. Например, <!е процессы используются при изготовлении элементов конструкций ГТД сложной формы, ющих очень жесткие требования к размерам, а также для активации процессов образования чиых химических связей с резко отличающимися химическим составом и структурой ериалов (металл-керамика и т.п.) и в некоторых других случаях.

Большой научный и практический интерес представляют исследования кинетики развития фузионных процессов в зоне соединения на различных их стадиях развития, что позволит :нованно выбирать оптимальные условия формирования переходной зоны и оценивать |ения основных технологических параметров.

Экспериментальные исследования проводились на оригинальном многоканальном приб< смонтированном в вакуумной камере установки для высокотемпературных исследований НМЛ 5С.

Рис.6. Линии равной прочности (ст" ) и макропластической деформации (е) диффузионного

соединения ВЖЛ12У-ЭИ961 при времени сварки (гсв):-Гс»= 20 мин;-----гсв = 12,5 мин; 1

асев = 800 МПа; 2 - о™ = 850 МПа; 3 - а" = 900 МПа; 4 -ст" = 960 МПа;

5-£=3°/о;6-£=5%.

Прямыми наблюдениями с помощью оптического микроскопа в процессе нормальн« нагружения и трения в вакууме контактных пар из медной проволоки (индентор) с образцом алюминия (гладкая поверхность) установлено, что после касания при температуре 810 К и вы на поверхности массивного образца вокруг контакта развивается зона диффузионнс взаимодействия в виде ореола темного оттенка, а появление жидкой фазы — эвтектики сопровождается ростом характерной лунки.

Киносъемка начальной стадии процесса развития зоны диффузионного взаимодейсп позволила выявить, что движение границы зоны происходит прерывисто. Коэффициен массопереноса на стадии роста достигают величины 10°... 10"6 м2/с.

На более поздних стадиях, спустя 15-20 с. как показал анализ данных, полученн киносъемкой, характер роста ореола равномерный и описывается следующей формулой:

г2 =4,005-е~"г -г, (15)

где г — радиус зоны взаимодействия, м; г - время, с: Я - универсальная газовая постоями. Г- температура, К. Энергия активации процесса Е равна 124000 Дж/моль.

Для исследования состава и свойств зоны диффузионного взаимодействия использовали тонкие физические методы: рентгенография, рентгеноструюурный и микрорентгеноспектральн!

низы, оптическая и электронная микроскопия, послойный анализ методом масспектрометрии ричных ионов и др.

Полученные рентгенограммы указывают на образование в зоне контакта соединения АЦ. Обнаружена также фаза СиАЬ. При удалении от контакта в зоне взаимодействия структура гветствует С'иАЬ и ГЦК- А1. За пределами указанной зоны концентрация меди, как показал рорентгеноспектральный анализ, постепенно снижается до нуля.

Анализ поперечных шлифов исследуемых образцов позволил установить, что размеры ы объемного взаимодействия непосредственно около контакта в десятки раз меньше зоны, азующейся на поверхности образца. Оптической микроскопией при увеличении в 2500 раз гтливо выявлена двухфазная структура в указанной зоне. Концентрация меди в зоне |фузионного взаимодействия по данным микрорентгеноспектрального анализа составляет 30-

С помощью оптической микроскопии и послойного анализа методом масспектрометрии тачных ионов установлено, что развитие зоны интерметаллидного соединения СиА1г вдоль грхности массивного образца происходит в тонком приповерхностном слое толщиной порядка 4 мкм.

При уменьшении температуры ниже 810 К существенно изменяется структура иоконтактной области. Анализ поперечных шлифов показал, что в контакте образуются грметаллические— соединения-в-виде—прослоек-СиА12Г~СПА1, ии^А^. Коэффициент роста ;рметаллических прослоек на несколько порядков ниже коэффициента массопереноса в )виях контактного плавления. Экспериментальные данные по развитию интерметаллических :лоек имеют хорошее соответствие с данными Л.М. Ларикова и других по кинетике объемного (модействия в системе СиА1.

Выявлено, что контактное плавление для медного индентора и гладкой алюминиевой грхности имеет место при температуре 810 К, а температура плавления эвтектики 821 К. В и с этим необходимо отметить, что большинство металлохимических реакций являются термическими. Так, при контактном взаимодействии меди с алюминием с образованием СиАЬ еляется энергия, равная 56,9-104 Дж/кг.

Эксперименты, проведенные на других сочетаниях металлов (никель-алюминий, кремний-миний, медь М2 - алюминиевый сплав АМгб, сталь ВНС-2- медь- ванадий- титановый сплав 5-1 и других), выявили аналогичный характер формирования зоны диффузионного модействия при контактном плавлении.

Наблюдаемый при этом прерывистый характер развития зоны взаимодействия указывает на (чие в системе элементов самоорганизации процессов и, по-видимому, объясняется различием юстей образования химических соединений и плавлением эвтектики.

Как показали исследования, чтобы уменьшить в переходной зоне количество хрупких :рметаллических фаз и исключить их вредное влияние, необходимо в первую очередь гмизировать время процесса соединения. Таким образом, с практической точки зрения юльший интерес представляют технологии, в которых процесс ведется в течение коротких нежутков времени.

Применительно к практическим задачам были исследованы процессы соедине! следующих сочетаний сплавов: медь М1 - алюминий АД!, жаропрочный сплав ЖСб'У износостойкие никелевые сплавы ВКНА-2 и кобальтовые 489, 492 и др. Полученные дань нашли применение при разработке технологий изготовления бронзо-стальных подшипни] скольжения для роторов турбин малоразмерных турбоагрегатов, армирования лопаток турбщ т.п.

Однако в практических задачах часто возникает необходимость получения диффузной» соединения однородных сочетаний материалов либо сочетаний, в которых невозмоя образование эвтектики. В связи с этим актуальным является проведение исследований проце диффузионного соединения через специальные расплавляющиеся прослойки.

Наиболее оптимальным вариантом является использование такой прослойки, темпераг плавления которой повышается в процессе сварки или отжига сваренных деталей вследсп перераспределения элементов основы и прослойки, т.е. процесс соединения ведется в режу сварки-пайки («Борофьюз-процесс», ОЬТ-процесс и т.п.)

Для соединения жаропрочных никелевых сплавов одной из перспективных систем являе система никель-бор, а в некоторых случаях кобальт-бор.

Для получения прослоек, активизирующих процесс диффузионной сварки, в настояи работе были опробованы следующие способы осаждения прослоек на сплавы ЖС6У, ЖС6К, Ж 26 и ЖС-32: электроискровое легирование, диффузионное борирование, электронно-луче! напыление, химическое и электролитическое осаждение композиционных покрытий. Наибо1 хорошие результаты показала технология электролитического осаждения прослоек, в котор отсутствует необходимость применения термического воздействия при достаточно высок скоростях осаждения, а также возможности регулирования толщины покрытия. ВсдедстЕ большого количества дефектов структуры и наличия большого числа вакансий в композиционн электролитических прослойках диффузионные процессы при сварке протекают более активно сравнению с материалом такого же состава, но полученного металлургическим путем.

Состав электролита для никелирования содержит: №СЬ - 6Н2О - 300 г/л и Н3ВО3 - 40 г В качестве анода применяли пластины из технически чистого никеля. Катодная плотность тока А/дм2, температура электролитов 323..373 К, рН электролитов - 3...4, средняя скорость осажден 1...2 мкм/мин. В качестве дисперсной добавки применяли аморфный бор с размером частиц 1. мкм в количестве 20 г/л для системы N¡-8. Для системы №-В-"ПС вводили мелкодисперен! порошок "ПС в количестве от 4 до 9 г/л. Карбид титана вводили с целью связывания борг титаном в ходе диффузионной сварки, что предотвращает охрупчивание сварного соединения. 1 отработанной технологии осаждались покрытия толщиной от 10 до 90 мкм.

Анализ экспериментальных исследований по сварке-пайке жаропрочных сплавов ЖС6 ЖС-26, ЖС6К, ЖС-32 показал, что наиболее целесообразным вариантом технологии использованием прослойки №-В является проведение процесса при температуре 1433...1453 давлении сжатия 7...10 МПа, времени выдержки 30-120 мин при толщине прослойки 30...50 мк Прочность полученных соединений при контактной температуре на уровне прочное свариваемых сплавов ЖС6У и ЖС6К при температуре 1123 К составляет 600...780 МПа, ч несколько ниже прочности ЖС6У и ЖС6К при нормальной температуре (~ 900 МПа). Пос

рки-пайки возможно проведение термической обработки с целью восстановления структуры овного сплава и выравнивания химического состава и структуры в зоне сварки.

Исследования с помощью электронной микроскопии переходной зоны позволили сделать юд, что по количеству и дисперсности /'-фазы се структура вполне удовлетворительна. Хотя [ытания соединений на жаропрочность показывают, что время до разрушения при температуре 8 К и нагрузке 140 МПа составляет 30-40 ч, т.е. менее 0,7 от жаропрочности основного •ериала.

В качестве основной компоненты, увеличивающей жаропрочность переходной зоны динения, в настоящей работе был исследован карбид титана. Во-первых, TiC во многих случаях [ является добавкой, способствующей повышению жаропрочности; во-вторых, вытеснение ана элементами, более склонными к карбидообразованию (Cr, W), позволяет увеличить ичество /'-образующего элемента и способствует более равномерному выделению у'-фазы, а юлнителыюе количество сложных карбидов и карбоборидов также должно упрочнить сходную зону. Кроме того, введение в никелевую матрицу аморфного бора и карбида титана [водит к снижению первого компонента до 2,2 масс.% и тем самым сдвигает температуру ¡азования эвтектики в сторону повышения. Рекомендуемый состав электролита: В - 80 г/л, TiC 5. ..25 г/л, что позволяет получать оптимальное соотношение в прослойке (A.c. 1431384).

Сварка-пайка при температуре 1473 К, давлении сжатия 100 МПа, времени до 4 ч позволяет 1ественноулучшить-структурутгфехщпой"зоны й~физико-механические свойства соединений.

Таким образом, выбор оптимального состава прослойки позволяет вести процесс сварки-ки на режимах, близких к режимам закалки основных сплавов, что, очевидно, приводит к явлению элементов самоорганизации процессов, происходящих в зоне соединения.

Полученные результаты исследований легли в основу технологий изготовления составных аток турбин и рабочих колес роторов турбоагрегатов и т.п.

Для диффузионного соединения (диффузионной пайки) жаропрочных никелевых сплавов ЖС6К, ЖС-26 и др.), а также нержавеющих окалиностойких сталей широко применяются елевые припои сложного состава, например, для первой группы материалов серийные припои з-7, ВПр-40Н, ВПр-11 и др. Их достоинства - высокая пластичность, хорошая смачиваемость овных материалов, растворимость лигатур.

Проведенные в настоящей работе исследования и сравнительный анализ полученных ных показали, что принципиальных преимуществ технологий пайки через такие припои по знению с вышеописанной технологий нет. Механические свойства сварных соединений, ученных указанными способами, во многих случаях близки, а в некоторых даже ниже. При « сложность состава припоев и технологий их изготовления существенно повышает их iMOCTb. Возникают технические проблемы внесения припоев и регулирования их количества в жом стыке.

Для соединения нержавеющих окалиностойких сталей (12Х18Н10Т, ЭИ-435) в настоящей зте были исследованы расплавляющиеся прослойки сложного состава: NiSi-Cr-NiSi, Ni(TiCr2), rB7, Ni-A1B2, Ni-СгВг, NiP-Cr-NiP, а также стандартные припои Г70НХ, ПРН-58Ф, ВПр-33, >-42. В качестве основного параметра, характеризующего качество соединения, были выбраны

термостойкость и эрозионные свойства припоев в сочетании с соединяемыми сталями. В проце исследований были определены оптимальные температуры пайки и толщины прослоек.

Анализ полученных данных показал, что прослойки на основе Ni-P и Ni-B имеют да несколько более низкие показатели эрозионной активности по сравнению со стандартны припоями, в особенности Г70НХ, ПРН-58Ф по отношению к нержавеющей стали 12XI8HII Стандартный припой ВПр-42. содержащий в качестве дипрессантов В и Si, по эрозиони активности близок к составам композиционных покрытий. Причем достаточно низкая эрозиош активность может быть объяснена пассивирующим действием содержащихся в его составе С, 8,1%, Mo - 15%, W - 9% и Со - 15%.

Результаты проведенных исследований нашли отражение в технологиях пайки элемент пластинчатых теплообменников двигателей летательных аппаратов. Причем, учитьн конструктивные особенности теплообменников, разработан способ диффузионной сварки ( припоев одних элементов (ребер) и пайки других (пластин) теплообменников (A.c. №1539027).

В четвертой главе изложены результаты комплексных исследований физш механических свойств диффузионных соединений.

Элементы конструкций ГТД и турбоагрегатов в процессе эксплуатации подвергают воздействию множества разнообразных факторов: статическим и динамическим механическ нагрузкам в широком температурном диапазоне, термоциклированию, трению и износу, корроз и др.

Знание физико-механических свойств диффузионных соединений, применяемых элементах конструкций двигателей, имеет важное значение как при конструировании новых узл< так и для определения их работоспособности в условиях эксплуатации. В настоящей диссертац работоспособность диффузионных соединений изучалась путем определения их надежности условиях разрушающих испытаний на растяжение при нормальной и рабочей температур! длительной прочности при температуре эксплуатации, термо- и износостойкости, усталости! свойств в рабочем диапазоне температур.

Определение технологической надежности соединений жаропрочных сплавов со сталям выполненных диффузионной сваркой в вакууме, проводилось на основе методики определен гарантии неразрушаемости, т.е. вероятности разрушения по формуле Стрелецкого при испытани на растяжение. В качестве основного сочетания материалов было выбрано ВЖ12У-№-ЭИ9( Полученные статистические данные по прочности образцов при температурах 293К и IT. обрабатывались с целью подтверждения нормального закона распределения как д кратковременной прочности сварного шва, так и для расчета гарантии неразрушаемости i Стрелецкому.

В результате математической обработки статистических данных по прочности установлю что сварное соединение с вероятностью 0,96 при 293К и с вероятностью 0,93 при 773К разрушится при растягивающей нагрузке, равной 0,9 от предела прочности сплава ВЖЛ12У, т как он менее прочен, чем сталь ЭИ961 в исследуемом диапазоне температур.

Стабильность технологии и высокие значения вероятности неразрушения говорят высоком уровне надежности сварных соединений Данный вывод подтвержден и испытанияг натурных узлов.

Изучаемое диффузионное соединение работает в условиях высоких температур (773 К), этому определенный интерес вызывает расчетная и экспериментальная оценка !отоспособности соединения при ползучести и, в первую очередь, длительной прочности.

(Сак показали проведенные в работе расчеты, наблюдается значительное уменьшение ¡)екта контактного упрочнения с увеличением продолжительности испытаний.

Экспериментальные исследования длительной прочности рассматриваемого сочетания ериалов и статическая обработка полученных данных позволили выявить линейную арифмическую зависимость длительной прочности (<гзв) от времени до разрушения (гр) в виде внения с доверительной вероятностью 95%:

I± 0,129 = 1,899 - 0,1961ёг/). (16)

Снижение сопротивления ползучести "мягкой" никелевой прослойки в переходной зоне динения при возрастании температуры приводит к уменьшению предела длительной прочности рного соединения, особенно при высоких значениях длительности времени до разрушения, яако следует отметить, что время работы натурных роторов турбин турбоагрегатов, как вило, не превышает 10 часов. При этом длительная прочность достаточно высока - 500 МПа

, >0,8 <?"„"), что обеспечивает хорошую работоспособность соединения в условиях плуатации. ___

Ьолее полную характеристику несущей способности сварных конструкций ГТД в реальных овиях эксплуатации дают испытания образцов-свидетелей на термическую усталость, так как онность соединений к локальным хрупким разрушениям не выявляется методами статических (ытаний на растяжение.

В настоящей работе для проведения испытаний на термическую усталость была работана оригинальная установка на базе машины для контактной точечной сварки (МТП-75-с нагревом образцов пропусканием тока и охлаждением сжатым воздухом. Установка спечивает линейный рост температуры образца до 773К со скоростью 75К/с и охлаждение по поненциальному закону до 293К со средней скоростью в начале полуцикла ббОК/с. В оставлении с динамичностью стендового спектра нагружения натурных узлов такая форма моцикла может быть отнесена к ускоренному режиму термоусталостных испытаний.

Как показали испытания сварных образцов на базе 1000, 2000 и 3000 термоциклов чность соединений на растяжение практически не отличается от исходной прочности при ¡натной температуре. На рабочей поверхности образцов не обнаружено трещин термической

1ЛОСТИ.

Аналогичные результаты были получены при испытаниях диффузионных соединений 6К+№+45Х. ВТ-3-1 +У +Си -ВНС2 и др.

Испытания на термостойкость диффузионных соединений жаропрочных никелевых и альтовых сплавов, полученных через расплавляющиеся прослойки, проводились на установке, нтированной на базе камерной электропечи типа СНОЛ. Термический цикл: нагрев до 1223К , = 100К/мин) и охлаждение сжатым воздухом до ЗОЗК (1-'лг200К/мш|)- Все исследуемые азцы прошли испытания в течение 400 циклов.

Анализ полученных данных (сочетание ЖС6КП - ВЖЛ-2) показывает, что гковременная прочность при 1173 К для образцов, полученных диффузионной сваркой без

прослоя и с прослоем никеля, до и после термоциклирования практически не изменилась, в время как высокотемпературная прочность соединения через припой ВПр-10 по< термоциклирования снизилась на 35%.

Полученные данные хорошо согласуются с известными результатами для других сочетай жаропрочных сплавов (ВХ4, ЭП99 и др.). Так, максимальную термостойкость имеют соединен полученные диффузионной сваркой, минимальную - сваркой плавлением, паяные соединен имеют промежуточное положение.

Роторы турбин ГТД и турбоагрегатов при наличии изгибающего момента и некотор динамической неуравновешенности работают в условиях воздействия знакопеременных нагруз! В связи с этим динамические испытания сварного соединения, например, усталостные, позволя получить более полное представление о работоспособности диффузионных соединений условиях эксплуатации.

Исследования усталостных свойств диффузионных соединений проводились для сочетай ВЖЛ12У-МьЭИ961 при температуре 293 К на машине типа МУИ-6000, а при 773 К - на маши МВП-10000. Схема испытаний - изгиб при вращении. Испытания проводились на базе 107 цикле

Анализ экспериментальных данных показал, что предел выносливости сварнс соединения составил ст_1=185 МПа, а для сплава ВЖЛ12У - 250 МПа, т.е. 74% от основнс материала при 293 К. Повышение рабочей температуры до 773 К привело к несущественно: снижению предела выносливости сварного соединения а.\ = 160МПа, т.е. на 13,5%.

Анализируя поверхность усталостного излома, можно отметить, что зарождение треши! происходит на поверхности мягкой прослойки никеля, ярко выражены зоны постепенно развития трещины и статического разрушения.

На основании этих исследований можно отметить, что диффузионные соединения ротор турбин ГТД и турбоагрегатов вполне работоспособны в условиях воздействия циклическ: нагрузок в рабочем диапазоне температур.

В связи с необходимостью больших материальных и временных затрат на определен усталостных характеристик сварных соединений важной научной и практической задачей являет разработка теоретических (расчетных) методов и методик их оценки.

В пятой главе изложены результаты исследований по оценке усталостных свойс диффузионных соединений из разнородных материалов с мягкой прослойкой на основан! принципов механики остаточных напряжений.

В настоящее время все более широкое применение приобретают методи! прогнозирования предела выносливости элементов конструкций на основе построен] математических моделей формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей заранее определенными механическими свойствами.

Анализ результатов комплексных исследований структуры переходной зоны комплексных физико-механических свойств вышеуказанных диффузионных соединений (налит достаточно широкой зоны со свойствами мягкой прослойки, высокие механические свойств характер разрушения при циклических нагрузках и т.п.) показывает, что имеются хорош! предпосылки использования таких моделей, хотя в настоящее время для выбранной композит материалов они отсутствуют.

Как показали проведенные экспериментальные исследования для сочетания ЭИ961-№-Ю112У, в переходной зоне после сварки имеются технологические остаточные напряжения, но эвень их невелик. Причем после термической обработки (отжига) при 803 К в течение 2 часов технологии, соответствующей термообработке натурных узлов, технологические остаточные пряжения стремятся к нулю и экспериментально их выявить не удается. Следовательно, при строении математической модели их можно не учитывать.

При построении теоретической модели были приняты следующие гипотезы:

1. Теории пластичности деформируемого твердого тела применимы для описания процесса формирования ослабленного поверхностного слоя. Это позволяет использовать весь тематический аппарат, созданный для описания физической нелинейности деформаций тела, и именить его для построения научно обоснованной модели формирования остаточных зряжений в поверхностном слое деталей.

2. При деформировании ослабленного слоя предполагается наличие малых зугопластических деформаций. Для реальных материалов деформация поверхностного слоя не :вышапа 0,025% при максимальной используемой нагрузке.

3. Предполагается различие пределов текучести на растяжение и сжатие ослабленного зерхностного слоя. Это явление, известное для макроскопических тел, было подтверждено в :сертации экспериментально.

-4—Мехашчес1ше—характё{5йстики ослабленного поверхностного слоя диффузионного

динения по осевой координате изменяются по тому же закону, как и в глубине материала, ¡годаря этому можно использовать метод измерения микротвердости /ия определения закона мнения механических характеристик поверхностного слоя сварного соединения по осевой >рдинате.

5. Предполагается отсутствие постоянных остаточных напряжений в поверхностном слое |)фузионного соединения, вызванных технологией его изготовления. Адекватность этой гатезы экспериментально подтверждается.

В качестве теоретической основы построения модели была взята теория пластического ения. В главе приводятся основные положения этой теории применительно к поставленной аче.

Описание кривых деформирования исследуемых материалов осуществлялось с помощью исимостей:

/;,' = а/Е = С (а/а,)", (17)

где €е и Ер - упругая и пластическая составляющие эквивачентной деформации тветственно: а - эквивалентное напряжение; Е - модуль продольной упругости; а, - предел /чести; С, П| - постоянные материала.

В качестве циклической диаграммы деформирования использовалась обобщенная лическая диаграмма, справедливая для большинства конструкционных материалов:

с/Ч = о"-" + ¿Ь = + (18)

где о = а/а, яс с'г, - относительные координаты на диаграмме деформирования, £ и е -Зщенные координаты в случае к-го цикла нагружения.

В качестве метода решения в математической модели использовался ши| апробированный метод конечных элементов. Расчетная область цилиндрической де разбивалась на треугольные трехузловые конечные элементы. Силовые граничные усл< изменялись в зависимости от вида исследуемой деформации.

Поставленная задача с точки зрения метода конечных элементов равносильна реше системы линейных уравнений } = [Л']- {с/<5}. Здесь [А'] - глобальная матрица жестю ансамбля конечных элементов; {<Л> | и (с/Г. | - векторы приращении узловых перемещай внешней нагрузки, соответственно. При нахождении решения задачи на каждом цикле нагруж( применялся шаговый метод, предложенный Ямала.

В качестве исходных данных в расчетах использовались механические характеристш остаточные напряжения ослабленного поверхностного слоя, определенные с помощью расче экспериментальных методик. В качестве величины, характеризующей остаточные напряжен) поверхностном слое с толщиной, равной глубине нераспространяющейся трещины усталости I был принят интегральный критерий остаточных напряжений:

(19)

£ У

где д = — - относительное расстояние до текущего слоя.

Определяя расчетным путем экстремум критерия остаточных напряжений в зависимоеп амплитуды внешней нагрузки, представляется возможным прогнозировать значение пре; выносливости (0:1). На рис.7 представлена зависимость критерия остаточных напряжений

Р

коэффициента перегрузки К =- (Р.\ - амплитуда внешней нагрузки, соответствующая а. 1)

диффузионных соединений с различной толщиной прослойки. Критерий сжимающих остаточ] напряжений с учетом Гкр имеет экстремум при амплитуде внешней нагрузки, соответствую! пределу выносливости (сг.|), что лежит в основе прогнозирования а.\.

В результате проведенных исследований разработана методика прогнозирования пре£ выносливости диффузионных соединений с мягкой прослойкой разнородных сочета материалов с использованием построенной на основе принципов механики остаточ1 напряжений и заранее определенных механических свойств ослабленного поверхностного слоя

Расчетные значения пределов выносливости, найденные с помощью разработан методики, вполне хорошо согласуются с экспериментальными данными для сварных сосдине жаропрочных сплавов со сталями через прослойку никеля (ВЖЛ12У - N1 - ЭИ961, ЖСбК - Г 45Х, ЖСЗДК - N1 - ЭИ961). Точность прогнозированных величин а.\ находится в преде; необходимых для инженерных расчетов (3-7%).

В шестой главе изложены результаты разработки и внедрения технологических процес диффузионного соединения элементов конструкции ГТД и турбоагрегатов, а также узлов некоторых других отраслей машиностроения.

На основании проведенных исследований были определены требования к подготовке пей и прослоек перед сваркой, оптимальные режимы сварки и другие параметры процесса, а ;е способы их регулирования, предложены методы оперативного неразрушающего контроля ства соединений после сварки.

О 0,2 c>v 0,6 0,8 1,0 Н

с.7. Критерий остаточных напряжений (о/,„.,„) сварного соединения ВЖЛ12У-N i-ЭИ961_прн_ чистом изгибе с вращением в зависимости от коэффициента перегрузки (К) при толщине прослойки (<5). 1 - 5= 50 мкм; 2 - 5- ЮОмкм; 3 - S= ЗОмкм.

Особое внимание уделено разработке способов интенсификации процессов, ответственных ормирование качественных соединений, созданию технологической оснастки, модернизации »удования для сварки (ряд технических решений защищен 13 авторскими свидетельствами), разработаны новые термомеханические циклы для дифференцированного нагрева деталей, ойства для интенсификации процессов трения в контакте свариваемых материалов, ологическая оснастка, позволяющая повысить производительность технологий соединения.

Технологические процессы диффузионной сварки в вакууме нашли широкое применение изготовлении роторов турбин малоразмерных ГТД и турбоагрегатов, рабочие колеса которых аропрочных сплавов ЖС6К, ВЖЛ12У, ЖСЗДК, ЛЖ-1, ЛЖ-3, АНВ-300 соединяются с валами галей ЭИ961, 40Х, 45Х, Ст.45 и др. Спроектированная оснастка, в том числе, индукторы для льного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ), позволяют реализовать сварку для ряда >размеров роторов турбин в зависимости от сечения и размеров.

Представляют большой практический интерес технологии диффузионной сварки рабочих с турбокомпрессора из титанового сплава ВТ-3-1 с втулками лабиринтных уплотнений из и ВНС-2, роторов турбоэнергоагрегатов из магнитной (ЗОХГСА) и немагнитной (ДИ-8) ей, а также элементов подвижных модулей уплотнений из титанового сплава ОТ-4-1 и сталей 18Н10Т.

Технологии армирования бандажных полок и торцев пера турбинных лопаток состойкими никелевыми и кобальтовыми сплавами (ВЖЛ-2, ВКНА-2, 498, и др.) эффективны ipii изготовлении новых образцов лопаток, так и ремонте отработавших ресурс. Оригинальная

технологическая оснастка и индукторы специальной формы позволили реализовать на натурн узлах локальный нагрев токами высокой частоты со всеми его преимуществами.

Преимущества расплавляющихся прослоек сложных составов на основе N¡-8 более пол реализованы в технологиях сварки-пайки и пайки жаропрочных сплавов (ЖС6У, ЖС6КП, ЖС-ЖС-33 и др.) и окалиностойких сталей (12Х18Н10Т, ЭИ-435) применительно к изготовлен! составных турбинных лопаток, пластинчатых теплообменников и бронзо-стальных элемент подшипников скольжения в турбоагрегатах.

Кроме того, в работе представлены примеры соединения для изделий ракетно-космическ отрасли (биметаллические переходники), инструментальной промышленности (литьевые фор& штамповый, режущий, буровой инструмент) и т.п.

Основными технико-экономическими показателями преимущества технолог диффузионного соединения по сравнению с базовыми являются: улучшение физико-механическ и эксплуатационных характеристик соединения, снижение массогабаритных характерист элементов конструкции, повышение их ресурса и надежности, снижение брака при изготовленш экономия редких и дорогостоящих материалов. Так, разработанные и внедренн технологические процессы диффузионного соединения позволили снизить на 25-4( массогабаритные характеристики и 15-35% момент инерции роторов турбин малоразмерных Г и турбоагрегатов, в 1,5-2,0 раза снизить брак при их изготовлении по сравнению с технологи сварки трением. Применение технологии сварки-пайки составных турбинных лопаток Г позволяет снизить рабочую температуру используемого сплава на 25 К, что приводит увеличению их ресурса в 3 раза. Технология армирования торцев пера турбинных лопат обеспечивает хорошую прирабатываемость, что дало увеличение ресурса эксплуатации лопатот соответственно повышение вероятности отработки полного ресурса изделия с 96,1% до 99,6 Технология восстановления бандажных полок турбинных лопаток позволяет увеличить их рес) в 1,5-2 раза. Внедрение технологии изготовления биметаллических подшипников скольжения д валов роторов турбоагрегатов позволило на 50% уменьшить использование дорогостоящ бронзы, не снижая технических характеристик изделия. Необходимо отметить, что все технолог экологичны по отношению к окружающей среде.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных технологий только предприятиях ОАО «АЛюлька-Сатурн» (г. Москва), ГУП СКВ «Турбина» (г. Челябинск), О/ ОМКБ и АО «Омское моторостроительное предприятие им. П. И. Баранова» (г. Омск), О/ «Моторостроитель» (г. Самара), ГНП РКЦ «ЦСКБ - Прогресс» (г. Самара), Корпорация «ЛИТ. (г. Самара), «ПЛАДЕЛ» (г. Самара) составил 3,8 млн. руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Решена важная народно-хозяйственная проблема создания и внедрен высокоэффективных элементов конструкций ГТД и турбоагрегатов на базе разработ прогрессивных технологий диффузионного соединения однородных и разнородных сочетая жаропрочных никелевых, кобальтовых, титановых и других сплавов и сталей.

2. Сконструирована специальная аппаратура и разработаны методики, позволяют непосредственно в процессе формирования диффузионных соединений в вакууме исследовг

уктуру с помощью оптической микроскопии и фиксировать параметры контактного шодействия (А.с. № 1385029).

3. Разработана математическая модель, позволяющая получать аналитические кнмости, описывающие процессы деформирования, трения и схватывания в контакте юродных материалов в условиях локального нагрева при диффузионной сварке в вакууме.

4. Предложен критерий, характеризующий величину коэффициента статического трения и энность материалов к схватыванию в зависимости от свойств контактируемых материалов и пературы в виде отношения теплосодержания материала при его нагреве до температуры

5. Разработана математическая модель процесса взаимной диффузии в соединениях с :лойкой с учетом пластических деформаций всех материалов системы и предложены методы ора и оптимизации «барьерных» прослоек при сварке разнородных материалов.

6. Выявлен характер зависимостей прочностных свойств соединений для ряда сочетаний зпрочных сплавов и сталей (ВЖЛ12У+ЭИ961, ЖС6К+45Х, ЗОХГСА+ДИ-8 и др.) от тературы, давления и времени сварки, что позволило определить диапазоны возможных юнений от их оптимальных значений.

7. Научно доказано, что в вакууме при контактном плавлении разиородных_материалов-GurAl-NrrAI;SirClPS], bpUL-lu-CT.45 и др.) важную роль играют диффузионные процессы в :их приповерхностных слоях; разработаны рекомендации по оптимизации режимов мнения в условиях контактного плавления. Показано, что развитие зоны диффузионного модействия на начальной стадии происходит прерывисто с коэффициентами массопереноса щка 10*5 - 1С6 м2/с. а также получены аналитические зависимости , описывающие процесс ития зоны взаимодействия в приповерхностных слоях соединения.

8. Разработаны новый состав и способ нанесения прослойки на основе Ni-B-NiC для ки-пайки жаропрочных никелевых сплавов (A.c. № 1431384) рекомендации по выбору мальных режимов (Гс„ Рсп, гсв) диффузионного соединения через расплавляющиеся лойки однородных и разнородных сочетаний сплавов и сталей (ЖС6У, ЖС6К, ЖС-26, ЖС-32, 135,12Х18Н10Ти др.).

9. Разработана математическая модель для определения работоспособности |)узионных соединений из разнородных материалов с мягкой прослойкой и методика нозирования предела выносливости соединений жаропрочных никелевых сплавов со сталями.

10. Разработаны технологии диффузионного соединения для армирования бандажных полок эцев пера турбинных лопаток, сварки-пайки составных турбинных лопаток, диффузионной си рабочих колес с валами роторов турбин малоразмерных ГТД и турбоагрегатов, таллических модулей уплотнения валов ГТД, пластинчатых теплообменников и шпников скольжения, а также формующих деталей литьевых форм, стале-алюминиевых [атых переходников, токосъемников электроподстанций, штампового и режущего >умента и др. Предложены новые технические решения, позволяющие расширить ряд логических возможностей диффузионного соединения, повысить качество и

гактного плавления к пластической постоянной

К

производительность этих процессов (A.c. Ж> 554113, 1185029, 1285687, 1397226, 1448545, 1449] 1539027, 1618555, 1761411, 1784424, 1798071).

Технологические процессы, оборудование и оснастка для диффузионного соедине! элементов конструкций ГТД, малогабаритных турбоагрегатов и других изделий машинострое; внедрены на предприятиях: ОАО «А.Люлька-Сатурн» (г. Москва). ГУП СКБ «Турбина» Челябинск), ОАО ОМКБ и АО «Омское моторостроительное предприятие им. П. И. Баранова» Омск), ОАО «Моторостроитель» (г. Самара), ГНП РКЦ «1ДСКБ - Прогресс» (г. Сама Корпорация «ЛИТА» (г. Самара), «ПЛАДЕП» (г. Самара) и др. Оказана техническая помош организации шести производственных участков на предприятиях России и Китая. Суммар! экономический эффект от внедрения технологических разработок составил 3,8 млн. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Демичев С.Ф. Механика контактного взаимодейст при диффузионном соединении разнородных материалов в вакууме. - М.: Международный це НТИ, 1997.-72 с.

2. Бордаков П.А., Барвинок В.А. и др. Сборочно-сварочные работы в произволе летательных аппаратов./® кн.: Сборочные, монтажные и испытательные процессы в произволе летательных аппаратов. Под ред. проф. В. А. Барвинка. - М., Машиностроение, 1996, - с.53 - 18

3. Бордаков П.А. Кинетика развития диффузионных процессов при контакт! взаимодействии металлов в вакууме./Мевдународный журнал «Проблемы машиностроенш автоматизации», 1999, №1 -с.74 - 82.

4. Бордаков П.А. Активация схватывания разнородных материалов при контакт взаимодействии в вакууме.// Международный журнал «Проблемы машиностроения автоматизации», 1999, №2 - с.65 - 69.

5. Бордаков П.А. Математическое планирование эксперимента в технологичеа исследованиях производства летательных аппаратов. - Куйбышев: КуАИ, 1986. - 32с.

6. Бордаков П.А. Исследование схватывания металлов при статическом трении вакууме.//В кн.:Механика и физика контактного взаимодействия. - Калинин, КГУ, 1982, - с. - 6 67.

7. Бордаков П.А. Исследование закономерностей развития деформаций i контактировании шероховатых деталей .//Метод, указ. - Куйбышев. КуАИ, 1988, - 16с.

8. Барвинок В.А., Бордаков П.А. Математическое планирование эксперимента производстве летательных аппаратов. - Куйбышев, КуАИ, 1990. - 64с.

9. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Демичев С.Ф. Закономерности статического трени условиях формирования сварных соединений из разнородных материалов.// Международн журнал «Проблемы машиностроения и автоматизации», 1994. №3 - 4. - с.46 - 49.

10. Бордаков П.А., Демкин Н.Б. Влияние физико-механических свойств металлов закономерности формирования статической силы трения.//В кн.: Механика и физика контакт» взаимодействия. - Калинин, КГУ, 1982, - с. - 73 - 76.

11. Бордаков П.А., Гришин И.С., Демичев С.Ф. Опыт применения диффузионной сва) при ремонте ГТД.//В кн.: совершенствование технологических процессов ремонта авиациош техники на заводах гражданской авиации. - М., ВГПО «Авиаремонт». 1984, - с. - 61 - 65(ДСП).

12. Бордаков П.А., Журавлев В.И. Влияние физико-механических свойств материалов на актные деформации при сварке давлением.// Прогрессивные процессы сварки и нанесения ытий в производстве летательных аппаратов: Сб. науч. работ. - Куйбышев: КуАИ, 1987, --99 (ДСП).

13. Бордаков П.А., Шевченко A.C. Влияние тепловыделения во фрикционном контакте на фициент трения покоя.//В кн.: Механика и физика контактного взаимодействия. - Калинин, , 1981,-с.-13-17.

14. Бордаков П.А., Демкин Н.Б., Гришин И.С.. Любимов В.И. Роль диффузионных 1ессов в контакте механических поверхностей при сборке элементов конструкций в земальных условиях.//В кн.: Вопросы технологии сборки конструкций летательных ратов. - Куйбышев, КуАИ, 1982, - с.27 - 32.

15. Бордаков П.А., Самородов Д.В., Гришин И.С., Прохоров A.A. Выбор режимов сварки из стали ЭИ961 с ротором газотурбинного двигателя из сплава ВЖЛ12У.// Автоматическая ка, 1979, №7, -с. -54- 56.

16. Бордаков П.А., Самородов Д.В., Гришин И.С.. Прохоров A.A. Физико-механические ства соединения жаропрочного сплава ВЖЛ12У со сталью ЭИ961.// Автоматическая сварка, ,№11,-с. 46 - 49.

17. Бордаков П.А., Зуев И.В., Демкин Н.Б., Любимов В.И. Методика и аппаратура для гдования_диффрионных-процессов-в—зоне—KomuKia 1ф1Г~сварке давлением.// Сварочное зводство, 1980, №8, - с. - 38 - 39.

18. Бордаков П.А., Барвинок В.А., Демичев С.Ф.. Усольцев А.Л. Оценка качества инений, полученных диффузионной сваркой в вакуум е.// Сб.докл.1У МНТК: Проблемы 1тия автомобилестроения в России. - М.: Машиностроение. 1999, - с.60 - 62.

19. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Демкин Н.Б. Установка для исследования фрикционных :тв узлов статического трения в вакууме.// В кн.: Механика и физика контактного иодействия. - Калинин, КГУ, 1987, с. - 18 - 21.

20. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Усольцев А.Л., Любимов В.И., Тимшин В.Т. ¡>узионная сварка в вакууме биметаллических насадок и заготовок для бурового румента.// Сб.докл. ВНТК. - Самара: СГАУ, 1999, - с. 135 - 140.

21. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Мордасов В.И.. Усольцев А.Л., Олексийко С.М. инение прочности соединений из разнородных материалов при диффузионной сварке и г.// Международный журнал «Проблемы машиностроения и автоматизации», 1999, №3, - с.79

22. Копылов Ю.Н., Бордаков П.А., Гришин И.С. Диффузионная сварка жаропрочных юв применительно к узлам авиационных ГТД.//Авиационная промышленность, 1977, № 12,- 17.

23. Павлов В.Ф., Бордаков С.А., Барвинок В.А.. Бордаков П.А. Закономерности >аспределения остаточных напряжений в поверхностном слое при действии циклических 'зок.// Международный журнал «Проблемы машиностроения и автоматизации», 1999, №3, --62.

24. Гришин И.О., Самородов Д.В., Прохоров A.A., Бордаков П.А. Диффузионная сва жаропрочных сплавов со сталями.// В кн.: Вопросы технологии и производства летателы аппаратов, вып. 1. - Куйбышев, КуАИ, 1978, - с. 105 - 110.

25. Демкин Н.Б., Шевченко A.C., Бордаков П.А., Ланков A.A. Исследование влия касательных напряжений на формирование фактической площади контакта при сдвиге.// В. Вопросы технологии и производства летательных аппаратов, вып. 1. - Куйбышев, КуАИ, 1978, 99- 104.

26. Бордаков П.А., Демкин Н.Б., Зуев И.В., Шевченко A.C. Влияние тепловых npoueccoi статическое трение металлических поверхностей в вакууме.// Тез. докл. ВНТК «Повыше долговечности и надежности машин и приборов». - Куйбышев, КПтИ, 1981, - с. 18 - 19.

27. Бордаков П.А., Демичев С.Ф. К оценке качества соединений, получен! диффузионной сваркой в вакууме.// Тез. докл. МНТК «Надежность механических систем) Самара, СГТУ, 1995, - с. 33.

28. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Покоев A.B., Сироченко В.П. Численное моделирова массопереноса в сварных соединениях разнородных металлов с прослойкой.// Тез. докл. Вто международной теплофизической школы «Повышение эффективности теплофизичес исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологическ обеспечения». - Тамбов, ТГТУ, 1995,-с.212.

29. Бордаков П.А., Зуев И.В., Демичев С.Ф. Закономерности схватывания металло! сплавов в условиях диффузионной сварки в вакууме.// Тез. докл. II ВНТК «Проблемы техноло сварки теплоустойчивых, жаростойких и жаропрочных высоколегированных сталей и сплавов Николаев, ИЭС им. Е.О.Патона, 1985, - с. 81.

30. Бордаков П.А., Гришин И.С., Любимов В.И. Диффузионная сварка бимегалличес роторов малоразмерных турбоэнергоагрегатов.// Тез. докл. X ВНТК «Диффузионное соедине металлических и неметаллических материалов». - М., 1982, - с. 55 - 56.

31. Бордаков П.А., Любимов В.И. Самородов Д.В. Исследование процесса диффузион] сварки керамики со сталью применительно к роторам турбин.// Тез. докл. XIII ВНТК «Достиже и перспективы развития диффузионной сварки». - М., 1990, - с. 5 - 6.

32. Бордаков П.А., Любимов В.И., Гришин И.С., Демичев С.Ф. Исследование напряженн состояния в диффузионных соединениях жаропрочных сплавов со сталями.// Тез. докл. XIIIВЬ «Достижения и перспективы развития диффузионной сварки». - М., 1990, - с. 45 - 47.

33. Бордаков П.А., Зуев И.В., Демкин Н.Б.. Гришин И.С., Любимов I Экспериментальные исследования диффузионных процессов в зоне контакта металличес поверхностей.// Тез. докл областной юбилейной НТК. - Куйбышев, 1977, - с. 100.

34. Бордаков П.А., Покоев A.B. Влияние магнитно-импульсной обработки на прочносп свойства сварных диффузионных соединений сплава ОТ-4 и стали Х18Н10Т с барьернь прослойками Си и V.// Тез. докл. II МНТК «Взаимодействие излучений с твердым телом) Минск, 1997,-с. 250.

35. Бордаков П.А., Барвинок В.А., Усольцев А.Л.. Любимов В.М. Диффузионная сва биметаллических и металлокерамических узлов турбоагрегатов и двигателей.// Тез. докл. МНТК «Проблемы развития автомобилестроен ия в Росси и». - Тольятти, 1998, - с. 76 - 77.

36. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Покоев Л.В.. Сирочснко В.П. Численное моделирование ава диффузионного соединения разнородных металлов с прослойкой.// Тез. докл. XIV МНТК зика прочности и пластичности материалов». - Самара, СГТУ. 1995, - с. 278 - 279.

37. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Мальцев Л. В., Покоев A.B., Сироченко В.П., Степанов

Деформационное поведение концентрационных распределений элементов в диффузионном акте металлических материалов.// Тез. докл. XIII МНТК «Физика прочности и пластичности риалов». - Самара, СГТУ, 1992,-с. 124.

38. Бордаков П.А., Демкин Н.Б., Зуев И.В.. Любимов В.И. Влияние поверхностной {>узии на процесс формирования соединения при диффузионной сварке.// Тез. докл. IX ВНТК :иффузионному соединению металлических и неметаллических материалов. - М., 1979, - с. - 108.

39. Бордаков П.А., Самородов Д.В., Гришин И.С., Любимов В.И. Исследование процесса ки-пайки жаропрочных сплавов через КЭП применительно к изготовлению составных ток.// Тез. докл. НТК «Пути ускорения темпов нау чно-технического прогресса». - Куйбышев, ,-с. 9-10.

40. Бордаков П.А., Демичев С.Ф. Влияние физико-механических свойств материалов на номерности формирования силы трения контактных пар в высоком вакууме.// Тез. докл. III ийско-Китайско-Украинского симпозиума по аэрокосмической технике и технологии. -1ЙгСианьг1994,—сг808:---

41. Бордаков П.А., Усольцев А.Л.. Тур A.A., Тимшин В.Т. Особенности формирования яженного состояния при диффузионной сварке малоразмерных газотурбинных двигателей.// докл. МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в поволжском регионе. >лемы конструкционной прочности двигателей». - Самара, СГАУ, 1999, - с. 207.

42. Бордаков П.А., Усольцев А.Л., Тур A.A., Студенников О.В. Особенности выбора ежуточных прослоек при диффузионной сварке металлокерамических узлов авиационных // Тез. докл. МНТК «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в поволжском )не. Проблемы конструкционной прочности двигателей». - Самара, СГАУ, 1999, - с. 181.

43. Бордаков П.А., Мордасов В.И., Усольцев А.Л. Повышение прочности соединений сродных материалов при диффузионной сварке и пайке.// Тез. докл. МНТК «Проблемы и зективы развития двигателестроения в поволжском регионе. Проблемы конструкционной ности двигателей». - Самара, СГАУ, 1999, - с. 39 - 40.

44. Бордаков П.А., Самородов Д.В., Малышев О.И. Армирование контактных поверхностей гок ГТД методом диффузионной сварки в вакууме.// Тез. докл. VIII ВНТК по диффузионному шению металлических и неметаллических материалов.-М.. 1977,-с. 17—18.

45. Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Любимов В.И., Студенников О.В. Исследование юмерностей развития диффузионных процессов и схватывания в условиях формирования галлических соединений.// Тез. докл. МНТК «Новые материалы и технологии». - М., МАТИ,

-с. 21-22.

46. Бордаков П.А., Демичев С.Ф. Исследование закономерностей контактного трения при узионной сварке разнородных материалов.// Тез. докл. МНТК «Новые материалы и .логин». - М., МАТИ, 1994, - с. 14 - 15.

47. Барвинок В.А.. Бордаков П.А., Самородов Д.В. Исследование процесса сварки-п; жаропрочных сплавов через композиционные электролитические покрытия применителы изготовлению составных лопаток.// Тез. докл. II ВНТК «Проблемы технологии св теплоустойчивых, жаростойких и жаропрочных высоколегированных сталей и сплавов Николаев, ИЭС им. Е.О.Патона, 1985,-с.64-65.

48. Гришин И.С., Самородов Д.В., Бордаков П.А. Диффузионная сварка титановых спл со сталями применительно к узлам авиационных газотурбинных двигателей.// Тез. докл. X В; «Диффузионное соединение металлических и неметаллических материалов». - М., 1982, - с. 58.

49. Воронов В.М., Копылов Ю.Н., Бордаков П.А., Тихонов A.C. Автоматическая сварка сталь-алюминиевых конструкций для экстремальных условий эксплуатации.// Тез. р Областной юбилейной НТК. - Куйбышев, 1977, - с. 74.

50. Исаев Ф.М., Бордаков П.А., Любимов В.И. Исследование методом масспсктроме-вторичных ионов влияния у-радиации на физико-химическое состояние поверхности меди.// докл. Всесоюзного семинара по вторичной ионной и ионно-фотонной эмиссии. - Харьков, > 1980,-с. 180-181.

51. Бордаков П.А., Барвинок В.А., Любимов В.И. Опьп применения диффузион соединений разнородных материалов для составных элементов летательных аппарг работающих в экстремальных условиях.// Тез.докл. III Российско-Китайско-Украинс симпозиума по аэрокосмической технике и технологии. - Китай, Сиань, 1994, - с. 806.

52. Любимов В.И., Демичев С.Ф., Бордаков П.А., Самородов Д.В., Зубарев Г.И., Кузне Т.А., Симонок Л.П. Диффузионная сварка модулей уплотнений авиационных ГТД.// Тез. д XIII ВНТК ((Достижения и перспективы развития диффузионной сварки». - М., 1990, - с. 23 - 2

53. Демичев С.Ф., Барвинок В.А., Бордаков П.А. Влияние факторов диффузионной св: на величину касательных напряжений в контакте разнородных материалов.//Тез. докл. XIII В] «Достижения и перспективы развития диффузионной сварки». - М., 1990,-с. 53 — 54.

54. Гришин И.С., Самородов Д.В., Бордаков П.А., Любимов В.И. Опыт примен< диффузионной сварки в вакууме при изготовлении роторов турбин малоразмерных ГТД.// докл. IX ВНТК по диффузионному соединению металлических и неметаллических материале М., 1979, -с. 108-110.

55. Бордаков П.А., Любимов В.И. Диффузионная сварка жаропрочных сплаво применением боросодержащих покрытий.// Тез. докл. XI ВНТК ((Диффузионное соедин« металлов и неметаллических материалов». - М.. МАТИ. 1984, -с. 16

56. Гришин И.С., Бордаков П.А., Самородов Д.В., Любимов В.И. Комплекс исследования диффузионных соединений жаропрочных сплавов со сталями.// Тез. докл. XII В1 ((Достижения и перспективы развития диффузионной сварки». - М., 1887, - с. 94 - 95.

57. Барвинок В.А., Усольцев А.Л., Бордаков П.А.. Студенников О.В. Диффузионная св, металлокерамических узлов авиационных деталей.// Тез. докл. «Проблемы и перепет развития двигателестроения в поволжском регионе. Проблемы конструкционной прочш двигателей». - Самара, СГАУ, 1999, - с. 199 - 200.

58. Гришин U.C.. Малышев О.М., Самородов Д.В., Бордаков П.А., Демичев С.Ф. ользование диффузионной сварки при армировании бандажных полок лопаток ГТД с целью ышения их ресурса.// Тез. докл. ВНТК «Вибрационная прочность и надежность адвигателей». - Куйбышев. 1981, - с. 22 - 23.

59. Барвинок В.Л., Бордаков П.А., Демичев С.Ф. Повышение работоспособности составных >в ГТД из разнородных материалов путем оптимизации контактных деформаций при фузионной сварке.// Тез. докл. XI ВНТК «Конструкционная прочность и надежность ~ателей». - Куйбышев. 1988, - с. 26 - 27.

60. Воронов В.М., Бордаков П.А., Копылов Ю.Н. Способ нагрева под сварку из городных материалов. A.c. № 554113 СССР МКИ В23К 19/00, - 1976.

61. Самородов Д.В., Гришин И.С., Бордаков П.А., Любимов В.И., Знаменская Л.В. ройство для диффузионной сварки. A.c. № 1 ] 89008 СССР, - 1983 (ДСП).

62. Бордаков П.А.. Самородов Д.В., Любимов В.И., Гришин И.С., Зуев Г.И. Устройство для фузионной сварки. A.c. № 1285687 СССР, - 1986 (ДСП).

63. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Демичев С.Ф., Куприн О.В., Любимов В.И., Самородов Устройство для определения коэффициента трения покоя материалов. A.c. № 1385029 СССР

4G01 3/56,- 1987.

64. Гришин И.С.. Бордаков П.А., Куприн О.В., Демичев С.Ф., Самородов Д.В.. Любимов "Устройство для диффузионной сварки в вакууме. A.c. № 1397226 СССР МКИ В23К 20/26, -

65. Федорченко И.М., Гуслиенко Ю.А., Зуев Г.И., Котляренко A.A., Бордаков П.А., юцова Т.А., Самородов Д.В. Способ получения композиционного покрытия никель-бор. A.c. 431384 СССР, - 1987 (ДСП).

66. Бордаков П.А., Куприн О.В., Демичев С.Ф., Любимов В.И., Барвинок В.А., Гришин И.С. :об диффузионной сварки и устройство для его осуществления. A.c. № 1449287 СССР МКИ С 20/14,- 1988.

67. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Куприн О.В., Демичев С.Ф., Самородов Д.В., Любимов Устройство для диффузионной сварки в вакууме. A.c. № 1448545 СССР, - 1988 (ДСП).

68. Бордаков П.А., Любимов В.И., Куприн О.В., Шапиро А.Е., Барвинок В.А., Самородов Способ изготовления пластинчатых теплообменников. A.c. № 1539027 СССР МКИ В23К >,- 1989.

69. Барвинок В.А., Бордаков П.А., Куприн О.В., Любимов В.И., Самородов Д.В., Ващенко Слоистый припой для пайки нержавеющих сталей. A.c. № 1618555 СССР МКИ В23К 35/32, -

70. Бордаков П.А., Егоров М.Ю., Куприн О.В., Любимов В.И. Способ соединения титана со ■ю. A.c. № 1761411 СССР, МКИ В23К 20/00,- 1992.

71. Бордаков П.А., Куприн О.В., Егоров Ю.М., Знаменская Л.В. Способ пайки графита с «ом. A.c. № 1798071 СССР. МКИ В23К 1/19,-1992.